Проект от 11 ноября 2008 года



страница11/32
Дата17.10.2016
Размер7.49 Mb.
ТипРеферат
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   32

2.4.5.6 Атомная энергетика
Атомные энергетические станции

Общая характеристика мирового рынка

По данным МАГАТЭ на конец 2007 года в 32-х странах мира (в которых живет две трети населения планеты) действовали 439 ядерных энергетических реакторов общей установленной мощностью 372,202 ГВт(эл.) (нетто). Ядерная доля в электрической генерации в среднем по странам, использующим атомную энергию, составила 27%. В четырех странах (Франции, Литве, Словакии и Бельгии) она превысила 50%.
Рисунок 11 - Доля атомной энергии в выработке электричества в 2007 году. Источник: МАГАТЭ
Всего: 439 реакторов


Рисунок 12 - Количество действующих АЭС по странам. Источник: МАГАТЭ, 2008



Ближайшие перспективы мировой ядерной энергетики характеризуются тем, что в 13 странах строится 34 ядерных энергоблока общей мощностью около 28,4 ГВт (эл.).

По существующим на сегодняшний день сценариям развития мировой атомной энергетики предполагается, что к 2030 году ее установленные мощности составят около 830 ГВт (по «оптимистическому» сценарию IEA – 520 ГВт).

География развития АЭС

В настоящее время наиболее динамично атомная энергетика развивается в Китае, Индии и России.. Новые энергоблоки строятся также в США, Канаде, Японии, Иране, Финляндии и других странах. О своих намерениях развивать атомную энергетику заявил еще ряд стран, среди которых — Польша, Вьетнам, Белоруссия и пр. В общей сложности сейчас рассматривается более 60 заявок на строительство блоков. Более 160 проектов находятся в процессе разработки. Современные планы развития ядерной энергетики к середине столетия, которые независимо рассматриваются в странах мира, сейчас в международном сознании ориентируются на масштаб порядка 1000 ГВт (эл.).

Рисунок 13 - Строящиеся блоки АЭС по странам. Источник: МАГАТЭ, 2008.



В таком контексте обозначенные в настоящее время намерения по развития атомной энергетики в разных странах мира с большой вероятностью в недалекой перспективе будут пересмотрены в сторону ее увеличения.

Новые технологии

В ядерном парке мира превалируют корпусные водо-водяные реакторы с водой под давлением (60,4%). Реакторы с кипящей водой составляют 21,4% установленных мощностей. Около 18% мощностей относятся к реакторам других типов (тяжеловодные, водо- и газо-графитовые, реакторы на быстрых нейтронах).

Стратегическим направлением развития атомной энергетики является замыкание ядерного топливного цикла. Создание замкнутого топливного цикла, решает две основных задачи. Первая – обеспечение атомной энергетики надежной сырьевой базой за счет вовлечения в топливный цикл урана, а впоследствии и тория-238. Вторая – решение проблемы выделения, минимизации объема и окончательной изоляции, не находящих пока применения, радиоактивных продуктов, образующихся в процессе функционирования атомной энергетики. В результате замыкания цикла будет обеспечено наиболее полное использование природных ядерных ресурсов (уран, торий) и искусственных делящихся материалов, образующихся при работе ядерных реакторов (плутоний и др.) и минимизация РАО.

По прогнозу, полученному в рамках европейский форсайтных проектов107, в рассматриваемый период появятся следующие новые продукты и технологии: малые модульные реакторы; системы с реакторами на быстрых нейтро­нах, включающие полный цикл ядер­ного топлива; средние и малые тепло­электростанции с ядерными реакторами; термо­ядерные генера­торы электрической энергии; техноло­гии безопасного хранения ядерных отходов.

Рынок ресурсной базы АЭС

Общая характеристика мирового рынка

Быстро меняющаяся ценовая ситуация на энергетических рынках повлияла и на рынок урана. За последние годы текущие цены на спотовом рынке увеличились почти в пятнадцать раз. По темпам повышения цен уран оставил позади самые ходовые товары, в том числе нефть и золото. Серьезные изменения цен на энергетические ресурсы влияют на традиционное соотношение затрат в экономике АЭС, где на сегодняшний день доля капитальных затрат в себестоимости электроэнергии составляет примерно 80%, а текущие расходы около 20 (в тепловой энергетике соотношение обратное).

