Создавая будущее: материалы – невидимость, сверхпрочность, самовосстановление

Современная химия и материаловедение стремятся к созданию веществ с прежде недостижимыми свойствами: от самовосстанавливающихся до невидимых покрытий, композитов с прочностными свойствами, превосходящими металлы. На сессии «Материалы будущего: невидимость, сверхпрочность, самовосстановление» Симпозиума «Создавая будущее» эксперты обсудили, какие технологии и материалы будут внедрены в промышленность в ближайшем будущем, и как они могут повлиять на жизнь, и какие проблемы необходимо решить

Модератор, вице-президент РАН, член Общественного совета Росатома Степан Калмыков в начале дискуссии напомнил, что ещё до старта национального проекта «Новые материалы и химия» в Новосибирске на «Технопроме» примерно в том же составе участников обсуждалась необходимость эффективных взаимоотношений между наукой и бизнесом, справедливого распределения прав на интеллектуальную собственность с учетом государственных инвестиций в науку. Участники той прошлой дискуссии акцентировали внимание на взаимосвязи развития химической промышленности и растущего спроса на продукцию, пытались прогнозировать изменения. За прошедшее время появился национальный проект «Новые материалы и химия», определяющий приоритеты и технологические цепочки развития отрасли; отношения между бизнесом, государством и наукой обрели более четкие очертания. Поэтому модератор предложил оценить произошедшие изменения: что изменилось за эти два года, и какие дальнейшие меры необходимы для желаемых результатов.

Бег по ландшафту с препятствиями

Заместитель директора Департамента химической промышленности Минпромторга РФ Алексей Артемьев начал с констатации факта, что экономический ландшафт создает определенные вызовы для компаний, которые еще недавно планировали инвестиции. Сегодня они с особой тщательностью оценивают экономическую целесообразность своих проектов: изначальные планы претерпевают изменения. Но компании планируют свою деятельность на долгосрочную перспективу, особенно в тех областях, где речь идет о развитии целых отраслей: авиастроение, двигателестроение, космос, медицинские материалы – все это требует стратегического планирования, и краткосрочные препятствия носят временный характер.

Во взаимодействии науки и промышленности найден набор достаточно эффективных инструментов. Он еще не совершенен и требует развития, но уже демонстрирует результаты и пользуется спросом. Во-первых, это традиционные направления поддержки промышленных НИОКР, направленных на разработку технологий, которые будут внедряться предприятиями. В этой области, особенно в химии, ежегодно в среднем несколько миллиардов рублей направляется на проекты, связанные с малотоннажными продуктами, продуктами переработки полимеров. Компании, ранее получившие финансирование и привлекшие научные организации для разработки и пилотирования технологий, начинают демонстрировать устойчивые результаты в виде роста выручки.

Второй инструмент, который начали масштабировать в этом году, – создание центров инженерных разработок на базе бюджетных учреждений науки и высшего образования. В этом году создали шесть таких центров по различным направлениям химии, включая центры, занимающиеся катализом, органическим синтезом и материаловедением. Суть таких центров инженерных разработок в том, что они создаются на базе государственных учреждений, оснащаются современным оборудованием и могут в интересах промышленности проводить разработку, пилотирование и испытания технологий или изменений в существующие технологии. Судя по обязательствам по будущей выручке, которые берут на себя университеты, эта услуга востребована, наблюдается зарождение партнерства между крупными промышленными предприятиями и институтами. Эти два направления – основной вектор приложения усилий, направленный на темы, где есть квалифицированный заказчик и понимание того, кто, как и за какие суммы будет приобретать продукты. Это проекты, обладающие определенной долей уверенности в будущем результате.

Также комплекс мероприятий реализуется Министерством науки и высшего образования в рамках национального проекта «Новые материалы и химия» и государственных программ, направленных на развитие фундаментальной науки и ее сближение с промышленностью в поиске конкретных заказов и заказчиков. Институты и компании активно вовлекаются в этот процесс. Российский научный фонд играет важную роль, поддерживая рискованные задельные темы, где заказчик и будущий потребитель продуктов и материалов пока не может с уверенностью оценить объем потребления. В этом случае государство берет на себя часть риска.

