Уральские ученые предлагают промышленникам прорывные решения в области материаловедения
Мир стоит на пороге научно-технической революции - перехода к новому, шестому, технологическому укладу, в котором материалам нового поколения отводится ключевая роль. Их разработка - один из приоритетов научно-технологического развития РФ в целом и Свердловской области в частности.
Планы и реалии
Как отмечает академик РАН Евгений Каблов, сегодняшние реалии таковы, что конкурентоспособность достигается не только и не столько высоким качеством предлагаемого продукта, сколько скоростью вывода инновационной продукции на рынок при максимальном сокращении срока "от идеи до изделия". А внедрение инноваций помимо прочего требует чрезвычайно серьезных капиталовложений.
Инвестиционная стратегия Свердловской области предполагает, что к 2020 году (в случае развития региона по сдержанно-оптимистичному сценарию) доля инновационной продукции в общем объеме выпуска достигнет 25 процентов, а доля предприятий, осуществляющих технологические инновации, увеличится до 40 процентов. Инвестиции в основной капитал, накопленные с 2016 года, составят 2,5 триллиона рублей, а среднегодовой темп их роста - 15 процентов. Планы планами, но последние два года этот прирост составляет всего три процента в год, доля наукоемких производств - 16,6 процента. Сейчас самостоятельно "потянуть" инновационный бюджет под силу только крупному бизнесу, и то чаще всего с государственной поддержкой.
Пленка вне конкуренции
Что касается развития производства и применения новых материалов, то самый показательный пример на Среднем Урале - завод по выпуску упаковочной пленки в Арамили, построенный в формате greenfield и запущенный в 2011 году. Общий бюджет проекта - 2,55 миллиарда рублей, из которых более миллиарда вложила госкорпорация. В 2016-м она уступила свою долю инвестору и вышла из бизнеса, предприятие тем временем заняло лидирующие позиции на российском рынке полимерной упаковки.
Арамильский завод, пожалуй, единственный пример того, как с нуля можно построить успешный крупный бизнес на уникальном материале - гибкой полимерной модифицированной композитами пленке. Мощность производства - около 1200 тонн продукции ежемесячно, среди потребителей - предприятия крупнейших мировых брендов. Обычный полиэтилен проницаем для газов, жиров и кислот, а в данном случае "дыры" в рыхлой структуре полимера "шпаклюют" композитами. За счет этого барьерная пленка не пропускает кислород и пар, что значительно увеличивает срок хранения упакованных в нее продуктов без всяких консервантов. Состав, технология производства композита и метод модификации полимера - все это ноу-хау предприятия.
- Нанокомпозитные технологии позволяют создавать новые виды продукции довольно быстро и дешево, - подчеркивает собственник предприятия Алексей Гончаров.
На аноде - минус
Но, приходится добавить, требуют внушительных инвестиций, и не всем инновационным уральским разработкам удается настолько успешно "выйти в серию". Как пример - судьба кермета, двухфазного материала из керамики и металлических сплавов, без преувеличения революционного для алюминиевой промышленности.
Сегодня практически весь первичный алюминий получают методом электролиза, который принципиально не менялся более века и подразумевает внушительный расход угольных анодов (до полутонны на тонну алюминия, аноды приходится заменять каждые три недели) и выбросы в атмосферу с последствиями в виде парникового эффекта.
- Кардинально модифицировать процесс можно, если заменить расходуемые угольные аноды на нерасходуемые - инертные, например керметные, - рассказывает Ольга Ткачева, ведущий научный сотрудник Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН. - Инертная анодная масса не содержит углерод, и побочным продуктом производства алюминия становится не углекислый газ, а кислород. Один электролизер будет вырабатывать столько же кислорода, как 70 гектаров леса. Инертный анод не расходуется и не требует замены, что существенно снижает операционные затраты.