При современных мировых ценах на природный газ на уровне 300 дол. за 1000 куб.м. текущие спотовые цены на природный уран не уравнивают себестоимость этих двух производителей. При расчете себестоимости на АЭС считалось, что капитальные затраты находятся на уровне 2000 дол./кВт, а стоимость конверсии урана, обогащения, фабрикации топлива соответствует современным ценам.

При темпах роста атомной энергетики в обозначенных сейчас масштабах возникают реальные основания получить дефицит ядерного топлива. Если нагрузка на энергетический рынок увеличится, то, скорее всего, в разных странах мира заявки на развитие атомной энергетики будут пересмотрены в сторону увеличения. В этом случае проблемы с дефицитом природного урана наступят раньше.

Несомненно, это приведет к росту цен на природный уран. Цена на уран будет сильно зависеть не только от того, как будет развиваться реальная атомная энергетика, но и от заявленных разными странами масштабов ее развития.

В настоящее время годовые потребности в природном уране составляют около 66 тыс. т (при годовой добыче около 40 тыс. т), что в финансовом эквиваленте даже по последним ценам спотового рынка составляет только около 19 млрд. дол. В то же время годовой объем торговли нефтью составляет около 2 млрд. т или в денежном эквиваленте более 1 трлн. дол. Понятно, что спекуляции на урановом рынке не представляют сложностей с точки зрения финансовых ограничений, и, конечно, они будут присутствовать.

Мировой спрос на уран постоянно увеличивается. Работающие в мире в настоящее время реакторы ежегодно потребляют 77 тыс. тонн урана (U3O8). По прогнозам МАГАТЭ, при средних темпах развития атомной энергетики к 2050−му годовая потребность в этом топливе вырастет до 170–180 тыс. тонн. Начиная с 1991 года мировой дефицит в сырье для ядерного топлива компенсируется имеющимися запасами урана, поскольку после развала Советского Союза и прекращения военной гонки две противоборствующие державы — СССР и США — выбросили на мировой рынок запасы оружейного урана. Однако уже к середине 2020−х годов эти резервы исчерпаются108.

Сегодняшний урановый рынок характеризуется высокой степенью монополизации. На первую пятерку стран (Канада, Австралия, Казахстан, Нигер и Россия) приходится 70% мирового производства урана, при этом почти 80% – на 6 компаний (включая российский концерн ТВЭЛ).

Наибольшую долю в мировом производстве урана занимают Канада (23%), Австралия (21%) и Казахстан (16%).

Таблица 28.


Компания

Добыча U (тонн)

%

Cameco (Канада)

7770

19

Rio Tinto (Австралия)

7172

17

Areva (Нигер)

6046

15

КазАтомПром (Казахстан)

4795

12

ТВЭЛ (Россия)

3413

8

BHP Billiton (Австралия)

3388

8

Navoi (Узбекистан)

2320

6

Uranium One (Казахстан)

784

2

GA/ Heathgate (Австралия)

673

2

Другие

4919

12

Всего

41,279

100%

Источник: WNA, Июль 2008109

В 2007 году 70% всего урана добывалось на 12 ведущих шахтах.



Таблица 29.

Месторождение

Страна

Владелец

Добыча (тонн)

%

McArthur River

Канада

Cameco

7199

17

Ranger

Австралия

ERA (Rio Tinto 68%)

4589

11

Olympic Dam

Австралия

BHP Billiton

3388

8

Краснознаменск

Россия

ТВЭЛ

3037

7

Rossing

Намибия

Rio Tinto (69%)

2583

6

 Arlit

Нигер

Areva/Onarem

1750

4

Rabbit Lake

Канада

Cameco

1544

4

Akouta

Нигер

Areva/Onarem

1403

3

Akdala

Казахстан

Uranium One

1000

2

Zafarabad

Узбекистан

Navoi

~900

2

 McClean Lake

Канада

Areva

734

2

Beverley

Австралия

Heathgate

634

1,5

Всего:




28,76

70%

Источник: WNA, Июль 2008.

Рост спотовых цен на природный уран обусловлен объективными причинами, связанными с выравниванием прибыли между участниками атомного сектора производства энергии.

Потенциал роста цен до предела конкурентоспособности АЭС имеет большой резерв (примерно в 10 раз) даже в той ситуации, если цены на органические ресурсы больше не будут увеличиваться.

Несмотря на то, что пока контрактные цены существенно ниже, длительное время такой разрыв существовать не может. Начнется заключение новых контрактов, в их условиях уже будут предложены более гибкие механизмы определения цены, примерно так, как это организовано на рынке органического топлива.

