Русская технология: графеновые нанотрубки

Ноябрьский новосибирский Академгородок встречал меня чистейшим сосновым воздухом,пушистым снегом и температурой минус 26 градусов. Сразу вспомнилось, как почти 35 лет назад я прилетел сюда с фанерным чемоданчиком в знаменитый физико-математический интернат.

• 
•  © www.popmech.ru

Каждый год в Академгородок стекались сотни победителей школьных олимпиад. Идея создателя новосибирского Академгородка, легендарного академика Лаврентьева, была проста в теории и невероятно сложна в реализации — собрать в одном месте множество академических институтов, мощный университет и школу, талантливых ученых, современные производства и за счет кумулятивной энергии совершить прорыв в сфере высоких технологий. Лаврентьеву удалось почти все, за исключением одного — высокотехнологичных производств в Академгородке так и не появилось.

Я прилетел в Академгородок на саммит по наномодифицированным материалам по приглашению Юрия Коропачинского, моего университетского приятеля, а ныне президента компании с труднопроизносимым названием OCSiAl. Откровенно говоря, разнообразных конференций по нанотехнологиям я навидался, про нанокирпичи и наноноски уже писал, поэтому полетел в Сибирь с одной целью — встретиться с Юрием, которого не видел лет двадцать. Но проведенные в Академгородке два дня сильно изменили мое представление о мире, в котором мы живем, а еще больше — о мире, в котором нам предстоит жить.

• 
•  © www.popmech.ru

Пляж в Сиднее

Наша история началась лет десять назад, когда Юрий Коропачинский, выпив ранним утром бокал просекко в своем доме в Сиднее, собирался пойти на пляж. Предыдущие 15 лет он довольно успешно занимался бизнесом, и к сорока годам у него с приятелями уже были лесопромышленный бизнес, крупный холдинг сельхозтехники и акции большого банка. Работа была нервная, и они решили продать все свои активы. И вместо 35 000 сотрудников и постоянного финансового дефицита у них стало в тысячу раз больше денег и в тысячу раз меньше сотрудников. Что еще нужно человеку, чтобы спокойно встретить старость? И вот примерно с такой мыслью в голове Юрий бросил взгляд на своего пятилетнего сына и вдруг подумал: «Кем вырастет мой сын, если папу он будет видеть утром уже с бокалом просекко, а в обед идущим с доской для серфинга на пляж? Это стало для меня поворотным моментом, — рассказывает Юрий, сын знаменитого ученого-дендролога Игоря Коропачинского. — Я помню, в мои пять лет, как только снег таял, мой папа садился в экспедиционную машину и уезжал. А когда снег выпадал, экспедиционная машина возвращалась, и оттуда выходил папа с бородой по грудь. Это было самым главным, что он сделал для моего воспитания». Поэтому Юрий решил вернуться в бизнес. Прежде он был сильно вовлечен в менеджмент и управление полудюжиной заводов с несколькими десятками тысяч людей в трех странах, а теперь решил заняться чем-то, не связанным с промышленными активами. Вспомнив свою научную молодость в Академгородке, он принял решение инвестировать в высокотехнологичный бизнес и купил билет до Новосибирска.

Телефон радости

Идеи и людей Коропачинский с партнерами искали в институтах Сибирского отделения Российской академии наук. 23 академика на президиуме Сибирского отделения за легендарным лаврентьевским круглым столом устроили Юрию допрос с пристрастием. «Я сказал, что меня не интересуют деньги Сибирского отделения, меня не интересует недвижимость Сибирского отделения, меня не интересуют патенты Сибирского отделения, — вспоминает Коропачинский. — Кто-то из сидящих в президиуме академиков ехидно сказал: „А земля?“ „И земля не интересует“. Услышал коллективный вздох облегчения, и кто-то произнес: „А у нас больше ничего и нет“. Я сказал: „Меня интересуют идеи“. Реакция была фантастическая: „А, идеи! Их у нас полно. Забирай!“». Юрий получил лицензию, и его команда с 2006 по 2009 год перелопатила 23 института в новосибирском Академгородке, Томске, Красноярске и Иркутске. Посмотрели более 1500 идей за три года. Юрия и его команду интересовала область, в которой они считали себя компетентными: физика, химия, биология. Поскольку в компании не было программистов и математиков, IT-сектор отмели сразу.

