Рубрика: Технологии

В июне перед открытием выставки «Технопром» губернатор Владимир Городецкий представил Дмитрию Медведеву проект «Реиндустриализация экономики Новосибирской области», и премьер его одобрил. В июле во время встречи Городецкого и Путина проект получил одобрение президента. Была создана межведомственная рабочая группа во главе с вице-премьером Аркадием Дворковичем, и в начале сентября на своем заседании группа поддержала два «флагманских проекта» программы реиндустриализации. Это промышленный медицинский парк и проект компании OCSiAl по созданию масштабируемого промышленного производства одностенных углеродных нанотрубок TUBALL и наномодификаторов на их основе.

Так получилось, что все лето компания OCSiAl находится в центре внимания новосибирской общественности. Этого внимания, безусловно, она заслуживала давно. Однако, с нашей точки зрения, внимания заслуживает именно деятельность компании, подробно разобраться в которой мало кто удосужился. Суть разработанной технологии мы и попытаемся изложить в данной статье.

На пороге карбонового века

Резидентом Академпарка компания стала в 2009-м. Ее основатели: известный российский бизнесмен Юрий Коропачинский (родился в Новосибирске, учился на ЭФ и ФЕН НГУ, имеет опыт научной работы в СО РАН); Михаил Предтеченский, член-корреспондент РАН, д. ф. -м. н., собственно автор технологии производства одностенных углеродных нанотрубок; старые партнеры Коропачинского по бизнесу — Юрий Зельвенский и Олег Кириллов.

На Youtube можно найти презентацию, которую в 2014 году Коропачинский и Предтеченский провели в Лондоне для потенциальных клиентов. Коропачинский начал тогда «от яйца», сразу извинившись за то, что без штампов и банальностей не обойтись. И без этого действительно никак.

Началу всех технологических волн в истории человечества всегда предшествовали научные открытия, технические изобретения, прежде всего по созданию новых более прочных, более дешевых, более технологичных материалов. Каменный топор — уже изобретение. На смену каменному веку пришел бронзовый. Затем на смену бронзе — железо. Так в истории человечества появились чугун, сталь, алюминий, пластмассы, и каждый раз это тянуло за собой новые открытия и новую технологическую волну. Последнее знаковое изобретение — электронные чипы на основе кремния и начало их массового производства, без чего не было бы компаний Intel, Apple, Microsoft, микропроцессоров, компьютеров, интернета, мобильной связи, смартфонов.

Каждая технологическая волна совпадает с экономической. Сейчас ни для кого не является секретом то, что мировая экономика находится где-то близко к нижней точке длинной кондратьевской волны, и подъем возможен только при смене всего технологического уклада.

Все эти вещи объективные и легко доказуемые. Человечество просто в очередной раз дошло до естественного противоречия между растущей численностью населения и невозможностью обеспечить его потребности традиционными методами экстенсификации производства энергии и материалов. Экстенсификации, которая еще и увеличивает угрозы для нашего выживания.

На презентации в Лондоне Юрий Коропачинский доказал это на цифрах. В 1994 году человечество производило 3,3 млрд тонн материалов, потребляло 11 млрд тонн топлива и выбрасывало в атмосферу 18 млрд тонн СО2. В 2009-м соответственно: 5 млрд, 18 и 30. В 2025-м, если ничего не менять, нам потребуется 7,3 млрд тонн материалов и 25 млрд тонн топлива, при этом в атмосферу будет выброшено 40 млрд тонн СО2. Проблему глобального потепления он считает научно сомнительной. Рост выбросов СО2 опасен не этим, он опасен углекислотной катастрофой. Избыток СО2 растворяется в океане, и морские существа теряют свой панцирь. Кораллы уже начали исчезать, их полное исчезновение приведет к коллапсу всей морской экосистемы. 