Рост цен на природный уран продолжится. С одной стороны, это понизит экономическую привлекательность атомной энергетики, но весьма слабо, с другой – выступит мощным стимулом к формированию замкнутого топливного цикла и развитию направления быстрых реакторов с целью вовлечения в топливный цикл урана-238 в качестве энергетического ресурса.

Новые продукты и технологии

Масштабное развитие атомной энергетики связано с практической реализацией топливного цикла, в котором уже не только изотоп уран-235 является энергетическим ресурсом, но и уран-238 после превращения в плутоний становится новым делящимся изотопом. Таким образом, сырьевой ресурс топлива увеличивается в десятки раз. А если принять во внимание, что при такой эффективности топливного цикла и более дорогие ресурсы природного урана, а в последствие и тория, становятся рентабельными, то можно говорить о практической неисчерпаемости ресурсной базы атомной энергетики при любых мыслимых масштабах ее развития.

Ожидается также появление техно­логии эффектив­ной добычи урана из океана.



2.4.5.7 Водородная энергетика
Общая характеристика мирового рынка

В отношении водородной энергетики пока можно говорить лишь о потенциальном рынке для топ­ливных элементов на основе водородных технологий. Потребность в производстве малогабаритных источников энергии постоянно растет. Области применения источников энергии практически безгранична: от автомобилей до мобильных телефонов, ноутбуков, электронных игрушек и пр.

Суммарно можно сказать, что глобальный спрос на все виды топливных элементов, по прогнозу Pricewaterhouse Coopers, достигнет 46 млрд долл. в год к 2011 году и 2,5 трлн долл. к 2021 году.

В соответствии с прогнозом к концу XXI века децентрализованные системы, основанные главным образом на использовании водородных топливных элементов и преобразователях солнечной энергии, будут обеспечивать почти половину потребностей рынка в электроэнергии.

Предполагаемая структура рынка

Водород для производства энергии может использоваться в нескольких основных направлениях:

а) как эффективное экологически чистое топливо (в т.ч. присадки к обычному топливу), которое позволяет повысить КПД двигателя до 40%;

б) для пароперегрева турбин, что дает повышение КПД до 3%

в) в топливных элементах, где КПД достигает 85%.

Система энергообеспечения на основе водорода отличается от системы энергообеспечения на основе электроэнергии следующими основными чертами:

транспорт водорода почти на порядок дешевле транспорта электроэнергии;

водород может накапливаться, что равносильно накоплению энергии (электроэнергию тоже можно запасать, но системы громоздки настолько, что практически непригодны к широкому использованию);

дуальные свойства водорода вместе со способностью накапливаться позволяют строить систему энерго-обеспечения так, чтобы устранить вредное влияние суточной неравномерности нагрузки сети путем применения технологий с участием водорода как вещества;

распределение энергии сильно зависит от распределения минеральных энергоисточников, что вредно сказывается на распределении производственных мощностей и, соответственно, трудовых ресурсов, а, следовательно, и на материальном достатке в разных регионах. Более взвешенного распределения, можно добиться, используя водород как существенно более дешевый вид транспорта энергии;

водород делает возможным расширенное применение альтернативных источников энергии, т.к., в силу способности к запасанию, может демпфировать неравномерность источника энергии;

результатом сжигания водорода является вода; если водород получен из воды, то сжигание водорода возвращает воду в природу, и, таким образом, не нарушается круговорот воды в природе, если же водород получен из углеводородов, то возникающий при этом диоксид углерода может быть использован, например, для закачки в отработанные скважины как для хранения, так и для повышения их нефтеотдачи.

Новые продукты и технологии

Водородная энергетика соответствует мировым тенденциям автономного и локального энергопотребления. В европейских энергетических программах фигурирует понятие «домашняя электростанция». Для мини-электростанций мощностью не более 5 кВт используются именно высокотемпературные топливные элементы. Такие установки экологичны уже потому, что позволяют производить столько электроэнергии, сколько необходимо потребителю, и расходовать ее без потерь, неизбежных в большой энергетике с ее тысячекилометровыми линиями электропередач.