Схема работы была выстроена следующим образом: ребята приходили к директору института и говорили: «Покажите нам, пожалуйста, своих самых выдающихся ученых». Приглашали от двух до пяти человек и задавали им всего один вопрос: «Скажите, пожалуйста, что вы умеете делать одни в мире? Или лучше всех в мире? Хоть что-то». Если ответ казался хоть как-то приложим к реальной жизни, задавали следующие вопросы. В итоге собрали 1500 идей. Из них выделили 364 проекта, в которые инвестировали небольшие деньги, чтобы исследовать каждый из них на техническую осуществимость, необходимые инвестиции, потенциальный рынок. Были довольно забавные проекты. Один ученый заявил, что может сделать телефон радости. А после этого достал бумагу с печатью Министерства связи РФ — на ней Министерство подтверждало, что этот человек умеет делать телефоны радости. «А как это работает?» — «Ну, представляете, так же, как и все сотовые телефоны, только когда по ним начинают говорить, все счастливы».

• 
•  © www.popmech.ru

Без выхода

Так прошло три года. Юрий с партнерами истратили на предварительную работу более $2 млн, и из 364 проектов выделили 12, которые преобразовали в компании и профинансировали. К этому времени пришло понимание, что просто так выйти из венчурных инвестиций не удастся. 99% успешных выходов из таких инвестиций фондов, например, Кремниевой долины — это перепродажа технологии, команды и компании инвесторам следующего уровня. В России для этого ты должен не просто собрать команду и поднять ее до определенного уровня, а довести ее до полноценного статуса, до продажи продукта на рынке и получения прибыли. Почти никаким другим способом из инвестиций выйти невозможно. Но это задача принципиально другого масштаба. Создать, поднять команду и продать, например, через три года или же 15 лет рулить, создавать менеджмент, производство — это разные задачи. И поэтому посеять, создать 50 команд в 50 отраслях и довести их до взрослых компаний — это нереалистично. Юрий стали искать альтернативные ходы. К тому же из отобранных 12 проектов не было ни одного, способного реально изменить наше будущее. Как говорит Коропачинский, «порвать реальность». И тут его познакомили с Михаилом Предтеченским, реальным гением, к тому же живущим в Академгородке.

Просто гений

Почему они познакомились так поздно, остается загадкой — Предтеченского знает весь Академгородок. Один из самых молодых завлабов, любимый ученик академика Накорякова, который на момент встречи почти 20 лет занимался высокотехнологичным бизнесом, разрабатывая технологии для HP, Air Products (ведущий мировой производитель промышленных газов), Samsung. На Западе Михаила называют просто: «русский гений». И когда Коропачинский задал ему все тот же вопрос: «А что вы умеете делать лучше всех в мире?», Предтеченский кратко ответил: «Всё». Говорить с Предтеченским — редкое, но необычайное интеллектуальное удовольствие. Он не просто думает значительно быстрее вас, он думает красиво и парадоксально. И уже через несколько минут беседы с Коропачинским Михаил предложил ему зайти с другой стороны, дедуктивной: «Давайте сделаем наоборот. Я понимаю свою область компетенции. Назовите продукт, который вы хотите получить, а я создам прорывную технологию, если она вообще осуществима. Если вы спросите, могу ли я реализовать термоядерный синтез, я сразу скажу „нет“. На все остальное я, скорее всего, отвечу „да“».

• 
•  © www.popmech.ru

Юрий с партнерами увидели свет в конце тоннеля и с энтузиазмом стали придумывать такие продукты. Довольно быстро сошлись на том, что надо сфокусироваться на материалах, энергии и их преобразовании — ничего более фундаментального просто нет. В итоге сформулировали шесть идей. На самом деле все технологические идеи формулировал Предтеченский, остальные анализировали их на предмет реализации и перспектив как бизнеса.

