Научная сессия Общего собрания РАН - 16 декабря 2008 года (вечернее заседание)

18.12.2008

---

16 декабря 2008 года

(Вечернее заседание)

 

Ю.С.ОСИПОВ

Продолжаем работу научной сессии.

Слово имеет член-корреспондент Борис Николаевич Кузык для доклада «Инновационное развитие России: сценарный подход».

Б.Н.КУЗЫК

Уважаемый Юрий Сергеевич!

Уважаемые коллеги!

В докладе мы сосредоточимся на четырех основных проблемах:

Во-первых, рассмотрим состояние российского научно-технического комплекса в качественно новых условиях, в которых находится страна. В принципе мы с вами понимаем, в каком состоянии он находится. Тем не менее, очень важно, чтобы не было, с одной стороны, эйфории, с другой - слишком алармистского отношения к этой проблеме. Существующий российский научно-технический комплекс именно такой, какой он есть, является основой для реализации политически продекларированной стратегии инновационного развития.

Во-вторых – проанализируем сценарные варианты развития России до 2030 г.

В-третьих, остановимся на основных базовых сценариях. Не будем говорить о кратко- и среднесрочных вариантах, учитывая регламент сегодняшнего доклада, а, прежде всего, сосредоточимся на долгосрочных инновационном и инерционном сценариях и последствиях их реализации. Рассмотрим механизм реализации инновационной стратегии развития, основные базовые позиции его функционирования.

И, наконец, в-четвертых, рассмотрим роль и место Российской академии наук в системе долгосрочного прогнозирования и стратегического планирования развития России.

Итак, коротко о состоянии российского научно-технического комплекса. Известно, что расходы на научные исследования в Российской Федерации сократились за период предыдущих 18-ти лет более чем в 5 раз и приблизились к уровню развивающихся стран. Россия сегодня тратит на науку в 7 раз меньше, чем Япония, в 17 раз меньше, чем Соединенные Штаты Америки. Более чем в два раза сократилось количество исследователей. И, конечно же, за этим следует целый ряд серьезных проблем, которые возникли в нашем комплексе, в том числе кадровых, научно-технологических и др.

Что же происходит в промышленно-технологическом комплексе? Мы понимаем, что промышленный комплекс России находится в достаточно сложной ситуации. Средний возраст работающих на российских предприятиях составляет более 50-ти лет. Износ основных фондов достигает по ряду направлений от 50 до 74 процентов.

При этом срок службы эксплуатируемого оборудования достигает более 20 лет при максимально эффективной норме эксплуатации 9 лет. Новое оборудование в основном импортное. Более или менее современный уровень технологий, в основном, сохраняется на высокотехнологичных направлениях: в ядерной энергетике, ракетно-космической отрасли, авиастроении. В других отраслях, особенно станкостроении произошел серьезнейший обвал, аналогично и в электронной промышленности.

Таким образом, в целом по уровню развития высоких технологий по самым скромным оценкам страна откатилась на 10-15, а по некоторым направлениям на 20 лет назад. Это надо понимать и помнить, прежде чем рассматривать стратегию инновационного развития.

Что касается нескольких интегральных параметров, то доля машиностроительной продукции в экспорте России составляет чуть более 5%, а вклад научно-технического фактора в прирост валового продукта менее 10%. Доля России на мировых рынках высоких технологий 0,2-0,3%. Если посмотреть на график, то увидим довольно грустную картину свидетельствующую о том, что если Россия уйдет с высокотехнологичного рынка мира со своими 6-9 миллиардами долларов, то в принципе, этого никто не заметит (рис.1).

Рис.1. Доля производителей высокотехнологичной продукции в мире

Таким образом, стартовые условия очень непростые и скорее даже критичные. Да, действительно – это системный, в том числе технологический кризис. Но Россия не первый раз входит в такой кризис. Совместно с нашими коллегами мы исследовали фундаментальные проблемы интегральной мощи России по девятифакторной модели на протяжении всего исторического пути её развития (рис.2).

Рис. 2. Динамика интегральной мощи России (862 – 2008 г.г.)

Динамика интегральной мощи страны свидетельствует, что и в домосковский период, и в период начала семнадцатого века, и в начале и в последние десятилетия двадцатого века Россия находилась в системном кризисе. Проблемы, с которыми Россия столкнулась на сегодняшнем историческом интервале, по сути дела стояли перед Россией в течение предыдущих кризисных этапов её развития. Но Россия, обладая мощным внутренним потенциалом, всегда находила в себе силы подняться, не исчезнуть и продолжала развиваться достаточно эффективно.

Сегодня перед страной стоит задача принятия и реализации реальной стратегии выхода из системного кризиса и дальнейшего развития. Иногда можно услышать, что сегодня внезапно разразился кризис финансовый, и скоро, месяца через три, весь мир из него выйдет. Это ошибочное представление. Ещё раз подчеркнем – это кризис системный. Безусловно, мир переживает кризис, прежде всего духовного воспроизводства, но одновременно развернулись кризисы демографический, энергоэкологический, продовольственный и технологический. Происходит смена технологических укладов и постепенный переход к шестому технологическому укладу, а это означает переход к новому качеству жизни в глобальном масштабе. Такой «парад кризисов» налагает ответственность на тех, кто смотрит в будущее, разрабатывает и предлагает стратегии для принятия решений руководством нашей страны. Российские ученые понимают это и сосредотачивают внимание на складывающейся критической ситуации. Уже сегодня мы можем предложить ряд сценарных вариантов выхода из этого системного кризиса.

Сегодня, в соответствии с темой научной сессии РАН, мы обсуждаем проблемы научно-технологического развития России до 2030 г. Я уже говорил, что в силу объективных обстоятельств, происходит смена технологических укладов. Задача научного сообщества состоит в том, чтобы обратить внимание на процесс смены технологических укладов, поколений техники и на всё то, что с этим связано. Сегодня мир переходит к шестому технологическому укладу. Этот уклад займет 50-60 лет ХХI века (рис.3).

