_files_materials_5053_prog.ntr

221

До недавнего времени практически весь мировой объем инвестиций в НИОКР в области нанотехнологии (90%) был сконцентрирован в 14 странах: США, Японии, Великобритании, Австралии, Германии, Израиле, Индии, Китае, Канаде, Южной Корее, Франции, Финляндии, Сингапуре, Тайване.

Так, в частности, о наличии разработанных долгосрочных программ НИОКР в области было нано объявлено США (2000 г.) Японией (апрель 2001), Кореей (июль 2001), ЕС (март 2002), Германией (май 2002), Китаем (2002), и Тайванем (сентябрь 2002).

С момента принятия Россией в 2007 г. нанотехнологической инициативы картина принципиально изменилась: как в области организации НИР и НИОКР в области нано, в области внедрения их результатов, поддержки наноиндустрии, так и в области финансирования этих направлений становления наноиндустрии в России как национальной наносети.

Так, если в среднем США выделяют порядка 1,5 миллиардов долларов государственных средств в год на развитие нанотехнологичных проектов (соразмерное финансирование: ЕС – 1,2 млрд и Япония – 1,0 млрд. долларов США), то только в рамках ГК «Роснанотех», на четыре ближайших года только на работы в сфере нанотехнологий и поддержку наноиндустрии выделены средства в размере четырех миллиардов долларов. Кроме этого, еще миллиард долларов планируется потратить на оснащение современным оборудованием научных лабораторий и внедренческих коллективов.

В настоящее время Россия по большинству позиций в области нанотехнологий имеет близкие стартовые позиции с ведущими странами мира и уже самым активным образом включилась в процесс освоения новых технологий. Так, уже сегодня в России производится и реализуется на рынке продукция нанотехнологий в объеме до 4 миллиардов рублей в год.

При этом, только две страны в мире – Россия и США – ведут исследования и разработки по всем направлениям нанотехнологий, так в этих работах в Российской Федерации участвуют более 500 научно-

222

исследовательских институтов и организаций, объединяющих свыше 30 тысяч исследователей.

По мнению международных экспертов к 2015 году ожидается, что нанотехнологии позволят обеспечить более 2 млн. рабочих мест, а включая обеспечивающие индустрии – нанотехнологии потенциально обеспечат рабочими местами более 7 млн. человек. И, конечно, к этому времени на мировом рынке наверняка появится первое поколение нанструктурированных материалов, полимеров и керамики.

Формирование наноиндустрии – это не только развитие соответствующих нанотехнологий, но их активное применение. Динамику применения нанотехнологий в мире характеризует экспертная оценка, проведенная Национальным центром основ технологий (National Center for Manufacturing Sciences – NCMS, 2006), Так, если в США в 2000 году только незначительное число компаний проявляло интерес к нанотехнологиям (менее 1% от общего числа компаний, то к концу 2005 года 18% из рассмотренных в работе компаний уже торгуют нанопродуктами. Также вырос и спектр новых прикладных разработок: от передовых наночастиц и нанопокрытий, до бытовой электроники и медицинских продуктов. 80% рассмотренных в обзоре компаний планируют начать выпускать собственную нанопродукцию уже к 2010 году (через 5 лет), а на более поздние сроки доля таких компаний возрастет до 98%.

Нанотехнологии обещают значительно повысить эффективность традиционной промышленности и привнести в нее новые технологические процессы. Десять основных потенциальных направления развития до 2015 года могут выглядеть следующим образом:

При разработке новых материалов и производственных процессов как минимум в половине случаев ключевые компоненты новых систем будут построены на основе контролируемого воздействия на наномасштабном уровне. Будут созданы альтернативные технологии хранения информации с заменой носителей на основе электрического заряда носителями на основе спина электронов, фазы, поляризации квантовой и/или дипольной ориентации. Будут

223

разработаны технологии управляемой самосборки нерегулярных иерархических структур и устройств, и созданы функциональные наномасштабные строительные блоки. Легкие композитные наноматериалы, более эффективные и менее загрязняющие виды топлива, инкорпорированные наночастицами, автоматические наноэлектронные системы получат широкое распространение в автомобильной, авиационной и аэрокосмической промышленности. Ожидается интеграция типа производства «сверху-вниз» с молекулярной самосборкой систем по типу «снизу-вверх». Разработанные на наноуровне катализаторы смогут осуществлять «точную» химическую сборку молекулярных ансамблей с минимумом отходов. Ожидается, что методы измерения в инженерии и биологии достигнут пространственного разрешения порядка размеров атомов, а временного разрешения, сопоставимого со скоростью течения химических реакций. Появится возможность визуализации и построения трехмерных моделей с нанометровым разрешением.

