Получение материалов нового поколения, опережающих по своим качествам мировые аналоги, относится к важнейшим задачам создания научно-технического задела в области разработки вооружения и военной техники.
Исследования, выполненные научно-исследовательскими организациями оборонно-промышленного комплекса, учреждениями РАН и вузами в обоснование развития системы вооружения России, показывают, что в числе стратегических направлений в сфере создания новых материалов могут быть названы следующие:
— интеллектуальные адаптивные материалы и покрытия;
— материалы с эффектом памяти формы;
— слоистые металлополимерные, биметаллические и гибридные материалы;
— интерметаллидные материалы;
— легкие высокопрочные коррозионно-стойкие свариваемые сплавы и стали, в том числе с высокой вязкостью разрушения;
— монокристаллические, высокожаропрочные суперсплавы;
— естественные композиты;
— магнитные материалы;
— металломатричные и полиматричные композиционные материалы;
— полимерные композиционные материалы;
— высокотемпературные керамические, теплозащитные и керамоподобные материалы;
наноструктурированные, аморфные материалы и покрытия.
Каждое из этих направлений интересно своими особенностями и предназначением, однако для достижения требуемых характеристик в ряде случаев требуется использования в составе новых материалов редкоземельных металлов (РЗМ), придающих им уникальные физико-химические свойства.
Применение РЗМ в инновационных технологических цепочках показано на рисунке 1.
Основными сферами применения редкоземельных металлов являются высокоэнергетические постоянные магниты (22% от всего объема производимых РЗМ), современные конструкционные материалы (19%), катализаторы для автомобильной промышленности (18%), высококачественная оптика и стекло (15%).
Основными предпосылками дальнейшего роста потребления РЗМ в мире являются:
— освоение альтернативных источников энергии, что приведет к росту производства ветрогенераторов и солнечных батарей;
— ужесточение экологических требований, что приведет к росту производства автомобильных катализаторов, присадок к дизельному топливу;
— развитие энергосберегающих технологий, что приведет к росту объемов производства гибридных автомобилей, компактных люминесцентных ламп, светодиодов, сверхпроводников
— разработка и внедрение новых конструкционных материалов (в самолетах, космических аппаратах, автомобилях, трубопроводах), что приведет к росту объемов применения РЗМ при выплавке стали, чугуна, алюминия, других цветных металлов.
Рынок РЗМ, являющийся одним из самых молодых товарных рынков, растет быстрыми темпами: за последние 50 лет объем мирового производства и потребления РЗМ увеличился примерно в 25 раз — с 5 до 120 тыс. т в год. Прогнозируется, что к 2020 году объем мирового спроса на РЗМ вырастет еще в 1,5 раза и со- ставит порядка 190–200 тыс. т в год. Ключевыми потребителями РЗМ являются страны, основу экономики которых составляют высокотехнологичные производства: Китай (54%), Япония и Южная Ко- рея (24%), страны Европы — преимущественно Германия и Франция (13%), США (8%).
РЗМ не являются биржевым товаром, их предложение на мировом рынке ограниченно. До 97% РЗМ производится в Китае, при контроле им до 42% мировых запасов в целом и 80% мировых запасов РЗМ тяжелой группы при наличии крупнейшего в мире редкоземельного месторождения. В СССР существовала развитая редкоземельная промышленность полного производственного цикла. Базируясь на отечественном сырье, она выпускала широкую номенклатуру РЗМ-продукции высокого качества (от высокочистых оксидов РЗМ до люминофоров, магнитов и высокотемпературных проводников) и обеспечивала не только внутренние потребности, но и экспортные поставки. Суммарное производство РЗМ-продукции в 1991 году достигало 8,5 тыс. т, что составляло порядка 15% мирового рынка и обеспечивало СССР третье место в мире. Редкоземельная промышленность была рассредоточена в нескольких республиках (РСФСР, Украина, Казахстан, Киргизия, Эстония), при этом источники наиболее ценного сырья и высокие переделы производства находились вне России (рис. 2): РСФСР производила не более 10% конечной РЗМ- продукции.
В настоящее время российская РЗМ-промышленность фактически только начинает формироваться. Россия, находясь на втором месте в мире по объему запасов РЗМ, ежегодно производит менее 2 тыс. т РЗМ (1,3% мирового рынка). РЗМ производятся в виде продукции начального передела — коллективных карбонатов РЗМ, почти весь объем продукции экспортируется в силу отсутствия в России промежуточных переделов технологической цепочки (разделительное и металлургическое производства). Текущее потребление РЗМ (индивидуальные оксиды и металлы) российскими производителями отдельных видов высокотехнологичной продукции (магниты, катализаторы, оптика и др.) незначительно, составляет порядка 2 тыс. т в год и полностью удовлетворяется за счет импорта РЗМ из Китая, что носит критический характер для национальной безопасности и развития отечественной промышленности.
