МИ­ХА­ИЛ ПРЕДТЕЧИНС­КИЙ

Член-кор­ре­спон­дент РАН Ми­ха­ил Пред­те­чен­ский раз­ра­бо­тал де­ше­вую тех­но­ло­гию по­лу­че­ния со­вер­шен­ных уг­ле­род­ных на­но­тру­бок. Уче­ный убеж­ден, что их ис­поль­зо­ва­ние в ка­че­стве на­пол­ни­те­лей при про­из­вод­стве ма­те­ри­а­лов сни­зит энер­го- и ре­сур­со­по­треб­ле­ние че­ло­ве­честв

Ekspert - - ЛЮДИ НОМЕРА -

«Пред­ста­вим се­бе, что раз­ра­бо­та­ны та­кие ма­те­ри­а­лы, ко­то­рые на­мно­го проч­нее тра­ди­ци­он­ных. То­гда вес ав­то­мо­би­лей умень­шит­ся, и по­чти про­пор­ци­о­наль­но сни­же­нию веса сни­зит­ся рас­ход топ­ли­ва, вы­сот­ные зда­ния и мо­сты ста­нут су­ще­ствен­но лег­че и по­тре­бу­ют для сво­е­го воз­ве­де­ния зна­чи­тель­но мень­ше ма­те­ри­а­лов, а зна­чит, ин­фра­струк­тур­ных и ло­ги­сти­че­ских за­трат, вклю­чая рас­ход то­го же топ­ли­ва на их до­став­ку, что толь­ко умно­жит си­нер­ге­ти­че­ский эф­фект».

Ми­ха­ил Пред­те­чен­ский — наш дав­ний зна­ко­мый, мы уже писали о нем («Аку­лы ака­де­ми­че­ско­го биз­не­са», «Экс­перт» № 16 за 2004 год). Он раз­но­сто­рон­ний спе­ци­а­лист в об­ла­сти ме­ха­ни­ки, теп­ло­фи­зи­ки, энер­ге­ти­ки, на­но­тех­но­ло­гий, ав­тор и со­ав­тор 260 на­уч­ных ра­бот, у него 18 ав­тор­ских сви­де­тельств и па­тен­тов, во­семь из ко­то­рых он по­лу­чил уже по­сле из­бра­ния чле­ном-кор­ре­спон­ден­том РАН в 2003 го­ду. Пред­те­чен­ский — уче­ник ака­де­ми­ка Вла­ди­ми­ра На­ко­ря­ко­ва, пред­ста­ви­тель но­во­си­бир­ской шко­лы теп­ло­фи­зи­ки и про­дол­жа­тель этой шко­лы — он за­ве­ду­ет от­де­лом в Ин­сти­ту­те теп­ло­фи­зи­ки им. С. С. Ку­та­те­лад­зе СО РАН. Он на­уч­ный ру­ко­во­ди­тель Меж­ду­на­род­но­го на­уч­но­го цен­тра теп­ло­фи­зи­ки и энер­ге­ти­ки, со­здан­но­го им пят­на­дцать лет на­зад для ком­мер­ци­а­ли­за­ции на­уч­ных идей, пред­се­да­тель прав­ле­ния ас­со­ци­а­ции участ­ни­ков на­уч­ной и ин­но­ва­ци­он­ной де­я­тель­но­сти «Си­ба­ка­де­мин­но­ва­ция», а с ле­та про­шло­го го­да во­шел в со­вет при пре­зи­ден­те по мо­дер­ни­за­ции эко­но­ми­ки и ин­но­ва­ци­он­но­му раз­ви­тию Рос­сии.

— Ми­ха­ил Ру­доль­фо­вич, ко­гда от­сле­жи­ва­ешь ди­на­ми­ку энер­го- и ре­сур­со­по­треб­ле­ния в ми­ре, ви­дишь, что его рост, свя­зан­ный пре­жде все­го с подъ­емом эко­но­ми­ки стран тре­тье­го ми­ра, все боль­ше всту­па­ет в про­ти­во­ре­чие с же­ла­ни­ем лю­дей со­хра­нить мир в от­но­си­тель­но чи­стом ви­де и с на­рас­та­ю­щей угро­зой ре­сурс­но­го дефицита.

— Что ж, так и есть. Взять ту же пре­сло­ву­тую про­бле­му уг­ле­кис­ло­го га­за тех­но­ген­ной при­ро­ды. Спо­ры об этом ведь идут в ос­нов­ном о де­та­лях. Как ско­ро мы ощу­тим на се­бе и окру­жа­ю­щем нас ми­ре его вли­я­ние? По­теп­ле­ет ли кли­мат, к че­му это при­ве­дет, как быст­ро по­гиб­нут ко­ло­нии ко­рал­ло­вых по­ли­пов, ка­ко­вы бу­дут по­след­ствия за­пус­ка цеп­ной ре­ак­ции из­ме­не­ний в био­сфе­ре оке­а­на? Но фак­ты есть фак­ты: за по­след­ние пол­ве­ка тех­но­ген­ные вы­бро­сы уг­ле­кис­ло­го га­за в ат­мо­сфе­ру вы­рос­ли бо­лее чем в три ра­за, а его кон­цен­тра­ция в ат­мо­сфе­ре уве­ли­чи­лась на 20 про­цен­тов и про­дол­жа­ет рас­ти, уже по­бив все ре­кор­ды за сот­ни ты­сяч лет. Ва­ри­ан­ты ис­хо­да та­ко­го ро­ста опи­са­ны в мно­го­чис­лен­ных на­уч­ных ра­бо­тах и, по­хо­же, дей­стви­тель­но не су­лят нам ни­че­го хо­ро­ше­го уже в бли­жай­шие де­ся­ти­ле­тия, то есть еще при на­шей жиз­ни.

— При этом энер­го­по­треб­ле­ние, а зна­чит, и эмис­си­он­ные вы­бро­сы бу­дут толь­ко рас­ти.

