Нанотехнологии открывают новые возможности для экономики

Цель прогноза – 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.

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

См. также:

Наука и бизнес не идут навстречу друг другу
Государство финансирует поиск новых технологий
Инновации не дают российскому бизнесу конкурентных преимуществ
Нанотехнологии меняют мир
Форсайт должен стать гидом по будущему

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