Рис. 3. Ритм смены технологических укладов и поколений техники

Исследования, заложившие основу понимания смены технологических укладов, принадлежат Николаю Дмитриевичу Кондратьеву – нашему выдающемуся российскому ученому.

Мир идет, приближается, работает над шестым технологическим укладом. Россия находится сегодня, в основном, в третьем, четвертом, и на первых этапах пятого технологического уклада. К последнему относятся главным образом предприятия высокотехнологичного военно-промышленного комплекса. Таким образом, задача архисложная – осуществление перехода к шестому технологическому укладу, не до конца освоив предшествующий пятый.

Что же собой представляет ядро шестого технологического уклада, каковы его базовые направления?

Прежде всего, это нанотехнологии, биотехнологии, информационно-коммуникационные технологии, технологии новых материалов. Развитие нового уклада в мире наблюдается уже в течение 15-20 лет. Через 15 лет благодаря достижениям нового технологического уклада, ожидаются радикальные перемены в экономической и социальной сферах. К 2020-2025 годам этого века, произойдет новая научно-техническая революция, технологическая революция, основой которой станут разработки, синтезирующие достижения сферы базовых технологий по названным направлениям.

Страны мира серьезно оценивают, взвешивают, анализируют эту ситуацию, и многие страны приняли стратегии своего развития до 2030г., а кто-то до 2050г.

Эти стратегии учитывают, безусловно, те базисные направления, о которых я уже говорил.

Учет достижений пятого и шестого технологических укладов характерен для стратегии развития США, Европейского Союза, Японии, Южной Кореи (рис. 4).

Рис. 4. Приоритеты научных исследований США, ЕС, Японии и Южной Кореи

Мы видим, что практически у всех этих стран приоритетные научные исследования базируются на прорывных технологических направлениях: нанотехнологии, биотехнологии, информационно-коммуникационные технологии, технологии новых материалов и технологии, связанные с этими направлениями.

Руководители этих государств понимают, что дальнейшее развитие возможно только на путях освоения новых технологических укладов.

Что же касается рынка высокотехнологичной продукции, то уже сегодня мы можем просчитать его перспективы. Так, если соотнести мировой рынок высоких технологий (это порядка 3 трлн. долларов) и рынок энергических ресурсов (это порядка 700 млрд. долларов), то разница составит чуть больше, чем в 4 раза. В течение ближайших лет (до 2020 года) ожидается прогнозный рост объема рынка высокотехнологичной продукции до 10-12 трлн. долларов по основным направлениям, а рынка энергетических ресурсов – до 1 трлн. 200 млн. долларов.

Следовательно, если сегодня соотношение высокотехнологичного и эноргосырьевого рынков 4 : 1, то в последующем произойдет масштабное изменение и это соотношение составит 10 : 1. Вот почему, развитые страны мира ориентируют свои стратегии, прежде всего, на освоение мировых сегментов рынка высоких технологий. Именно поэтому экономика знаний является сегодня ключевой в стратегиях, а для нашей страны это вызов времени.

Что же происходит и что может произойти со структурой экономики России при разных сценарных вариантах развития России? (рис. 5)

Рис. 5. Динамика структуры экономики России за 1980-2030 гг. по воспроизводственным секторам (%)

В своих расчетах мы брали за точку отчета 1980 год. Не 1990 год, он не характерный, не показательный, не лучший год. С плохим периодом сравнивать бесперспективно, хотя сравнения такие сегодня имеются, но надо сравнивать с каким-то серьезным уровнем. За период с 1980 г. по 2007 г. практически мы перевернули (если можно так выразиться) структуру нашей экономики. В определенной степени она была в 1980 г. более или менее сбалансирована, опиралась на прочный высокотехнологичный сектор народного хозяйства. Сегодня он серьезнейшим образом сократился, с 30% практически до 18% и, кроме того, по своим показателям он находится в третьем, четвертом и лишь частично в пятом технологическом укладе. С такой экономикой никакого инновационного прорыва не осуществить, если он будет просто продекларирован политически, а на самом деле будет продолжен инерционный сценарий развития.

Каковы же будут результаты по итогам реализации инерционного варианта развития, который сегодня реализуется?

Мы видим, что к 2030 году структура экономики России, по экспертным оценкам, практически продолжит сползать в сторону сокращения высокотехнологичной сферы, в противоположную сторону от той экономики знаний, о которой все сегодня говорят.

По мнению многих экспертов, специалистов, ученых Российской академии наук с такой структурой экономики Россия существовать не может. Следовательно, единственно возможным базовым вариантом может быть вариант инновационного развития. Собственно говоря, инновационный сценарий предполагает более сбалансированную, гармоничную структуру экономики. Это тема более обстоятельного рассмотрения. Сейчас просто подчеркнем, что очень важно реализовать продекларированную руководством России стратегию инновационного развития (рис. 6).

Рис. 6. Сравнительная эннеаграмма прогноза развития совокупной мощи России

Что для этого надо и что она даст?

Если посмотреть интегральную мощь России, исходя из этих двух сценариев (исследуется долгосрочный сценарий до 2030г.), то очевидно, что инновационный путь действительно гармонизирует совокупную мощь России, но останется большая, системно очень сложная проблема, проблема демографии. Не о ней сегодня речь, этому вопросу было посвящено много внимания на заседаниях наших отделений. Это проблема проблем для России, не надо думать, что если сегодня немножко повысилась рождаемость, то это надолго. К 2025 году демографы прогнозируют сокращение численности работоспособного населения на 17 млн. и на 9 млн. рост количества пенсионеров. Это надо учитывать.

Инерционный сценарий я уже комментировал, мы видим, что это практически системное сжатие России и понятно, какие последствия за этим наступят.

Где же Россия находится? На каком уровне? Может ли она осуществить многократно озвученный инновационный прорыв, исходя из того сложного кризисного состояния, в котором находится высокотехнологичный комплекс? На наш взгляд, шанс у России всё же есть. Прогноз, который выполняла Российская академия наук по указанию Президента России до 1 декабря 2008г., позволил нашей рабочей группе совместно со всеми отделениями Российской академии наук сделать вывод, что у нас действительно есть результаты мирового и выше мирового уровня.

Конечно, дискуссия продолжается, но некие базисные позиции мы можем показать. Не все, конечно, потому что для этого требуется проиллюстрировать весь прогноз, который Президентом Российской академии наук доложен премьер-министру России. Но, тем не менее, отрадно, что в России по состоянию на 2008 год, есть исследования разработки в области критических технологий, которые являются прорывными практически по всем направлениям 6-го технологического уклада (рис.7).

Рис. 7. Состояние основных исследований и разработок в области критических технологий Российской Федерации (2008 г.)

Таким образом, состояние исследований по ключевым направлением 6-го технологического уклада говорит о том, что у нас есть шанс. Для этого именно на этих приоритетах надо сосредоточить кадровый, финансовый, организационный ресурс, чтобы не тратить сил на развитие тех направлений, по которым в мире ушли уже слишком далеко относительно нашего уровня и нам придется заимствовать мировые достижения.

Анализируя структуру и основные отрасли российской экономики по степени конкурентоспособности на мировом рынке, мы совместно с нашими коллегами из Правительства Российской Федерации пришли к выводу, что существует шанс – осуществить технологический прорыв в области авиастроения, ядерной энергетики, ракетно-космических систем и отдельных сегментов рынка наноиндустрии, в которых у нас имеются серьезные научно-технологические заделы (рис.8).

Рис. 8. Основные отрасли Российской экономики по степени конкурентоспособности на мировом рынке

Также мы понимаем, где существует некий технологический паритет, а где отставание от мирового уровня. По некоторым позициям, возможно, потребуется технологическое заимствование.

Сегодня необходимо реализовать модель стратегии инновационного развития, где все ресурсные возможности должны быть сфокусированы на инновационной структуре развития: кадровые, финансовые, материально-технические ресурсы (рис.9).

Рис. 9. Модель реализации стратегии инновационного развития

Такими инновационными структурами развития являются, безусловно, Российская академия наук и другие академии, вузовская наука, высокотехнологичный комплекс. Задача заключена в том, чтобы полученные научные результаты довести до серийной продукции, выйти на внутренний и внешний рынок.

Давайте посмотрим, какова модель инновационного развития России до 2030 года, исходя из ранее названных приоритетов, по каким направлениям необходима концентрация усилий (рис.10).

Рис. 10. Модель инновационного развития России до 2030 г.

По таким базовым направлениям, как нанотехнологии, биотехнологии, информационно-коммуникационные технологии сейчас необходимо создать и реализовать национальные программы. Первые шаги пока сделаны по нанотехнологиям.

Но что собой может представлять бюджет названных национальных программ? По экспертному заключению, это 19-23 млрд. долларов. На данном этапе своего развития государству абсолютно по силам сконцентрировать эти ресурсы на данных направлениях.

Но для того, чтобы создать действительно новую экономику, мы должны обеспечить синергию реализации названых национальных программ со стратегией развития секторов российской экономики: потребительского, высокотехнологичного, минерально-сырьевого, топливно-энергетического и инфраструктурного.

Иногда говорят, что энергетическое проклятье России - это наш минерально-сырьевой комплекс, а реально России жизненно необходим высокотехнологичный сектор. Сырьевой комплекс, безусловно, также необходимо развивать, но только на инновационной основе. Поэтому нельзя говорить, что только высокотехнологичный комплекс можно считать инновационным, а сырьевой может быть не инновационным. Разработка, разведка, добыча, переработка минерально-сырьевых ресурсов – это одна из важнейших задач инновационной стратегии развития России. Это же относится и к потребительскому, и инфраструктурному комплексу. Таким образом, для реализации инновационной стратегии развития России необходима реализация четырех национальных программ и как минимум 12-14 национальных проектов по секторам экономики. Бюджеты по национальным программам и бюджеты национальных проектов составляют бюджет формирования новой экономики России. Некоторые из этих проектов российскими учеными уже проработаны, они могут быть предложены для реализации, многое для этого уже делается.

В научном сообществе есть понимание, на чем необходимо концентрироваться на первом, втором, третьем этапах реализации стратегии создания новой экономики России. Но очень важно, чтобы названная модель инновационного развития была осознана не только научным сообществом, но и руководством России. Предстоит преодолеть известные проблемы при её реализации, но и по интеллектуальному, и по ресурсному обеспечению этого процесса у России есть шанс.

Что же происходит сегодня?

Мы видим, что идет обсуждение распределения действующего резерва финансовых ресурсов. Речь идет о 6-ти триллионах рублей, которые готовы распределить и направить в экономику России для того, чтобы погасить бушующий финансовый кризис, который уже перешел в экономический, а может дойти и до социального кризиса. Чтобы этого не произошло, руководством страны предпринят ряд шагов по направлению значительных средств коммерческим банкам, прежде всего Внешэкономбанку, нефтяным компаниям, Агентству ипотечного жилищного кредитования. Предпринимаемые шаги, конечно же, важны, но надо понимать, что это попытка поддержать на плаву действующую или, скажем так, старую экономику. Посмотрите американский план Полсона. Более 100 миллиардов долларов из первых 700 миллиардов направлены на новую экономику. У нас уже распределено 50 процентов резервов, но они направлены на поддержание дряхлеющей экономики, а не на формирование основ новой экономики.