Очень маленькие трубки

«А еще я знаю, как синтезировать нанотрубки», — произнес во время мозгового штурма Предтеченский. «Что такое нанотрубки?» — удивился Коропачинский. Михаил рассказал, что полвека в мире не появлялось новых материалов. И что современные суперматериалы слабо отличаются от простых. Коэффициент прочности титана против стали — в районе тройки. Коэффициента 10 просто не существует. Углепластик с высокомодульным волокном имеет коэффициент прочности в районе 1,5−1,7 ГПа, а одностенная углеродная нанотрубка — 50. И это еще не всё. Она в пять раз легче стали. Поэтому коэффициент — 250! Равнопрочная стальной деталь, созданная из одностенных углеродных нанотрубок, если их идеально соединить, будет легче в 250 раз. Автомобиль легче в 250 раз, представляете? Его ветром сдует. Четырехкилограммовый автомобиль.

• 
•  © www.popmech.ru

К тому же в мире не существует производства таких трубок, их получают лабораторным путем, и цена зашкаливает за $150 000 за килограмм. Этот разговор состоялся в 2009 году, а в феврале 2010-го Юрий Коропачинский вместе с Олегом Кирилловым, Юрием Зельвенским и Михаилом Предтеченским создали компанию OCSiAl. Все остальные проекты в сфере высоких технологий было решено закрыть.

Плазменный реактор

Через месяц Предтеченский в эксперименте получил первые нанотрубки. Их было ничтожное количество, несколько черных точек на белоснежном фильтре. Но электронный микроскоп показывал, что это те самые одностенные углеродные нанотрубки. И получил их Михаил Предтеченский на своем плазменном генераторе, еще одном из его фундаментальных изобретений. Дело в том, что плазменные генераторы — плазмотроны — используются во многих областях. Предтеченский столкнулся с ними, когда работал над проектом с Air Products. Мощные плазмотроны не могли долго работать даже в инертном газе — сгорали электроды. Десятилетиями ученые и технологи пытались создать материал электродов, который бы «стоял», но ничего не получалось — время работы измерялось секундами. Когда Михаил рассказывает, все кажется простым: «Я подумал, а почему электроды должны быть твердыми? Сделаю я их жидкими. Две ванны с расплавом, а между ними пустим дугу. Дуга загорается, плавит изначально твердый металл, и получаются две металлические лужицы, на которые и замыкается дуга. Жидкость же эрозии не подвержена. Я сделал такую машину, которая может работать вечно, в любой среде, с любой мощностью».

• 
•  © www.popmech.ru

Обычные плазмотроны работают на инертном газе, потому что эрозия электродов пропорциональна химической активности и температуре. Например, на водяном паре они разрушаются мгновенно. А в плазмотрон Предтеченского можно хоть хлор вводить — по сути это плазмохимический реактор. Многие металлургические и химические процессы можно изменить принципиально. Михаил долго пытался пристроить свое изобретение, встречался с олигархами, даже пытался сделать на нем реактор для уничтожения супертоксичных отходов. «Ключевым моментом была наша встреча с Юрием, — вспоминает он. — Он оказался тем самым человеком. С одной стороны, представитель крупного бизнеса с деньгами, с другой — сын академика, с нашим классическим образованием. С ним быстро нашли общий язык. Как раз перед нашей встречей я был на выставке „Роснано“ и внимательно посмотрел, что можно делать с нанотрубками. Я с момента их открытия следил за ними, но не знал, зачем они. А когда увидел, как они пошли в материалах, понял, что за ними фантастическое будущее».

