Компания «Оксиал» (OCSiAl) раньше не показывала широкой публике свою установку по синтезу нанотрубок «Графетрон», тщательно охраняя секреты производства. Но запустив недавно новую, «Графетрон-50» (рассчитана на 50 тонн продукции в год, в то время как первая установка — на 25 тонн), решилась продемонстрировать это масштабное сооружение. В мире эта установка самая крупная.
«Материал, который мы здесь синтезируем, ни на что не похож. Он лишь в десять раз тяжелее воздуха и в сто раз легче воды, а выглядит как липкая черная паутина. Пять-десять килограммов субстанции из нашего реактора может наполнить эту комнату. Никто в мире, кроме, может быть, пауков, ничего похожего не производит, — улыбается президент “Оксиал” Юрий Коропачинский. — Не только синтезировать, но и транспортировать и измельчать этот материал нужно особым образом. Наша установка не просто реактор для синтеза, а завод-робот, который сам выполняет все операции, а в конце цикла находится емкость с готовым измельченным однородным материалом».
Вари, горшочек
В безлюдном помещении за стеклом стоит что-то похожее на большой котел, окруженный многочисленными переплетенными трубками. «Варятся» здесь одностенные углеродные нанотрубки, иначе говоря, свернутые в цилиндр плоскости графена. Применение этого материала меняет свойства исходного материала в лучшую сторону — например, делает его прочнее, повышает электро- и теплопроводность. Нанотрубки могут повысить проводимость электролита в батарее, тогда у нее упадет внутреннее сопротивление, и она будет меньше нагреваться, что уменьшит вероятность взрыва. «Добавление нанотрубок к традиционным материалам может позволить создать принципиально новые конструкционные материалы», — комментирует Максим Худалов, старший директор — руководитель группы оценки рисков устойчивого развития Аналитического кредитного рейтингового агентства (АКРА).
Нанотрубки бывают одностенные и многостенные, первые считаются более чистым материалом с более высокими свойствами теплопроводности («Оксиал» специализируется как раз на одностенных). «При этом многослойные трубки дешевле в производстве», — говорит Иван Бобринецкий, ведущий научный сотрудник Московского института электронной техники (МИЭТ), генеральный директор компании «Наносенсор», которая занимается интеграцией нанотрубок в микроэлектронику.
Объем мирового рынка одностенных нанотрубок Максим Худалов оценивает в 15–20 тонн, в стоимостном выражении это 20–25 млн долларов.
Инжиниринг установки делала израильская компания; полный список поставщиков оборудования для создания нанореактора в «Оксиал» не раскрывают. Но большинство из них, по словам Юрия Коропачинского, — зарубежные. Среди российских он называет завод «Сибэлектротерм», который участвовал в создании и первого, и второго реакторов. Только на оборудование и его монтаж (без учета стоимости зданий и сооружений) ушло порядка 23 млн долларов. «Но производить установка сможет продукции на сто миллионов долларов, — говорит г-н Коропачинский. — Если она будет работать на полную мощность, а весь продукт — продаваться, то окупит себя за квартал. А любое другое промышленное оборудование — например, в хлебопечении или кондитерском производстве — окупается в течение пяти лет, в металлургии и энергетике — 20–25 лет».
С нанотрубками (открыты они, кстати, советскими учеными) наука работает давно, но активно применять их в исследованиях ученые начали в 1990-е годы, говорит Иван Бобринецкий. В 1999 году он пытался закупить одностенные нанотрубки в США, однако компания-производитель не стала продавать их в Россию — видимо, по политическим соображениям. «Тогда-то я узнал, что вся эта формальная открытость и доступность технологий являются просто декларацией, — утверждает Иван Бобринецкий. — В этой сфере мало что меняется: в 2014 году мы снова пытались купить трубки в США у известного поставщика расходных материалов для химии, но нам отказали».
В том же 2014 году на рынок вышел «Оксиал», начав делать трубки по технологии, разработанной под руководством академика РАН Михаила Предтеченского. В 2015 году было синтезировано 1,2 тонны трубок, через четыре года производительность установки выросла до 25 тонн.