Значительный прогресс будет достигнут в лечении хронических заболеваний. Ожидается, что к 2015 году будет реализована возможность надежно обнаруживать наличие раковых опухолей и лечить их уже на первом году их развития. Это может существенно снизить заболеваемость и смертность от онкологических заболеваний. Синтез фармацевтических препаратов, процессы их доставки в половине случаев используют нанотехнологии, как один из ключевых компонентов. С помощью передовых наномасштабных методов измерения появилась возможность моделировать работу мозга на уровне межнейронных взаимодействий.

Конвергенция науки и инженерии в области наномасштабов создаст уникальный фундамент для интеграции нанотехнологий с таким областями, как биология, электроника, медицина, образование и рядом других областей. К этому направлению можно отнести гибридное производство, нейроморфическую инженерию (нейроморфические системы это реализация в кремнии систем, архитектура которых базируется на нейробиологии (дисциплина, изучающая физиологию, строение, развитие мозга и нервной

224

системы)), создание искусственных органов, увеличение продолжительности жизни людей, улучшение органов восприятия человека и повышение его способности к обучению. Наука и инженерия нанобиосистем займет прочное место в системе здравоохранения и в биотехнологиях. Ожидается, что улучшение методов оценки деятельности мозга и нервной системы могут привести к созданию когнитивной инженерии.

При разработке новых продуктов, будет учитываться их безопасность в эксплуатации и биосовместимость. Развитие нанотехнологий приведет к созданию правил безопасности, которые снижают нежелательное воздействие наноструктур на окружающую среду и здоровье людей. Будет осуществляться повсеместный контроль содержания наночастиц в воздухе, воде и в почвах. Будут заключены международные соглашения о номенклатуре, стандартах и безопасности нанотехнологий.

Развитие системы знаний и образования будет смещаться с микрошкалы в сторону наномасштабов. Новая парадигма системы образования базируется не на изучении отдельных дисциплин, а на понимании единства природы как целого. Изменение научной и образовательной парадигмы приведет к таким же фундаментальным изменениям, какие произошли в науке и образовании при «переходе науки и техники к микромасштабам» в начале 1950-х годов, когда гонка космических исследований и цифровая революция стимулировали развитие микроанализа и научного анализа. Новый «переход науки и техники к наномасштабам» непременно приведет к смене аналитического фундамента и языка образования. Началом нового «перехода» можно считать начало третьего тысячелетия.

Организация нанотехнологического бизнеса будет реструктурироваться в сторону интеграции с другими технологиями, новому распределению продукции, и формированию взаимодополняющих видов деятельности. В этот процесс будут вовлечены как вновь возникающие, так и традиционные технологии. Значительным шагом в развитии станет создание нанотехнологических научно-технологических комплексов, которые будут

225

одновременно решать как исследовательские задачи, так и вопросы производства.

Способности нанотехнологий по контролю и производству продукции на уровне наномасштабов можно разделить на четыре поколения, в зависимости от характера производимых нанотехнологических продуктов Появление каждого нового поколения продуктов характеризуется созданием первого коммерческого прототипа, произведенного с помощью использования характерных явлений и производственных процессов:

Первое поколение продуктов – «пассивные наноструктуры» обычно характеризуются макромасштабными свойствами и функциями. Стабильны во времени. Примерами являются наноструктурированные покрытия, дисперсные наночастицы, и вещества на основе сыпучих материалов: наноструктурированные металлы, полимеры, керамика.

Второе поколение продуктов – это «активные наноструктуры», обладающие механическими, электрическими, магнитными, фотонными, биологическими и другими свойствами. Такие структуры обычно бывают интегрированы в микромасштабные устройства или системы. Примерами могут быть новые транзисторы, компоненты наноэлектроники, усилители, лекарства с направленной доставкой, эффекторы, «искусственные мышцы», и адаптивные структуры.