— В по­треб­ле­нии при­ба­вят по­чти все, но ос­нов­ная до­ля ро­ста при­дет­ся, ко­неч­но, на раз­ви­ва­ю­щи­е­ся стра­ны. По­треб­ле­ние элек­тро­энер­гии, ска­жем, статистика вла­де­ния ав­то­мо­би­лем од­ним ин­дий­цем, на по­ряд­ки от­ли­ча­ет­ся от этих же по­ка­за­те­лей, ха­рак­тер­ных для сред­не­го аме­ри­кан­ца. Стрем­ле­ние тех же ази­а­тов жить не ху­же «зо­ло­то­го мил­ли­ар­да» по­нят­но. Про­бле­ма еще и в том, что чис­ло че­ло­ве­че­ских душ толь­ко умно­жа­ет­ся: в на­ча­ле два­дца­то­го ве­ка нас бы­ло два мил­ли­ар­да, пол­то­ра го­да на­зад ста­ло семь, а к 2050 го­ду пред­ска­зы­ва­ют, что нас бу­дет де­вять мил­ли­ар­дов. Уве­ли­че­ние чис­лен­но­сти на­се­ле­ния Зем­ли на 30 про­цен­тов с уче­том ро­ста по­ду­ше­во­го по­треб­ле­ния мо­жет дать дву­крат­ный ска­чок по- треб­ле­ния энер­гии к се­ре­дине ве­ка. Оста­нав­ли­вать же рост на­се­ле­ния и убеж­дать раз­ви­ва­ю­щи­е­ся стра­ны доб­ро­воль­но пре­кра­тить свое раз­ви­тие, то есть пы­тать­ся ста­би­ли­зи­ро­вать энер­го­по­треб­ле­ние и вы­бро­сы уг­ле­кис­ло­го га­за, со­сре­до­то­чив ра­бо­ту толь­ко на этих за­пре­ти­тель­ных на­прав­ле­ни­ях, — бес­смыс­лен­но.

— Энер­го­эф­фек­тив­ные тех­но­ло­гии, энер­го­сбе­ре­га­ю­щие ме­ро­при­я­тия не смо­гут ком­пен­си­ро­вать рост по­треб­ле­ния элек­тро­энер­гии?

— А это смот­ря ка­кие тех­но­ло­гии. Ес­ли го­во­рить об ос­нов­ных точ­ках ро­ста спро­са на элек­три­че­скую энер­гию, энер­го­эф­фек­тив­ные ре­ше­ния в це­лом, иг­рая, ко­неч­но, по­ло­жи­тель­ную роль, ока­жут незна­чи­тель­ное вли­я­ние на пре­об­ла­да­ю­щий тренд. Но по­че­му мы го­во­рим толь­ко об элек­тро­по­треб­ле-нии? С точ­ки зре­ния сжи­га­ния уг­ле­во­до­ро­дов на элек­тро- и теп­ло­вую энер­ге­ти­ку при­хо­дит­ся око­ло 40 про­цен­тов пер­вич­ных ре­сур­сов (и та­кая же до­ля, упро­щен­но, эмис­сии СО ).

Осталь­ные же 60 про­цен­тов при­мер­но по­ров­ну де­лят меж­ду со­бой транс­порт и про­из­вод­ство ма­те­ри­а­лов. Сей­час в ми­ре про­из­во­дит­ся 4,5 мил­ли­ар­да тонн ма­те­ри­а­лов в год. То есть зна­чи­тель­ная до­ля по­лу­ча­е­мой в ми­ре энер­гии рас­хо­ду­ет­ся на до­бы­чу и пер­вич­ную пе­ре­ра­бот­ку ма­те­ри­а­лов, при­чем лег­ко­до­ступ­ные ме­сто­рож­де­ния боль­шин­ства руд­ных ис­ко­па­е­мых ис­чер­пы­ва­ют­ся, а до­бы­ча и пе­ре­ра­бот­ка ми­не­раль­но­го сы­рья ста­но­вит­ся все слож­нее и тре­бу­ет все боль­ше че­ло­ве­че­ских ре­сур­сов и энер­гии. Ма­ло то­го, к 2050 го­ду при су­ще­ству­ю­щей тех­но­ло­ги­че­ской па­ра­диг­ме ма­те­ри­а­лов по­тре­бу­ет­ся вдвое боль­ше. Это озна­ча­ет, что лю­ди про­сто об­ре­че­ны вво­дить но­вые ге­не­ри­ру­ю­щие мощ­но­сти, сжи­га­ю­щие уг­ле­во­до­ро­ды, уве­ли­чи­вать объ­е­мы до­бы­чи и пе­ре­ра­бот­ки этих са­мых уг­ле­во­до­ро­дов, а так­же раз­лич­но­го сы­рья для про­из­вод­ства необ­хо­ди­мых ма­те­ри­а­лов, на­ра­щи­вать ми­ро­вую транс­порт­ную си­сте­му.

— По­до­зре­ваю, вы скло­ня­е­те ме­ня к мыс­ли, что в це­лях са­мо­со­хра­не­ния нам непло­хо бы­ло бы по­ме­нять «су­ще- ству­ю­щую па­ра­диг­му» и что са­ми вы за­ни­ма­е­тесь ка­ким­ни­будь про­ек­том в этом на­прав­ле­нии.

— В этом на­прав­ле­нии я ра­бо­таю по­след­ние три го­да и убеж­ден, что в сфе­ре про­из­вод­ства ма­те­ри­а­лов таятся огром­ные ре­зер­вы для энер­го- и ре­сур­со­сбе­ре­же­ния. Вот при­ме­ры. Рас­ход топ­ли­ва ав­то­мо­би­лей по­чти ли­ней­но свя­зан с их ве­сом, при этом по­лез­ный груз обыч­но в ра­зы мень­ше соб­ствен­но­го веса ма­ши­ны. По­хо­жая си­ту­а­ция со стро­и­тель­ны­ми кон­струк­ци­я­ми: так, вес мо­стов в пять раз пре­вы­ша­ет по­лез­ную на­груз­ку, а вес вы­сот­ных зда­ний — в де­сять раз. Пред­ста­вим се­бе, что раз­ра­бо­та­ны та­кие ма­те­ри­а­лы, ко­то­рые на­мно­го проч­нее тра­ди­ци­он­ных. То­гда вес са­мих ав­то­мо­би­лей умень­шит­ся, и по­чти про­пор­ци­о­наль­но сни­же­нию веса сни­зит­ся рас­ход топ­ли­ва, вы­сот­ные зда­ния и мо­сты ста­нут су­ще­ствен­но лег­че и по­тре­бу­ют для сво­е­го воз­ве­де­ния зна­чи­тель­но мень­ше ма­те­ри­а­лов, а зна­чит, ин­фра­струк­тур­ных и ло­ги­сти­че­ских за­трат, вклю­чая рас­ход то­го же топ­ли­ва на их до­став­ку, что