В полезности материала сомнений нет. По словам Максима Худалова, он мог бы уже начать вытеснять сталь и цветные металлы в автопроме, машиностроении и энергетике, если бы не высокая стоимость его получения. В «Оксиал» утверждают, что с высокой себестоимостью материала разобрались и знают, как ее снижать.
Выходя на рынок, компания начала продавать трубки, как здесь утверждают, по цене значительно ниже, чем можно было найти на мировом рынке. Впрочем, речь идет о нанотрубках, используемых для лабораторных целей — для R&D-подразделений компаний, а не о материале для промышленного применения. «До момента, когда мы вышли на рынок, нанотрубки, предназначенные для исследований, стоили от 500 долларов за грамм, и производители обещали, что при покупке трубок “килограммами” цена составит 100–150 долларов за грамм, — говорит Юрий Коропачинский. — А мы в 2014 году вышли с ценой три доллара за грамм».
Впрочем, эти сравнения не совсем корректны. Одностенные трубки «Оксиал» — это не совсем то же самое, что материал, который закупают ученые для исследовательской работы, считает Иван Бобринецкий. По его словам, одностенные трубки для использования в электронике и сегодня стоят тысячу долларов за грамм. Все дело в чистоте материала: в трубках «Оксиал» 20% примесей (аморфные углероды, частички катализатора и проч.). Такой материал в электронные компоненты добавлять нельзя. Бобринецкий сравнивает нанотрубки с золотом: можно купить ювелирное, смешанное с медью, а можно в банке — чистое. Высокоочищенный наноматериал по-прежнему делают только за рубежом, и цены на него не снижаются, говорит он. У «Оксиал» другой путь, добавляет ученый, ведь компания делает нанотрубки для промышленного внедрения. Таких производителей в мире мало. Сам Коропачинский считает конкурентом только японскую Zeon Corporation, которая, по его сведениям, располагает мощностями для производства четырех тонн нанотрубок в год. Но у «Оксиал» нанотрубки значительно дешевле, утверждает Юрий Коропачинский, потому что компания использует оригинальный метод синтеза, который держится в секрете.
Можно ли еще удешевлять одностенные нанотрубки? Теоретически да, если строить более масштабные синтезирующие установки. «Но речь идет только о снижении себестоимости. Мы не собираемся продавать их на рынке дешевле тысячи долларов за килограмм», — отмечает Коропачинский.
Снижать себестоимость нанотрубок можно, создавая более крупные производственные мощности, с одной стороны, а с другой — добиваясь лучшей их смешиваемости с другими материалами (диспергирования). Для этого «Оксиал» продает не собственно нанотрубки, а содержащие их суспензии, сделанные по собственной технологии. Это позволяет вносить нанотрубки в другие материалы без нарушения стандартных производственных процессов и добиваться оптимальной концентрации трубок в конечных продуктах при одновременном снижении их расхода.
Именно наличие у «Оксиал» технологий и в целом выстроенную инфраструктуру проекта Иван Бобринецкий считает преимуществом компании.
«Одностенные трубки делают многие в мире, те же китайцы пытаются, — говорит Бобринецкий. — Но именно наличие технологий для введения трубок в материал — это плюс “Оксиал”. Нанотрубки — сложный материал: они путаются, их можно сравнить с сахарной ватой. Как смешать эту “нанотрубочную” вату с полимером, чтобы в итоге получить равномерную композицию, — это и есть ноу-хау “Оксиал”».
В Китае огромный рынок нанотрубок, особенно много многослойных, рассказывает Иван Бобринецкий, но проблема в том, что китайцы не могут гарантировать постоянство качества — от партии к партии свойства трубок сильно отличаются. «Китайские коллеги пока обеспечивают, скорее, массовость производства. А у “Оксиал” примеси в наноматериале хотя и есть, но они заранее известны. Производители пластиков, композитных материалов знают, с чем будут иметь дело, и понимают, как от примесей избавиться. Или им ясно, что они не влияют на процесс, — объясняет г-н Бобринецкий. — Главная проблема с нанотехнологиями в том, что качество материала может меняться при изменении любого входящего параметра, будь то источник воды, газа, металлов для синтеза наноматериалов».