Графеновые нанотрубки

Если поискать в интернете, то выяснится, что углеродные нанотрубки в промышленном масштабе производят не только в Новосибирске. Разница в маленькой детали — в Академгородке делают одностенные нанотрубки, а во всем остальном мире — многостенные. И разница эта принципиальна. «Многостенная трубка — это трубка, „свернутая“ из графита, — популярно объясняет Юрий Коропачинский, — а одностенная — из графена. Если бы графен был открыт раньше, чем нанотрубки, они бы назывались графеновыми. Это разные материалы с совершенно разными свойствами. Между ними такая же разница, как между алмазом и каменным углем, хотя и то и другое состоит из углерода. Многостенная нанотрубка — это маркетинговый обман. Вроде у нас очень похожий продукт, но чуть толще стенки. Корректно говорить — графеновые и графитовые. Мы делаем трубчатую модификацию графена, из одного атомного слоя. А они не делают. Мало того, в некоторых режимах наш реактор синтезирует графен, но мы пока не видим рыночных ниш, в которых графен превосходит нанотрубки. Как только увидим, первыми в мире выпустим промышленную партию».

Однако промышленная партия графеновых нанотрубок в OCSiAl получилась нескоро. С 2009 по 2012 год в проект закачали $20 млн, построив 11 прототипов. И после этого Коропачинский взял фильтры с черными точками нанотрубок и полетел к главе «Роснано» Анатолию Чубайсу. Анатолий Борисович внимательно посмотрел на них и сказал одно слово: «Впечатляет». Помолчав, добавил: «Хотите построить реактор? Сколько будете производить? Тонну в год? А вы знаете, что Bayer в прошлом месяце запустил реактор мощностью 500 т многостенных трубок в год?». Коропачинский ответил: «Знаю, и что? Закроется через три года». Рассказывая эту историю, здесь Юрий начинает смеяться: «И знаешь, месяц в месяц через три года Bayer закрыл свой реактор. Потому что многостенные трубки нафиг никому не нужны».

• 
•  © www.popmech.ru

Чубайс поверил наглым предпринимателям из Сибири, и «Роснано» вложил в проект $20 млн, стал первым внешним акционером компании. Говорят, это лучшая из инвестиций госкомпании. На вопрос, зачем OCSiAl понадобилось «Роснано», если у инвесторов были собственные деньги (на сегодняшний момент в OCSiAl инвестировали более $150 млн), Коропачинский объясняет: масштаб проекта такой, что на определенном этапе все равно потребуются инвесторы. Когда ты строишь компанию на свои деньги, получаешь семейную компанию. В семейную компанию не приходят инвесторы, в семейной компании по‑другому устроены управление, система принятия решений, требования к менеджменту. Чтобы компания стала публичной — а мир захватывают только публичные компании, — ее надо строить с самого начала по‑другому. И с самого начала научиться учитывать мнение внешнего инвестора. «Роснано» в этом плане — идеальный вариант.

Graphеtron 1.0

На деньги «Роснано» и был построен первый промышленно-исследовательский реактор Graphetron 1.0 в новосибирском Академпарке — более удачном аналоге «Сколково». В прошлом году реактор синтезировал 1250 кг одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT) под торговым наименованием TuballTM. В 2016 году было четыре тонны, в этом году он должен произвести от семи до десяти тонн. А через стенку полным ходом ведется строительство уже промышленного Graphetron 50, который рассчитан, как видно из названия, на 50 т в год. Много это или мало?

До запуска Graphetron 1.0 мировая цена SWCNT была $150 000 за килограмм. «Ничего себе, тонну покупают за $150 млн! А мы можем продавать в сто раз дешевле. Это же какая очередь выстроится у входа! — потирает руки Коропачинский. — Но я думаю, что все агентства ошибались и ошибаются. Я думаю, что коммерческих продаж до нашего появления не было нигде и никогда. Шли небольшие партии для исследовательских целей. Покупали, как кокаин, граммами». Например, NASA пыталась применить этот материал для спутников, но не смогла запустить проект, потому что не нашла поставщика на 100 кг в год. Его просто не было в природе.

• 
•  © www.popmech.ru

Еще несколько лет назад мировой рынок одностенных нанотрубок потенциально оценивался в 10 т в год, но с каждым годом оценка существенно возрастает. Если еще два года назад OCSiAl оценивала его в 145 000 т, то сейчас — более чем в 500 000. «Я вижу потенциал роста компании за десять лет в тысячу раз, — говоря эту фразу, Юрий делается серьезным. — На сегодняшний момент мы единственные производители в мире».