толь­ко умно­жит си­нер­ге­ти­че­ский эф­фект. Важ­но, что при уве­ли­че­нии проч­но­сти ма­те­ри­а­ла со­кра­ще­ние веса кон­струк­ций бу­дет но­сить нели­ней­ный ха­рак­тер. Пред­ставь­те, что мост из­го­тов­лен из ме­тал­ла, ко­то­рый в пол­то­ра ра­за проч­нее ис­ход­но­го. На­груз­ка про­ле­тов на опо­ры в этом слу­чае умень­шит­ся в пол­то­ра ра­за, но по­сколь­ку и ма­те­ри­ал опор ста­но­вит­ся в пол­то­ра ра­за проч­нее, необ­хо­ди­мый его объ­ем умень­ша­ет­ся уже бо­лее чем в два ра­за. Оче­вид­но, что со­кра­ще­ние рас­хо­да топ­лив­ных, энер­ге­ти­че­ских и дру­гих ре­сур­сов бу­дет про­ис­хо­дить на каж­дой из ста­дий про­из­вод­ства и ис­поль­зо­ва­ния ма­те­ри­а­лов — от до­бы­чи сы­рья до мон­таж­ных ра­бот.

— А раз­ве не при­шлось бы для во­пло­ще­ния та­ко­го фу­ту­ри­сти­че­ско­го за­мыс­ла про­во­дить мно­го­мил­ли­ард­ные R&D в по­ис­ках упроч­ня­ю­щих до­ба­вок, при­чем по каж­дой груп­пе ос­нов­ных ма­те­ри­а­лов? Од­ним про­ек­том тут яв­но не обой­тись.

— Су­ще­ству­ет уни­вер­саль­ная до­бав­ка, или, по-дру­го­му, ад­ди­тив, ко­то­рая ме­ня­ет и рас­ши­ря­ет функ­ци­о­наль­ные свой­ства ос­нов­ных кон­струк­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов, то есть ме­тал­лов, пла­сти­ков и бе­то­нов — то­го, из че­го со­сто­ит прак­ти­че­ски все, что нас по­все­мест­но окру­жа­ет. Этот ад­ди­тив — CNT (Carbon Nano Tubes), уг­ле­род­ные на­но­труб­ки.

— Ка­жет­ся, их от­кры­ли око­ло два­дца­ти лет на­зад, а уже боль­ше де­ся­ти лет на­зад «Экс­перт» пи­сал, что в ма­те­ри­а­ло­ве­де­нии про­изо­шла ре­во­лю­ция, свя­зан­ная с раз­ра­бот­кой ме­то­ди­ки по­точ­но­го про­из­вод­ства уг­ле­род­ных на­но­тру­бок («В космос — по тру­бам», № 19 за 2001 год), ре­зуль­та­тов ко­то­рой боль­ше жда­ли в мик­ро­элек­тро­ни­ке. Пра­виль­но ли я по­ни­маю, что сей­час CNT вхо­дят в сфе­ру ва­ших на­уч­ных ин­те­ре­сов, при­чем в свя­зи с ре­ше­ни­ем ма­те­ри­а­ло­вед­че­ских про­блем?

— И не толь­ко на­уч­ных, но да­вай­те по по­ряд­ку о том, как мы при­шли к сво­е­му на­но­уг­ле­род­но­му про­ек­ту. В дей­стви­тель­но­сти от­кры­тие уни­каль­ных свойств CNT под­ска­за­ло раз­ра­бот­чи­кам в раз­ных об­ла­стях путь для со­зда­ния ши­ро­ко­го спек­тра но­вых ма­те­ри­а­лов. Так, элек­тро- и теп­ло­про­вод­ность CNT в несколь­ко раз вы­ше, чем у ме­ди. Имен­но на эти свой­ства тру­бок с уче­том на­ли­чия их по­лу­про­вод­ни­ко­вых мо­ди­фи­ка­ций об­ра­ти­ли вни­ма­ние в элек­тро­ни­ке. На­но­труб­ки об­ла­да­ют вы­со­кой хи­ми­че­ской стой­ко­стью и стой­ко­стью к тем­пе­ра­ту­рам бо­лее 1000 гра­ду­сов. Дру­гое важ­ней­шее свой­ство уг­ле­род­ных на­но­тру­бок — их экс­тре­маль­но вы­со­кая проч­ность, пре­вы­ша­ю­щая, к при­ме­ру, проч­ность ста­ли в сто раз. Это, по су­ти де­ла, един­ствен­ный ма­те­ри­ал, годный для со­зда­ния тро­са для кос­ми­че­ско­го лифта. Та­кой лифт по­ка, ко­неч­но, весь­ма от­да­лен­ная пер­спек­ти­ва, но эту сверх­проч­ность в со­че­та­нии с про­тя­жен­ной ни­те­по­доб­ной струк­ту­рой уже сей­час ис­поль­зу­ют в ка­че­стве ар­ми­ру­ю­щей до­бав­ки в ши­ро­ком спек­тре ма­те­ри­а­лов, где они вы­пол­ня­ют роль, сход­ную с той, что иг­ра­ет сталь­ная ар­ма­ту­ра в бе­тоне. До­бав­ка од­но­го про­цен­та CNT в алю­ми­ний поз­во­ля­ет по­лу­чать ма­те­ри­ал со свой­ства­ми, близ­ки­ми к ста­ли. Неко­то­рые де­та­ли в ав­то­мо­би­лях уже де­ла­ют из та­ко­го ма­те­ри­а­ла. Мы вво­дим CNT в со­тых до­лях про­цен­та от об­ще­го объ­е­ма ма­те­ри­а­ла в раз­лич­ные пла­сти­ки, и это не толь­ко обес­пе­чи­ва­ет их элек­тро­про­вод­ность, но и улуч­ша­ет ме­ха­ни­че­ские свой­ства, ко­то­рые при­бли­жа­ют­ся к свой­ствам ме­тал­лов. Уже сей­час на рын­ке про­да­ют­ся спор­тив­ные то­ва­ры из та­ких ком­по­зи­тов: ве­ло­си­пе­ды, гор­но­лыж­ный ин­вен­тарь, клюш­ки, ях­ты — то есть те то­ва­ры, где со­че­та­ние проч­но­сти и веса име­ет прин­ци­пи­аль­ное зна­че­ние. Опы­ты с до­бав­ка­ми до­лей про­цен­та уг­ле­род­ных на­но­тру­бок в бе­тон по­ка­зы­ва­ют, что они уве­ли­чи­ва­ют его проч­ность в пол­то­ра ра­за, а пе­но­бе­то­на — вдвое. Бла­го­да­ря та­ко­му раз­но­об­ра­зию уни­каль­ных свойств на­но­тру­бок уче­ные и ин­же­не­ры уже пред­ло­жи­ли ты­ся­чи са­мых раз­лич­ных ва­ри­ан­тов при­ло­же­ний это­го ма­те­ри­а­ла в элек­тро­ни­ке, био­тех­но­ло­гии, ма­те­ри­а­ло­ве­де­нии и дру­гих об­ла­стях. Мы на­счи­та­ли 16 ты­сяч па­тен­тов на при­ме­не­ние CNT, за­ре­ги­стри­ро­ван­ных все­го за по­след­ние несколь­ко лет, при­чем ко­ли­че­ство па­тен­тов стре­ми­тель­но на­рас­та­ет. Это го­во­рит о вы­со­кой го­тов­но­сти про­из­во­ди­те­лей ма­те­ри­а­лов ис­поль­зо­вать CNT.

