Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.
Наноматериалы. Классификация. Отличительные
особенности
Важнейшей составляющей нанотехнологий
являются наноматериалы, т. е. материалы,
необычные функциональные свойства
которых определяются упорядоченной
структурой их наночастиц размером от 1 до 100 нм.
Согласно рекомендациям 7-ой Международной
конференции по нанотехнологиям
(Висбаден, 2004 г. ) выделяют следующие
типы наноматериалов:
- нанопористые структуры;
- наночастицы;
- нанотрубки и нановолокна;
- нанодисперсии (коллоиды);
- наноструктурированные поверхности и пленки;
- нанокристаллы и нанокластеры.
Наноматериалы характеризуются
несколькими основными чертами, делающих
их вне конкуренции по сравнению с другими веществами , находящими
практическое использование в деятельности
человека.
Первый плюс – суперминиатюризация,
позволяющая на единице площади разместить
больше функциональных наноустройств.
Это особенно ценно для наноэлектроники
или для достижения суперплотной
магнитной записи информации до 10
Тиррабит на 1 квадратный сантиметр.
Во-вторых, наноматериалы обладают
большой площадью поверхности, ускоряющей
взаимодействие между ними и средой, в которую они помещены.
В — третьих, наноматериалы уникальны
тем, что такое вещество находится в особом, «наноразмерном», состоянии.
Все эти признаки вполне объясняют
тот факт, что даже грамм наноматериала
может быть более эффективен, чем тонна
обычного вещества, и что их производство - вопрос не количества, не тонн или
километров, а качества человеческой
мысли, «ноу-хау» .
Анализ рынка нанотехнологий
Объем мировых инвестиций
С появлением первого транзистора
наномасштаба нанотехнологии перешли
из категории фундаментальных научных
знаний в категорию передовых высоких
технологий. Наряду с ИТ и биотехнологиями
так называемые «наноразработки»
представляют собой привлекательный
источник для инвестирования с долгосрочной
многократной отдачей.
Объем мировых инвестиций в развитие
нанотехнологий на сегодняшний день
составляет 9 млрд долларов, из них более
3-х млрд вложены только в США. Страны-лидеры
по объемам вложений: США, Япония, Южная
Корея и ФРГ. По данным международной
экспертной группы Lux
Research США, Япония, Южная
Корея и ФРГ сообща имеют 90% всех патентов
в области нанотехнологий, Китай, Канада,
Австралия, Индия и Россия — всего 1,2%
патентов.
Стремительная гонка в сфере
наноисследований объясняется
сверхперспективностью рынка. Внедрение
наноразработок в любую отрасль
промышленности или сферу жизнедеятельности
человека может повлечь грандиозные
экономические эффекты.
Первенство в открытии того или иного
нанопродукта гарантирует стране
экономический рост и стабильность.
Рынок нанотехнологий формируется
согласно правилу «Bringing
product from laboratory to the market» – « из лаборатории
на завод». Финансовая поддержка поступает
с двух сторон: от государства и частного
бизнеса (венчурных фондов). Роль
государства заключается в укреплении,
прежде всего, фундаментальной составляющей
нанотехнологий и поддержке частных
компаний, проводящих НИОКР собственными
силами, в то время как большая часть
активов венчурных инвесторов прикладной
характер.
По данным, опубликованным в экспресс-бюлетене «ПерсТ» («Перспективные
технологии: сверхпроводники, фуллерены,
наноструктуры»), соотношение
государственных и частных вложений в лидирующих странах в 2004 г. выглядело
следующим образом:
Cтрана |
Источник финансирования |
Объем финансирования (млрд долл.) |
США |
Федеральный бюджет |
1,6 |
Частный бизнес |
1,7 |
|
Европейский Союз |
Правительственное финансирование |
1,3 |
Частный бизнес |
0,7 |
|
Страны Азии |
Правительственное финансирование |
1,6 |
Частный бизнес |
1,4 |
|
Россия
|
Все правительственные каналы (Минпромэнерго, Минобрнауки, РАН, РФФИ и др.) |
Несколько десятков млн долларов |
К 2007 г. в странах Азии и США установилось
примерно равное соотношение финансовой
поддержки с обеих сторон. В Европе доля
частных инвестиций- 30%. Кардинально
поменялась ситуация и в России. Согласно
утвержденной 12 июля федеральной целевой
программе будет выделено около 25 млрд
рублей (около 1 млрд долларов) на развитие
наноиндустрии в 2008–2010 гг. Однако,
российские венчурные компании пока
неохотно оказывают поддержку
наноиндустрии, отдавая предпочтение
медицине, ИТ и химической промышленности.
Это связано с большими рисками из-за
длительных сроков окупаемости инвестиций
(до 10 лет).
По-разному расставляются инвестиционные
приоритеты в странах Азии, Европы и США: если в Штатах ставку делают на быстрореализуемые коммерческие проекты,
то в остальных – популярны проекты с долгосрочной перспективой.
Объем рынка нанотехнологий.
Перспективы развития
По данным Исследовательской Службы
Конгресса США (Congressional Research Service) мировая
промышленность использует нанотехнологии
в процессе производства как минимум
80 групп потребительских товаров и свыше
600 видов сырьевых материалов, комплектующих
изделий и промышленного оборудования.