По некоторым направлениям будущего технологического прорыва, надо отдать должное, сформирован ряд федеральных программ в области авиации, ракетно-космической техники, судостроения. Бюджет этих программ более 30 миллиардов долларов на период до 2025 года. Есть надежда, что эти программы будут реализованы. Но, во-первых, конечно же, этот объем недостаточен. Реализация этих программ должна основываться на безусловном использовании технологичных направлений 6-го технологичного уклада. Необходимо серьезно доработать эти программы под внедрение прорывных направлений в области нанотехнологий, биотехнологий, информационно-коммуникационных технологий. Если этого не сделать, то тогда и эта, казалось бы, «новая экономика» у нас останется в четвертом, максимум пятом технологическом укладе. И тогда инновационного прорыва не будет.

Поэтому очень важно сегодня, распределяя имеющееся ресурсы, формируя и реализуя эти программы, сконцентрироваться на той базовой модели инновационного развития, которую мы сегодня обсуждаем.

Еще важен такой аспект будущего инновационного развития. Анализ 100 ведущих российских компаний с точки зрения горизонта стратегического планирования и базовых технологий их развития показал, что стратегии 70% крупнейших предприятий не превышают 7 лет, ни о каком новом технологическом направлении, прорыве к новому технологическому укладу речь в них не идет. Вы понимаете, что за этим стоят триллионные инновационные программы, которые где-то уже утверждены и одобрены.

Стратегические планы только 18% крупнейших предприятий рассчитаны на период от 8 до 12 лет. К шестому технологическому укладу эти планы и их инвестиционные программы пока имеют самое косвенное отношение. И, наконец, только 12% крупнейших предприятий планируют свою деятельность более чем на 13 лет. Тогда как задача, которую ставит руководство России, требует ориентироваться на горизонт 2025-2030 годов, когда наступает завершающий этап реализации национальных программ.

Почему мы говорим о национальных программах? Казалось бы, есть механизм федеральных целевых программ. Национальная программа - это просто качественно другой уровень. По объему, характеру, горизонту, уровню, эффективности они принципиально отличаются от федеральных целевых программ (рис.11).

Рис. 11. Отличия национальной программы от федеральной целевой программы

Если мы говорим о том, что является объектом национальной программы, то в отличие от федеральной программы - это технологическая база экономики страны, а не отдельной отрасли или региона; это переход экономики на качественно новый уровень, повышение конкурентоспособности всей экономики, а не отдельного направления техники или технологии.

При этом очень важно, чтобы национальные программы сегодня формировались при участии российских ученых. Надо помнить, что во всем мире ученые обеспечивают и разработку, и научное сопровождение реализации программ. Поэтому научное руководство в части, касающейся ученых Российской академии наук, - принципиально важный блок в структуре управления каждой будущей национальной программы, будущего национального проекта (рис.12).

Рис. 12. Структура управления национальной программой

Каковы же этапы реализации стратегии инновационного развития?

В течение этого и следующего 2009 года наша главная задача не заниматься обсуждением концепции долгосрочного развития, а разработать, обсудить и утвердить конкретную стратегию инновационного развития России до 2030 года (рис.13).

Рис. 13. Этапы реализации стратегии инновационного развития

Базовые наработки в прогнозном плане, плюс в плане стратегического планирования у наших ученых имеются. 2009 год должен быть посвящен принятию пакета федеральных законов. Мы много говорим об инновационной экономике, а правового поля для её реализации нет, Закона об инновационном развитии в России нет, он не принят. Закона о передаче технологий нет, Закона о долгосрочном планировании нет. Поэтому уже сейчас надо декларации превращать в конкретную работу по законодательному обеспечению этого процесса.

2010-2015 годы – этап реализации инновационных программ первой очереди. 2016-2020 годы – второй этап. Каждый этап начинается с того, что мы долгосрочное видение развития России пролонгируем, как бы смотрим в будущее. Российские ученые имеют системные проработки по каждому этапу.

Каковы же возможные результаты стратегии инновационного прорыва?

Реализация стратегии инновационного развития, обеспечивает повышение технологического уровня экономики, выход на значительную долю шестого технологического уклада, серьезное сокращение отставания в пятом технологическом укладе – к 2025-2030 г.г. На этой основе произойдет переход к принципиально новому качеству жизни населения.

При этом очень важно создать новую систему долгосрочного прогнозирования и стратегического планирования (рис.14).

Рис. 14. РАН в системе долгосрочного прогнозирования и стратегического планирования

Как может выглядеть, на наш взгляд, система долгосрочного прогнозирования и стратегического планирования?

Необходимо начинать с создания межведомственного органа по координации этой работы на площадке Российской академии наук совместно со всеми государственными академиями, федеральными органами власти, вузовской наукой. На основе методологических и практических наработок должен быть разработан долгосрочный прогноз развития России до 2030 года:

- социально-экономический,

- научно-технологический,

- территориальный.

Только это даст возможность осмыслить, понять и сформировать систему национальных целей и приоритетов.

На основе этих национальных целей и приоритетов, конечно же, уже в следующем 2009 году необходимо разработать долгосрочный стратегический план до 2030 года. По результатам обсуждения он должен быть утвержден Президентом России и в последующем уточняться каждые 4-5 лет.

Его составляющие элементы, ключевая несущая конструкция – это национальные 15-летние и 20-летние программы и проекты о которых мы говорили в докладе. Их реализация должна быть осуществлена на основе продуманной системы индикативного планирования на среднесрочную (3-5лет) и краткосрочную (1год) перспективу.

Не надо бояться слова планирование. Это нормально.