— Но са­мо ис­поль­зо­ва­ние CNT кро­ме ка­ких-то спе­ци­фи­че­ских и экс­клю­зив­ных об­ла­стей вро­де экс­тре­маль­но­го спор­та ведь не но­сит по­ка мас­со­во­го ха­рак­те­ра? Раз уг­ле­род­ные труб­ки так хо­ро­ши и все го­то­вы их ис­поль­зо­вать, что пре­пят­ству­ет их про­мыш­лен­но­му внед­ре­нию?

— До­ро­го­виз­на и от­сут­ствие про­мыш­лен­ных мас­шта­бов про­из­вод­ства ка­че­ствен­ных CNT. Как раз эти пробле­мы мы ре­ша­ем в сво­ем про­ек­те. Де­ло в том, что за тер­ми­ном «уг­ле­род­ные на­но­труб­ки» сто­ит мно­же­ство их раз­но­вид­но­стей, ко­то­рые от­ли­ча­ют­ся мик­ро­струк­тур­ны­ми и, со­от­вет­ствен­но, фи­зи­ко-хи­ми­че­ски­ми свой­ства­ми. Са­мые со­вер­шен­ные на­но­труб­ки — од­но­стен­ные, их стен­ки име­ют тол­щи­ну в один атом. В за­ви­си­мо­сти от ка­че­ства их мож­но ку­пить на рын­ке по цене от ты­ся­чи дол­ла­ров до со­тен ты­сяч дол­ла­ров за ки­ло­грамм. Как раз они и де­мон­стри­ру­ют рекордную проч­ность и элек­тро­про­вод­ность. Эти же по­ка­за­те­ли при­мер­но близ­ки к ха­рак­те­ри­сти­кам мно­го­стен­ных CNT то­го же диа­мет­ра, но по­лу­ча­ет­ся, что их удель­ные ха­рак­те­ри­сти­ки в рас­че­те на еди­ни­цу мас­сы ху­же, чем у бо­лее лег­ких од­но­стен­ных, на по­ря­док. Те­перь о том, как труб­ки по­лу­ча­ют. В од­ной из пер­вых тех­но­ло­гий по­лу­че­ния CNT уг­ле­род воз­го­ня­ет­ся в га­зо­вую фа­зу боль­ши­ми удель­ны­ми по­то­ка­ми энер­гии с по­мо­щью элек­тро­ду­го­во­го раз­ря­да или ла­зер­ной аб­ля­ции (ис­па­ре­ние ве­ще­ства ла­зер­ным им­пуль­сом в ви­де атомов или мо­ле­кул. — «Экс­перт» ), за­тем при опре­де­лен­ных усло­ви­ях ато­мы уг­ле­ро­да кон­ден­си­ру­ют­ся, фор­ми­руя од­но­стен­ные на­но­труб­ки хо­ро­ше­го ка­че­ства. Но энер­го­за­трат­ность все­го про­цес­са опре­де­ля­ет и их крайне вы­со­кую сто­и­мость. Су­ще­ствен­но де­шев­ле вы­ра­щи­вать уг­ле­род­ные на­но­труб­ки, ис­поль­зуя ме­тод ка­та­ли­ти­че­ско­го оса­жде­ния из га­зо­вой фа­зы. Сна­ча­ла со­зда­ет­ся на­но­ча­сти­ца ка­та­ли­за­то­ра, на­при­мер же­ле­за, и ес­ли та­кую ча­сти­цу по­ме­стить в га­зо­вую сре­ду, со­дер­жа­щую уг­ле­во­до­род с тем­пе­ра­ту­рой око­ло