В российской компании «Аком», производителе аккумуляторов для автомобильной отрасли, экспериментируют с графеновыми трубками, однако работают с белорусским поставщиком наноматериалов. Как рассказали в компании, наноструктурированные материалы сами по себе не обеспечивают повышения качества материала, использующегося в производстве батарей. Если неправильно провести процесс смешивания нанотрубок с базовым материалом, использующимся при изготовлении батарей, — оксидом свинца, то свойства батарей могут и ухудшиться. Среди поставщиков наноматериалов «Аком» выбрал белорусскую компанию «Передовые исследования и технологии», которой руководит известный белорусский ученый Сергей Жданок. Там создали установку для смешения наноматериалов с оксидом свинца. Как рассчитывают в «Акоме», нанотрубки в перспективе позволят сократить расход базового материала на 10% при сохранении тех же характеристик батарей либо не сокращать его, но повысить емкость и количество циклов заряда-разряда. До промышленного производства батарей с наноматериалами еще далеко, говорят в «Акоме», — рынок должен подтвердить спрос на такой продукт.
Накопление под будущий спрос
Производители в массе своей пока просто не знают, зачем им нужны нанотрубки, считает Иван Бобринецкий. Пока нет массового промышленного применения нанотрубок — они в основном используются в исследовательских целях, чтобы найти варианты их применения в больших объемах.
Компания «Оксиал» еще в стадии роста и на прибыль не вышла, ее расходы превышают доходы. По словам Юрия Коропачинского, последние пять лет у «Оксиал» каждый год удваиваются и выручка, и объемы синтеза, но далеко не всю продукцию удается сбыть. В 2019 году выручка компании составила 14,3 млн долларов, было синтезировано 23 тонны нанотрубок (при средней цене продажи 1800 долларов за килограмм). Продали 35% произведенного объема, а остальное пошло на склад.
«У нас супермаржинальное производство, — говорит г-н Коропачинский. — Так что у нас склад прибыли. Нанотрубки хранятся вечно. Поскольку нельзя написать в документации слово “вечно”, мы попросили нашу профессуру рассчитать срок годности. Они сказали: при воздействии кислорода и солнечного света десять процентов трубок могут окислиться через восемь тысяч лет. Их даже сжечь нельзя, потому что в воздухе недостаточно кислорода, чтобы соединиться с такой площадью поверхности. Хранить их дешево, как и транспортировать: по цене дорогого французского коньяка мы везем их, например, в США самолетом».
Компании нужны запасы, полагает Юрий Коропачинский, ведь покупатели — настоящие и потенциальные — хотят иметь гарантии поставок, если с ними будут подписаны контракты. Пока почти весь объем продаж продукции «Оксиал» приходится на зарубежные страны. И оттуда компания ждет крупных заказов, когда эффективность использования наноматериалов станет очевидна производителям.
Тестируют нанотрубки, по словам Коропачинского, все мировые производители литий-ионных батарей: «Из 160 производителей в мире мы работаем со 140».
Покупателей в «Оксиал» не называют. «Но в прошлом году произошло несколько событий, о которых мы можем рассказать, — говорит г-н Коропачинский. — Мы прошли аудит в крупных мировых компаниях и получили сертификаты поставщика. Это LG, Pirelli (производитель шин), и Jotun, выпускающая покрытия для трасс и других применений. Я не могу рассказывать о тех продуктах, которые мы с ними делаем».
Что будет, если в автомобильный аккумулятор добавить нанотрубки, насколько это улучшит (и, возможно, сделает дороже) конечный продукт? «Нет простого ответа, — говорит Юрий Коропачинский. — Свойства аккумуляторов настолько критичны, что если появится “правильная” батарейка, то она может стоить хоть в два раза дороже обычных. Батареи — это тот пункт, из-за которого электромобили до сих пор не могут победить машины с ДВС. В батареях, которые используются в современных электромобилях, четыре килограмма “сажи” — добавок, обеспечивающих электропроводность. Если мы добавим в них сто граммов нанотрубок, то можно убрать эти четыре килограмма техуглеродов. И поскольку вы выкинули технический углерод, который не запасает энергию, и заменили его на активный материал, то это на два-три процента повысило энергоемкость батареи».