В рамках национального проекта реализуются три основных направления в области материалов и химии. Во-первых, это химическая промышленность, включая базовую химию, необходимую для дальнейшей переработки, и полимерные материалы, смолы, необходимые для производства. Во-вторых, это композиционные материалы. Основные приоритеты в этой области – развитие сырьевой базы (химические, минеральные волокна, смолы) и разработка современных и востребованных материалов для различных отраслей промышленности: авиации, двигателестроения, космоса. Огромное значение имеет развитие материалов для работы в условиях низких температур, особенно в Арктике. Отдельным направлением является разработка ядерных материалов, контактирующих с ионизирующим излучением, которое ведется коллегами из Росатома в рамках национального проекта «Новые атомные и энергетические технологии». В-третьих, это редкие и редкоземельные металлы, важность которых трудно переоценить. Они необходимы не только для электроники, но и для катализа и других областей химической промышленности. На это направление возлагаются большие надежды, поскольку минеральная сырьевая база и возможности для производства соответствующих концентратов и редких металлов в нашей стране присутствуют в полной мере.

Подводя итоги первого года реализации национального проекта, докладчик отметил, что уже сегодня зарождается новое направление, связанное с искусственным интеллектом, как в части разработки технологий производства химических продуктов, так и в разработке наукоемких продуктов: дизайн молекул и новых материалов, поиск материалов с заданными свойствами. Инструментарий искусственного интеллекта уже применяется в этих областях, и в будущем современную лабораторию будет невозможно представить без владения этими технологиями. Президент дал поручение уделить особое внимание этим направлениям в химии и материаловедении, поэтому они также будут развиваться в рамках национального проекта «Новые материалы и химия».

Что касается спроса на продукты, его можно сравнить с увеличительным стеклом, которое мы водим над большим столом. При формировании цепочек продуктов осознавалась критичность спроса со стороны государственных заказчиков, но это далеко от полного понимания потребностей. По некоторым продуктам были гипотезы относительно изучения иностранных рынков и динамики развития отраслей, потребляющих химическую продукцию. Предполагалось, что определенные материалы востребованы, но необходимо провести работу по поиску клиентов, пониманию их требований и спецификаций. Это непрерывная работа, которая шаг за шагом повышает прозрачность спроса и позволяет инвесторам и государственным организациям получить определенность, оценить проекты и приступить к их реализации, на протяжении следующих 20 лет. Что же касается системы государственного материального резерва как потенциального заказчика (этим вопросом поинтересовался модератор) – она достаточно жестко регламентирована как с точки зрения номенклатуры, так и с точки зрения требований к продукции и ее объему. Гибкости в этой системе для решения сиюминутных задач немного, она рассчитана на долгий срок и на кризисные события; если они происходят, эта система позволит «залпом» удовлетворить потребности в тех или иных изделиях или материалах. Смотреть на эту систему как на потенциального заказчика можно, но учитывая ее ограничения, это требует очень качественной проработки. Поэтому широкую номенклатуру, как хотелось бы, из сотен различных новых продуктов заложить быстро не получится.

Краеугольные нанотрубки

Профессор Альберт Насибулин, руководитель лаборатории наноматериалов Сколтех, начав с краеугольных камней технологического лидерства, выделил четыре незыблемые основы. Во-первых, нужна плодородная экосистема, где научные открытия не пылятся на полках, а обретают жизнь в коммерческом воплощении. Для этого необходимы инновационные оазисы – центры и технопарки, где рождаются и крепнут передовые идеи. Во-вторых, это образование – и научные школы и поколения квалифицированных ученых. В-третьих, развитие науки и технологий – без этой поступательной эволюции лидерство останется лишь несбыточной мечтой. И, наконец, в-четвертых – симбиоз науки и бизнеса, когда коммерциализация становится не просто возможной, а неизбежной, превращая научные достижения университетов и институтов в реальные продукты и решения.

В качестве примера Альберт Насибулин обратился к однослойным углеродным нанотрубкам – материалу, с которым он связан уже более четверти века. Этот пример затрагивает как вопросы цепочки сырья, так и технологического лидерства. Из крошечного лоскутка графена, свернув его в невообразимо малый цилиндр, можно создать однослойную углеродную нанотрубку – это абсолютный чемпион и рекордсмен в мире материалов. Они превосходят своих конкурентов по совокупности свойств. Обладая металлическими свойствами, они являются превосходными проводниками тепла и электричества. В полупроводниковой «ипостаси» они позволяют создавать транзисторы, чьи характеристики превосходят кремниевые аналоги. Химически стабильные и инертные, они выдерживают нагрев до 1500 град. С. И главное, они невероятно легкие и при этом одни из самых прочных материалов на планете. Сочетание этих свойств и обуславливает колоссальный интерес к ним. Примерно треть всех наноматериалов приходится именно на однослойные углеродные нанотрубки.

