In nano veritas! Или почему нанотехнологии рулят

Опубликовано 04.03.2012
Владимир Решетов   |   просмотров - 2001,   комментариев - 2
In nano veritas! Или почему нанотехнологии рулят

Не знаю как в других странах, а у нас в России без суперидеи и сверхзадачи почти ничего стоящего не делается. Так оно было во времена Гоголя с его Россией – птицей-тройкой, так создавались атомные бомбы и ракеты, так оно и ныне с Чубайсом и нанотехнологиями. Казалось бы, качай себе тихонько нефть, добывай газ, разрабатывай атомные электростанции на быстрых нейтронах и замыкай ядерный топливный цикл, ан нет «маловато будет», и еще нам надо выдавать на гора нанопродукцию и порождать инновации в поисках инвестиций. Если верить основополагающим документам и концепции развития, то у России сегодня есть только два пути дальнейшего прогресса. Первый, проверенный временем – остаться источником энергоресурсов для всего цивилизованного мира, и второй, крайне желанный – прорваться к нано-био-когно-технологиям, минуя этап развития, ознаменовавшийся успехами кремниевой микроэлектроники.

Международное разделение труда – вещь великая и, наверное, в некотором смысле экономически оправданная. Одни делают процессоры, пластмассы и белые светодиоды, а другие с их помощью формируют среду нашего обитания, создавая ноутбуки, умные дома и классные фонарики. Каждый делает то, что у него лучше всего получается, а все остальные пользуются плодами его труда. Однако почему-то так благолепно жить не получается, и на нашей Земле-матушке уже не одно столетие идет жесточайшая конкурентная борьба, и пряников устойчиво на всех не хватает. При этом дело не раз доходило до самой настоящей поножовщины и мировых войн, направленных на уничтожение конкурентов и завоевание рынков.

Анатолий Чубайс, выступая на четвертом Нанофоруме, отметил, что по мнению членов «Римского клуба» самый оптимальный сценарий развитие человечества – это сокращение населения Земли в ближайшие 50 лет до 2-3 миллиардов человек. Однако Анатолия Борисовича такой вариант развития событий явно не устраивает, и он полагает, что успехи наномедицины и прочих нанотехнологий позволят спокойно прокормить, как минимум 10 миллиардов землян, без каких либо экологических катастроф и прочих антропогенных безобразий. Спорить с тем, что земля маленькая, а людей много, бессмысленно, но понять в какой точке устойчивого развития все придет в гармоничное равновесие, и каков будет экологический и энергетический след, а так же жизненный уровень человека в XXI очень даже хочется.

Проблема гармонизации взаимоотношений человека и природы, конечно же, гораздо шире задачи укрепления обороноспособности и экономической независимости России. Однако в нашем уже достаточно сильно глобализовавшемся мире весьма трудно отделить одно от другого и говорить о возможности автаркии, похоже, не приходиться. Как заявляют те же представители «Римского клуба» без разумного ограничения своих потребностей человечеству не удастся избежать войн, пандемий и голода. При этом ни они, никто другой даже не пытаются предложить какую-нибудь разумную сверхидею, доходчиво объясняющую одному человеку, почему он должен обкрадывать себя любимого ради того, чтобы кто-то другой мог полноценно наслаждаться жизнью. Увы, но в современном гедонистическом обществе, похоже, нет механизмов, позволяющих одному индивидууму принять обязательства по добровольному ограничению спектра своих удовольствий ради расширения спектра оных для другого. Решение данной морально-этической проблемы явно выходить за пределы естественных наук и находится в области компетенции философии и религии, поэтому оставим тему всеобщего благоденствия в стороне и вернемся к нанотехнологиям и тем успехам в этой области, которые произошли в нашей стране с момента создания РОСНАНО.

Мне довелось побывать на всех четырех Нанофорумах и каждый раз самым острым впечатлением было ощущение того, что информация не влезает в голову, ее так много и она так разнообразна, что систематизировать и связно изложить все увиденное не представляется возможным. Российское нанохозяйство явно решило охватить все живые и перспективные отрасли народного хозяйства и попытаться коммерциализировать все возможные научные достижения, а также революционизировать систему технического образования у нас в стране. Научные доклады соседствуют с разговорами о бизнес-технологиях и рисках, дискуссии по Форсайту и дорожным картам гармонично дополняют сказки о том, что нанотехнологии объединят все области знаний и позволят создать новый вид разумных и могучих существ. Похоже, что благодаря РОСНАНО зашевелились все, и по тому мосту между учеными и бизнесменами, который обещал построить Анатолий Чубайс, действительно потекли молочные реки плодотворных идей и хороших инвестиций.

Одним из наиболее ярких примеров такого мостостроительства стало создания компании «Оптоган». Бюджет проекта, который поддержало как государство, так и частные инвесторы, более 4,5 миллиардов рублей. Строительством заводов в Стрельне по производству готовых светодиодных чипов и светильников на их основе дело здесь не закончится, и инвесторы действительно развернут полномасштабное производство ярких белых светодиодов в России с объемом миллиарды чипов в год. Ну а пока такого масштаба заводы по производству исходных наногетероструктур из нитрида галлия главный инвестор Михаил Прохоров строит в Германии, поскольку в России нет ни больших «чистых комнат», ни производственной инфраструктуры.

 

В случае с «Оптоганом» участники проекта еле-еле успели вскочить в поезд массового производства светодиодов, и занять социальную и промышленную нишу по энергосберегающему освещению в России. Они надеются к 2015 году занять 30% российского рынка светодиодов и получить заметную долю на международном рынке такого рода продукции. Однако китайские и корейские белые светодиоды уже не просто заполонили мир, но и позволили создать на их основе огромную индустрию по производству конечного продукта – светодиодных светильников и прожекторов, карманных фонариков и уличных фонарей. При этом если по номенклатуре вариантов чипов и светоотдаче «Оптоган» выглядит очень даже неплохо на фоне китайских конкурентов, то в плане ассортимента готовой продукции мы сильно отстаем от Китая. И быть может, одной из основных тем светодиодной секции четвертого Нанофорума была как раз проблема конкуренции со стороны малых фирм и необходимости законодательного регулирования на рынке светодиодного освещения. Сами светодиоды стоят недорого, но конечному потребителю нужны не они, а законченные изделия красивые и удобные в обращении, и на этом этапе цена, а значит и прибыль, возрастают в десятки раз. Вот и заволновались американские, европейские и российские производители светодиодов, понимая, что просто делая чипы лучше чем у китайцев, далеко не уедешь, поскольку основные деньги крутятся вокруг конкретных светильников и незначительные преимущества по светоотдаче у самих светодиодов тонут в общей стоимости светотехнического изделия, и делает совершенно неразличимой для покупателя разницу между китайским и российским или германским изделием. Неразличимую с точки зрения технических характеристик, но вполне значимую в плане цены. Так, например, практически идентичные по виду и светоотдаче фонарики из Китая стоят почти на порядок меньше немецких, обычные лампочки со стандартным цоколем в полтора раза меньше чем российские, а офисные и уличные светильники вдвое дешевле.

РОСНАНО не только профинансировало строительство заводов, но и оплатило медицинскую экспертизу полупроводниковых светильников и создание соответствующего метрологического оборудования, необходимого для аттестации готовой продукции. Сегодня российские железные дороги и коммунальное хозяйство вместе с уличным освещением вполне активно сотрудничают с отечественным производителем, но все остальные, приходя в магазин или на рынок, видят в основном китайскую продукцию и с удовольствием ее покупают.

На сайте «Оптогана» есть счетчик, который показывает сколько киловатт часов и рублей сэкономили их энергоэффективные решения. Цифры там пока очень даже скромные – 70 000 000 кВт·ч энергии и 210 000 000 рублей. При этом, как я понимаю, рубли подсчитаны без учета затрат потребителей на закупку нового светотехнического оборудования, а истратили они немало, поскольку выручка «Оптогана» за 2011 год составила 600 000 000 рублей.

Случай со светодиодами уникален. Ведь на первом Нанофоруме светлая дорога в инновационно-технологическое будущее освещалась сверхяркими белыми светодиодами, изготовленными хоть и в Росси, но на основе гетероструктур, выращенных в Америке. И это не казалось тогда случайным, поскольку только в рамках жесткого международного разделения труда возможно стабильное развитие цивилизации, разделенной границами суверенных государств, мешающих бизнесу получать всю возможную прибыль. А сегодня жесткое разделение труда в производстве светодиодов полностью разрушено и немалую роль в этом сыграли не только китайские и российские ученые, но и РОСНАНО.

 

Светодиодное производство – это всерьез и надолго, и вместе с солнечной энергетикой они могут составить реальную конкуренцию наметившемуся в последние годы ядерному ренессансу и активному строительству АЭС. Дело в том, что если вот так сразу взять и заменить все лампочки в Росси на светодиодные, то можно сэкономить около 20 ГВт электрической мощности, то есть больше чем производят все наши АЭС. Понятно, что это нереально, да и денег на это надо немало, светодиодные светильники пока дороги и окупаются только через 5-7 лет эксплуатации. Но тенденция налицо, и проект по производству солнечного поликристаллического кремния, поддержанный РОСНАНО на первом форуме, тому яркое подтверждение. Основным тормозом распространения солнечной энергетики является высокая стоимость солнечных батарей и сопутствующего оборудования, необходимого для преобразования и хранения энергии. Переход на поликристаллический кремний был одним из путей существенного сокращения сроков окупаемости как домашних, так и промышленных солнечных электростанций.