Распределенная энергетика очень удобна для удаленных регионов, куда трудно протянуть ЛЭП, и для дачных поселков, что характерно для России. Сейчас в такие районы завозят топливо или сжигают дерево для обогрева и используют дизель-генератор для получения электроэнергии. И то, и другое малоэффективно

По прогнозу, полученному в рамках европейский форсайтных проектов, в рассматриваемый период появятся следующие новые продукты и технологии: батареи с высокой плотностью энергии (400Вт/кг); инфраструктурная сеть водородных заправочных станций для автомобилей на топливных элементах; использование на местных ТЭЦ топливных элементов (> 10 МВт).

Проблемы, риски и возможности

Развитие водородной энергетики и топливных элементов предполагает создание новых эффективных технологий и устройств для:

производства водорода

хранения, транспортировки и распределения водорода (создание водородной инфраструктуры)

использования водорода для производства энергии,

а так же решения проблем водородной безопасности, разработки кодов и стандартов, подготовки и переподготовки специалистов.

Водородная энергетика включает в себя:

первичные источники энергии — традиционные, включая атомные, а также альтернативные — солнечные, ветровые, геотермальные, приливные ГЭС и др.;

получение водорода как из углеводородов, так и из воды с постепенным переходом к получению водорода в основном из воды;

способы хранения — газовые баллоны высокого давления, баллоны, содержащие гидридообразующие интерметаллиды, криогенное хранение, естественные и искусственные подземные емкости и пр.;

транспорт водорода, частично замещающий в будущем транспорт природного газа;

технику преобразования водорода в другие виды энергии — тепловую, электрическую, включая топливные элементы, двигатели внутреннего сгорания, авиационные турбины и т.д.

способы комбинирования техник с учетом дуализма водорода как вещества и энергоносителя, приводящие к максимально возможной системной эффективности.

Сегодня основным методом промышленного получения водорода является паровая конверсия метана. Эта технология, как и другие методы получения водорода из органического топлива (парциальное окисление. термическое разложение), постоянно усовершенствуется, однако, производство даже весьма энергоемкого и экологически чистого топлива – водорода – из других видов топлива, вряд ли можно считать успешным сценарием на долгосрочную перспективу.

Успешная коммерциализация технологий водородной энергетики встречает ряд существенных препятствий. Безусловно, необходимым условием реализации водородной экономики является создание водородной инфраструктуры и эффективное решение проблем хранения и транспортировки водорода, снижение его стоимости. Наряду с этой масштабной проблемой существуют и другие крайне значимые факторы, сдерживающие движение вперед. К ним, в первую очередь, следует отнести высокую стоимость ряда важнейших типов энергоустановок, в частности, топливных элементов и перспективных типов твердополимерных и твердооксидных электролизеров, их недостаточный ресурс (гарантийный срок службы имеющихся на рынке топливных элементов не превышает 2000 часов) и широкомасштабное применение благородных металлов и, в первую очередь, платины.

Предполагаемое существенное снижение цен топливных элементов и других устройств водородной энергетики при их массовом производстве не коснется компонентов энергоустановок на основе платины и других благородных металлов (и, как следствие, во многом и самих энергоустановок).

Решением большого ряда вышеназванных проблем является разработка новых наноматериалов и технологий для водородной энергетики:

- нанокатализаторов для конверторов топлива, электролизеров и топливных элементов (увеличение удельной производительности, снижение расхода металлов платиновой группы, кардинальное повышение срока службы и снижение стоимости энергоустановок));

- наноструктурированных твердых электролитов, мембран и мембранно-каталитических элементов для систем получения и очистки водорода, для водородных сенсоров (повышение КПД, решение проблем водородной безопасности);

- нанопорошков – сорбентов для систем хранения водорода (решение проблем создания водородной инфраструктуры);

- нанопленок, наноструктур, нанопокрытий для мембранно-каталитических систем, пассивных элементов водородной безопасности, защиты конструкционных элементов (увеличение срока службы и снижение стоимости энергоустановок).
2.4.5.8 Нанотехнологии и продукция наноиндустрии
Общепризнанно, что благодаря развитию нанотехнологий мировая экономика находится на пороге новой технологической революции, которая неминуемо затронет в ближайшие десятилетия практически все области деятельности человека – от медицины и машиностроения до энергетики и космических исследований. Накопление знаний о наномире, опыта манипулирования нанообъектами и конструирования наноструктур ведут к формированию фактически нового типа технологии – универсальной технологии «полного контроля над веществом».