Сегодня мы не знаем эффективно развивающейся страны, которая в ходе реализации своих стратегических задач не занимается планированием. Поэтому в России для создания новой экономики должна быть разработана, утверждена и реализована совершенно новая система долгосрочного прогнозирования и стратегического планирования при продуманном законодательном обеспечении, эффективной системе бюджетирования, решении важнейшей кадровой проблемы существующей не только в области науки, но и во всех сферах деятельности. При этом федеральный, региональный, муниципальный уровни должны быть гармонично связаны, потому что без аналогичной работы по долгосрочному прогнозированию и стратегическому планированию в регионах ни построить, ни реализовать долгосрочную стратегию не представляется возможным.

Наконец, очень важно, чтобы осуществилось инновационное партнерство науки, образования, государства и бизнеса с участием гражданского общества (рис. 15).

Рис. 15. Инновационное партнерство науки, образования, государства и бизнеса

Ключевые функции науки, о чем мы неоднократно говорили, это прогнозирование, экспертиза и то, чем всегда занималось научное сообщество, - фундаментальные и прикладные исследования.

Государство – это, прежде всего, законодательное обеспечение процесса, эффективное бюджетирование, налоговое стимулирование, обеспечение инновационного климата.

Бизнес возьмет на себя инвестиционно-инновационные проекты и направит соответствующие финансовые ресурсы для освоения рыночных ниш.

Образование – важнейший элемент, фундамент инновационной экономики. Это - подготовка специалистов, подготовка по-новому мыслящих государственных служащих. Сегодня надо уходить от «эффективных менеджеров» к реальным специалистам на государственном уровне. Конечно же, необходима система постоянного повышения квалификации, соответствующее обеспечение учебной литературой.

Такова модель инновационного партнерства. К ней надо стремиться. В эпицентре – реализация национальных программ, национальных проектов и того пакета мер, о котором мы говорим сегодня.

Только сформировав новое состояние, новый облик российской наук по предлагаемому российскими учеными сценарию, опираясь на прорывные направления формирующегося шестого технологического уклада, осуществляя стратегическое партнерство государства, науки, бизнеса, образования и гражданского общества, мы сможем создать, обсудить, утвердить и реализовать стратегию инновационного развития России до 2030 г.

Действительно, Россия находится в очень непростой ситуации. Никто не успокаивается, мы с вами прекрасно понимаем, как сложно России. Но России сложно было всегда.

В свое время наш выдающийся ученый М.В.Ломоносов (это было в XVIII в.) произнес ключевую на века фразу о России, которая и для сегодняшнего состояния страны безусловно актуальна: «Несмотря на угрозу извне, несмотря на всевозможные распри изнутри не было такого, чтобы Россия своих сил не возобновила».

Ю.С.ОСИПОВ

Слово имеет академик Алферов Жорес Иванович для сообщения «Нанотехнологии микроэлектроники и энергетики».

 

Ж.И.АЛФЕРОВ

Глубокоуважаемый Юрий Сергеевич! Глубокоуважаемые коллеги!

Мы только что заслушали прекрасный доклад Бориса Николаевича Кузыка, который одновременно и очень хороший по содержанию, и вместе с тем он констатировал далеко не блестящую ситуацию с высокими технологиями, которые имеются сегодня в нашей стране.

Год назад я говорил о нашей программе в области нанотехнологий. Сегодня я хочу рассказать о тех заделах, которые были созданы, и как они сегодня начинают использоваться.

Вообще наноматерималы обычно порождают целый ряд принципиально новых физических явлений, которые связаны с переходом с этими наноразмерами.

В классическом случае полупроводниковых наноматериалов, полупроводниковых гетероструктур, исследования которых были начаты почти полвека тому назад лауреатом Нобелевской премии Ниглио Исааки, был прекрасно определен класс этих материалов, как материалы, созданные человеком в отличие от огромного семейства материалов, которые получают в лаборатории искусственным путем, тем не менее, в существующих природных условиях. А таких наноструктур, в которых появляются новые квантоворазмерные эффекты, в природных материалах, как правило, нет, поэтому создается принципиально новый класс материалов. Эти нанотехнологии получили очень широкое развитие в микроэлектронике, сверхбыстрой оптоэлектронике, и сегодня начинают практически реализовываться и в энергетике тоже.

Прогноз общемирового рынка нанотехнологий - более триллиона долларов США ежегодно в ближайшие 8-10 лет. При этом наноэлектроника, которая в значительной степени содержит в себе, в том числе, и элементы энергетических компонент для силовой электроники, для фотоэнергетики (а частично это содержится и в наноматериалах), представляет собой наиболее существенную часть этого мирового рынка.

Нужно сказать, что современная полупроводниковая электроника, современная микроэлектроника возникла в 47-ом г. при открытии транзистора Бардиным и Братейном на фирме «Белл телефон».

При этом в качестве примера для очень многих современных бизнесменов я хотел бы отметить следующее. Когда исполнительный директор компании «Белл телефон» Мелвин Келли в 45 г., сразу после войны, создавал группу, целью которой было создание твердотельного усилителя (то, что позже стало транзистором), приглашая на эту работу Джона Бардина, Джеральда Пирсона и ряд других высочайшего класса специалистов, он сказал: конечно, ваша задача заключается в создании твердотельного усилителя, но было бы очень хорошо, было бы прекрасно, если вы в своих исследованиях проверили применимость квантовой механики для конденсированного состояния.

Я думаю, когда исполнительные директора компаний, ставя перед собой сугубо практические задачи, говорят о таких задачах при выполнении сугубо прикладных исследований, это имеет огромное значение.

Микроэлектроника родилась из первой интегральной схемы Джека Килби (он умер в прошлом году) в 1959 г..

(Слайд) Здесь показана первая интегральная схема, из которой родилась идея интегральных схем кремниевых чипов, которые он сделал из кусочков кремния, имевших и транзистор и использование тела кремния как сопротивления и ПН-переходы в качестве конденсатора.