Есть ли из этого тупика выход? Есть. И очень простой. Одностенные углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году. В принципе, это графен, свернутый в трубку. Но его получили позже. Если бы получили раньше, то углеродные нанотрубки сейчас бы называли графеновыми. Как материал, одностенные углеродные нанотрубки в сто раз прочнее, чем сталь, и в четыре раза ее легче. Электропроводность как у меди, но они в пять раз легче. Они химически инертны и термически стабильны. Углерод очень доступен, он вокруг нас и может связываться с другими химическими соединениями. Добавка одностенных углеродных нанотрубок в минимальной концентрации (0,1 или даже 0,0001 процента) способна радикально изменить внутреннюю структуру 70 процентов существующих сегодня материалов. Скажем, для того чтобы заменить тачскрины на всех смартфонах на более прочную и при этом гибкую электропроводящую пленку, достаточно производить всего 500 кг нанотрубок. При этом они будут в 20 раз дешевле ныне существующих. Чтобы заменить все, что возможно заменить, — всего 145 тысяч тонн нанотрубок. 

Как это будет происходить? Большинство материалов сегодня тратится впустую. Средний автомобиль весит 1,5 тонны и везет четырех человек, которые весят меньше 400 кг. То есть автомобиль на три четверти везет самого себя и именно на это тратит основное топливо. Карьерный самосвал везет столько же, сколько весит сам. Здания на 90 процентов несут свой собственный вес, мосты — на 80. Если бы у всех материалов прочность была в два раза выше, их не надо было делать такими тяжелыми и не надо было бы расходовать на их перемещение столько энергии. Соответственно, это сократило бы добычу полезных ископаемых, в том числе углеводородов, и принципиально снизило бы выбросы СО2. И все это благодаря одностенным углеродным нанотрубкам. Иными словами, мы с вами стоим на пороге карбонового века.

Стремительный стартап

Еще недавно это было чистой теорией. Михаил Предтеченский, предупреждая вопросы журналистов, часто спрашивает сам: «Если все так красиво, почему материалы с нанотрубками до сих пор нас не окружают?» Команда OCSiAl приступила к решению проблемы семь лет назад. На тот момент в мире все одностенные углеродные нанотрубки производили только в лабораторных условиях. В синтезируемом продукте их было не более 30 процентов, а цена за килограмм начиналась от 150 тыс. долларов. А если с очисткой и сепарацией, то килограмм мог стоить и миллион долларов. 

OCSiAl поставил перед собой задачу повысить выход одностенных углеродных нанотрубок и снизить цену. Как было рассказано в Лондоне, на это ушло 50 месяцев и 50 млн долларов, и к 2014 году задача была решена. Компания вышла на рынок с продуктом TUBALL, в котором концентрация нанотрубок достигала 80 процентов по цене всего 2 тыс. долларов за килограмм. Фактически в сто раз дешевле всего, что тогда было на рынке.

И это была не лабораторная, а масштабируемая технология. В 2014-м компания произвела 80 кг продукта и сразу заняла 20 процентов мирового рынка. В 2015-м: 1250 кг — 85 процентов. В 2016-м будет 4 тонны и 90 процентов рынка. Сегодня компания является международным предприятием, которое сотрудничает с более чем 800 крупнейшими транснациональными корпорациями, концернами и компаниями. Офисы и представительства OCSiAl открыты в Коламбусе (штат Огайо), Люксембурге, Лондоне, Берлине, Сеуле, Гонконге, Шэньжене, Тель-Авиве, Сингапуре, Мумбаи. 

«Вырвать» рынок новосибирцам удалось благодаря научному предвидению, опыту в бизнесе и, конечно, удаче. «Когда мы пришли в РОСНАНО за поддержкой, — вспоминает Предтеченский, — нас встретили скептически, мол, куда это вы собрались, нанотрубками занимаются крупнейшие химические концерны Bayer, Arcema и Showa Denko. Однако они занимались многостенными нанотрубками, которые имели массу недостатков». Концерны не смогли справиться с проблемами, списали долги и закрыли свои исследования. После этого, испугавшись, с рынка ушли многие исследовательские группы. OCSiAl же сразу сделал ставку на одностенные трубки и не прогадал.