ты­ся­чи гра­ду­сов, то уг­ле­во­до­род бу­дет ка­та­ли­ти­че­ски раз­ла­гать­ся на по­верх­но­сти на­но­ча­сти­цы с вы­де­ле­ни­ем атомов уг­ле­ро­да. Наи­боль­шая про­из­во­ди­тель­ность бы­ла до­стиг­ну­та с при­ме­не­ни­ем так на­зы­ва­е­мых ме­то­дов взве­шен­но­го слоя. При их ис­поль­зо­ва­нии на­но­ча­сти­цы ка­та­ли­за­то­ра со­зда­ют на по­верх­но­сти под­лож­ки ке­ра­ми­че­ско­го инерт­но­го ма­те­ри­а­ла раз­ме­ром по­ряд­ка де­ся­ти мик­ро­мет­ров, то есть на по­ряд­ки боль­ше раз­ме­ров на­но­ча­стиц ка­та­ли­за­то­ра, что­бы ее не унес­ло га­зо­вым по­то­ком. Этот ме­тод поз­во­ля­ет вы­ра­щи­вать се­год­ня са­мые де­ше­вые мно­го­стен­ные CNT, це­на ко­то­рых при­бли­жа­ет­ся к ста дол­ла­рам за ки­ло­грамм, а тео­ре­ти­че­ский пре­дел со­став­ля­ет 50 дол­ла­ров.

— С уче­том до­ста­точ­но­сти ис­поль­зо­ва­ния неболь­ших до­лей ад­ди­ти­ва от об­ще­го объ­е­ма ар­ми­ру­е­мо­го им ма­те­ри­а­ла это не ка­жет­ся чрез­мер­ной це­ной.

— Так же по­ла­га­ли в круп­ных хи­ми­че­ских кон­цер­нах, та­ких как Bayer, Arkema, Showa Denko. Они, воз­буж­ден­ные пер­спек­ти­ва­ми при­ме­не­ния CNT, по­стро­и­ли про­мыш­лен­ные ре­ак­то­ры на ба­зе та­ко­го под­хо­да. Сей­час имен­но та­кие ре­ак­то­ры обес­пе­чи­ва­ют боль­шую часть ми­ро­во­го про­из­вод­ства на­но­тру­бок, а это сот­ни тонн в год. Ка­за­лось бы, их це­на при­ем­ле­ма для ря­да при­ме­не­ний. Но ма­те­ри­а­ло­ве­ды столк­ну­лись с се­рьез­ной про­бле­мой прак­ти­че­ско­го при­ме­не­ния мно­го­стен­ных на­но­тру­бок, по­лу­чен­ных та­ким ме­то­дом. Де­ло в том, что ма­те­ри­ал, вы­ра­щен­ный на ке­ра­ми­че­ской под­лож­ке, пред­став­ля­ет со­бой аг­ло­ме­ра­ты из ту­го­пе­ре­пле­тен­ных CNT раз­ме­ром око­ло мил­ли­мет­ра. Та­кие клуб­ки рас­пу­ты­вать очень слож­но и до­ро­го. Про­мыш­лен­ных ме­то­дов для ка­че­ствен­ной ди­за­гло­ме­ра­ции, или, дру­ги­ми сло­ва­ми, рас­пу­ты­ва­ния та­ких клуб­ков, по­ка не со­зда­но. Ис­поль­зо­ва­ние же та­ко­го по­рош­ка без это­го не при­но­сит нуж­но­го эф­фек­та. И это ос­нов­ная про­бле­ма, огра­ни­чи­ва­ю­щая в на­сто­я­щее вре­мя рост рынка CNT. Как ре­зуль­тат, хи­ми­че­ские кон­цер­ны оста­но­ви­ли пла­ни­ру­е­мое рас­ши­ре­ние про­из­вод­ства CNT и уже на­чи­на­ют счи­тать та­кой под­ход ту­пи­ко­вым. Ана­лиз си­ту­а­ции на этом рын­ке при­вел нас к тем за­да­чам, ко­то­рые нуж­но ре­шить, и, я уве­рен, их ре­шит наш про­ект: най­ти ком­мер­че­ски при­ем­ле­мый ме­тод по­лу­че­ния CNT, при­чем не аг­ло­ме­ри­ро­ван­ных, а раз­дель­ных уг­ле­род­ных на­но­тру­бок, и, ко­неч­но, по при­ем­ле­мой цене. Сто­и­мость эко­но­ми­че­ски бу­дет оправ­дан­на в том слу­чае, ес­ли за­тра­ты на улуч­ше­ние свой­ства ма­те­ри­а­ла за счет на­ше­го ад­ди­ти­ва не бу­дут пре­вы­шать це­ну сэко­ном­лен­но­го ма­те­ри­а­ла, то есть, ес­ли мы бу­дем до­бав­лять на­но­труб­ки в алю­ми­ний, их ра­зум­ная це­на — сот­ни дол­ла­ров за ки­ло­грамм. Сто­и­мость же тру­бок, до­бав­ля­е­мых в строй­ма­те­ри­а­лы, долж­на быть на два по­ряд­ка ни­же.

— Ми­ха­ил Ру­доль­фо­вич, а как на­чи­нал­ся сам про­ект, о ре­а­ли­зу­е­мо­сти ко­то­ро­го вы го­во­ри­те с та­кой уве­рен­но­стью?