Учитывая, что РЗМ являются крайне чувствительным компонентом мате- риалов, используемых при создании вооружения и военной техники, поставляемой как Вооруженным Силам РФ, так и на экспорт (рис. 3–4), приоритетом госполитики в сложившейся ситуации должно стать обеспечение внутреннего спроса на редкоземельную продукцию и ликвидация импортозависимости.
До 2013 года участие государства в развитии редкоземельной промышленности носило фрагментарный характер. Соответствующие НИ-ОКР не финансировались. Использовались такие инструменты, как льготное налогообложение прибыли (единственный действующий производственный комплекс «ЛГОК– СМЗ»), выявление и продвижение перспективных инвестиционных проектов (Конкурс русских инноваций), стимулирование привлечения зарубежных инвестиций (Российско-Германский сырьевой форум).
Тем не менее ощутимого результата они не дали. Производственные фонды «ЛГОК–СМЗ» по-прежнему требуют глубокой модернизации. В период демпинга со стороны Китая они пришли в упадок, для развития добычи требуются значительные инвестиции в добывающие и обогатительные мощности. Инициативы бизнеса как по освоению новых месторождений, так и по попутному извлечению РЗМ, развиваются медленно. Примером может служить проект разработки Томторского месторождения и строительства завода по производству редкоземельных металлов на основе томторского сырья, который в 2000-е годы был проработан АК «АЛРОСА» и ФГУП «Горно-химический комбинат» при поддержке региональных и местных органов власти и научном сопровождении ИХХТ СО РАН и других институтов. Еще в 2005 году проект вошел в «Белую книгу» Конкурса русских инноваций как проект, который может оказать в будущем критическое влияние на национальную экономику.
Уже десятки лет насчитывает отработка технологий извлечения РЗМ из апатитовых концентратов, и в первую очередь из фосфогипса (отхода производства минеральных удобрений из апатитовых концентратов). Несмотря на рост цен на РЗМ, экономика этих проектов остается неопределенной из-за малого содержания РЗМ (0,5%) и высокой доли легкой (более дешевой) группы металлов. Ключевым сдерживающим фактором переработки фосфогипса является необходимость организации сбыта большого объема попутной гипсовой продукции. При переходе к промышленно- му извлечению РЗМ и организации их переработки до чистых оксидов потребуется организация очистки от радиоактивных примесей и последующего хранения радиоактивных отходов, что требует не только дополнительных затрат и специальных компетенций, но и лицензирования. Предпринимательские инициативы и применяемые ранее методы государственного стимулирования не являются достаточными, чтобы ответить на глобальный вызов обеспечения конкурентоспособности и национальной безопасности, связанный с дефицитом РЗМ. Без масштабной господдержки замыкание технологической цепочки и увязка баланса производства и потребления РЗМ практически неосуществимы. Учитывая опыт других стран, роль государства в создании РЗМ-промышленности должна быть шире, чем нормативно-правовое регулирование, обеспечение надзора, предоставление грантов для научных разработок, льгот для коммерческих проектов. Механизмы государственно-частного партнерства необходимо сочетать с планированием разрабатываемых технологий и создаваемых производств. Кроме того, возможна как консолидация действующих редкоземельных производств в рамках российских госкорпораций, так и создание стратегических альянсов с зарубежными потребителями и производителями РЗМ-продукции.
Механизмами господдержки могут стать:
— формирование страхового резерва для обеспечения потребностей организаций оборонно-промышленного комплекса и гражданских отраслей на период становления РЗМ-промышленности;
— выделение бюджетных средств на разработку современных технологий производства РЗМ и продукции на их основе, отвечающих параметрам экономической эффективности, поддержка их на стадии опытно-промышленной эксплуатации;
— проведение геологоразведки, развитие инфраструктуры добывающих и перерабатывающих предприятий;
— выделение имущественного взноса госкорпорациям для реализации инвестиционных проектов, при- обретения зарубежных активов и создания совместных предприятий;
— предоставление кредитов со стороны государственных финансовых институтов.