«В 2014-м мы продемонстрировали, что нанотрубки могут быть промышленно производимы, и на сегодняшний день мы абсолютные лидеры, — подчеркивает Предтеченский. — После этого во всех странах поняли, что одностенные углеродные нанотрубки — это фундаментально важный продукт, поэтому сейчас за нами бежит уже целая толпа «индейцев». Дистанцию между ними и нами нужно сохранить. А сохранить ее можно, только если захватить весь рынок. После этого конкурировать с нами будет бесполезно. В следующем году мы запускаем реактор Graphenron 50 (который, кстати, делает наш «Сибэлектротерм». — Прим. ред.) производительностью 50 тонн в год, после этого мы и займем более 95 процентов рынка».

Ключевое событие

Однако наладить производство — это еще далеко не все. «Есть десятки тысяч патентов. Но нельзя просто прийти с банкой трубок на производство, — объясняет Предтеченский. — Ввести их в материалы — технологический процесс очень высокого уровня. Сразу после синтеза трубки слипаются в пучки из десятков нанотрубок. Чтобы они эффективно работали, надо эти пучки расщепить. Чтобы это сделать, мы создали специальное оборудование, которого в мире не существовало. Мы научились делать мастербатчи — растворы с высокой концентрацией трубок, в которых пучки разбиты».

Таким образом, как заявил в 2014 году на презентации в Лондоне Юрий Коропачинский: «Ключевое событие создания масштабируемого синтеза одностенных графеновых нанотрубок произошло». 

То есть технология есть. Уже 80 процентов антистатических полов в России, которые необходимы практически на любом производстве, делаются с одностенными нанотрубками. И понятно, что это нанотрубки OCSiAl, потому что других промышленных производителей в мире нет. Компания работает с 85 процентов всех мировых производителей литий-ионных батарей, увеличивая емкость батарей на 10 процентов. Раньше рост на 1-3 процента в год был для производителей счастьем. Любой человек, будь то депутат, академик или журналист, может прийти в OCSiAl и увидеть все собственными глазами. Например, южнокорейский мотоцикл с такой батареей или кабели производства американской компании General Nano, которую корпорация Boeing назвала своим самым технологичным партнером 2015 года. В этих проводах медная оплетка заменена на продукцию OCSiAl, которую в компании называют просто «бумага». Экран из такой бумаги легче медного в 40 раз! Для авиации каждый килограмм на счету, длина же проводов в авиалайнере (там их меряют километрами, а не килограммами) может достигать сотни километров.

Рынок огромный. Это шины, композиты, полимеры. Не будем перечислять, сходите, посмотрите сами. Скажем только, что все произведенное в OCSiAl выхватывается рынком «с руками». И спрос растет экспоненциально.

Разумеется, рука об руку с производственными достижениями всегда идут сомнения в их безопасности для человека. Разговоры о возможной токсичности углеродных нанотрубок начались еще 15 лет назад. Тогда появилась мысль, что нанотрубки могут протыкать мембраны клеток. Многие научные группы во многих странах получили на это государственные гранты, однако за эти годы каких-либо доказательств опасности одностенных углеродных нанотрубок получить так и не удалось. Ими даже кормили мышей, и эксперименты показали отсутствие какой-либо заметной реакции. Дело здесь в том, что, в отличие от жестких игл асбеста, одностенные нанотрубки очень гибкие и ничего не протыкают, потому что они в 1000 раз тоньше асбестовых волокон.

Второе. Нанотрубки — это не нечто новое в природе, человечество с ними сталкивалось всегда. Они образуются при лесных пожарах, если соскоблить сажу из печи или камина, нанотрубки под электронным микроскопом можно обнаружить и там. Если нанотрубки уже растворены в матрице, то — и это доказано — вытащить их оттуда не представляется возможным. Поэтому в США, например, их относят к нижнему классу опасности, и с ними можно производить даже детские игрушки. 

