Главная тема

В ногу со временем

Новые материалы и технологии как фактор устойчивого развития

Научно-технический прогресс определяет переход промышленности к новому технологическому укладу, способствуя трансформации традиционных отраслей и появлению новых индустрий. Роль новых технологий и материалов в этих процессах несомненна. Применение композитов и 3D-печати не только меняет облик производства, но и работает на общее будущее человечества, позволяя значительно снижать углеродный след на всем жизненном цикле изделий.  А для тех, кто пока только учится, новые технологии дают огромные возможности для будущего развития карьеры.

Возрождение композитной отрасли

Настоящее и будущее композитных материалов, а также аддитивных технологий, сферы их применения в различных отраслях и значение, которое они имеют для устойчивого развития, эксперты обсудили на пленарной сессии «Роль композитов в новом мире технологий» Конгресса молодых ученых.

Александр Тюнин

Генеральный директор UMATEX:

— В направлении снижения стоимости углеродного волокна мы сегодня ведем серьезную научную работу в своем научно-исследовательском центре, поскольку понимаем, что если мы сможем еще на 30–50 % снизить стоимость материала, то рост рынка углекомпозитов, который сегодня составляет 11 % ежегодно, кратно вырастет.

Прямая речь

Объем российского рынка композитных материалов в 2020 году составил 75 млрд руб. По словам экспертов, к 2030 году этот показатель увеличится в два раза и составит 150 млрд руб. «Наша задача на ближайшие годы — увеличить экспорт композитных материалов с практически нулевой отметки до 100 миллиардов рублей к 2030 году. То есть композитная индустрия 2030-го — это порядка 250 миллиардов рублей ежегодного объема бизнеса всех участников рынка. В развитых экономиках сегодня потребление композитных материалов составляет от 4 до 10 килограмм на одного человека, в России — пока лишь полкилограмма», — рассказал Александр Тюнин, генеральный директор композитного дивизиона Росатома UMATEX.

Композитная индустрия появилась в нашей стране еще в 70-е годы: СССР входил в тройку мировых лидеров и по потреблению, и по производству углеродных композитных материалов. Однако непростая ситуация, сложившаяся в 90-е, поставила развитие индустрии на паузу, и возобновилось оно лишь в середине 2000-х, когда Росатом взял под крыло два предприятия: «Аргон» и ЗУКМ — именно они стояли у истоков производства углеродных композитов в нашей стране. В 2015 году Росатом запустил новый завод по производству углеродного волокна в Елабуге в республике Татарстан, и в апреле 2016 года был создан UMATEX, задачей которого стало не просто объединить эти три предприятия, а начать новую веху в развитии этой индустрии в России.

Ключевые факторы, определяющие перспективы развития мировой композитной индустрии:

1. Развитие низкоуглеродной энергетики — из композитов изготавливаются лопасти ветроустановок, панели солнечных батарей, баллоны для водорода.

2. Снижение стоимости композитных материалов, которое, по прогнозам, вызовет кратный рост рынка.

3. Цифровая разработка материалов, которая резко сократит время и стоимость вывода на рынок новых перспективных материалов.

4. Развитие технологий вторичной переработки, что важно с точки зрения соблюдения принципов устойчивого развития.

Подробности

«Композиты я для себя сравниваю с сотовой связью: еще 20–30 лет назад, когда мы все с пейджерами ходили, появились первые сотовые телефоны-“кирпичи”. Но никто даже предположить не мог, какой успех они будут иметь и какой рывок совершат. Я убежден, что история с композитами, в частности с углекомпозитами, будет ровно такой же. Это материалы будущего, и мы планируем стать важным игроком на композитном рынке. Мы уже запустили полную технологическую и производственную цепочки: от углеродного волокна до конечных продуктов, от сырой нефти до крыла, элементов механизации и хвостового оперения лайнера МС-21, композитных судов, спортинвентаря, материалов для стройки и так далее. Мы в UMATEX создали современный научно-исследовательский центр, входящий в десятку лучших мировых центров в области углеродных композитных материалов, и открыли два торговых дома на своих целевых экспортных рынках — в Европе и Азии. Мы сейчас также разрабатываем целую линейку материалов для беспилотной авиации и тормозные диски для самолетов. С 2017 года наши углеродные и комбинированные материалы поставляются на ведущие итальянские судоверфи для производства люксовых яхт и катеров. Атомную отрасль мы тоже обеспечиваем, например, волокном для газовых центрифуг по обогащению урана», — поделился подробностями Александр Тюнин.