Очень быстро Роберт Нойс создал первую интегральную схему уже современного класса в том смысле, что это двуокись кремния, диффузия через нее и технологические принципы те же самые, которые реализуются и сегодня. На такой пластине в несколько квадратных сантиметров в этой первой интегральной схеме 61-го года было несколько усилителей, несколько транзисторов и рц-цепочек.

Дальше благодаря одному из основателей фирмы «Интел», начинавшему вместе с Робертом Нойсом, появился широко известный закон Мура: прежде всего, поначалу это ежегодное удвоение числа компонент транзисторов на кремниевом чипе.

(Слайд) Здесь представлены довольно старые картинки. Тем не менее, они выполняются и сегодня. Вы видите, что в этом законе Мура число компонент сегодня уже достигает сотен миллионов транзисторов на кремниевом чипе.

Чрезвычайно важно подчеркнуть следующее обстоятельство. – Этот закон Мура выполняется не только для удвоения числа компонент за год, полтора или два (то есть, экспоненциальный рост), сегодня это выполняется еще и по стоимости микроэлектронных фабрик.

Она тоже растет по закону Мура и стоимость микроэлектронных предприятий, особенно при переходе на наноразмеры – а сегодня это уже 45 нанометров – приближается к 3-5 млрд.долларов. И в этом отношении, естественно, их число уменьшается, и нужно подчеркнуть следующее обстоятельство. С точки зрения кремниевой интегральной технологии, по физике почти ничего не изменилось. Это те же полевые биполярные транзисторы, которые были открыты более 60 лет тому назад. Но это огромный технологический прорыв. Это переход от размеров, исчислявшихся долями миллиметра к единицам нанометров. При этом очень существенным оказалось, что все время отодвигался принципиальный предел неисполнения закона Мура.

Оказалось, что, используя классический и литографические методы и сегодня развивая методы нанолитографии (том числе, это успешно развивается и в целом ряде институтов – у нас в Институте микроструктур в Горьком, в Физико-техническом институте им.Иоффе, в работах Сейсяна), привело к бурному развитию микроэлектроники.

И я хочу здесь подчеркнуть еще одно обстоятельство. Микроэлектроника на самом деле была вторую половину ХХ в. и останется на ближайшие 10-летия в ХХ1 в. движетелем научно-технического прогресса, информационных технологий, нанотехнологий, и очень существенным движителем социального прогресса. Потому что те изменения социальные, которые произошли во второй половине ХХ в., связаны, прежде всего, с развитием микроэлектроники. И отставание по этой части для нас грозит вообще выбрасыванием за борт столбовой дороги развития ультрасовременных технологий.

Вторым направлением в микроэлектронике, в полупроводниковой электронике были полупроводниковые гетероструктуры. Принципиально, что отсюда и родились кристаллы, созданные человеком, а не Богом, из серии сначала чисто фундаментальных и чисто теоретических исследований. Затем после создания первых лазеров на двойной гетероструктуре появился уже класс оптоэлектронных приборов на полупроводниковых гетероструктурах, нашедших самое широкое применение.

Очень важным здесь было то, что эта идея двойной гетероструктуры была развита вообще для низкоразмерных электронных структур. И, таким образом, принципиально родились структуры с двумерным, одномерным и нульмерным электронным газом. Последние квантовые точки являются фактически реальными искусственными атомами, создаваемыми технологически человеком в наших электронных устройствах.

Для того чтобы это все появилось, нужно было создать такие материалы. И дорога оказалась очень не простая. И тоже очень давно, уже 40 лет тому назад, появились эти первые идеальные гетероструктуры.

(Слайд) Вот эта картинка начала 70-х годов. По определению моего старого товарища Герберта Кремера, с которым мы в 2000 г. разделили Нобелевскую премию, эта картинка – географическая карта гетероструктур. Так же, как когда-то была географическая карта Магеллана, современную карту гетероструктур, даже без учета нитридов, можно сравнивать с современными географическими картами.

Можно абсолютно твердо утверждать, что произошла во второй половине ХХ в. полупроводниковая революция, которая полностью изменила технологию и привела к очень большим изменениям в научно-техническом прогрессе, и в социально-экономическом. И основой этой полупроводниковой революции были, с одной стороны, принципиальные открытия довоенные. Это зонная теория Вилсона, что прекрасно отмечал Джон Бардин в своей нобелевской лекции; теория контактных явлений Бориса Иосифовича Давыдова; теория фотоэлектрических явлений и экситонов полупроводника Якова Ильича Френкеля.

Таким образом, базовый фундамент был создан. Но все это оказалось возможным после войны только благодаря блестящему развитию технологии. И история физики полупроводников, технологии полупроводниковой революции четко демонстрируют, что без технологий не рождалось новой физики, без новой физики не могла развиваться технология.

(Слайд) Здесь просто примеры основных технологических методов для полупроводниковой нанотехнологии, жидкофазная простейшая, наиболее дешевая технология, которая, тем не менее, позволила практически решить все принципиальные проблемы: молекулярно-пучковая эпитаксия - наиболее совершенная современная технология и мозгидридная эпитаксия - наиболее совершенная промышленная технология сегодня.

Сегодня, таким образом, полупроводниковые и наноструктуры вошли очень широко в самые разнообразные отрасли электроники. (Слайд) Вот демонстрация, что представляют наноструктуры для мощных полупроводниковых лазеров сегодня. И можно с уверенностью говорить о том, что полупроводниковые лазеры являются практически основным типом лазеров для самых разнообразных применений.

Это произошло благодаря тому, что за эти 40 с лишним лет, (почти 50 лет), удалось резко снизить пороговый ток полупроводниковых лазеров. В 1962 г., когда были созданы первые, они быстрее сгорали, чем начинали работать, а сегодня о пороговой плотности для получения инверсной(?) населенности можно даже не говорить.