Овладение такой технологией позволит целенаправленно вмешиваться в процессы, идущие в живых организмах на клеточном и субклеточном уровнях (предупреждение и лечение болезней, управление воспроизводством и наследственностью, придание живым организмам новых свойств и возможностей, производство качественной и дешевой пищевой продукции), а также приведет к настоящей революции во всех сферах материального производства и потребления («поатомная» сборка материалов с нужными характеристиками, дальнейшая миниатюризация сложнейших приборов и систем – вплоть до невидимых невооруженным глазом размеров, новые виды компьютеров и систем связи, сложнейшие сетевые структуры, нанороботы). По многим прогнозам, именно развитие нанотехнологии определит облик XXI века и направления дальнейшего развития цивилизации на Земле.

В целом в мире в 2007 году продажи в секторе нанотехнологий в составили 50 миллиардов долларов США. Прогнозируемый объем продаж в этом году, учитывая продвижение технологий, составит около 150 миллиардов, а к 2010 году по оценкам международных экспертов нанотехнологии будут представлять 800-миллиардную индустрию. Также эксперты ожидают, что, к 2015 году рынок нанотехнологий перешагнет порог в два триллиона долларов110.

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция роста объема НИОКР в области нанотехнологий, а также все более широкое применение нанотехнологий и нанопродукции в различных областях науки и техники. Расходы на НИОКР по нанотехнологии в мире возрастают ежегодно на 10-15%. В 2005 г. вложения в нанотехнологии составили почти 9 млрд долл., из них 4,36 млрд долл. – инвестиции частных компаний.

До недавнего времени практически весь мировой объем инвестиций в НИОКР в области нанотехнологии (90%) был сконцентрирован в 14 странах: США, Японии, Великобритании, Австралии, Германии, Израиле, Индии, Китае, Канаде, Южной Корее, Франции, Финляндии, Сингапуре, Тайване.

Так, в частности, о наличии разработанных долгосрочных программ НИОКР в области было нано объявлено США (2000 г.) Японией (апрель 2001), Кореей (июль 2001), ЕС (март 2002), Германией (май 2002), Китаем (2002), и Тайванем (сентябрь 2002).

С момента принятия Россией в 2007 г. нанотехнологической инициативы картина принципиально изменилась: как в области организации НИР и НИОКР в области нано, в области внедрения их результатов, поддержки наноиндустрии, так и в области финансирования этих направлений становления наноиндустрии в России как национальной наносети.

Так, если в среднем США выделяют порядка 1,5 миллиардов долларов государственных средств в год на развитие нанотехнологичных проектов (соразмерное финансирование: ЕС – 1,2 млрд и Япония – 1,0 млрд долларов США), то только в рамках ГК «Роснанотех», на четыре ближайших года только на работы в сфере нанотехнологий и поддержку наноиндустрии выделены средства в размере четырех миллиардов долларов. Кроме этого, еще миллиард долларов планируется потратить на оснащение современным оборудованием научных лабораторий и внедренческих коллективов.

В настоящее время Россия по большинству позиций в области нанотехнологий имеет близкие стартовые позиции с ведущими странами мира и уже самым активным образом включилась в процесс освоения новых технологий. Так, уже сегодня в России производится и реализуется на рынке продукция нанотехнологий в объеме до 4 миллиардов рублей в год.

При этом, только две страны в мире – Россия и США – ведут исследования и разработки по всем направлениям нанотехнологий, так в этих работах в Российской Федерации участвуют более 500 научно-исследовательских институтов и организаций, объединяющих свыше 30 тысяч исследователей.

По мнению международных экспертов к 2015 году ожидается, что нанотехнологии позволят обеспечить более 2 млн. рабочих мест, а включая обеспечивающие индустрии – нанотехнологии потенциально обеспечат рабочими местами более 7 млн. человек. И, конечно, к этому времени на мировом рынке наверняка появится первое поколение нанструктурированных материалов, полимеров и керамики.

Формирование наноиндустрии – это не только развитие соответствующих нанотехнологий, но их активное применение. Динамику применения нанотехнологий в мире характеризует экспертная оценка, проведенная Национальным центром основ технологий (National Center for Manufacturing Sciences – NCMS, 2006), Так, если в США в 2000 году только незначительное число компаний проявляло интерес к нанотехнологиям (менее 1% от общего числа компаний, то к концу 2005 года 18% из рассмотренных в работе компаний уже торгуют нанопродуктами. Также вырос и спектр новых прикладных разработок: от передовых наночастиц и нанопокрытий, до бытовой электроники и медицинских продуктов. 80% рассмотренных в обзоре компаний планируют начать выпускать собственную нанопродукцию уже к 2010 году (через 5 лет), а на более поздние сроки доля таких компаний возрастет до 98%.