Третье поколение – «системы из наносистем и трехмерные наносистемы», использующие различные технологии синтеза и сборки, такие как биологические самособирающиеся системы; роботы с самообучающимся поведением, а также эволюционирующие системы. Ключевым моментом для появления таких систем является организация связей в наномасштабе и создание иерархических архитектур. Для создания этих систем основное внимание в исследованиях должно уделяться гетерогенным наноструктурам и инженерии надмолекулярных систем. Примерами могут служить направленная многостадийная самосборка, искусственные ткани и сенсорные системы, квантовые взаимодействия внутри наномасштабных систем, обработка

226

информации на базе фотонов или спинов электронов, комплексы наномасштабных электромеханических систем (NEMS) и конвергенция технологий (нано-био-инфо-когно).

Четвертое поколение – появление «гетерогенных молекулярных наносистем», в которых каждая молекула обладает специфичной структурой и играет свою собственную роль. В данных системах уже сами молекулы выступают как отдельные устройства, функции которых определяются их структурой и архитектурной организацией. Ожидается, что нахождение подходов к разработке новых атомных и молекулярных ансамблей позволит создавать макромолекулы «по заказу», собирать наномасштабные машины, управлять многостадийной самосборкой, использовать квантовый контроль, создавать биологические наносистемы для здравоохранения и разрабатывать интерфейсы взаимодействия человека и машины на уровне контроля с помощью нервной системы. Для осуществления этих задач необходимо проведение исследований в следующих областях: способы манипуляции атомами, молекулами и надмолекулярными комплексами, управление взаимодействием света с веществом, исследования механизмов квантового контроля и их использования для управления механико-химическими молекулярными процессами, получение биологических наносистем для медицины и сельского хозяйства, изучение возможностей создания интерфейсов взаимодействия человека и машины на уровне тканевого или прямого нервного контроля.

Преобразование энергии – является одним из приоритетных направлений развития нанотехнологий и исследовательских проектов в таких областях как фотоэлектрическая энергетика и прямая конверсия тепла в электроэнергию.

Очистка и опреснение воды – использование нанотехнологий в этой области может дать многообещающие результаты, хотя до настоящего времени в этом направлении не предпринималось серьезных усилий.

Нано-информатика – будут разработаны специальные базы данных и способы их использования по материалам и процессам мира наномасштабов.

227

Эти базы данных будут иметь множество пересечений с уже существующими базами данных, такими как био-информационные базы данных по геному человека и геномам ряда растений.

Технологическое развитие по этим направлениям – основа формирования новых рынков, как наносырьевых, так и конечной продукции.

2.4.5.9 Биотехнологии и продукция биоиндустрии

Биотехнологии и биоиндустрия – при значительной степени общности научной, и в значительной степени, научно-технологической основы – направление, которое неправомерно рассматривать как принципиально однородное. Спектр отраслей здесь чрезвычайно широк – от биотехнологических препаратов для сельского хозяйства до системной биологии в медицине и других отраслях.

На сегодня рынок биотехнологии Российской Федерации представлен следующими основными сегментами.

Рынок биотехнологических фармацевтических продуктов, включающий: антибиотики; иммунобиологические препараты; гормоны (препараты, содержащие гормоны), витамины; препараты, содержащие культуры микроорганизмов; аминокислоты; БАДы; медицинские материалы; диагностическое оборудование.

Рынок ферментов и ферментных препаратов, включая: средства защиты растений и стимуляторы роста растений; пробиотики; вакцины ветеринарные; антибиотики кормовые; кормовой белок; аминокислоты; витамины; кормовые добавки (белково-витаминные комплексы).

Рынок живых культур микроорганизмов. Рынок дрожжей.

Рынок биотехнологических препаратов добывающих отраслей промышленности

228

Рынок биотехнологических препаратов для сельского хозяйства включая: препараты для животноводства и растениеводства.

Рынок биотехнологических препаратов для защиты окружающей среды Рынок биотехнологических фармацевтических продуктов в Российской

Федерации ориентирован прежде всего на импортную продукцию. По состоянию на конец 2007 г. годовой объем импорта биотехнологической фармацевтической продукции оценивается в 11,3 млрд. рублей.

Вдолевом соотношении наиболее объемным рынком в стоимостном исчислении является импорт инсулинов (28,6%) и вакцин (27,97%). Также значительны по объемы доли импорта вакцин (13,44%) и сывороток (11,08%). Доли остальных сегментов импорта биотехнологической фармацевтической продукции существенно уступают названным.