— За го­ды сво­ей про­фес­си­о­наль­ной де­я­тель­но­сти мне при­хо­ди­лось за­ни­мать­ся ис­сле­до­ва­ни­я­ми в са­мых раз­ных на­прав­ле­ни­ях фи­зи­ки. В част­но­сти, моя на­уч­ная де­я­тель­ность на­ча­лась трид­цать лет на­зад с ис­сле­до­ва­ния свойств на­но­ча­стиц в мо­ле­ку­ляр­ных пуч­ках. По­это­му все, что про­ис­хо­ди­ло в об­ла­сти по­лу­че­ния и ис­сле­до­ва­ния на­но­ча­стиц, я по воз­мож­но­сти от­сле­жи­вал. Ко­гда на­чал­ся бум ис­сле­до­ва­ний в об­ла­сти уг­ле­род­ных на­но­тру­бок, я и мои кол­ле­ги бы­ли в кур­се ос­нов­ных до­сти­же­ний в этой об­ла­сти. Но, как ни стран­но это зву­чит, од­на из глав­ных при­чин то­го, что мы не на­ча­ли сра­зу ра­бо­тать с CNT, со­сто­я­ла в том, что дол­гое вре­мя нам бы­ло непо­нят­но, как их мож­но ис­поль­зо­вать. Мое от­но­ше­ние к те­ме рез­ко из­ме­ни­лось осе­нью 2009 го­да, ко­гда я по­бы­вал на вы­став­ке «Рос­на­но­тех». Я уви­дел ре­аль­ные при­ме­ры ис­поль­зо­ва­ния уг­ле­род­ных на­но­тру­бок для по­лу­че­ния но­вых ма­те­ри­а­лов с уни­каль­ны­ми свой­ства­ми. И там же мне ста­ло яс­но, что ес­ли удаст­ся су­ще­ствен­но умень­шить сто­и­мость на­но­тру­бок, то они бу­дут иметь ре­аль­ную ком­мер­че­скую цен­ность. У ме­ня воз­ник­ла идея ис­поль­зо­вать для по­лу­че­ния «де­ше­вых» на­но­тру­бок од­ну из на­ших раз­ра­бо­ток, а имен­но плаз­мо­хи­ми­че­ский ре­ак­тор с жид­ки­ми элек­тро­да­ми.

— Этот про­ект по­лу­чил в свое вре­мя пре­мию в 50 ты­сяч дол­ла­ров от Фон­да Борт­ни­ка, по­бе­див в экс­пер­тов­ском Кон­кур­се рус­ских ин­но­ва­ций.

— Да, и эти день­ги по­мог­ли нам за­вер­шить со­зда­ние про­мыш­лен­но­го об­раз­ца ре­ак­то­ра. Прав­да, то­гда мы пред­на­зна­ча­ли его для уни­что­же­ния ток­сич­ных от­хо­дов. Ос­нов­ное пре­иму­ще­ство на­ше­го плаз­мо­хи­ми­че­ско­го ре­ак­то­ра в том, что в нем в ка­че­стве элек­тро­дов ду­го­во­го раз­ря­да вме­сто тра­ди­ци­он­ных жа­ро­стой­ких твер­дых ма­те­ри­а­лов мы ис­поль­зу­ем рас­плав ме­тал­ла. Это поз­во­ли­ло ре­шить ос­нов­ную про­бле­му всех дру­гих ду­го­вых плаз­мот­ро­нов — про­бле­му ре­сур­са элек­тро­дов, ко­то­рая огра­ни­чи­ва­ет вре­мя непре­рыв­ной ра­бо­ты и мощ­но­сти ду­го­во­го раз­ря­да. Что­бы умень­шить эту про­бле­му в тра­ди­ци­он­ных ду­го­вых плаз­мот­ро­нах, для за­щи­ты элек­тро­дов обыч­но при­ме­ня­ют инерт­ные га­зы, в на­шем же по­верх­ность жид­ких элек­тро­дов эро­зии не под­вер­га­ет­ся. По­это­му в нем сня­ты огра­ни­че­ния на со­став га­зо­вой ат­мо­сфе­ры, в ко­то­рой го­рит ду­го­вой раз­ряд, а зна­чит, та­кая ма­ши­на поз­во­ля­ет су­ще­ствен­но рас­ши­рить воз­мож­но­сти плаз­мо­хи­ми­че­ских тех­но­ло­гий. При­го­ди­лась она и для тех­но­ло­гии по­лу­че­ния CNT. Ос­нов­ное наше пре­иму­ще­ство в том, что мы мо­жем вы­ра­щи­вать од­но­стен­ные и дву­стен­ные CNT. За счет то­го, что их удель­ная про­во­ди­мость и проч­ность во мно­го раз вы­ше, чем у мно­го­стен­ных, их мож­но вво­дить в мат­рич­ные ма­те­ри­а­лы в де­сять-сто раз мень­ше, чем мно­го­стен­ных на­но­тру­бок. На­при­мер, что­бы по­лу­чить про­во­дя­щий пла­стик, нуж­но вве­сти все­го со­тые до­ли про­цен­та на­ших тру­бок, а для до­сти­же­ния то­го же эф­фек­та с по­мо­щью су­ще­ству­ю­щих тех­но­ло­гий с до­бав­ле­ни­ем уг­ле­род­ной са­жи ее нуж­но до­ба­вить де­сят­ки про­цен­тов. Этим и объ­яс­ня­ет­ся чер­ный цвет су­ще­ству­ю­щих про­во­дя­щих пла­сти­ков. До­бав­ки со­тых до­лей про­цен­та на­ших уг­ле­род­ных на­но­тру­бок поз­во­ля­ют да­же со­хра­нить цвет пла­сти­ка или обес­пе­чить его про­зрач­ность, что от­кры­ва­ет но­вые тех­но­ло­ги­че­ские воз­мож­но­сти. На­при­мер, мож­но из­го­тав­ли­вать пла­сти­ко­вые про­зрач­ные экра­ны для сен­сор­ных устройств ти­па смарт­фо­нов или план­ше­тов.

— Оче­вид­но, что ваш про­ект жи­вет не толь­ко идей­но. За счет ка­ких ре­сур­сов уда­лось дать ему жизнь?

— Прин­ци­пи­аль­но важ­ным со­бы­ти­ем для этих ра­бот бы­ло зна­ком­ство с биз­не­сме­ном Юри­ем Ко­ро­па­чин­ским. Юрий за­ни­мал­ся по­ис­ком пер­спек­тив­ных стар­та­пов, а я ис­кал ин­ве­сто­ров. Он сра­зу оце­нил мас­штаб и ком­мер­че­ские пер­спек­ти­вы это­го на­прав­ле­ния, и мы на­ча­ли об­суж­дать, как вме­сте про­дол­жить ра­бо­ту по со­зда­нию и ком­мер­ци­а­ли­за­ции тех­но­ло­гии син­те­за уг­ле­род­ных на­но­тру­бок. Это и был мо­мент стар­та

про­ек­та. Он убе­дил еще двух сво­их парт­не­ров по биз­не­су, Юрия Зель­вен­ско­го и Оле­га Ки­рил­ло­ва, вой­ти в про­ект и на­чать его фи­нан­си­ро­ва­ние. Так по­яви­лась про­ект­ная ком­па­ния OCSiAl («Ок­си­ал»). Прин­ци­пи­аль­но важ­но, что уже с мо­мен­та стар­та сфор­ми­ро­ва­лась ко­ман­да, об­ла­да­ю­щая пол­ным на­бо­ром ком­пе­тен­ций как в на­уч­но-тех­ни­че­ской об­ла­сти, так и в об­ла­сти биз­не­са.