Нанотехнологии обещают значительно повысить эффективность традиционной промышленности и привнести в нее новые технологические процессы. Десять основных потенциальных направления развития до 2015 года могут выглядеть следующим образом:

При разработке новых материалов и производственных процессов как минимум в половине случаев ключевые компоненты новых систем будут построены на основе контролируемого воздействия на наномасштабном уровне. Будут созданы альтернативные технологии хранения информации с заменой носителей на основе электрического заряда носителями на основе спина электронов, фазы, поляризации квантовой и/или дипольной ориентации. Будут разработаны технологии управляемой самосборки нерегулярных иерархических структур и устройств, и созданы функциональные наномасштабные строительные блоки. Легкие композитные наноматериалы, более эффективные и менее загрязняющие виды топлива, инкорпорированные наночастицами, автоматические наноэлектронные системы получат широкое распространение в автомобильной, авиационной и аэрокосмической промышленности. Ожидается интеграция типа производства «сверху-вниз» с молекулярной самосборкой систем по типу «снизу-вверх». Разработанные на наноуровне катализаторы смогут осуществлять «точную» химическую сборку молекулярных ансамблей с минимумом отходов. Ожидается, что методы измерения в инженерии и биологии достигнут пространственного разрешения порядка размеров атомов, а временного разрешения, сопоставимого со скоростью течения химических реакций. Появится возможность визуализации и построения трехмерных моделей с нанометровым разрешением.

Значительный прогресс будет достигнут в лечении хронических заболеваний. Ожидается, что к 2015 году будет реализована возможность надежно обнаруживать наличие раковых опухолей и лечить их уже на первом году их развития. Это может существенно снизить заболеваемость и смертность от онкологических заболеваний. Синтез фармацевтических препаратов, процессы их доставки в половине случаев используют нанотехнологии, как один из ключевых компонентов. С помощью передовых наномасштабных методов измерения появилась возможность моделировать работу мозга на уровне межнейронных взаимодействий.

Конвергенция науки и инженерии в области наномасштабов создаст уникальный фундамент для интеграции нанотехнологий с таким областями, как биология, электроника, медицина, образование и рядом других областей. К этому направлению можно отнести гибридное производство, нейроморфическую инженерию (нейроморфические системы это реализация в кремнии систем, архитектура которых базируется на нейробиологии (дисциплина, изучающая физиологию, строение, развитие мозга и нервной системы)), создание искусственных органов, увеличение продолжительности жизни людей, улучшение органов восприятия человека и повышение его способности к обучению. Наука и инженерия нанобиосистем займет прочное место в системе здравоохранения и в биотехнологиях. Ожидается, что улучшение методов оценки деятельности мозга и нервной системы могут привести к созданию когнитивной инженерии.

При разработке новых продуктов, будет учитываться их безопасность в эксплуатации и биосовместимость. Развитие нанотехнологий приведет к созданию правил безопасности, которые снижают нежелательное воздействие наноструктур на окружающую среду и здоровье людей. Будет осуществляться повсеместный контроль содержания наночастиц в воздухе, воде и в почвах. Будут заключены международные соглашения о номенклатуре, стандартах и безопасности нанотехнологий.

Развитие системы знаний и образования будет смещаться с микрошкалы в сторону наномасштабов. Новая парадигма системы образования базируется не на изучении отдельных дисциплин, а на понимании единства природы как целого. Изменение научной и образовательной парадигмы приведет к таким же фундаментальным изменениям, какие произошли в науке и образовании при «переходе науки и техники к микромасштабам» в начале 1950-х годов, когда гонка космических исследований и цифровая революция стимулировали развитие микроанализа и научного анализа. Новый «переход науки и техники к наномасштабам» непременно приведет к смене аналитического фундамента и языка образования. Началом нового «перехода» можно считать начало третьего тысячелетия.

Организация нанотехнологического бизнеса будет реструктурироваться в сторону интеграции с другими технологиями, новому распределению продукции, и формированию взаимодополняющих видов деятельности. В этот процесс будут вовлечены как вновь возникающие, так и традиционные технологии. Значительным шагом в развитии станет создание нанотехнологических научно-технологических комплексов, которые будут одновременно решать как исследовательские задачи, так и вопросы производства.