(Слайд) Вот здесь пример квантовых каскадных лазеров, созданных на основе так называемых полупроводниковых сверхрешеток. Я хотел бы чуть-чуть больше сказать об этом примере, поскольку он очень широко демонстрирует взаимосвязь технологии и физики. Идея каскадных лазеров была предложена Сурисом и Казариновым у нас в институте в 1971 г. Реализована она была на фирме «Бэлтелефон» в 1995 г., четверть века спустя. Хотя было понятно и значение предложения, и важность получения этих лазеров для самых широких геологических целей, поскольку это сегодня на самом деле единственный работающий при комнатной температуре тип лазеров в среднем и уже даже дальнем, до 10 микрон, инфракрасном диапазоне. Но можно было это сделать только после развития молекулярной эпитаксии с очень точным компьютерным контролем. И вот здесь взаимодействие физики и технологии на этом примере, с моей точки зрения, демонстрируется очень убедительно.

В целом микроэлектроника в значительной степени, СВЧ – микроэлектроника, ускорение быстродействия обычных кремниевых ЧИПов на основе гетероструктур германий – кремний основана на этих двух основных типах транзисторов - гетероструктурном биполярном и так называемом хемтранзисторе. Это основа сегодня и всей мобильной телефонии.

(Слайд) А вот эта вот картинка, нарисованная моим старым конкурентом и близким товарищем, профессором Мициоко Хаяши из Японии, гетероструктурное дерево демонстрирует очень интересную, с моей точки зрения, вещь. Это рисовалось в 85-м году. А вот электроника высокомощная, солнечные батареи, отдельные элементы были пририсованы мною позже. Хаяши рассматривал основное дерево, основанное на эпитаксии и процессах технологии. А если мы внимательно посмотрим на это дерево сегодня, то как раз компоненты развились очень успешно. А получение очень перспективной по тому времени оптоэлектронной интеграции практически затормозилось в применении. И произошло это потому, что основные решения сверхбольших интегральных схем, включая и очень сложные проблемы межсоединений, оказалось возможным решать традиционными старыми методами. Традиционные методы при их технологическом развитии позволяют идти довольно далеко. И только сегодня снова, наконец, встает проблема оптоэлектронных межсоединений с использованием полупроводниковых лазеров для этих целей.

Могу сказать, что в наших институтах - в Институте микроструктур в Горьком, в Физико-техническом институте им.Иоффе в Ленинграде, в Институте физики полупроводников в Сибири, в Институте СВЧ-микроэлектроники гетероструктур в Москве, в Институте радиоэлектроники в Москве, в недавно созданном нами Санкт-Петербургском физико-технологическом научно-образовательном центре- масса работ и исследований ведутся и на современном уровне, и с современными передовыми результатами. Так, как вот этот результат Института физики полупроводников или разработанные СВЧ-структуры для микроэлектроники в Ленинградском физтехе, у нас в ЛОЦе, в Институте физики полупроводников в Сибири. Светодиоды, которые стали производиться на «Светлане» по нашей технологии еще более 30 лет тому назад, и сегодня развиваются. И уже, как говорят, и я думаю, так и будет, что через 15-20 лет большая часть освещения, а в нашем этом зале, может быть, раньше, будет переведена на светодиоды, потому что они и вечные по сроку службы, и эффективность выше, и экономию электроэнергии дают. И, по оценкам специалистов, говорят, что к 2020 г. 50%, возможно, будет переведено уже на светодиоды, что даст мировую экономию 10% электроэнергии.

Нужно сказать, что точно также огромные энергосбережения мы получаем от силовой полупроводниковой электроники. Работы академика Грекова у нас в институте, базирующийся на школу академика Тучкевича, и многие другие результаты в свое время определяли передовые позиции в этой области у нас. Но, как было отмечено в предыдущем докладе, как раз в электронной технике у нас осталось на уровне 20 процентов от того, что было.

И сегодня только Российская Федерация и Белоруссия имеют электронную промышленность. При этом если Белоруссия имеет в технологическом отношении тоже отсталую, но по объемам даже превышающую то, что было в дореформенные годы, то в России эти объемы на уровне четверти, не более. А электронная империя, которая была в стране, была во всех республиках Союза, осталась сегодня только в этих двух.

Это не очень, может быть, правильная картинка (слайд), здесь «шагреневая кожа» энергетики. И очень может быть, что с использованием нефти на шельфах и прочее мы проживем гораздо дольше, но, тем не менее, все эти источники ограничены. И, кроме, может быть, реакторов на быстрых нейтронах, которые, действительно, могут работать очень и очень долго, ограничены, и имеют еще один принципиальный недостаток. Они все ведут к тепловому загрязнению нашей планеты, потому что используют внутренние ресурсы и греют планету.

И когда, вообще говоря, на планете, может быть, будет насыщение в 12 млрд., как посчитал Сергей Петрович Капица, и эти 12 млрд. будут потреблять по 10 квт на душу населения, как это делают сегодня Соединенные Штаты, так как тепловое загрязнение станет опасным.

И только один способ принципиально не меняет теплового баланса, представляет собой неиссякаемый источник энергии, это солнечная энергетика, преобразование солнечной энергии. Родилось все это очень давно. Пеккерель, который известен, прежде всего, своими работами по радио, был создателем первых фотоэлементов. И первая, вообще, полупроводниковая работа 1876 года, опубликованная Адамсом и Деем в Великобритании, была посвящена (сегодня мы можем сказать) вселенному фотоэлементу на гетероструктуре «селен – кадмий – селен».

В космической энергетике это применяется очень давно. С 1956 года, благодаря великой энергии Николая Степановича Лидоренко, мы в области преобразования солнечной энергии в космосе были пионерами, наш третий советский спутник летал уже с кремниевыми солнечными батареями.

