Економіка в сфері нанотехнологій

Світова економічна криза супроводжується занепадом видобувної промисловості, машинобудівної, металургійної та хімічної галузей, загостренням політичної ситуації у світі. Основний перспективний напрям виходу українського суспільства з економічної та фінансової кризи – реалізація трансформованого підходу до визначення місця й ролі вітчизняного інтелектуального капіталу в розв'язанні проблем в економічній, фінансовій, політико-правовій і технологічній сферах.

Основними складовими цього напрямку є:

                  посилення інноваційно–інвестиційної активності, зокрема залучення іноземних та державних інвестицій у процеси формування й розвитку інтелектуального капіталу, що пов'язано із забезпеченням довгострокового економічного розвитку держави;

                  інтеграція зі світовим науково–інноваційним простором і формування стабільної нормативно-правової системи підтримки інноваційно–інвестиційної діяльності й ефективного управління інтелектуальним капіталом України;

                  підготовка та проведення наукового дослідження впливу інтелектуального капіталу на послаблення економічної кризи і розвиток України на перспективу.

Загальну спрямованість економіки країни у ХХІ ст. за численними прогнозами визначатимуть такі чинники: ефективність науки та впровадження нових технологій, становлення й розвиток нанотехнологій, інтелектуальний і науково-технічний розвиток, інновації та мегафункціональні ноу-хау. Саме у даних напрямах інтелектуальному капіталові приділено провідну роль. Одна з перспективних форм інтелектуального капіталу – нанотехнології. [5]

Наприкінці ХХ і початку ХХІ ст. нанотехнології стали стратегічним напрямом економічного розвитку провідних країн. Основним індикатором рівня розвитку наук про нанорозмірний стан речовин і сприяння розвиткові нанотехнологій є аналіз динаміки фінансування цих досліджень. Як свідчать наукові дані, багато світових фондів і компаній у різних країнах світу щороку витрачають понад 10 млрд. дол. США на фундаментальні дослідження у сфері нанотехнологій, що сприяє її розвиткові. Постійно зростає обсяг інвестицій у такі дослідження, надто в умовах світової економічної кризи. Тож щонайменше 30 країн упроваджують національні програми в цій галузі знань, де вже зроблено багато відкриттів у фізичних, хімічних, біологічних, технічних, медичних науках. У сукупності це формує передумови створення глобального ринку нанотехнологій обсягом 900 – 1200 млрд. євро вже у 2010р. [2]

У традиційному контексті категорія нанотехнології характеризує комплекс процесів із впровадження високоточної обробки поверхонь із використанням надточного травлення, нанесення плівок, високоенергетичних електронних, фотонних та іонних пучків. Сьогодні термін «нанотехнологія» значно розширив свій сенс і охоплює та поєднує технологічні системи та процеси машин і механізмів, які здатні виконувати надточні операції у масштабі кількох нанометрів. Різні методи нанотехнологій одержали найбільший розвиток та застосування в мікроелектроніці, аерокосмічній індустрії, хімічній і медичній галузях.

Складовою структури інтелектуальних аспектів суспільства є інформаційно–інтелектуальні ресурси й інформаційно–інтелектуальні продукти, до яких і належать нанотехнології та нанопродукти. Нанотехнології – ефективні каталізатори в хімічній промисловості – альтернативні хімічні джерела струму; у мікро- та наноелектроніці – сенсорні пристрої, захисні покриття, робочі елементи комп'ютерної техніки й електронних приладів; у медицині – біосумісні імплантанти та новітні засоби доставки ліків та ін. Протягом 1975 – 2008 рр. у світі зареєстровано понад 100 тисяч патентів із використання нанотехнологій.

За впровадження їх у гірничій промисловості можливі такі результати: поява нових видів ресурсів і здешевлення процесів їх видобутку та переробки та можливість забезпечити процеси трансформації одного виду ресурсу в інші. Сучасні досягнення нанотехнологій у цій галузі – це перетворення деревини на кам'яне вугілля протягом короткого терміну (близько трьох днів), для чого у природних умовах потрібні мільйони років. А найбільше вражаюче майбутнє застосування нанотехнологій у видобувній гірничій промисловості – освоєння автоматичними фабриками ресурсів Місяця.

У сфері машинобудування та металургії нанотехнології також посядуть провідне місце за виробництва дешевих, легких і міцних наноматеріалів, які згодом витіснять більшість металів, устаткування, сталеливарної продукції.

Дослідження свідчать, що у цих сферах перевагу набувають сучасні нові технології, наприклад, вуглецеві нанотрубки, міцніші в кілька сотень разів і у десять разів легші та з вищою у тисячі разів електропровідністю, ніж сталь, яку випускають сталеливарні заводи. Проте ця нанопродукція поки що не набула поширення через високу ціну на нанотрубки: від 50 до 100 дол. США за 1 г, і низький рівень якості, що залежить від недостатніх обсягів фінансування. Однак у процесі розвитку нанотехнологій уже створені зразки промислового устаткування, що може виробляти високоякісні нанотрубки невисокої собівартості.