Объемы отечественного производства рынка биотехнологической фармацевтической продукции в совокупном объеме составляют чуть более 1,5 млрд. рублей. Таким образом, общая текущая емкость биотехнологического фармацевтического рынка Российской Федерации составляет не менее 12,8 млрд. рублей, при этом отечественной биоиндустрией он насыщается менее чем на 12%

Встоимостных показателях рынок производства ферментов и ферментных препаратов в Российской Федерации немногим более 300 млн. рублей. Рынок же импорта ферментов и ферментных препаратов в РФ оценивается в более чем 490 млн. рублей. Общий объем рассматриваемого рынка, соответственно, составляет от 990 млн. до 1 млрд. рублей.

При этом, отечественное производство ферментов и ферментных препаратов, в основном, сконцентрировано в двух областях потребления:

1. продукция для спиртовой промышленности.

2. продукция для животноводства.

Значительная доля ферментов и ферментных препаратов для спиртовой промышленности выпускается предприятиями производителями алкогольной

229

продукции непосредственно для нужд собственного производства, а не для реализации на рынке.

Таким образом, в области спиртовой промышленности наблюдается определенный паритет в конкуренции. В то время, как в области животноводства превалируют отечественные ферменты и ферментные препараты.

В остальных областях потребления ферментов и ферментных препаратов преобладает с существенным отрывом импортная продукция.

Сегменты: биотехнологического рынка: ферменты и ферментные препараты, живые культуры микроорганизмов и рынок дрожжей, в отличие от ранее относительно рассмотренных ранее сегментов биотехнологических фармацевтических продуктов и биотехнологических препаратов для сельского хозяйства – моногамны по свой отраслевой структуре, но при этом они широко представлены на рынке биотехнологии Российской Федерации.

Отечественный объем рынка живых культур микроорганизмов оценивается в 12-13 млн. рублей В это же время импорт продукции составляет 130 млн рублей. Таким образом, общая емкость рынка живых культур микроорганизмов оценивается в 143 млн. рублей, а доля российской индустрии на национальном рынке – менее 9%.

Объем отечественного производства рынка дрожжей составил чуть менее 1,5 млрд. рублей. Импорт данного вида продуктов – 400 млн. рублей. Общая емкость данного рынка оценивается в 1,9 млрд. рублей, рублей, а доля российской индустрии на национальном рынке – несколько менее 90%. Это практически исключительный пример относительной достаточности сегмента биоиндустрии для нужд российского рынка.

Рынок биотехнологических препаратов для добывающих отраслей промышленности РФ характеризуется следующими параметрами. Объем рынка биотехнологических препаратов для добывающих отраслей промышленности (а, это в первую очередь, нефтедобывающая и горнорудная промышленность) составляет 120-130 млн. рублей.

230

Объем отечественного производства биотехнологической продукции для животноводства составляет 2,6 млрд. рублей. При этом, в основном это: 63% – производство белка кормового микробиологического, 20% – производство аминокислот; 13% – кормовые добавки. Доли других сегментов рынка биотехнологических препаратов для сельского хозяйства существенно ниже.

Суммарный импорт биотехнологической продукции для сельского хозяйства (в части животноводства) составляет 1,5 млрд. рублей, общий объем рынка биотехнологической продукции для животноводства РФ составляет более 4,1 млрд. рублей, а доля российской индустрии на национальном рынке – менее 65%, что позволяет характеризовать отрасль животноводства как принципиально зависимую от импорта биологической продукции.

Объем отечественного производства биотехнологических препаратов для растениеводства составляет 130 млн. рублей. На данном сегменте рынка биотехнологии указанная сумма, практически в полном объеме, приходится на производство биотехнологических средств защиты растений при отсутствии импорта данной продукции.

На рынке биотехнологических препаратов для защиты окружающей среды доминирует отечественное производство продукции в размере 200 млн. рублей. Импорт продукции, входящей в данный сегмент (бактериальных препаратов для ликвидации нефтяных загрязнений, биосорбентов для очистки воды и донных отложений от нефтепродуктов) составляет около 20 млн. рублей, общая емкость рынка биотехнологических препаратов для защиты окружающей среды составляет 220 млн. рублей.

Вместе с тем, перспективы развития биотехнологий и биоиндустрии в целом в Российской Федерации, как и в целом в мире, связаны с биотехнологиями, основанными на технологиях системной биологии и связанных с этим дисциплин, принципиально междисциплинарном характере развития (нанобио- и информационные технологии).

Речь скорее идет не о перенесении имеющихся на сегодня биотехнологий в соответствующие российские индустрии (что возможно на основе