В этом году произошло удивительное событие — в новосибирском Академгородке заработала на полную мощность промышленная установка Graphetron 50, единственная в мире в промышленном масштабе производящая графеновые нанотрубки. Мы расскажем, почему это событие уникально для нашей страны и всего мира в целом.

Каждую секунду Graphetron 50 производит 600 000 000 км нанотрубок — сумму четырех расстояний от Земли до Солнца. Графеновые нанотрубки обладают уникальными физическими свойствами: невероятной прочностью, гибкостью, высокой электропроводностью, устойчивостью к высоким температурам, рекордным соотношением длины к диаметру и большой площадью поверхности, а также химической инертностью — и совместимы практически со всеми материалами.

Эти уникальные качества делают нанотрубки единственным универсальным аддитивом, улучшающим удельные свойства большинства известных материалов. Добавление всего 0,05% нанотрубок в пластики, резину, бетон или металл дает увеличение прочностных характеристик на 20−30%, а то и в несколько раз. Незаменимы они и при производстве современных аккумуляторов, электроники и во многих других отраслях промышленности. Не зря их называют материалом XXI века.

Масштаб — дело тонкое

Делать этот материал в промышленных количествах способна единственная компания в мире — OCSiAl. Первую промышленную партию OCSiAl синтезировала также в Академгородке в 2015 году — 1,2 т, что превысило весь объем этого материала, произведенного с момента его открытия в 1991 году. Сегодня научно-исследовательский реактор Graphetron 1.0, изначально рассчитанный на производство тонны трубок, синтезирует 25 т в год: технология оказалась уникально масштабируемой.

СаркофагСамая большая тайна OCSiAl — внешний вид Graphetron. Если в зону входит человек, не имеющий доступа, реактор автоматически закрывается непрозрачным саркофагом. Даже у основателей компании нет фотографий на его фоне.

Как говорит основатель компании Юрий Коропачинский, предельный коэффициент масштабирования в химической промышленности — 6, за редким исключением — 8. Уже Graphetron 1.0 показал коэффициент выше 10. Поэтому 50 т на Graphetron 50 — это только самое начало.

Изменилась и технология производства: если Graphetron 1.0 компания запускала год, то Graphetron 50 заработал сразу — невиданный результат при технологиях такой сложности. Одна из основных проблем — трудность протекания каталитических реакций на таких площадях: один грамм нанотрубок имеет площадь поверхности 1500 м², а одновременно в реакторе Graphetron 50 находятся десятки килограммов трубок. До сих пор эта задача считалась неразрешимой.

Интересной особенностью подобных реакций является то, что себестоимость продукции падает как 1 на объем реактора в степени 3/2. Поэтому с ростом размера Graphetron материал становится дешевле и качественнее. По мере увеличения реактора в конечных графеновых трубках все меньше металлических частиц. И если на первом графетроне сначала синтезировали трубки 75%-ной чистоты, потом 80%-ной, то на новом реакторе получается 85% и выше — компания вплотную подошла к рекордной 90%-ной чистоте.

Graphetron 50 — вторая установка компании OCSiAl по синтезу графеновых нанотрубок, крупнейшая в мире на данный момент. Совокупная производительность двух установок составляет 75 т в год, и это только начало: Graphetron 50 станет в ближайшие годы стандартной установкой, которую OCSiAl планирует строить в разных точках мира, чтобы наращивать объемы производства на тех рынках, где находятся наши потребители, в первую очередь в Азии и Европе.

Буквально несколько месяцев назад сооснователю OCSiAl и научному руководителю компании академику Михаилу Предтеченскому была присуждена Государственная премия Российской Федерации за создание основ мировой индустрии одностенных углеродных нанотрубок и научное обоснование новых методов диагностики неравновесных систем и управления ими. Впервые в России открытия в области фундаментальной физики привели к основанию высокотехнологичной компании, капитализация которой в этом году достигла 1,5 млрд долл. Это позволило авторитетным западным экспертам включить OCSiAl в Global Unicorn Club, признав ее компанией-единорогом.

Статья «Графеновый единорог» опубликована в журнале «Популярная механика» (№7, Сентябрь 2020).