И вот осенью 2011 года в стенах Экспоцентра производители солнечных батарей громогласно объявили, что Рубикон пройден и все три основных типа солнечных батарей вышли на полную самоокупаемость. При этом батареи на основе органических фотодиодов имея к.п.д. всего 5% окупаются за сезон, поликристаллические при к.п.д. 12% окупаются за два сезона, а многослойные гетероструктуры, наиболее оптимально работающие при яркости освещения в тысячу солнц и имеющие к.п.д. более 30%, окупаются за 3-4 года вместе с системой линз и сервоприводов, следящих за ярким южным солнцем. Понятно, что одних только солнечных элементов для полноценного электроснабжения мало, нужны еще преобразователи и аккумуляторы, которые существенно удорожают систему. Но прорыв в области солнечных элементов принципиален, ведь были времена, когда солнечная батарея не то что окупиться, а просто выработать электричества больше, чем затратили на ее производство, не могла, а теперь она уже в денежном исчислении с учетом стоимости материалов и обслуживания вышла на окупаемость. А это значит, что солнечная энергетика может стать в полном смысле слова самодостаточной и развиваться без поддержки тепловых и атомных станций.

В этом плане третий крупный проект, поддержанный РОСНАНО – строительство заводов по производству литий-ионных аккумуляторов, – это тоже выстрел в десяточку. И пусть технологии аккумуляторостроения опять не наши (в этот раз китайские), но зато запасы лития и исходное сырье для электродов наши, да и КамАЗы, с Газелями и Эладами тоже наши. Так что сверхидея явно наличиствует: нитридгалиевые светодиоды + кремниевые солнечные элементы + литий-ионные аккумуляторы = энергосбережение и эффективное развитие отечественной экономики, а заодно сохранение природных запасов органического сырья и использование нефти и газа в соответствии с заветом Д. И. Менделеева, который говаривал, что сжигать нефть, это все равно, что топить печь ассигнациями.

Самое интересное в этой истории то, что в программе перспективного развития нашей страны до 2050 года зафиксировано опережающее развитие газовой энергетики и последующий переход к практически неисчерпаемым запасам урана 238, то есть переход к реакторам на быстрых нейтронах, замыканию ядерного цикла и полному исключению возможности получения оружейного плутония из отработанного ядерного топлива. Эта программа писалась еще до начала нанобума и опиралась на тот факт, что одним из немногих производств мирового уровня у нас в стране является ядерно-оружейный комплекс и Росатом в целом. По состоянию на начало 2012 года у нас запущен в работу «Ядерный проект-2» по разработке нового поколения АЭС, и начато строительство установки по инерционному ядерному термояду в городе Сарове. Так что от мирного атома наша страна отказываться пока не собирается и корпорация Росатом планирует к 2030 довести совокупную выручку до 75 миллиардов долларов.

Продукция госкорпорация Росатом была представлена на всех нанофорумах, но, судя по активности на стендах, особой надежды на внешние инвестиции и интерес к ядерному нано у атомщиков не было. Хотя, как ни странно, заводы для выпуска нового поколение аккумуляторов строятся на базе именно атомных предприятий. И вот всего за четыре года ситуация кардинально меняется и С. В. Кириенко на вопрос о том, не боится ли он конкурентного вызова со стороны солнечной энергетики, смело отвечает – нет, но после паузы добавляет, что уверенности в необходимости строительства АЭС ему добавляет бурное развитие электромобилей. Ведь если освещение потребляет около 15% электричество, то автомобили съедают энергии больше, чем вырабатывают все электростанции мира, а значит если на электромобили пересядет каждый десятый житель земли, то вся светодиодная экономия уйдет в ноль, и электричества будет катастрофически не хватать. Сергей Владиленович, конечно, же прав, потребность в электроэнергии будет возрастать не только в развивающихся, но во вполне развитых странах. И в этом плане, солнечники, называя 100 ГВт установленных мощностей солнечных батарей реальностью ближайших 2-3 лет, вполне солидарны с атомщиками, говорящими о 300 ГВт за ближайшие 10 лет. Но надо понимать, что правы и светодиодчики, оперирующие сотнями ГВт электричества сэкономленного за счет всемирного перехода на полупроводниковый свет. К сожалению, узнать сколь агрессивны планы автомобилестроителей не удалось, но похоже их намерения более чем серьезны. Около двухсот километров пробега на одной зарядке и гарантия в полмиллиона километров на движок и аккумуляторы, говорят о том, что японские электромобили очень скоро заполонят улицы американских и европейских городов, и только на западносибирском тракте и прочих грунтовых дорогах России будут дымить дизельные и бензиновые двигатели.