При использовании нового анодного материала себестоимость производства снижается на десять процентов, капитальные затраты - на 30. Таких технологий пока нет ни у кого в мире, и Россия может инициировать революцию "зеленого" производства алюминия. Фонд "Сколково" поддержал проект грантом в 130 миллионов рублей. Сейчас на предприятии крупнейшего российского производителя алюминия отлаживают использование инертного анода. Пока по этой технологии работает только один электролизер, по планам, к 2021 году на нее переведут один из цехов, так что революция откладывается.
В том же институте электрохимии революционный материал графен, исследование которого отмечено Нобелевской премией-2010, получили еще в 1988 году, но из лаборатории он не вышел до сих пор. Сейчас в институте под руководством доктора наук Ольги Елшиной группа ученых разрабатывает алюминиево-графеновые аккумуляторы по договору с алюминиевым холдингом. Над аналогичными супербатареями работают в Испании, Китае…
- Надеюсь, нас не опередят, - говорит Ольга Елшина. - А то выйдет, как с графеном.
Нестандартное решение
Могучий научный потенциал Среднего Урала позволяет предложить решение практически любой проблемы. Например, недавно на хакатоне ("кузнице идей"), призванном подстегнуть освоение Арктики, студенты уральского университета ответили на запрос железнодорожников - предложили новый материал для изготовления прокладок между рельсом и шпалой. Сейчас их делают из резины, которая при низких температурах трескается и разваливается на части. Исследователи предложили изготавливать подрельсовые прокладки из полиэтилена высокой плотности, который выдерживает морозы до минус 60 градусов. "Полиэтиленовому" проекту "еще три дня от роду", говорит разработчик, но решение найдено, дело за инвестором.
- Материал относительно новый, с каждым годом его выпуск в России растет, но возможность его применения в таком качестве пока не рассматривалась, - рассказал "РГ" руководитель проекта Александр Жилин, доцент Института новых материалов УрФУ. - Вообще, сейчас изобретено множество новых материалов, наступило время прорабатывать их применение в подчас неожиданных областях.
Один из ведущих в Европе и единственный в России производитель медных электролитических порошков постоянно расширяет номенклатуру в соответствии с требованиями таких придирчивых потребителей, как производители электроники. На предприятии запатентованы технологии получения порошков с низким содержанием кислорода - не более 0,15 процента (меньше кислорода - выше качество деталей из этих порошков). Для выполнения требований заказчиков, помимо исследований, понадобились серьезные инвестиции, скажем, полностью автоматизированная новая линия за 18 миллионов рублей, где оператор через сенсорный монитор управляет степенью размола, делением на фракции и сушкой. Сейчас на предприятии получены новые образцы продукции - селенит натрия, высокочистые селен и теллур, заканчивается строительство второй очереди цеха электролиза, инвестиции - 4,5 миллиарда рублей.
Как подчеркивает заместитель руководителя Уральского управления Федерального агентства научных организаций Александр Сандаков, накопленный внушительный массив знаний позволяет предприятиям создавать новаторские продукты. Для повышения инновационной активности промышленности на территории региона формируется необходимая инфраструктура. Функционируют девять технопарков, 125 их резидентов - малые и средние предприятия - ежегодно отгружают продукции на 15 миллиардов рублей. Эффективность господдержки повышается за счет внедрения специальных инвестиционных контрактов, налогового инвесткредита, использования средств регионального Фонда технологического развития и других мер.
- И это только начало пути по внедрению инноваций в производство, в наших силах увеличить показатели кратно, - заверяет заместитель министра промышленности и науки Свердловской области Игорь Зеленкин.
Владимир Устинов, академик РАН:
- Материалы, созданные богом, - это предмет изучения ученых вчера. Основным типом их исследований был своего рода "перебор" природных материалов, среди которых искали обладающие важными и интересными свойствами. Это парадигма прошлого века. Сегодня парадигма научного поиска кардинально изменилась. На первый план выходит не изучение готовых материалов, а создание новых самим человеком.
Источник: rg.ru