Вместе с тем высокая капиталоемкость проектов отечественной РЗМ-промышленности не позволяет окупить расходы на проведение НИОКР и создание производств за счет одних только коммерческих источников финансирования. Норма внутренней доходности проектов на горизонте 2013–2030 годов оценивается в 4–6%, срок окупаемости инвестиций – в более чем 20 лет. Данные финансово-экономические пара- метры недостаточны для привлечения как коммерческих кредитов, так и акционерного капитала с фондовых рынков.
Проблема недостаточной эффективности проектов особенно актуальна для начальных переделов технологической цепочки производства (добыча, извлечение и разделение РЗМ, производство металлов и лигатур): прогнозируемая ценовая коррекция на рынке РЗМ-сырья к 2016 году позволит развиваться лишь крупным РЗМ-производителям, пользующимся поддержкой со стороны правительств и ключевых потребителей.
С учетом указанных обстоятельств в 2013 году в целях реализации Основ госполитики в области развития ОПК на период до 2020 года принято решение о включении под- программы «Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов» в госпрограмму «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», утвержденную Правительством РФ 30 января 2013 года.
Выполнение указанной подпрограммы обеспечит достижение сле- дующих целей:
— обеспечение мирового уровня и глобальной конкурентоспособности российских материалов и технологий;
— создание опережающего научно- технического задела по материалам и технологиям как основы устойчивого развития отечественной экономики и развития системы вооружения на базе прогноза развития науки и технологий;
— переход к новому технологическому укладу в промышленности, синхронизированный с развитием сложных технических систем посредством создания прорывных технологий в области мате- риалов и глубокой переработки сырья;
достижение высоких темпов инновационной активности, обеспечивающих конкурентоспособность российских материалов и технологий, а также генерацию потоков миграции создаваемых технологий в оборонно-промышленном комплексе и других ключевых отраслях промышленности. При этом основными результата- ми, необходимыми для создания перспективной авиационной и ракетно-космической техники, судов, двигателей, приборов, энергоустановок являются создание:
— высокопрочных конструкционных и коррозионно-стойких вторично-твердеющих сталей, тепло- стойких до температуры 500°С, с получением наноструктурированного состояния материала за счет дисперсионного отвердения, что позволяет повысить прочность материалов в 1,5 раза;
— нового класса суперстабильных наноструктурированных магнитотвердых материалов для навигационных приборов нового поколения, обеспечивающих повышение точности навигации на 30–50%, снижение трудоемкости изготовления узлов приборов в 1,5–2 раза, уменьшение стоимости приборов на 30– 40% за счет замены дорогих и трудоемких в изготовлении магнитов;
— защитных покрытий, в том числе на основе сложных оксидов редко- земельных металлов, и технологий их нанесения для работы лопаток при температурах до 850°С;
— нового класса композитов с матрицей из интерметаллида Ni3Al, упрочненной тугоплавкими оксида- ми типа HfO2, ZrO2, Er2O3 и волок- нами типа Al2O3, обеспечивающих повышение рабочих температур материала до 1400°С и ресурса деталей в 2–2,5 раза;
— технологий нанесения конденсационных покрытий и наноструктурированных слоев обеспечивающих увеличение износостойкости, контактной и усталостной долго- вечности деталей в 1,5–2 раза.
Таким образом, развитие промышленности РЗМ находится в сфере контроля Правительства РФ как ключевое направление технологического прорыва, обеспечивающее повышение повышение доли высокотехнологичной продукции в объеме товаров российской промышленности и позволяющее: — обеспечить рост внутренне- го рынка и объема экспорта продукции, объема и ассортимента производства важнейших видов качественной социально ориентированной продукции;
— осуществить эффективное импортозамещение и снизить зависимость внутреннего рынка от иностранных компаний, обеспечив тем самым экономическую и технологическую независимость;
— увеличить долю наукоемкой продукции, сократить удельный вес сырьевых производств;
— повысить удельный вес технологий, соответствующих мировому уровню, повысить объем продукции, выпускаемой по ресурсосберегающим технологиям;
— выполнить требования экологи- ческой безопасности и решить проблему эффективного использования природных ресурсов;
— способствовать развитию регионов, формированию взаимосвязанных региональных и межрегиональных комплексов. Реализация конкретных проектов в рамках этого приоритетного на- правления позволит обеспечить опережающее развитие практически всех секторов экономики, а также получить значимый мультипликативный эффект и послужить катализатором роста инвестиций в научные разработки и модернизацию в смежных отраслях промышленности.
Статья была опубликована в федеральном справочнике «Оборонно-промышленный комплекс России» том 10, 2014 год.