Нанотехнологии открывают новые возможности для экономики

Поиск новых драйверов роста — одна из ключевых задач российской экономики. Этой цели невозможно достичь без модернизации существующих производств и выхода на новые, только формирующиеся рынки. Перспективы одного из таких рынков были проанализированы в докладе «Прогноз научно-технологического развития России: 2030. Новые материалы и нанотехнологии».

Цель прогноза, подготовленного НИУ ВШЭ при участии более двух тысяч ведущих российских экспертов и представителей реального сектора экономики, — определить наиболее перспективные области науки и технологий, которые позволили бы России реализовать ее конкурентные преимущества. В основе исследования более 200 материалов, в том числе прогнозы международных организаций (ОЭСР, Еврокомиссии, ООН, Всемирного банка), национальные прогнозы науки и технологий ведущих экономических держав, прогнозы крупных корпораций и международных профессиональных ассоциаций.

Полный текст доклада «Прогноз научно-технологического развития России: 2030. Новые материалы и нанотехнологии»

Вызовы и возможности

Серьезным драйвером модернизации и развития производства, инфраструктуры и социальной сферы должна стать разработка новых материалов и нанотехнологий, которые становятся все доступнее с экономической и с технической точки зрения, отметили авторы прогноза. Растущий дефицит сырья и спрос на новые материалы со стороны медицинской, электронной и энергетической промышленности лишь стимулирует исследования в области нанотехнологий.

Вот неполный перечень факторов, которые будут определять развитие наноотрасли в ближне- и среднесрочной перспективе:

• глобальный дефицит энергоресурсов и сырья для производства новых материалов;
• повышение экологических требований к производству, отходам (необходимость переработки промышленных и бытовых отходов, в том числе для вторичного использования) и продуктам питания;
• повышение требований к экологичности и безопасности транспортных средств;
• рост потребности в хранении, обработке и передаче больших объемов данных;
• ужесточение требований безопасности зданий и сооружений.

По оптимистичным оценкам, первые заметные результаты в сфере наноэлектроники, фотоники, нанобиотехнологий, медицинских товаров и оборудования, нейроэлектронных интерфейсов, наноэлектромеханических систем будут достигнуты уже в ближайшие пять лет.

Однако, как отмечают эксперты, России, чтобы занять место на перспективном формирующемся рынке, нужно найти ответ на ряд серьезных вызовов:

• дефицит современного научного и промышленного оборудования для разработки и производства нанопродуктов и новых материалов;
• барьеры для импорта технологий и материалов;
• отсутствие качественного отечественного сырья для изготовления нанопродукции;
• дефицит высококвалифицированных кадров;
• острая конкуренция со стороны зарубежных производителей;
• необходимость значительных инвестиций в организацию массового производства для достижения эффекта масштаба.

Нанопротез и умная таблетка

Авторы исследования называют более двадцати перспективных рынков применения нанотехнологий. В краткосрочном периоде можно ожидать появления наноструктурированных материалов и реагентов для очистки воды и переработки пищевого сырья. Эти технологии помогут решению двух глобальных проблем: снабжения населения питьевой водой и эффективной очистки бытовых и промышленных стоков. Также в ближайшей перспективе ожидается появление наноструктурированных биосовместимых материалов медицинского назначения. Основные работы будут вестись в двух направлениях:

• создание материалов для имплантов и заменителей различных тканей, не вызывающих отторжения организмом;
• создание материалов, подобных по свойствам и структуре тканям в организме человека. Например, костные импланты с пористой структурой на основе фосфатов кальция. В идеале медицинские материалы должны достраиваться естественными тканями.

Еще одна возможная область применения нанотехнологий в медицине — система доставки лекарств. Высокопористые наночастицы или нанокапсулы будут доставлять препарат непосредственно к больному органу. Это повысит эффективность и экономичность лекарственной терапии, одновременно снизит ее побочные действия.

Другое перспективное направление наноиндустрии — развитие нанокомпозитов — создание материалов с уникальными показателями прочности, эластичности и проводимости. Это крайне важно для развития альтернативной энергетики. Также предполагается, что наноматериалы будут играть серьезную роль и в решении экологических проблем, составляя ядро современных сенсорных систем, средств водоочистки, и многих направлений так называемой «зеленой» химии.

Настольная фабрика

Основной областью применения материалов, полученных с использованием нанотехнологий, в кратко- и долгосрочном периодах станет электроника, отметили авторы прогноза. Функциональные наноматериалы будут использоваться практически во всей компьютерной и радиоэлектронной технике и в подавляющем большинстве видов бытовых приборов. Однако, если в 2015 году, по оценкам экспертов, доля электроники на рынке нанотехнологий превысит в России три четверти, то к 2030 году она снизится до одной пятой — за счет расширения внедрения новых материалов в автомобильной и авиакосмической отраслях, судостроении, пищевой промышленности, строительном комплексе.

В долгосрочной перспективе ожидается активное развитие рынков, характеризующихся сочетанием значительных объемов и высоких темпов роста, — оборудования для добывающей и обрабатывающей промышленности, фармацевтики и производства медицинского оборудования, электроэнергетики.

Самым значимым (и самым отдаленным) прорывом следующего десятилетия может стать молекулярное производство макроскопических объектов — «настольные нанофабрики». Самособирающиеся микросхемы будут особо экономичными, производительными и энергоэффективными. По оценкам экспертов, сравнительно небольшая «настольная нанофабрика» с молекулярной точностью изготовит изделие объемом около 1 л и массой порядка 4 кг примерно за три часа.

Авторы прогноза особо подчеркивают, у России есть возможность включиться в описанные тренды и даже занять лидирующие позиции в некоторых сферах. Уровень российских исследований в сфере нанотехнологий и новых материалов был оценен экспертами достаточно высоко, в частности, в таких областях, как разработка наноразмерных катализаторов для глубокой переработки сырья и создание наноструктурированных мембранных материалов. Но есть и «белые пятна» — целый набор областей, например, разработка конструкционных материалов для энергетики, где результаты проводимых в нашей стране исследований признаны невысокими.

* Научные сотрудники Форсайт-центра НИУ ВШЭ Константин Вишневский, Анна Гребенюк, Олег Карасев, Александр Соколов, Александр Чулок, Андрей Ярославцев

Подготовил Влад Гринкевич для OPEC.ru