Производство этого материала на сегодняшний день достигает порядка 4 тыс. тонн, с ежегодным ростом в 13%, что означает удвоение объемов к 2030 году. Говоря о крупнейших производителях, нельзя не упомянуть Китай, лидера в этой области. Но до 2023 года пальма первенства принадлежала России. Многие слышали о новосибирской компании «Оксиал», которая совершила прорыв, выйдя на многотоннажное производство и обрушив цены с 2 тыс. долларов за грамм до 2 тыс. долларов за килограмм. К сожалению, в 2023 году компания перенесла свою деятельность за рубеж. Ниша для нашей страны – возможность вернуть утраченное технологическое лидерство. В России остались специалисты, работавшие в компании, есть вся необходимая инфраструктура. Нужна лишь государственная воля, чтобы вдохнуть жизнь в пустующие цеха «Оксиала», – считает Альберт Насибулин.

Лаборатория наноматериалов в Сколковском институте науки и технологий также занимается синтезом однослойных углеродных нанотрубок, хотя это производство не рассчитано на многотоннажные объемы. Там создают, в частности, прозрачные электроды, где важны не тонны материала, а тончайшие слои, измеряемые квадратными метрами, с толщиной от 1 до 20 нанометров. Здесь качество главенствует над количеством. Необходимые ингредиенты поступают в температурный реактор, на выходе фильтруется материал и получается плёнка из осажденных на фильтр нанотрубок. Вырезав нужную геометрию, можно перенести этот фильтр практически на любую другую подложку, что важно для создания прозрачных электродов или волокон.

Сфера применения однослойных углеродных нанотрубок весьма широка. Практически в любой области науки и техники, в качестве самостоятельного материала и в сочетании с другими компонентами, они способны обеспечить новые или значительно улучшить существующие решения. Профессор привёл несколько примеров, демонстрирующих возможности однослойных углеродных нанотрубок (эти исследования были проведены в лаборатории). Один из примеров родился в сотрудничестве с одним из индустриальных производителей лакокрасочных материалов, который обратился с просьбой улучшить их краски с помощью нанотрубок. Оказалось, что даже небольшая добавка, всего 0,05%, значительно увеличивает прочность и твердость более чем на 200%. Также увеличили силу адгезии почти в два раза. Электрическая проводимость меняется в зависимости от концентрации на несколько порядков.

Введение синтезированных волокон или пленок нанотрубок позволяет создавать «умные» полимеры, с помощью которых можно контролировать усадку во время производства и следить за его качеством во время эксплуатации. При этом наличие волокон или углеродных пленок не влияет на основные свойства, но обеспечивает высокую чувствительность к химическим и физическим изменениям. 

Еще один пример – мембрана из однослойных углеродных нанотрубок (прямоугольник с диагональю около 18 см). Это пленка, держащуюся только за края подложки, а внутри свободная, толщиной всего 10 нанометров. Она может использоваться в качестве фильтра, пропускает свет и является электрически проводящей. Одно из применений уже найдено – ASML, ведущий производитель фотолитографов для глубокого ультрафиолета (extreme UV-литографии), использует углеродные нанотрубки для защиты маски и разделения эмиссии глубокого ультрафиолета от основной камеры. Этот подход может быть успешно коммерциализирован не только в Европе, но и в Китае. Однако не всё так просто. В лабораторию Сколково обращалась компания Huawei, заказавшая более 200 образцов, но за полтора года так и не был найден способ перевезти их в Шанхай: российские разработчики столкнулись с таможенным контролем, который классифицирует углеродные нанотрубки как продукцию двойного назначения, следовательно, экспорт ограничен. Здесь необходима государственная воля для достижения технологического лидерства. Вероятно, Huawei уже нашла других поставщиков. В заключение профессор отметил, что успех в достижении технологического лидерства возможен только через синергию науки, технологий и государства. Необходимо целенаправленное государственное решение, таргетированная программа.