Способности нанотехнологий по контролю и производству продукции на уровне наномасштабов можно разделить на четыре поколения, в зависимости от характера производимых нанотехнологических продуктов Появление каждого нового поколения продуктов характеризуется созданием первого коммерческого прототипа, произведенного с помощью использования характерных явлений и производственных процессов:

Первое поколение продуктов – «пассивные наноструктуры» обычно характеризуются макромасштабными свойствами и функциями. Стабильны во времени. Примерами являются наноструктурированные покрытия, дисперсные наночастицы, и вещества на основе сыпучих материалов: наноструктурированные металлы, полимеры, керамика.

Второе поколение продуктов – это «активные наноструктуры», обладающие механическими, электрическими, магнитными, фотонными, биологическими и другими свойствами. Такие структуры обычно бывают интегрированы в микромасштабные устройства или системы. Примерами могут быть новые транзисторы, компоненты наноэлектроники, усилители, лекарства с направленной доставкой, эффекторы, «искусственные мышцы», и адаптивные структуры.

Третье поколение – «системы из наносистем и трехмерные наносистемы», использующие различные технологии синтеза и сборки, такие как биологические самособирающиеся системы; роботы с самообучающимся поведением, а также эволюционирующие системы. Ключевым моментом для появления таких систем является организация связей в наномасштабе и создание иерархических архитектур. Для создания этих систем основное внимание в исследованиях должно уделяться гетерогенным наноструктурам и инженерии надмолекулярных систем. Примерами могут служить направленная многостадийная самосборка, искусственные ткани и сенсорные системы, квантовые взаимодействия внутри наномасштабных систем, обработка информации на базе фотонов или спинов электронов, комплексы наномасштабных электромеханических систем (NEMS) и конвергенция технологий (нано-био-инфо-когно).

Четвертое поколение – появление «гетерогенных молекулярных наносистем», в которых каждая молекула обладает специфичной структурой и играет свою собственную роль. В данных системах уже сами молекулы выступают как отдельные устройства, функции которых определяются их структурой и архитектурной организацией. Ожидается, что нахождение подходов к разработке новых атомных и молекулярных ансамблей позволит создавать макромолекулы «по заказу», собирать наномасштабные машины, управлять многостадийной самосборкой, использовать квантовый контроль, создавать биологические наносистемы для здравоохранения и разрабатывать интерфейсы взаимодействия человека и машины на уровне контроля с помощью нервной системы. Для осуществления этих задач необходимо проведение исследований в следующих областях: способы манипуляции атомами, молекулами и надмолекулярными комплексами, управление взаимодействием света с веществом, исследования механизмов квантового контроля и их использования для управления механико-химическими молекулярными процессами, получение биологических наносистем для медицины и сельского хозяйства, изучение возможностей создания интерфейсов взаимодействия человека и машины на уровне тканевого или прямого нервного контроля.

Преобразование энергии – является одним из приоритетных направлений развития нанотехнологий и исследовательских проектов в таких областях как фотоэлектрическая энергетика и прямая конверсия тепла в электроэнергию.

Очистка и опреснение воды – использование нанотехнологий в этой области может дать многообещающие результаты, хотя до настоящего времени в этом направлении не предпринималось серьезных усилий.

Нано-информатика – будут разработаны специальные базы данных и способы их использования по материалам и процессам мира наномасштабов. Эти базы данных будут иметь множество пересечений с уже существующими базами данных, такими как био-информационные базы данных по геному человека и геномам ряда растений.

Технологическое развитие по этим направлениям – основа формирования новых рынков, как наносырьевых, так и конечной продукции.



Каталог: attach
attach -> Система ведения овцеводства в крестьянско-фермерских и личных хозяйствах населения
attach -> Создание на территории украины производства
attach -> Путь Индии к обладанию атомном подводным флотом
attach -> Лабораторная работа №1 Разработка описания и анализ информационной системы
attach -> Атапина Елена Никаноровна учитель математики маноу «Лицей №4» Развитие одаренных детей через проектную и исследовательскую деятельность
attach -> 4. предприятия и заводы оборонной промышленности
attach -> Рабочая программа по дисциплине «Микропроцессорные средства»
attach -> Программа III международного форума «идель алтай: история и традиционная культура народов евразии»
attach -> Книга рассчитана на широкий круг читателей


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   32


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал