Развитие наноэнергетики: новые перспективы и барьеры роста

(Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ, грант N 07-02-04036a)

А. ГАПОНЕНКО, младший научный сотрудник ЦИПРАН РАН

За последние десять лет производство энергии увеличивалось ежегодно на полтора процента. По прогнозным оценкам спрос на энергоресурсы увеличится на 65% до 2020 г. Новые вызовы к энергетическому сектору, обусловленные ростом мировых цен на энергоресурсы, подписанием Россией Киотского протокола и тем влиянием, которое может оказать изменение климата на развитие экономики и энергетического сектора, потребовали пересмотра уже сложившихся подходов к регулированию и приоритетов раз-вития энергетического комплекса. Многие страны мира начали включать нанотехнологии в стратегию развития энергетического комплекса, одновременно, в нано-области выделилось отдельное направление - развитие нано-энергетики.

Нанотехнологии могут оказать существенное влияние на производство, переработку, хранение и эффективность использования энергоресурсов. Следует отметить, что нанотехнологии могут повлиять на развитие практически всех под-секторов энергетического комплекса от тепловой энергетики до ядерной, солнечной и водородной энергетики.

Особые надежды связываются с использованием нанотехнологий в водородной энергетике. В этом секторе на этапе производства энергии ожидается использование наночастиц (Се02), металлической керамики на основе нано-композитов и никельного нанопорошка. Рынок никельного нанопорошка для водородной энергетики в настоящее время составляет около 3500 тонн в год, а к 2011 г. эксперты ЕС считают, что он вырастет до 15000 тонн в год, то есть увеличится в 4,2 раза. При этом стоимость производства никельного нанопорошка к 2011 г. снизится с 1920 евро за 1 кг. до 1200 евро за 1 кг., то есть в 1,6 раза. Рынок наночастиц (Се02) к 2010 г. составит около 10000 тон в год. Столь быстрый рост рынка никельного нанопорошка предопределен его потребительскими свойствами и снижением стоимости производства. Он может быть использован для производства электродов, фильтров, при этом обеспечивает снижение их размеров при одновременном улучшении электрических, магнитных и теплопроводных свойств.

Уже выполненные и ведущиеся ИИР показывают, что нано-технологии окажут революционное воздействие на технологии хранения водорода. Для этих целей будут использоваться углеродные нанотрубки, графитовые частицы, полимеры с углеродными наночастицами, полипироловые нанотрубки, полистироловые наноструктуры и металлокерамические нанокомпозиты. Мировой рынок углеродных нанотрубок составляет в настоящее время около 700 млн. тонн, а к 2011 г. он увеличится до 13 млрд. тонн в год, при этом стоимость их производства снизится со 100 евро за 1 грамм до 2 евро за грамм. Этот рынок будет отличаться быстрыми темпами развития ввиду существенного снижения стоимости производства. Рынок полимеров с углеродными наночастицами составляет в настоящее время около 21 млн. тонн в год, а к 2011 г. он вырастет до 74 млн. тонн. При этом стоимость их производства снизится с 500000 евро за кг до 50 евро за кг, то есть в 10000 раз.

Рынок полипироловых нанотрубок в настоящее время составляет около 250 тонн в год, а к 2011 г. он увеличится до 5000 тонн, при этом стоимость их производства снизится с 18000 евро за кг. до 6000 евро за кг.

Потенциальные возможности развития рынка связаны с преодолением уже обозначившихся технологических, рыночных, экологических и социальных барьеров. Технологические барьеры связаны с встраиванием “нано” в макроструктуры и со сложностями производства “чистых” наноструктур с необходимыми параметрами. Например, для нанотрубок важными параметрами являются длина, проводимость, изолированность.

Рыночные барьеры обуславливаются высокой стоимостью и отношением потребителей. Использование нанотехнологий в водородной энергетике будет также предопределяться развитием этого сегмента энергетического рынка.

Экологические риски использования нанотехнологий остаются неизученными, однако уже имеются опасения, что продолжительное использование материалов, композитов с наночастицами может привести к загрязнению почвы, воды токсичными наночастицами, а также к отрицательному воздействию на здоровье человека.

Россия имеет значительный научный потенциал в части использования нанотехнологий для развития энергетического комплекса. По данным ЦИПРАН РАН около 6% научных организаций, проводящих исследования на наноуровне, концентрируют свои усилия на наноэнергетике. Однако, завоевание конкурентных преимуществ на мировом рынке будут зависеть от множества факторов, включая преодоление тех технологических, рыночных и экологических барьеров, которые были выделены нами ранее.

Статья опубликована в Тезисах VI Международной Кондратьевской конференции "Есть ли у России несырьевое будущее?". Москва - MФК - 2007 (13-14 ноября).