Доходы из отходов

Советник генерального директора АО «Росатом Недра» Дмитрий Олейник согласился, что технологии претерпевают стремительные изменения, для чего требуются принципиально новые материалы. Прогресс диктует возрастающую потребность в редких и редкоземельных металлах, ряде других критически важных компонентов. На мировой арене разгорается борьба за эти ресурсы, приобретающие стратегическое значение для обеспечения технологического и производственного суверенитета каждой страны, для возможности выпускать конкурентоспособную продукцию, удовлетворяющую внутренний спрос и обеспечивающую экспорт. Актуальным становится переработка техногенных ресурсов – это задача, стоящая перед всем миром. Мы фактически имеем дело с общепланетарной проблемой, возникшей из-за интенсивной разработки месторождений в последние сто лет. Промышленность долгое время нуждалась в ограниченном наборе компонентов, но сегодня этот перечень значительно расширился. Во всём мире схожая ситуация: добыча велась преимущественно из монокомпонентного сырья, и компании специализировались на нём, а невостребованные ресурсы отправлялись в отвалы и хвостохранилища, превращаясь, с одной стороны, в источник экологического вреда, а с другой – в потенциальный источник минерального сырья.

Расположение этих техногенных залежей неравномерно. Они сконцентрированы в районах, где исторически развивалась горнодобывающая промышленность. Это, как правило, освоенные горнорудные районы с развитой дорожной сетью, энергетической инфраструктурой и квалифицированными специалистами, способными вести подобные разработки. Стоит отметить, что объём этих ресурсов растёт быстрее, чем темпы их переработки. И сегодня мы должны переосмыслить подходы к промышленности, найти способы эффективного использования техногенных ресурсов, уже извлечённых из недр и находящихся на поверхности. Основные затраты на их извлечение и дезинтеграцию уже понесены, и у нас есть уникальная возможность решить эту проблему. Таким образом, мы одновременно решаем экологическую задачу, очищая планету, и обеспечиваем растущие потребности промышленности в тех компонентах, которые ранее не были востребованы.

Практика показывает, что «разобрать» можно практически любой объект, в природе нет ничего бесполезного – любому компоненту можно найти применение. Это один из вызовов, стоящих перед индустрией. Вызовы эти непросты и требуют новых технологий и методик извлечения. Существующая промышленность ориентирована на разработку природных месторождений под обеспечение промышленности первичным сырьём: отработаны технологии, техника, материалы, система подготовки кадров. Но необходимо переосмыслить эти технологии, изучить альтернативные методы извлечения и раскрыть потенциал техногенных ресурсов. Современный период характеризуется тем, что легкодоступные, богатые и уникальные по составу месторождения в мире практически исчерпаны. И чем дальше развивается человечество, тем острее осознаёт, что таких месторождений либо уже не осталось, либо их крайне мало. Предстоит либо разрабатывать более глубокие, более бедные и трудноизвлекаемые объекты, либо вернуться к техногенным ресурсам, которых на планете накопилось огромное количество, и которые представляют собой перспективную минерально-сырьевую базу. Соответственно, обеспечение промышленности наиболее востребованными ресурсами путём переосмысления нашего отношения к техногенным объектам – это вопрос ближайшей перспективы.

Пример – производство скандия, редкоземельного металла под номером 21 в таблице Менделеева. Одним из способов извлечения урана является подземное выщелачивание. Анализ этого процесса позволил понять, что из продуктивного раствора можно извлекать и скандий. Предприятие «Далур» в Курганской области, помимо урана, занимается извлечением скандия, являясь единственным в стране производителем этого металла и обеспечивая текущие потребности в нём. В противном случае жидкость была бы просто утилизирована. Подобный подход в Росатоме, демонстрирует, что необходимо видеть возможности вовлечения техногенных отходов в переработку, что, с одной стороны, позволяет улучшить экологическую ситуацию за счёт снижения класса опасности отходов, а с другой – создаёт источник минеральных ресурсов. И сегодня эта проблема стоит перед всем человечеством: необходимо рассматривать подобные объекты как потенциальный источник пополнения минерально-сырьевой базы и обеспечения промышленности новыми, необходимыми компонентами.

Мы можем обратиться к советскому опыту, когда были успешно решены задачи обеспечения промышленности необходимым сырьём, а невостребованное сырьё складировалось в отвалах. Развивая сотрудничество с МГУ и РАН, опираясь на прикладную науку, промышленный, научный и кадровый потенциал Росатома, мы движемся по пути поиска новых возможностей извлечения ценных материалов, новых эффективных подходов к тем ресурсам, которые остались с советского периода и продолжают накапливаться. И мы должны серьёзно подойти к решению этой задачи. Эта задача была поставлена президентом на Петербургском экономическом форуме, где Владимир Владимирович Путин подчеркнул, что освоение техногенных ресурсов является одной из приоритетных задач для нашей страны.

Полимерная цепочка от идеи до продукта

Сергей Тутов, директор НИОКР и инноваций ООО «Сибур», рассказал о бизнесе полимеров – это ключевой приоритет компании и пример выстраивания технологической цепочки и достижения технологической независимости, а в конечном счете технологического лидерства. Секрет создания успешной цепочки, доходящей до конечного потребителя, заключается в интегрированной модели. Именно по такому принципу СИБУР строил свою работу с полимерами. Модель начинается с сырья, создавая конкурентное преимущество за счет переработки попутного нефтяного газа, отхода нефтедобычи, в олефины и полимеры. Далее следует разработка марок полимеров, обеспечивающих необходимые свойства не только материалу, но и конечному изделию. СИБУР идет дальше, участвуя в разработке продуктов наших клиентов, чтобы придать полимерам те уникальные свойства, которые увеличат добавленную стоимость готового изделия. Завершает эту цепочку концепция устойчивого развития, включающая вопросы вторичной переработки полимеров, создания эффективных и экологичных моделей.

Значительная часть этой модели связана с разработкой новых технологий и материалов. Еще до того, как технологическая независимость стала императивом, в СИБУРе осознавали важность создания собственных катализаторов, определяющего свойства полимеров. Первые партнерские проекты с российскими научными институтами, такими как МГУ и институты РАН, стартовали в 2018-2019 годах. Изначально в этом способ видели создания инновационных полимеров, коммерчески недоступных на тот момент. Сейчас в компании воспринимают это как фундамент технологического лидерства. Базовые технологии мы приобретали и успешно использовали, сформировав эффективную бизнес-модель переработки газового сырья в полимеры. Однако доступ к инновационным материалам и катализаторам всегда был ограничен. Компания, создавшая уникальный катализатор, не станет им делиться, а будет использовать его для получения прибыли в течение 5-10 лет, пока конкуренты не изобретут аналоги. И лишь затем технология станет доступна тем, кто не способен разрабатывать собственные решения. Поэтому для компании всегда было приоритетом создание задела для повышения эффективности основного бизнеса.

Партнерство с российской наукой стало отработанным механизмом, и сейчас программа «Госзадание 2.0» рассматривается как перспективный инструмент для решения двух задач. Во-первых, поддержка инноваций с высокой степенью риска, фундаментальных исследований, где успех достигается в одном случае из десяти. Во-вторых, определение областей интереса и развития, перспективных для бизнеса, и направление усилий ученых в эти области. Это приводит к формированию научных групп, специализирующихся на конкретных темах. Даже если фундаментальное исследование не принесло результатов, область, интересующая бизнес, наполняется квалифицированными кадрами. Это ключевое преимущество программы для СИБУРа.

В компании не ограничиваются собственными разработками, а активно сотрудничают с российской наукой, видя в этом значительный потенциал. Внутри компании выстраивается собственная цепочка: от лабораторных исследований до масштабирования, пилотирования и внедрения в промышленность. Этот этап остается зоной ответственности бизнеса – конвертация лабораторных результатов в успешные инженерные решения и промышленные мощности. СИБУР системно инвестирует в это направление. Так, в конце 2024 года в Тобольске был открыт Центр пилотирования полимерных технологий. Это уникальная установка, объединяющая 12 технологий полимеризации олефинов, представленных на российском рынке. Она необходима для тестирования новых катализаторов, не использовавшихся ранее, без риска остановки крупных промышленных установок. Пилотная установка позволяет доработать технологические решения, необходимые для модернизации существующих предприятий, особенно в условиях недоступности лицензиаров.

Следующий элемент цепочки – прикладные центры разработок, включая головной центр Polylab в Сколково и 8 научных центров по всей стране. Здесь создаются продуктовые решения, ориентированные на то, как наши продукты будут вести себя в готовых изделиях, какую пользу они принесут клиенту. Цель – предложить клиенту готовое решение с определенными свойствами, изготовленное из набора синтетических материалов, которое можно легко внедрить в производство.

