Создание промышленного производства углеродных нанотрубок и углеродных нановолокон (стр. 2 )

В скором времени биомедицинская нанотехнология позволит разработать и массово производить дешевые наносенсоры, которые будут внедрены в повседневную жизнь - контроль качества воды, пищи и атмосферы в режиме реального времени в домах, офисах и на предприятиях. В медицине наносенсоры повысят качество диагностики, благодаря получению одновременно десятков различных данных о состоянии организма и обработки их в реальном времени с помощью электронных чипов. Наносенсоры станут незаменимы и эффективны в охранных системах для предотвращения взрывов, химической и биоугрозы.

В промышленных азиатских странах, как и в США, в нанотехологии инвестируют и правительственные агентства и частный сектор. Тайвань и Корея стремятся сохранить за собой признанные позиции мировых технологических мастерских не только в сегодняшних микро-, но и в завтрашних нанотехнологиях. Япония в период 1997-2003 г. г. инвестировала в продвижение нанотехнологий 2850 млн. долл. (т. е., больше, чем США). Недавно к наногонке подключился Китай с миллионными инвестициями, для развития нанотехнологий формируются коалиции из университетов и промышленных компаний.

Европа интенсивно продвигала нанотехнологии в рамках 6-ой и 7-ой Рамочных Программ – в период 2003-2006 г. г. инвестировано 1300 млн. евро.

В таблице 1 приведен оценочный мировой объем финансирования нанотехнологий в период 1997–2007 г. г. в млн. долл./год. (Таблица не отражает новых реалий России - создание госкорпорации “Роснанотех” и ожидаемые пятимиллиардные бюджетные инвестиции в нее).

Таблица 1.

	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	Итого
Европа	126	151	179	200	225	400	650	950	1050	-	-	3931
Япония	120	135	157	245	465	750	810	875	950	-	-	4507
США	116	190	255	270	422	604	862	989	1200	1351	1392	7651
Другие1	70	83	96	110	380	520	511	900	1000	-	-	3670
Итого	432	559	687	825	1502	2274	2833	3714	4200	-	-	19759

1 Другие: Австралия, Корея, Канада, Тайвань, Китай, Россия, Сингапур, Восточная Европа

С 1995 г. в Германии основано 200 новых нанотехнологических компаний (их перечень см. на www. nano-map. de), создавших более 5000 новых рабочих мест (это десятая часть от 50000, включенных в наноисследования и разработки в Германии). Для сравнения, в США число таких компаний уже превышает 1000.

Чтобы привлечь частный капитал, в Германии организовали NanoEquity (www. nanoequity. eu), конференцию с участием трех сторон – инвесторы, нанотехнологические компании и ученые.

Наибольший интерес среди наноматериалов привлекают углеродные нанотрубки и углеродные нановолокна. Перечень возможных областей их применения может быть очень велик. Вот только несколько примеров. Это - промышленное производство, медицина, охранные и оборонные устройства, устройства генерации и хранения электроэнергии, транспорт, связь, вычислительная техника. Использование углеродных наноматериалов радикально изменит многие производственные процессы, допуская значительную экономию стратегических материалов и энергетических ресурсов, а также снижение вредных излучений и выбросов загрязнений. Многие производственные процессы будут оптимизированы за счет новых эффективных катализаторов, новых способов очистки воды. Наноэлектроника сыграет роль в таких стратегических областях как информационные и коммуникационные технологии.

Основной проблемой для ускоренного применения УНТ и УНВ является их стоимость. Однако, цены на УНТ и УНВ постоянно снижаются и колеблются в зависимости от морфологии и чистоты материалов в диапазоне 1...2000 USD/г. В ближайшие 5 лет ожидается их снижение в 10 -100 раз.

В представляемом проекте оценивались достижения и рассматривались тенденции развития основных игроков на мировом рынке углеродных наноматериалов и рынке России.

·  Nanocyl S. A.(www. ), Бельгия - первой в Европе начала получать углеродные нанотрубки и в конце 2003 г. производила в сутки до 5 кг продукта, причем в ассортимент входили однослойные, двухслойные и многослойные, а также функциализованные (в частности, амидированные) нанотрубки. В начале 2005 г. был введен в действие новый реактор для каталитического пиролиза, и производительность выросла до 15 кг/сут. Заявленная производительность по углеродным нанотрубкам составляет ~ 5т/год. Разрабатываются технологии упрочнения полимеров. Сообщается, что добавка 5-10% многослойных углеродных нанотрубок, таких как Nanocyl® 7000, обеспечивает в высокоэффективных эластомерах аналогичный уровень прочности и жесткости при улучшенной эластичности, представляя новый баланс механических свойств, несравнимый с традиционными материалами.