В ближайшие 10–15 лет Американская
ассоциация National Science Foundation прогнозирнует
рост рынка нанотоваров и услуг до $1
трлн:
- В промышленности материалы с высокими заданными характеристиками, которые не могут быть созданы традиционным способом, могут занять рынок объемом $340 млрд. в ближайшие 10 лет.
- В полупроводниковой промышленности объем рынка нанотехнологичной продукции может достигнуть $300 млрд.
- В сфере здравоохранения использование нанотехнологий может позволить помочь увеличить продолжительность жизни, улучшить ее качество и расширить физические возможности человека.
- В фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий. Объем продукции с использованием нанотехнологий составит более $180 млрд.
- В химической промышленности наноструктурные катализаторы имеют применение при производстве бензина и в других химических процессах, с приблизительным ростом рынка до $100 млрд. По прогнозам экспертов рынок таких товаров растет на 10% в год.
- В транспорте применение нанотехнологий и наноматериалов позволит создавать более легкие, быстрые, надежные и безопасные автомобили. Рынок только авиакосмических продуктов может достичь $70 млрд. к 2010 г.
- В сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономические пути фильтрации воды и позволит ускорить развитие возобновимых источников энергии, таких как высокоэффективная конверсия солнечной энергии. Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и экономить значительные средства. Так по прогнозам ученых применение нанотехнологий в сфере использования энергии света через 10–15 лет может снизить потребление энергии в мире на 10%, предоставить общую экономию $100 млрд. и соответственно сократить вредные выбросы углекислого газа в размере 200 млн. тонн.
Основные проблемы развития рынка На фоне всеобщего бума развития в отношении нанотехнологий формируемый рынок несколько хаотичен. В настоящий момент существует ряд вопросов и неясностей, сдерживающих компании от вступления в нанобизнес. Прежде всего, отсутствие четкой системы регулирования в этой отрасли.
Производство нанопродуктов несет в себе определенные риски, связанные с новизной технологии. Введение четких
производственных стандартов качества
позволит создать уверенность конечных
пользователей в том, что продукт
безопасен, надежен и работает в соответствии со своими функциями.
Позволит проводить параллель между
различными конкурентными аналогами.
Обязательная система сертификации
конечного продукта будет являться
основанием для разработки критериев
безопасности для здоровья человека и экологии в целом, что является одним
из основных опасений общества.
В ряде стран Европейского Союза и США уже начаты работы по разработке
соответствующей нормативной и методической базы. Экспериментальные
данные свидетельствуют о потенциальном
вредном воздействии наноматериалов
на организм человека. Основной массив
экспериментальных данных связан с экспозицией к наноматериалам в условиях
производства, включая проведение
пуско-наладочных и ремонтных работ.
Интенсивное внедрение нанотехнологий
в разных отраслях хозяйственной
деятельности неизбежно ставит проблему
и воздействия наноматериалов на окружающую среду.
Важнейшим объектом внимания при оценке риска для здоровья, связанного
с наноматериалами, является использование
нанотехнологий при производстве
электронной техники, строительных
материалов, пищевых продуктов,
биологически активных добавок к пище,
(упаковки пищевых продуктов), как при непосредственном их использовании или
употреблении, так и при воздействии
поступления наночастиц и наноматериалов
в окружающую среду в процессе их производства.
Обширное внедрение нанотехнологий
в производство парфюмерно-косметической
продукции остро ставит проблему
вероятного токсического воздействия
наноматериалов на организм человека
при их нанесении на кожу.
Пока наиболее изученными являются
неблагоприятные эффекты ингаляционного
поступления наноматериалов в организм
человека (воспалительное поражение
легочной ткани, вероятно обусловленное
прооксидантным и генотоксическим
действием наноматериалов). Широко
обсуждаются вероятные системные эффекты
при данном пути поступления наноматериалов
(поражение сердечно-сосудистой системы,
печени, почек и т. д. ). Возможные же
биологические эффекты поступления
наноматериалов в организм через желудочно-кишечный тракт изучены пока
недостаточно.
Побочным явлением отсутствия жесткого
контроля на рынке нанотехнологий
привело к появленияю так называемых
лже-нанокомпаний. Многие производители,
работающие с малыми объектами, открыто
декларируют себя как участники нанорынка,
хотя фактически таковыми не являются.
Это легко объясняется желанием заработать
в условиях общего ажиотажа. Курьез
заключается в том, что включение заветных
четырех букв в название продукта или
рекламной компании могли привести к росту курса акций, увеличению продаж
и т. д. Сертификационная система сделает
рынок более прозрачным, структурированным
и открытым для потребителя.
Еще одним камнем преткновения
современных нанотехнологий является
кадровый «голод». Особенно он ярко
выражен в Европе и России. По данным
Европейской ассоциации нанобизнеса,
62% компаний, задействованных в нанобизнесе,
остро чувствуют нехватку квалифицирогванного
персонала. В России же, где идет только
становление необходимой для разработок
инфраструктуру, количество специалистов
крайне низкое. Как следствие, однозначно,
будет расти спрос на выпускников
факультетов прикладных наук с дополнительным образованием в области
нанотехнологий.