Всё это создает фундамент для перехода от инкрементальных разработок к инновациям. Цепочка, начинающаяся с программы «Госзадание 2.0», продолжающаяся масштабированием и доведением разработок до промышленного производства, формированием партнерской сети на всех этапах – от лабораторных исследований до инжиниринга и использования материалов в готовых изделиях – создает основу для технологического лидерства. На этой основе СИБУР запускает новые инновационные продукты, такие как суперконструкционные полимеры, полиэфиркетонкетон и др. Эти материалы, предназначенные для машиностроения и авиастроения, обеспечивают снижение веса, увеличение прочности и замену традиционных материалов, включая металл.

Поддержка фундаментальной науки, использование ее как источника идей и компетенций, а также способность доводить разработки до промышленного применения формируют устойчивую модель. Важным элементом этой модели являются инвестиции в экологичность решений. В СИБУРе есть отдельный блок и портфель разработок для вторичной переработки, активно используется механическая вторичная переработка. Инвестиции направляются в химическую переработку и технологии термолиза, позволяющие разлагать смешанный пластик на базовые углеводороды и возвращать их в производственный процесс. Это замыкает цепочку от сырья до конечного использования и эффективной переработки. В целом, СИБУР системно инвестируем в эту модель, видим ее результаты в базовых полимерах и верим, что она будет работать и в инновационных продуктах.

Здесь модератор дискуссии Степан Калмыков обратил внимание, что попытка тотального запрета пластиков, которой грешило прогрессивное мировое сообщество ещё несколько лет назад, граничит с безумием: замены этим материалам нет, попытка перейти на целлюлозу как основной упаковочный материал и иные подобные шаги нанесут намного больший ущерб окружающей среде. Именно переработка пластика, с вовлечением его во вторичный оборот – путь, по которому должна идти мировая индустрия.

Прогресс, настоянный на апельсиновых корках

Интересным контрастом стало выступление чилийской участницы дискуссии – Мануэль Андрес Лара Яньес, координатора Управления по инновациям и предпринимательству Технологического университета Чили. Наши коллеги сфокусировали поиски на апельсиновой кожуре, превращая ее в источник вдохновения и новаторских решений. Команда, объединяющая биохимиков и химиков, обнаружила, что кожура апельсинов обладает удивительными звуко– и теплоизоляционными свойствами. В основе разработки – рецепт органического сырья и чистой воды, дополненный желатином. Результаты превзошли все ожидания. После тщательной разработки прототипов и опытных образцов, мы пришли к идее использовать этот материал для звуко– и теплоизоляции в метрополитене, где высокий уровень шумового загрязнения влечет целый каскад негативных последствий: стресс, проблемы со слухом и другие заболевания.

Команда трудится над созданием нового материала, параллельно изыскивая источники финансирования, чтобы в будущем запустить его производство в широких масштабах. Основные усилия направлены на углубленное исследование акустических и термических свойств. При этом разработчики строго придерживаются строительных стандартов, принятых в Чили. В процессе работы с апельсиновой кожурой сырье подвергается нагреву, чтобы убедиться в его соответствии самым строгим требованиям рынка. Кроме того, тщательно изучаются биохимические и биотехнологические свойства и, как результат, получаются интересные материалы. В настоящее время идёт сотрудничество с Министерством жилья, рассматривается возможность создания экологически чистой продукции, способной заменить аналоги, загрязняющие окружающую среду. Модули, созданные на основе апельсиновой кожуры, демонстрируют впечатляющие эксплуатационные характеристики.

От бедного студента до счастливого миллиардера

Виктор Авдеев, председатель совета директоров ГК «УНИХИМТЕК», заведующий кафедрой «Химической технологии и новых материалов» МГУ им. М.В. Ломоносова, считает, что ключ к будущему материаловедения – в технологическом лидерстве: преуспеют лишь те, кто способен создавать не имеющие аналогов материалы или разрабатывать технологии, делающие известные материалы конкурентоспособными. Последний путь зачастую ведет к успеху быстрее, позволяя занять существующий рынок. Создание же уникальных материалов требует формирования нового рынка. Но классические университеты с мощной фундаментальной научной базой – лучшая среда для взращивания технологических лидеров. Именно молодые ученые способны совершать открытия, создавать то, чего еще не существует.