  

 

Три приведенных примера ярко демонстрируют, что российское нано вполне в курсе мировых тенденций и готово вкладывать деньги и развивать именно то, что имеет реальное и глобальное значение. В некотором смысле три названные технологии это чисто энергетический сектор, и, даже соединившись с реакторами на быстрых нейтронах, они не решают проблему перенаселения и обеспечения всех продуктами питания. Но учитывая то обстоятельство, что большая часть нашей территории находится в зоне, мягко выражаясь, рискового земледелия, быть может, это и к лучшему. Мы в рамках международного разделения труда производим средства производства и энергию, а бананы, картошку, пшеницу, а заодно и бытовую технику покупаем у других стран. При этом если внимательно приглядеться, то во всех трех названных проектах присутствуют нанотехнологии, но по большому счету, это не так уж и важно, главное чтобы в доме было тепло светло и сытно.

С годами тематика Нанофорума только расширялась, и обнаружился существенный уклон в сторону биологии и медицины, что привело даже к проведению специальных биокогнитивных тренингов и лекций для школьников. Проросли реальные проекты и расширилось международное сотрудничество, а самое главное укрепились горизонтальные связи между различными группами ученых, технологов и бизнесменов, в общем, площадка выставки и самого форума оказалась вполне эффективной и познавательной для всех заинтересованных сторон.

Особенно ярко интерес к медицине и биологии обозначился на четвертом форуме, как в пленарных, так и секционных заседаниях. Причем здесь нанотехнологии – понять не просто, но, то что данная тема безусловно актуальна для основных инвесторов и руководителей ведомств, сомнения не вызывает. Было там одно дело на не один десяток миллиардов долларов, но сделали его не мы, а IBM и Roche. Первые сообщения о разработке ДНК-транзистора, позволяющего считывать генетическую информацию с индивидуальной ДНК, появились в 2009 году. И вот в 2011 уже не ученые, а промышленники говорят о том, что разработка инновационной технологии секвенирования (определения первичной структуры макромолекул), основанной на методе нанопор, закончена, и на рынке завтра появятся приборы, позволяющие за условную сумму $1000 расшифровать геном конкретного человека. Медицина и фармацевтика это, безусловно, нанотехнологии, хотя, как и производители микросхем с топологическим размером 35 нм, они предпочитают не кричать об этом на каждом углу, поскольку задолго до нанобума они работали с атомами, молекулами и слоями, размеры которых измеряются теми самыми нанометрами.

Тематика, связанная с ограниченностью возможностей человека, с особой силой звучала именно на той площадке Нанофорума, где ученые работали со школьниками. И именно там звучали слова о том, что компьютеры и роботы очень скоро станут не глупей человека, и именно сила суперЭВМ будет определять процветание государства и конкурентные преимущества конечной продукции, Так что очень может быть, что в соответствии со словами старой песенки из кинофильма «Приключения Электроника» скоро будут вкалывать роботы, а не человек, и все опасения «Римского клуба» окажутся напрасны, поскольку миллиардам роботов совсем даже не нужны будут сельскохозяйственные продукты и прочие экологически чистые изделия. Ну а пока на Нанофоруме фундаментальная наука и современные технологии гармонично сочетались с классической музыкой и традиционными ценностями, а туманное будущее экономического процветания не мешает нанотехнологам строить этаж за этажом нового мироустройства.

  


Комментарии:

Редактировать Цитировать Имя
ArinaVikJS ArinaVikJS, 25.02.2017 12:35:19
Препарат "Сиалис" - аналог "Виагры", очень популярный в России. Его действующим веществом является тадалафил. В нашей стране этот препарат прозвали «лекарством на выходные». Препарат начинает «работать» уже через полчаса после приема (иногда еще раньше) и его действие продолжается 36 часов. Это примерно в 9 раз превышает результат, который дает "Виагра". Лекарство усиливает кровоток и гарантирует устойчивую эрекцию. очень не дорого только с нами потому что мы Самые главное поставщики
Редактировать Цитировать Имя
Сергей Королев, 20.03.2012 03:11:31
В России для супер идей и сверхзадач нужны мощные суперкомпьютеры!!! А на Гоголе и Достоевском процесс не с моделируеш! А для без тормозного скачка развития нанотехнологий нужен как воздух процессор на световых скоростях! Нанотехнология сегодня законченная теория,для практики нужен инструмент,или будем атомы пинцетом расщеплять? http://rusnor.org/pubs/articles/7688.htm