Большие надежды в компании связывают с использованием нанотрубок в кремниевом аноде, который в будущем может заменить графитовые, применяемые сейчас в аккумуляторах.
Емкость кремниевого анода позволяет теоретически увеличить энергоемкость на 40%. «Это знают все компании мира, — говорит Юрий Коропачинский. — Все автопроизводители заявляют, что следующее поколение батарей для электромобилей будет содержать кремниевый анод. Но проблема в том, что сегодня эта технология обеспечивает только 50 циклов заряда-разряда. Для смартфона нужно минимум 500, для электромобиля — тысяча. Есть только одна возможность добиться тысячи циклов — добавить в материал наши нанотрубки».
Планы в «Оксиал» строят амбициозные. По словам Юрия Коропачинского, в 2022 году «Оксиал» продаст более ста тонн трубок на 150 млн долларов. Маржа составит более 100 млн долларов — так компания покроет свои расходы и заработает чистую прибыль на уровне двух третей выручки: «“Яндекс” сейчас стоит пятнадцать миллиардов долларов, а маржа у них 500 миллионов. У нас 2022 будет сто миллионов. Делим пятнадцать на пятьсот, получаем тридцать и умножаем на сто. Три миллиарда долларов — это и есть будущая стоимость нашей компании».
За счет чего будет рост? Как объясняет Юрий Коропачинский, у «Оксиал» четыре направления, где есть продажи в крупные проекты по тестированию трубок. Это литий-ионные батареи, эластомеры (продукты из силиконов и каучуков), реактопласты (стеклопластики, углепластики, композиты для автомобильной промышленности) и, наконец, термопласты (полиэтилен, полистирол и проч.).
В «Оксиал» ожидают, что через три года 50% выручки компании будут приносить производители батарей, а три других направления обеспечат вторую половину. «А вот через десять лет батарейки будут приносить лишь 20–25 процентов, — прогнозирует Коропачинский. — В других направлениях есть более емкие применения, очень медленно развивающиеся. Например, шины, которые для нас станут самым большим рынком через десять лет. Но в ближайшие годы массовый выпуск шин с нанотрубками не начнется — в этой сфере запуск продукта занимает пять-семь лет».
По мнению Ивана Бобринецкого, перспективные сферы применения трубок «Оксиал» — материалы для 3D-печати, которая быстро развивается и требует новых добавок; костные импланты — здесь требуются все более прочные материалы; и третье, самое массовое направление, — создание более легких и прочных композитных конструкций. «Возможная проблема только в протекционизме на мировом рынке, — считает Бобринецкий. — США не продают в Россию и еще ряд стран нанотрубки, и будут ли они позволять своим производителям покупать их у российской компании (“Оксиал” зарегистрирован в Люксембурге. — “Эксперт”) — вопрос открытый. По крайней мере, последние двадцать лет политическая ситуация сильно влияет на науку, это я знаю из своего опыта».
Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник МГУ имени M. В. Ломоносова Сергей Савилов сомневается, что у производителей литий-ионных батарей нанотрубки «Оксиал» окажутся востребованными — из-за слишком высокого содержания железа в материале. «В соответствии с большим числом опубликованных научных исследований содержание примесей переходных металлов в углеродной составляющей должно соответствовать миллионным долям, иначе это приводит к быстрой деградации сборок, — объясняет ученый. — Если говорить о применении таких трубок в более массовом сегменте — в качестве наполнителей в резинах, эластомерах и термопластах — стоит задуматься о цене, ведь многослойные нанотрубки, демонстрирующие практически тот же эффект, стоят от двадцати долларов за килограмм».
Максим Худалов убежден, что перспективы у продукта «Оксиал» есть, если он сильно подешевеет: «Сегодня это добавки в особо ответственные конструкционные элементы, а завтра, при снижении цены в пять–десять раз, это будут уже готовые проводники и элементы конструкции, что позволит существенно расширить географию применения материала. Снижение цены приведет на зарубежных рынках к кратному росту спроса на продукцию, поскольку ее физические качества уникальны, а альтернатива пока не просматривается». Однако на российском рынке «Оксиал» будет трудно увеличивать продажи из-за согласований, необходимых для внедрения в производство нового материала, отмечает г-н Худалов.