— За­пом­ни­лись сло­ва Ана­то­лия Чу­бай­са в од­ном из вы­ступ­ле­ний, свя­зан­ных с про­бле­мой CO2 , что есть тех­но­ло­ги­че­ское на­прав­ле­ние с вы­хо­дом го­до­во­го про­из­вод­ства в мил­ли­о­ны тонн, ко­то­рое по­тре­бу­ет не толь­ко megascienc­e, но и ме­га­биз­не­са. Это, ча­сом, не о ва­шем CNT-про­ек­те?

— Кор­по­ра­ция «Рос­на­но» во­шла в наш про­ект ле­том про­шло­го го­да, ку­пив до­лю в OCSiAl и про­ин­ве­сти­ро­вав со­зда­ние про­мыш­лен­но­го про­то­ти­па тех­но­ло­гии син­те­за CNT. Это бы­ло для нас, без­услов­но, важ­ным со­бы­ти­ем. И это не толь­ко и не столь­ко день­ги. Ор­га­ни­за­ци­он­ный ре­сурс кор­по­ра­ции, вли­я­ние ее ру­ко­во­ди­те­ля про­сто вы­во­дят про­ект на дру­гой уро­вень раз­ви­тия. Важ­но для нас и то, что со сто­ро­ны «Рос­на­но» бы­ла про­де­ла­на ко­лос­саль­ная де­таль­ней­шая ком­плекс­ная на­уч­но-тех­ни­че­ская и биз­нес-экс­пер­ти­за, ре­зуль­та­ты ко­то­рой укре­пи­ли на­шу уве­рен­ность в пра­виль­но­сти вы­бран­но­го на­прав­ле­ния.

— Ес­ли не сек­рет, во сколь­ко оце­ни­ва­ет­ся ваш про­ект?

— Его сто­и­мость со­став­ля­ет сей­час де­сят­ки мил­ли­о­нов дол­ла­ров. Уже в этом го­ду мы за­пу­стим опыт­но-про­мыш­лен­ный ком­плекс, ко­то­рый нач­нет про­из­во­дить тон­ны про­дук­та в год. Сле­ду­ю­щая цель — со­зда­ние заводов про­из­во­ди­тель­но­стью в сот­ни тонн уг­ле­род­ных на­но­тру­бок в год. Для ин­ве­сти­ро­ва­ния в оче­ред­ной этап уже под­тя­ги­ва­ют­ся стра­те­ги­че­ские ин­ве­сто­ры, с ко­то­ры­ми мы ве­дем пред­мет­ный раз­го­вор. Я бы хо­тел от­ме­тить, что мы счи­та­ли са­му раз­ра­бот­ку тех­но­ло­гии син­те­за уг­ле­род­ных на­но­ма­те­ри­а­лов глав­ным на­прав­ле­ни­ем толь­ко в мо­мент за­пус­ка са­мо­го про­ек­та. По ме­ре по­гру­же­ния в про­ект мы по­ня­ли, что для успеш­но­го про­дви­же­ния од­но­го про­из­вод­ства на­но­ма­те­ри­а­лов не до­ста­точ­но. Де­ло в том, что из-за от­сут­ствия рынка та­ких ма­те­ри­а­лов у по­тен­ци­аль­ных по­тре­би­те­лей — про­мыш­лен­ных ком­па­ний — нет ни зна­ний, ни опы­та, ни тех­но­ло­гий ад­ди­ти­ро­ва­ния уг­ле­род­ных на­но­тру­бок в ма­те­ри­а­лы. Ста­ло по­нят­но, что необ­хо­ди­мо под­го­тав­ли­вать ры­нок к су­пер­про­дук­ту, про­де­мон­стри­ро­вать на кон­крет­ных про­дук­тах эф­фект от вве­де­ния CNT и на­учить по­тре­би­те­лей их ис­поль­зо­вать. По­это­му мы вы­бра­ли ряд наи­бо­лее пер­спек­тив­ных, с на­шей точ­ки зре­ния, при­ме­не­ний CNT и на­ча­ли со­зда­вать со­от­вет­ству­ю­щие про­дук­ты с ори­ен­та­ци­ей на пер­спек­тив­ные рын­ки: это ма­те­ри­а­лы элек­тро­дов для ак­ку­му­ля­то­ров и су­пер­кон­ден­са­то­ров, пла­сти­ки, ре­зи­ны и алю­ми­ний. Мы по­лу­чи­ли ряд впе­чат­ля­ю­щих ре­зуль­та­тов. Это не про­стое ба­хваль­ство: не­дав­но я был в Гер­ма­нии, и ав­то­мо­би­ле­стро­и­те­лей очень за­ин­те­ре­со­ва­ли на­ши на­ра­бот­ки для ак­ку­му­ля­то­ров и су­пер­кон­ден­са­то­ров, а так­же ком­по­зит­ные пла­сти­ко­вые де­та­ли ку­зо­ва. То, что мы де­ла­ем, ока­за­лось со­звуч­но стра­те­ги­че­ской ли­нии раз­ви­тия ав­то­мо­би­ле­стро­е­ния.

— Очень ин­те­рес­ный опыт: из ака­де­ми­че­ской шко­лы Си­бир­ско­го от­де­ле­ния РАН, шко­лы то­го же Ин­сти­ту­та теп­ло­фи­зи­ки вы­рас­та­ет гло­баль­ный, по су­ти, про­ект...