Тем не менее OCSiAl, изначально перестраховавшись, сделал свое производство совершенно замкнутым, герметичным. В данный момент в Великобритании один из ведущих токсикологических институтов фактически закончил исследования TUBALL, и скоро OCSiAl будет выдан первый в мире REACH-сертификат на продукт «Одностенные углеродные нанотрубки», подтверждающий полную безопасность его продукции и право поставлять его в любом количестве в страны Европейского Союза.

Более того, нанотрубки способны внести вклад в уменьшение эмиссии СО2, сравнимый с вкладом всей альтернативной энергетики. Именно об этом, кстати, говорил Владимир Путин, выступая в Париже на конференции стран по вопросам изменения климата. «В России, — отметил он, — разработана технология использования добавок на основе углеродных нанотрубок. По оценкам экспертов, применение этой технологии только в России снизит эмиссию углекислого газа к 2030 году на 160–180 млн тонн».

Триада Лаврентьева

Михаил Предтеченский считает принципиально важным, что компания находится именно в Академгородке, в окружении академических институтов и университета: «У нас есть возможность использовать кадровые и научные ресурсы Академгородка. Мы подключаем научные группы для решения специальных узких задач, у нас есть доступ к аналитическому оборудованию. Мы готовы это сотрудничество расширять и расширять, представляя все ресурсы созданного нами Центра инжиниринга и прототипирования продуктов на основе одностенных нанотрубок». 

OCSiAl не просто расположил свой главный офис в Академгородке. Компания является ведущим резидентом Академпарка — лучшего научно-технологического парка в стране. Совместно они реализуют пояс внедрения — ключевой элемент «треугольника Лаврентьева». Пояс внедрения призван обеспечивать адаптацию полученных в академических институтах разработок и их доведение до стадии внедрения в практику. OCSiAl с помощью площадки, специально созданной для них Академпарком, РОСНАНО и правительством области, не просто обеспечил внедрение, но создал новый рынок. 

Чтобы обеспечить его развитие, OCSiAl готов сотрудничать со всеми заинтересованными новосибирскими предприятиями, малыми и крупными фирмами. О примере завода «Экран», на котором благодаря сотрудничеству с OCSiAl в экспериментах удалось снизить процент брака на производстве бутылок с 20 процентов до двух, знают многие. Есть и другие примеры, но там пока все находится на стадии разработки технологии, либо из соображений коммерческой тайны о них пока рано говорить.

OCSiAl не просто продает нанотрубки, компания еще разрабатывает технологии для различных индустрий. Но она не может и не собирается охватывать все. В каждом научном направлении, в каждой отрасли промышленности есть свои профессионалы, которые, используя достижения OCSiAl, могут делать свои открытия и свои продукты, патентовать их на себя, захватывать рынки нового карбонового века, на пороге которого мы сейчас стоим. Причем здесь не надо специальных инвестиций, нового оборудования, просто вводишь добавку и получаешь совершенно новый материал с совершенно уникальными характеристиками.

Если добавить в алюминий всего 0,1 процента трубок, это сделает его прочным как сталь. Алюминий — самый технологичный металл в мире, из него делается все — от оконных рам до самолетов. Когда эффективный процесс производства алюминия с нанотрубками будет создан, это будет отдельная революция.

 

***

Сегодня безо всяких преувеличений можно говорить о том, что вклад Предтеченского и компании OCSiAl и в науку, и в будущее страны — это, пожалуй, самое яркое технологическое достижение в России в этом веке. Это так же круто, как создание первого промышленного производства чипов, компьютеров или смартфонов. Ничего подобного в нашей стране не было со времен создания атомной бомбы (но тогда мы догоняли США). «Кремневую технологическую волну» СССР проиграл вчистую. «Карбоновую технологическую волну» Россия имеет шанс возглавить, и тогда все остальные, в том числе США, будут догонять уже нас. И это не голый пафос, это, как говорится, констатация уже свершившегося факта. Победитель всегда получает все.