По мере производства стремительно расширяются и области применения графеновых нанотрубок. В самом начале OCSiAl рассчитывал на рынок литий-ионных батарей, углепластиковые композиты и шинную промышленность — логично идти в те области, где ранее применялись другие формы углерода. То, что можно сделать из аморфного углерода, из нанотрубок получится в сотни раз лучше. Например, добавление в электроды литиевых аккумуляторов порядка 0,01% одностенных нанотрубок увеличивает их емкость на 20%. Но новые области применения появляются прямо на глазах. Совсем недавно профессор Орбах из израильского университета Бар-Илана спас почти целую отрасль — рынок кислотно-свинцовых аккумуляторов объемом более $38 млрд в год. Дело в том, что в ближайшее время все производители автомобилей будут вынуждены устанавливать в машины системы «старт-стоп», которые в разы повышают требования к количеству циклов заряда-разряда — от нынешних 300 у существующих аккумуляторов до 800. Сейчас это возможно только при помощи литиевой технологии. Так вот, Орбах разработал технологию добавления одностенных нанотрубок, которая увеличивает количество этих циклов у свинцовых аккумуляторов от 600 до 900. И подобных примеров сотни.

В этом году OCSiAl провела переговоры с 2500 потенциальными клиентами — по 10 встреч в день. Сейчас офисы компании работают в Люксембурге, Тель-Авиве, Сеуле, Мумбае, Гонконге, Шэньчжэне, Огайо, есть представители в Малайзии, Германии, Великобритании, Австралии и Японии. В ближайшие годы компания собирается строить свои реакторы на всех континентах и во всех развитых странах. Мало того, они имели эту возможность с самого начала. Тогда почему современное производство находится в Академгородке? «Потому что тут Предтеченский, — улыбается Коропачинский, — и потому, что пока у нас работает исследовательский реактор. На „Графeтроне“ мы проводим фундаментальные физические исследования, и у нас работают академик, профессора, доктора и кандидаты наук. Академгородок — идеальное место для таких исследований. Почему мы синтезировали в этом году 4 т трубок, а не 7? Потому что половину времени реактор работал в исследовательском режиме. Это мощная научная установка. Ну и как побочный эффект, она синтезирует 98% трубок в мире».

• 
•  © www.popmech.ru

Секретные материалы

В помещении, где стоит Graphetron 1.0, строжайше запрещено фотографировать. «Даже у меня нет селфи рядом с реактором, — смеется Коропачинский. — Мало того, на Graphetron нельзя даже посмотреть — когда я захожу в помещение, он занавешен черной материей, как камень в Каабе. Исключение не делается даже для университетского друга. Такой секретности я не видел даже на военных заводах». Поэтому логичен вопрос, как OCSiAl собирается защищать свои технологии. «У OCSiAl зонтичный патент», — говорит Юрий. Когда у изобретения нет принципиальной особенности, то пытаются выдумать странную конструкцию, запатентовав, например, режим синтеза или катализатор. Любой такой патент обязательно будет обойден — невозможно по ста параметрам все закрыть. Классический пример: в СССР были изобретены суда на воздушной подушке, и в патенте были указаны углы атаки. Тут же вышел английский патент, в котором были запатентованы все остальные углы атаки. «Знаете, как звучит патент швейной машинки „Зингер“, который никогда не был обойден? — смеется Коропачинский. — „Иголка с ушком спереди“. Все. Нельзя сделать швейную машинку без такой иголки. Вот у нас такой патент. Если грубо, то он звучит так: „Любым мыслимым и немыслимым способом создаешь истинную наночастицу, которая летит в потоке любого углеводородного газа в любых режимах и на ней растет одностенная трубка“. Если да, то наш патент, если нет, то нет. Это значит, что мы можем не раскрывать ничего: ни катализаторы, ни способ изготовления, ни режимы». «А кто придумал патент?» — спрашиваю я. «Конечно, Предтеченский, — я заражаюсь смехом Коропачинского, — а кто еще на планете мог придумать такой патент?!».

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