УНИХИМТЕК – это квинтэссенция университетских химических технологий. В этом году компании исполняется 35 лет. Всё начиналось с лабораторий, где трудилось десять человек. Сегодня же сплоченная команда насчитывает более тысячи энтузиастов. Группа обладает двумя дюжинами уникальных технологий и материалов, аналогов которым либо не существует, либо они входят в первую тройку лидеров. В тех случаях, когда компания остаётся второй, она осознаёт, что интеллектуальная гонка ведётся с мировым чемпионом. Очевидная истина: если лидер почивает на лаврах или движется черепашьим шагом, то через два-три года его сместят с пьедестала, в лучшем случае на третье место, а то и вовсе выбросят из десятки. Поэтому неустанный бег, перманентное стремление к совершенству – вопрос выживания и вопрос идентичности.

Краеугольным камнем для создания чего-то принципиально нового является идея; дальше – классический инновационный цикл: фундаментальная наука, прикладные исследования, разработка технологий. Виктор Авдеев повторяет как студентам, и молодым сотрудникам, и опытным коллегам: ни фундаментальная, ни прикладная наука не пострадают, если вы четко понимаете, кому нужны ваши разработки. Критически важно осознавать, кому нужна идея, кому необходимы материалы, кому адресованы усилия. Это многократно сокращает дорогу к успеху и на порядки снижает стоимость этого тернистого пути.

Особенность технологического лидерства в том, что создаётся то, чего нет ни у кого другого, а это означает, что передать разработку некому. Есть два пути: либо ограничиться публикацией научных статей и, удовлетворившись этим, покорять новые вершины (и писать новые статьи). Либо нужно взять ответственность за полный цикл – от фундаментальной науки до прикладных разработок и внедрения в производство. Путь от науки к производству начинается с кафедры, объединяющей 50 сотрудников, и института, созданного совместно с МГУ и Фондом Бортника, в котором трудятся 150 специалистов. Эти две команды являются авторами порядка 300 патентов. Производство объединяет основные бизнес-направления «УНИХИМТЕК», их уже пять, они приносят миллиардную выручку. Сегодня у группы много тысяч потребителей и десятки стран, в которые продукция экспортируется (экспорт является самым убедительным доказательством лидерства).

Чтобы поддерживать лидерство, пришлось пойти еще дальше. Пример с композиционными материалами: вначале их просто производили. Затем, из-за прекращения поставок компонентов из Европы и Америки, были вынуждены заняться созданием собственного набора компонентов. Это было крайне невыгодно в условиях конкуренции с китайскими производителями. Для аэрокосмической отрасли требуются лишь десятки тонн продукции, в то время как китайцы производят десятки тысяч тонн. Но бизнес-логика заключалась в том, чтобы создать инфраструктуру, где десятки молодых специалистов занимаются разработкой уникальных компонентов, обеспечивающих технологическое превосходство в будущем. Поскольку передавать разработанные материалы некому, разработчики были вынуждены (и с удовольствием начали) производить изделия для самолетов и космических кораблей. Заказчики отмечают, как, например, в случае с МС-21, что самолеты собираются в том числе из компонентов УНИХИМТЕК.

Этого оказалось мало. Чтобы сохранить технологическое лидерство, нужно уметь создавать оборудование, на котором можно производить компоненты, материалы и изделия. Даже партнёры России из КНР продают только вчерашние, а чаще позавчерашние технологии, завтрашние же – никогда. Поэтому, опираясь на собственную производственную базу и свой инжиниринг, УНИХИМТЕК выпускает ряд производственных линий по запатентованным технологиям, конкурируя со швейцарскими и немецкими компаниями.

Для аэрокосмической отрасли научились осуществлять все этапы технологического процесса, есть даже лицензия на конструирование деталей космических и других аппаратов (люди с образованием осваивают эту нишу довольно легко, отметил докладчик). Движущей силой композитных материалов сегодня стали углеродные волокна. Сегодня в России для этого направления делается недостаточно, хотя СССР был в тройке мировых лидеров. Сегодня это одна из ключевых областей, требующих безотлагательного решения: самая прочная сталь Советского Союза уступает современным волокнам по прочности в 3-5 раз, при этом плотность последних в 4-5 раз меньше. Теоретики предсказывают прочность в 32 гигапаскаля, то есть более 3 тонн на кв.мм, более оптимистичные – о 15 т на кв.мм – таково будущее сверхплотных материалов.