В умовах кризи широкою сферою застосування нанотехнологій є медицина. Вони сприяють розробці нових ліків, створенню нанопрепаратів і способів доставки лікарських засобів до осередку захворювання. Широкі перспективи для нанотехнологій відкриваються в галузі медичної техніки (розроблення засобів діагностики та проведення безболісних операцій, створення штучних органів). Із часом нанобіотехнології забезпечуватимуть можливості продовження людського життя та профілактики хвороб.

У сільському господарстві застосування нанопрепаратів із бактеріородопсином призвело до збільшення в кілька разів урожайності практично всіх культур із підвищенням їх стійкості до несприятливих погодних умов. Нанотехнології дають змогу цілеспрямовано змінювати рослини, прискорюючи дозрівання плодів, збільшувати їх кількість, калорійність тощо за гарантування безпеки споживання готової продукції. Ці досягнення дадуть змогу подолати голод у більшості країн світу, що особливо важливо в умовах світової кризи.

Таким чином, нанотехнології практично в усіх сферах і в різних галузях науки забезпечать точніші вимірювання (у кілька мільйонів разів) і дадуть змогу вивчати різні процеси на атомарно молекулярному рівні з реєстрацією найменших відхилень від норми. [4]

Удосконалені нано- і нейроелектронні комп'ютери вирішуватимуть безліч задач із моделювання та оброблення інформації. Вдосконалені космічні зонди та надшвидкісні ракети сприятимуть вивченню космосу. Наноманіпулятори та нейтронні мікроскопи дадуть змогу вивчати глибини субатомних частинок. Крім того, нанонаука потребує величезної кількості приладів й інструментів, що дуже швидко старіють.

За оптимістичними прогнозами Американського національного наукового фонду (NFS) у найближчому десятилітті прогнозовано нанобум у сфері створення нанотехнологічних матеріалів і пристроїв. У 2007 р. порівняно з 2006 р. обсяг ринку нанотехнологій збільшено (млрд. дол. США): наноструктурних матеріалів й екологічного устаткування на 55 (340), наноелектроніки на 45 (понад 300), фармацевтичних препаратів на 20 (понад 180), хімічної продукції, базованої на нанотехнологіях, на 22 (100), наноматеріалів для аерокосмічної промисловості на 15 (70). Як свідчать економічні дослідження та прогнози, світовий ринок нанопродукції до 2015 р. досягне 1 трлн. дол. США. Більшість розвинених країн світу почали широкомасштабні нанотехнологічні розробки ще 10 – 15 років тому.

Понад 50 країн упроваджують спеціальні програми розвитку нанотехнологій і постійно збільшують обсяги світових інвестицій у ці програми. Підґрунтя ринку світових інвестицій становлять п'ятнадцять країн – США, Японія, Велика Британія, Німеччина, Ізраїль, Китай, Канада, Австралія, Росія та ін. У більшості з них частка державних витрат у сфері нанонауки і нанотехнологій перевищує 50% від загального обсягу фінансування.

У 2000 – 2006 рр. США і Японія були світовими лідерами з обсягів інвестицій у нанотехнології, у 2007 р. до них приєдналася Росія. Нині ці країни формують понад половину світового обсягу зазначених інвестицій. Так, на виконання лише першого етапу Державної програми розвитку інновацій і нанотехнологій (2001 – 2004 рр.) США залучили 2.8 млрд. дол., другого етапу (2005 – 2008 рр.) – 4.6 млрд. дол. В Японії у 2004 р. бюджетне фінансування розробок у сфері нанотехнологій перевищило 1 млрд. дол., а загальні витрати становлять 3 млрд. дол. США. [1]

Згідно з оцінками експертів ОЕСР, за рівнем загальних витрат на НІОКР Китай може обігнати Японію вже в 2010р. і вийти за цим показником на друге місце у світі. За рівнем корпоративних витрат на дослідження і розробки (близько 1% від обсягу ВВП) Китай вже нині перебуває на рівні країн ЄС та істотно випереджає Росію.

Європейські країни згідно з програмою Євросоюзу (2002 – 2006 рр.) витратили 1.3 млрд. євро, а сьомою програмою Євросоюзу (2007 – 2013 рр.) на розвиток нанотехнологій передбачено 3.5 млрд. євро.

Україна не може стояти осторонь процесів становлення й розвитку нанотехнологій. Вчені і фахівці Національної академії Наук України розробили комплексну програму фундаментальних досліджень «Наноструктурні системи, наноматеріали, нанотехнології», виконання якої очолює перший віцепрезидент НАН України, академік Анатолій Шпак. У 2003 – 2006 рр. фінансування програми становило 33 млн. грн. Дослідження проводять за 14 напрямами, у ході робіт беруть участь 30 інститутів НАН України.