Bayer, Германия (http://rcc. ru). Компания Bayer MaterialScience AG открывает второй завод по выпуску многослойных углеродных нанотрубок марки Baytubes на базе предприятия компании H. C. Starck GmbH в городе Лауфенбург (Laufenburg) на германско-швейцарской границе. Как сообщает «Евразийский химический рынок», мощность нового предприятия составляет 30 тонн в год. В Лауфенбурге также функционирует опытный завод компании Bayer по производству Baytubes такой же мощности. Таким образом, совокупная мощность производства углеродных нанотрубок в Лауфенбурге составит 60 тонн в год. Bayer Material Science внедряет новую технологию синтеза углеродных нанотрубок, которая должна повысить рентабельность их производства. Использование данной технологии позволит получать углеродные нанотрубки Baytubes чистотой более 95%. Новое предприятие имеет замкнутый производственный цикл с высокой степенью автоматизации процедур. На заводе используется реактор с псевдоожиженным слоем катализатора. Использование нанотрубок Baytubes в производстве деталей оборудования из полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) придаёт им антистатические свойства. Одним из перспективных направлений также является изготовление антистатических плёнок для упаковки компьютерных микросхем. Углеродные нанотрубки могут использоваться и в автомобилестроении. В частности, добавление Baytubes при изготовлении компонентов автомобильного крыла из смеси полифениленоксид/полиамид придаёт изделию электропроводность, что позволяет значительно снизить производственные затраты. (http://rcc. ru)

·  Arkema (Франция) в г. Лак (Lacq) построила завод с годовой производительностью 5 т многослойных нанотрубок Graphistrength™. Их применяют для создания композитов на основе термопластов, эпоксидной смолы, эластомеров, предполагают использовать в химических источниках тока и топливных элементах. В марте 2006 г. объявлено о намерении расширить производство до 10 т/год.

Carbon Nanotechnologies, Hyperion Catalysis – США.. Для синтеза УНТ используют разложения угарного газа (СО) при температуре выше 1000 оС и давлении 30 атм. при подаче в реакционную зону паров катализатора Fe(CO)5. Компания Carbon Nanotechnologies Inc. в 2001 г. получила таким путем 450 г. нанотрубок. В 2004 г. было создано шестое поколение реакторов. В 2007 г. компания обанкротилась и была поглощена компанией Unidym (США).Объемы и стоимость своей продукции компания Hyperion Catalysis не разглашает.

·  Shenzhen Nanotech Port Co. (Китай) в 2001 г. создала производство различных углеродных нанотрубок 5 –7 т в год. Другая китайская компания GZEnergy в 2002 г. объявила о производстве 10 кг/сут многослойных углеродных нанотрубок диаметром 10–40 нм.

В России несколько компаний занимаются исследованиями углеродных материалов и производством небольших количеств различных УНТ.

NanoDevice Technology. Компания создана сотрудниками Московского государственного института электронной техники в 2006 году. На аппарате «CVDomna» каталитическим пиролизом углеводородного сырья получают несколько граммов в час многослойных углеродных нанотрубок диаметром 2-40 нм.

NanoCarbLab ( NCL ) производит малопроизводительным электродуговым способом несколько граммов в час одно - , двухслойных УНТ. В 2004 г. Тамбовский инновационно-технологический центр по технологии РХТУ им. создал и запустил установку (псевдоожижженного слоя) по производству углеродных наноматериала – смесь различных форм углерода, уступающую нанотрубкам и нановолокнам по всем свойствам. Производительность установки – до 1500 кг/год.

Интерес к наноматериалам и нанотехнологиям в последние годы вырос значительно. В большинстве научных и учебных заведений РФ открываются новые направления исследований и подготовки специалистов в этой области. Для проведения исследований необходимы значительные количества углеродных нанотрубок и нановолокон, имеющих различную морфологию и различную чистоту продукта. Морфология и чистота наноматериалов определяет стоимость УНТ и УНВ.

Основными потенциальными потребителями углеродных наноматериалов являются стратегические отрасли промышленности Российской Федерации, такие как ракетно-космическая, авиационная, атомная и оборонная, которые невозможно представить без применения новых перспективных полимерных материалов и композитов. Потребность в высокопрочных полимерных материалах в РФ и мире непрерывно растет. На мировом рынке появляются новые композиционные материалы, созданные на основе нанотехнологий, обладающие параметрами и характеристиками более высокими, чем у материалов, производимых в настоящее время.