— Без­услов­но, прин­ци­пи­аль­ное зна­че­ние для успеш­но­го его про­дви­же­ния име­ет то об­сто­я­тель­ство, что мы на­хо­дим­ся имен­но здесь, в но­во­си­бир­ском Ака­дем­го­род­ке, где скон­цен­три­ро­ва­ны ин­сти­ту­ты, пред­став­ля­ю­щие прак­ти­че­ски все на­уч­ные на­прав­ле­ния. Это ис­клю­чи­тель­ное ме­сто для про­ве­де­ния ком­плекс­ных ис­сле­до­ва­ний, для это­го он и был со­здан ко­гда-то. В ша­го­вой до­ступ­но­сти здесь мож­но най­ти лю­бо­го спе­ци­а­ли­ста или вы­со­ко­класс­ное на­уч­ное обо­ру­до­ва­ние. Мы ис­поль­зу­ем эту воз­мож­ность сей­час, так как наш про­ект со­зда­ет, по су­ти, плат­фор­мен­ную тех­но­ло­гию, очень слож­ную, ком­плекс­ную, и тре­бу­ет са­мых раз­ных ком­пе­тен­ций. Необ­хо­ди­мо по­ни­ма­ние слож­ных про­цес­сов ро­ста на­но­струк­тур, про­цес­сов их вве­де­ния в раз­лич­ные ма­те­ри­а­лы и устрой­ства; на­до уметь ис­сле­до­вать са­мые раз­ные свой­ства по­лу­чен­ных ма­те­ри­а­лов. Во мно­гом бла­го­да­ря воз­мож­но­стям Ака­дем­го­род­ка за три го­да ра­бо­ты про­ект на­брал обо­ро­ты. Пер­вые на­но­труб­ки мы вы­рас­ти­ли до­воль­но быст­ро, но за этим по­сле­до­ва­ла се­рьез­ная, кро­пот­ли­вая работа по изу­че­нию ме­ха­низ­мов ро­ста CNT и оп­ти­ми­за­ции тех­но­ло­ги­че­ско­го про­цес­са. По­лу­чи­ли мы и ряд прин­ци­пи­аль­ных на­уч­но-тех­ни­че­ских и тех­но­ло­ги­че­ских до­сти­же­ний в об­ла­сти син­те­за уг­ле­род­ных на­но­струк­тур, вплот­ную при­бли­зи­лись к со­зда­нию ре­аль­ных про­то­ти­пов ко­неч­ных су­пер­про­дук­тов. В первую оче­редь это но­вые ком­по­зит­ные ма­те­ри­а­лы и ма­те­ри­а­лы для элек­тро­хи­ми­че­ских устройств хра­не­ния энер­гии. Воз­вра­ща­ясь к на­ча­лу на­ше­го раз­го­во­ра, от­ме­чу: мы быст­ро по­ня­ли, что по­ми­мо ком­мер­че­ских пер­спек­тив за­ма­хи­ва­ем­ся еще и на ре­ше­ние гло­баль­ной пробле­мы тех­но­ген­ной эмис­сии СО2 . Это свя­за­но как с по­сле­ду­ю­щим умень­ше­ни­ем на де­сят­ки про­цен­тов энер­го- и ре­сур­со­по­треб­ле­ния при про­из­вод­стве ма­те­ри­а­лов, так и ча­стич­но с тем, что на­ша тех­но­ло­гия пред­по­ла­га­ет не столь­ко по­треб­ле­ние энер­гии, сколь­ко ее вос­про­из­вод­ство.

— Ми­ха­ил Ру­доль­фо­вич, за­ин­три­го­ва­ли, чест­но го­во­ря. Что вы име­е­те в ви­ду под вос­про­из­вод­ством энер­гии?

— Ес­ли вы­ра­щи­вать CNT в ме­тане (CH4 ), то в ре­зуль­та­те его раз­ло­же­ния в ре­ак­то­ре кро­ме уг­ле­ро­да мы по­лу­ча­ем в ка­че­стве по­боч­но­го про­дук­та эко­ло­ги­че­ски чи­стый энер­го­но­си­тель — во­до­род. Так вот, ес­ли этот во­до­род сжечь, вы­де­лит­ся энер­гия, вчет­ве­ро пре­вы­ша­ю­щая ту, что необ­хо­ди­ма для под­дер­жа­ния тех­но­ло­ги­че­ских про­цес­сов син­те­за на­но­уг­ле­род­ных тру­бок. Ко­неч­но, в ре­аль­ном про­цес­се часть энер­гии бу­дет по­те­ря­на, но в от­ли­чие от про­цес­са вы­пус­ка боль­шин­ства ма­те­ри­а­лов про­из­вод­ство CNT мож­но ор­га­ни­зо­вать без внеш­не­го энер­го­по­треб­ле­ния и без эмис­сии СО2 , так как при сжи­га­нии во­до­ро­да об­ра­зу­ет­ся во­да. Мы счи­та­ем, что по­сле со­зда­ния эф­фек­тив­ной тех­но­ло­гии биз­нес сам нач­нет со­зда­вать не толь­ко за­во­ды по про­из­вод­ству уг­ле­род­ных на­но­тру­бок, но и объ­ек­ты во­до­род­ной энер­ге­ти­ки. При этом важ­но, что во­до­род­ная энер­ге­ти­ка воз­ни­ка­ет не бла­го­да­ря на­вя­зы­ва­нию со­ци­аль­ны­ми ин­сти­ту­та­ми и го­су­дар­ством, а как есте­ствен­ное, эко­но­ми­че­ски оправ­дан­ное след­ствие но­вых про­из­водств.

В ре­ак­то­ре про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние ча­стиц же­ле­за (Fe) и од­но­вре­мен­ное раз­ло­же­ние ме­та­на (CH ) на ато­мы во­до­ро­да (H) и уг­ле­ро­да (С). Уг­ле­род оса­жда­ет­ся на ча­сти 4 це же­ле­за, на ко­то­рой и про­ис­хо­дит вы­ра­щи­ва­ние уг­ле­род­ной на­но­труб­ки (CNT)

НО­ВЫЕ М АТ Е РИ А ЛЫ

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.