Космос – одно из направлений, которое компания активно развивает и делает на него ставку. Многоразовый космический корабль, который конструирует РКК «Энергия», будет содержать часть элементов (лобовой щит, аэродинамическую оболочку), произведённых в УНИХИМТЕК. Этот многоразовый корабль появится позже аналогичного проекта Илона Маска, но задача поставлена и решается. В дальнем космосе температура достигает -250 град.С, а при входе в атмосферу она составит 5-7 тыс. град. С. Материалы должны выдерживать оба этих экстремальных условия. Но весь космос при самых оптимистичных прогнозах – это 10, 20, 30 тонн композитов в год. Если же обратиться к авиации, то это связующие (углепластики – углеродное волокно и связующие). Фталонитрильные связующие УНИХИМТЕК обладают рекордными характеристиками длительной эксплуатации и работы при температурах выше 1000 градусов. При этих сверхвысоких температурах пластик превращается в углеродный композит, но даже при его распаде прочность остается выше, чем у лучших алюминиевых сплавов. Авиация – это уже потребности в тысячах тонн. Даже авиация России – это 72 самолета в год (если же говорить о Boeing, это порядка 700-800 самолетов, и потребность в углепластиках там существенно выше). Польза будет и для использования на Земле. В настоящее время уже делаются криобаки для космических кораблей, предназначенные для хранения жидкого водорода, кислорода и метана – эти же технологии востребованы при обычной транспортировке сжиженного природного газа.

Инфузионная технология, которой гордится ОАК, позволила создать первое композитное крыло для российского самолета МС-21. Эта работа продолжается: создаётся крыло для совместного с Китаем широкофюзеляжного самолета. Россия является лидером, поставляет систему материалов для аэрокомпозита. Преимущество предложенного подхода заключается в возможности создавать изделия любых размеров. Формовка происходит не в автоклавах, ценой в сотни миллионов долларов, а за счет давления воздуха. Это инфузионные технологии, которыми мы успешно занимаемся уже несколько лет.

Другой пример – углерод-углеродные композиты, расщепленные мультиграфеновые структуры. Нанотрубки – это однонаправленные наночастицы, обладающие теплопроводностью примерно в 8 раз выше серебра. В УНИХИМТЕК в промышленных масштабах расщепляются сотни тонн графена. Упаковывая его, можно получить значение до 600 В/(кв.м·К) – это мировой рекорд; в Германии добились лишь 475, в Китае – 500. Это новая область, создающая новые возможности в области теплообмена, охлаждения и отопления.

Еще один результат УНИХИМТЕК– графитовая фольга. Эти структуры используются в качестве уплотнения, когда другие материалы (резина, фторопласт, асбест) не работают: на помощь приходит терморасширенный графит. В обычных условиях его упругие свойства восстанавливаются на 5%, мы создаются материалы с восстановлением на 15-30%. Это оригинальная разработка.

В заключение докладчик привёл пример из области литий-ионных технологий. Недавно японцы и два американца получили Нобелевскую премию за разработки в этой области. Но в России необходимо создать собственное производство компонентов, есть решение Президента по этому вопросу. Однако Китай выбрасывает на рынок сотни тысяч тонн анодных материалов; объём производства достигнет 500 тысяч тонн, а к 2030 году планируется увеличить его до миллиона двухсот. Это масштаб колоссальный, и соревноваться, создавая аналогичные материалы, бессмысленно. Необходимо изобретать уникальное, чего нет у других. Именно над этим и ведётся работа.

В России огромное количество талантливых, умных людей. Докладчик выразил надежду, что подход оставаться профессорами, не покидая университетских стен, имея доступ к одаренным студентам – станет главным конкурентным преимуществом. Университет – это рассадник талантов. На начальном этапе УНИХИМТЕК рос экспоненциально, удваивая обороты каждый год. Сейчас, когда достигнув оборота около 10 миллиардов, получаемых от рынка, группа удваивается каждые три года. С точки зрения рынка никакой пропасти между учеными и промышленниками нет. Например, зав.лабораторией руководит композитным направлением, которое генерирует выручку в 5 млрд руб. и растет примерно на 70% в год. В этой структуре нет разрыва между фундаментальной наукой и практическим применением. Что касается рыночных перспектив, то к 2030 году, согласно нашей стратегии, планируется достичь оборота в 25-30 или даже 40 миллиардов. Рынки огромны, и если есть уникальное предложение, то, несмотря на санкции, ты всегда найдешь своего покупателя.