Многие специалисты убеждены, что композитные материалы сыграют огромную роль в достижении целей устойчивого развития. «Качество и параметры нашего композитного проекта абсолютно соответствуют повестке устойчивого развития. Одним из ключевых критериев выбора материала является жизненный цикл. Композиты в этом вопросе дают серьезную фору традиционным материалам. Срок службы изделий из композитов превышает 50 лет. Уменьшая за счет композитов вес самолетов и автомобилей на 20  %, мы увеличиваем пробег или пролет того или иного транспортного средства, на 20  % сокращаем выбросы при его эксплуатации. А в строительстве применение композитов позволяет снизить углеродный след за счет сокращения потребления стали и бетона», — подчеркнул глава Росатома Алексей Лихачев на форуме «Композиты без границ» в ноябре прошлого года.

Развитие аддитивных технологий

С композитной тематикой тесно связаны и аддитивные технологии, которые во всем мире развиваются невероятно быстрыми темпами. Мировой рынок аддитивных технологий с 2014 по 2020 год рос на 19,3 % в год и к 2020 достиг объема в $12 млрд. Рынок продолжает расти и, по прогнозам мировых экспертов, к 2027 году достигнет $41,6 млрд.

75 млрд руб.

составил объем российского рынка композитных материалов в 2020 году (по прогнозам, к 2030 году ожидается двукратный рост этого показателя)

11%

составляет ежегодный рост рынка углекомпозитов

4–10 кг

на одного человека составляет потребление композитных материалов в развитых экономиках на сегодняшний день

$41,6 млрд

достигнет, по прогнозам, мировой рынок аддитивных технологий к 2027 году

не более 2%

составляют потери титана при изготовлении компонентов для авиационной промышленности способом 3D-печати (при традиционном способе изготовления потери достигают 90 %)

Цифры

При внедрении в производство аддитивные технологии позволяют существенно сэкономить материалы и время при изготовлении отдельных изделий. Например, для производства авиационного двигателя традиционным способом потребуется несколько сотен различных компонентов, при изготовлении его методом аддитивных технологий количество деталей можно сократить до десятков. Аддитивный способ производства позволяет также минимизировать отходы. Например, при традиционном способе изготовления компонентов для авиационной промышленности потери титана достигают 90 %, а при 3D-печати — не более 2 %. Очень полезна такая технология и в медицине. Так, на 3D-принтерах смогут изготавливать титановые имплантаты, сделанные под конкретного пациента. И врачу во время операции не придется вытачивать титановые заготовки, у него уже будет идеально подходящая деталь.

Для молодых специалистов аддитивные технологии дают колоссальные возможности для развития: можно заниматься моделированием, прототипированием, программированием, быть оператором машин, изучать материалы и создавать новые.

«Начинать надо со школьной скамьи, нужно менять сознание молодым специалистам, детям, студентам, прививать эти новые знания и понимание создания технологий не разрушением, как традиционно, когда мы из заготовки все выпиливаем, вытравливаем, высверливаем, а именно созиданием, созданием с нуля», — отметил генеральный директор ООО «Русатом — Аддитивные Технологии» Михаил Турундаев, выступая на сессии КМУ.

Со школьной скамьи 

Росатом уделяет большое внимание образованию и подготовке кадров во всех направлениях своей деятельности, в том числе в композитной и аддитивной отраслях. «Мы регулярно организуем стажировки для студентов, выставки, экскурсии для школьников и формируем образовательные задачи для вузов. Создали инжинирингово-образовательный центр в Казани, где обучаем и сотрудников компаний-производителей композитной отрасли, и потребителей, и, безусловно, студентов. Более того, многие международные делегации, в том числе из Китая, приезжают и проходят платное обучение по композитам в нашем инжинирингово-образовательном центре. Аналогичный центр, кстати, мы сейчас создаем в Ульяновске на базе технического университета, в апреле-мае 2022 года его откроем. С РХТУ им. Д. И. Менделеева мы открыли первую в стране двухлетнюю магистерскую программу по композитам», — рассказал Александр Тюнин.

В рамках Конгресса молодых ученых в Президентском лицее «Сириус» Росатом открыл две учебные лаборатории — по композитным и аддитивным технологиям. Композитный дивизион UMATEX обеспечил лаборатории материалами и оборудованием: тремя термокамерами для формования крупногабаритных изделий, 3D-принтерами и устройствами для постобработки. «Наша первоочередная задача — вырастить кадры для наших новых бизнесов, в том числе в сфере новых материалов, где значительную роль играют композиты и аддитивные технологии. И здесь, на базе Президентского лицея “Сириус”, будут созданы лаборатории, объединяющие передовые технологии и образовательные решения, формирующие практические навыки и умения у школьников», — отметил на церемонии открытия Алексей Лихачев.