Складність і масштабність завдань розробки та впровадження нанотехнологій потребує значного збільшення фінансування нанотехнологій в Україні. В межах програми ведуться роботи у сферах створення та впровадження нанотехнологій у мікроелектроніці, фізиці, хімії поверхонь, тонкоплівкових та порошкових технологій, атомних і молекулярних моношарів, з'єднання та зварювання елементів конструкцій, фізики і хімії колоїдів й атомних кластерів, а також сорбентів різноманітного призначення, фізики металів і сплавів із нанорозмірною структурою тощо.

В Інституті зварювання ім. Є.О. Патона активно використовують нанотехнології та проводять дослідження у сфері виробництва нанопродукції. Зокрема, застосовують електронно-променеву технологію з одержання матеріалів із багатошаровою наноструктурою для зварювання неорганічних матеріалів. Використовуючи такі шаруваті структури, можна зварювати алюміній.

У процесі досліджень одержано зразки жаростійкого нанодисперсного амонокомпозиту – перспективного матеріалу для космічної й авіаційної техніки. Крім того, розроблено технологію одержання наноструктурних покриттів, які значно підвищують стійкість лопаток газових турбін; серію магнітом'яких нанокристалічних сплавів і на їх підґрунті – деталі телекомунікаційних систем; методи отримання металевих та металооксидних наноплівок для створення датчиків і фільтрів у системах мобільного зв'язку; зразки композитів із вуглецевими нанотрубками та наночастинками, що ефективно поглинають випромінювання радіо- і СВЧ – діапазону. [6]

Проведено дослідження й отримано позитивні результати застосування нанопродукції для сфери технологій й інформації: матеріалів із квантовими вкрапленнями германію на кремнії для створення приладів нічного бачення, систем запису інформації, напівпровідникових приладів; нанокомпозитів для світловипромінюючих діодів; твердих радіаційно стійких, електропровідних мастильних матеріалів для космічного і наземного використання; наноструктурованих каталізаторів для спалювання метану в процесах газоочищення та ін.

Українськими вченими створено наноструктуровані біосумісні з кістковою тканиною людини керамічні композити з високою приживлюваністю. Перспективні дослідження ведуться в онкології, зокрема створені магнітокеровані наноносії лікарських препаратів для локалізації пухлини, а також лікування опіків, авітамінозу, туберкульозу, що діють прицільно. Це так звана магнітокерована терапія.

Поряд із виконанням програми Національної академії наук України дослідження у сфері нанотехнологій проводять у межах міжвідомчої науково – технічної програми «Нанофізика і наноелектроніка» під егідою Міністерства освіти і науки України. У виконанні програми беруть участь окремі науково–дослідні інститути НАН України, провідні університети України, науково–виробничі об'єднання Міністерства промислової політики України та ін. Деякі дослідження в області нанотематики підтримані Державним фондом фундаментальних досліджень України.

Перспективи досліджень у сфері нанотехнологій і створення наноіндустрії в першу чергу залежать від Національної програми розвитку нанодосліджень і нанотехнологій, а також від організації виробництва інноваційної конкурентоспроможної продукції на засаді впровадження нанотехнологій і підтримки держави. Основні концептуальні розділи зазначеної програми: наноелектроніка; наноінженерія; функціональні та конструкційні матеріали; нанобіотехнології і наноматеріали медичного призначення; колоїдні нанотехнології; наноматеріали для каталізу та інших потреб хімії; наноматеріали і нанотехнології для захисту навколишнього середовища; нанотехнології для енергетики; нанотехнології спеціального призначення. Висока ефективність виконання цієї програми за наведеними розділами в Україні та аналогічних програм і проектів у світі забезпечить поступовий вихід країн із економічної кризи та сприятиме їх розвиткові. [3]

Масштабний прорив у нову область науки і техніки неможливий без наукових і професійних кадрів. Наразі система підготовки і відбору кваліфікованих фахівців не діє, тому необхідно створити спеціалізовані кафедри у ВНЗ Міністерства освіти і науки України, а також у науково – дослідних НАН України.

Слід зазначити, що в Україні є всі передумови для участі у світовому інноваційному процесі в області нанодосліджень і нанотехнологій: інтелектуальний і науковий потенціали, потужна ресурсна база, попит на світовому ринку нанотехнологій.

Зацікавленість різних країн, наприклад України і Росії, у розвитку нанотехнологій можна порівняти із суперництвом між досить пошарпаною «Феррарі», яку новий господар пробує полагодити, навмання підбираючи запчастини, і добре підлагодженим «Ланосом», який у гарного господаря як новенький, завжди і де потрібно змащений і чим потрібно заправлений. Український «Ланос» відмінно маневрував, не допускав заносів на поворотах, вдало гальмував на віражах. Але коли необхідно було розвинути швидкість на прямій, наспіх скручена російська «Феррарі» легко відривалася, незважаючи на те, що інколи на ходу ламалися запчастини.