В начале 70-х годов, когда американцы только публиковали первые статьи по гетероструктурам, у нас уже летали военные спутники с нашими солнечными батареями. А эта картинка (слайд) показывает станцию «Мир».

Вот эта картинка отражает, на самом деле устаревший слайд у меня, как развивалась солнечная энергетика на гетероструктурах, прежде всего, в сравнении с тем, что была показана картинка пороговой плотности токов лазера. Вот здесь это все не правильно, это уже давно получено (год тому назад), 40 процентов КПД это те фотоэлементы на основе ПМ-переходов в разных материалах, которые позволяют использовать значительно более широко солнечный спектр.

Это работы Вячеслава Михайловича Андреева и его лаборатории в Физико-техническом институте имени Иоффе, которые демонстрируют и то, что современный фотоэлемент – это сложная наноструктура, и то, что эти батареи, работающие на концентрированном солнечном свете, могут обеспечивать сегодня уже КПД 30-35 процентов в установке, а КПД фотоэлементов – уже 40 процентов, и мы ожидаем в ближайшем будущем повышение до 50 процентов КПД самих солнечных элементов.

Важным является то, что светодиоды, СВЧ-гетроструктуры для СВЧ-электроники и солнечные батареи получают сегодня вброс в нанотеке, положительную оценку, и есть определенная большая уверенность, что эти предприятия появятся у нас в недалеком будущем, производящие широко эти устройства.

Развитие полупроводниковой солнечной энергетики до 2030 года в случае, если не произойдет никаких драматических изменений в технологии. Если будет просто оптимизироваться и развиваться технология кремния, ряда тонкопленочных элементов, гетроструктур, то тем не менее в 2030 году будет 140 Ггв, это мощность всей энергетики России сегодня.

Но в случае изменения, их тоже можно ожидать, и есть такие проекты в Соединенных Штатах Америки, есть оценки, которые проектируют на конец ХХI столетия 100 процентов производства электроэнергии на преобразовании солнечной энергии, а на 60-ые годы нашего столетия – 60 и 70 процентов. Это слишком оптимистический прогноз, но я уверен, что реально он будем между вот этим, и заметно от него отличаться в лучшую сторону.

Эта батарея (слайд), построенная в лаборатории Вячеслава Михайловича Андреева. И мне хочется сказать так, что преобразование солнечной энергии решает проблему энергетики будущего. Да!

Вот здесь в заключении сказано (слайд), что такое наноструктуры, как они развиваются, что они дают, какие основные технологические и диагностические методы.

Но я хотел бы закончить, тем не менее, не на такой очень высокой ноте. И, с моей точки зрения, это относится на самом деле не только к нанотехнологиям, а ко многим другим высокотехнологичным проектам. Я как-то об этом говорил при открытии нашего форума по нанотехнологиям в Москве недавно, и хотел бы повторить снова.

С моей точки зрения, было два инновационных проекта в ХХ веке, которые увенчались полным успехом, полным блестящим успехом. При этом тогда, когда они начинались, было не ясно, а возможны ли вообще эти технологии, какие технологии будут развиваться в первую очередь, возможно ли решение главной проблемы. Этими двумя, абсолютно успешными инновационными проектами ХХ века, я считаю, манхэттенский проект США и проект создания советского атомного оружия у нас.

И успех, который определен для этих двух проектов, состоял не только в том, что правительством были созданы приоритеты, что средства расходовали большие, успех состоял в том, что эти проекты решали замечательные кадры. Эту кадровую проблему для Соединенных Штатов Америки решил Адольф Гитлер, придя к власти и стимулировав, определив массовую эмиграцию высококвалифицированных ученых из Европы в Америку.

И эту кадровую проблему для советского успешного инновационного проекта решил человек, который сам непосредственного участия в этом проекте не принимал, это Абрам Федорович Иоффе, который создал советскую физическую школу. И все основные лидеры нашего атомного проекта, Курчатов, Александров, Арцимович, Зельдович, Харитон и многие, многие другие, питомцы этой школы.

И очень важно, что этот инновационный проект решался людьми, которые вели базовые фундаментальные исследования до этого. И я думаю, что наиболее успешным нашим министерством среди всей серии отраслевых министерств был Минсредмаш, по той простой причине, что он всегда сохранял этот очень тесный и плотный контакт ученых и технологов, и Минсредмаш был создан Академией наук и с Академией наук непрерывно работал. И я думаю, что только в этом случае, когда мы должны сегодня возрождать нашу технологию, только имея кадры, занимаясь этими кадрами, работая с Академией наук, мы можем эти задачи решать. При этом чрезвычайно важным является то, что наши академические научные организации должны быть материально заинтересованы в решении этих проблем. Это означает, что старт от компании и компании, которые рождаются после, их учредителями должны иметь право быть академические институты, вузы и университеты.

И здесь еще, с моей точки зрения, чрезвычайно важным является следующее обстоятельство для успешного решения этих вещей. Это обязательно, во что бы то ни стало, к электронике это относится, как говорится, гигантским образом, но и к остальным вещам тоже. Ежели мы не создадим настоящую, крупномасштабную, крупную промышленность в этих высокотехнологичных отраслях, то, простите, нам нечего будет делать, потому что основная беда нашей науки сегодня – это даже не ее низкое финансирование. Основная беда российской науки сегодня, с моей точки зрения, я имею в виду естественные области науки, прежде всего, и технические науки, - это невостребованность научных результатов. А востребованы они могут быть только тогда, когда работает это. Поэтому это вот так связано. И, скажем, в микроэлектронике, где мы оказались за бортом, в наноэлектронике, где мы не должны оказаться за бортом, мы должны идти вместе, убеждать Правительство в создании крупных, самых современных предприятий.

 

Ю.С.ОСИПОВ

Спасибо большое, Жорес Иванович.

Я хочу сделать одно замечание в связи с Вашим высказыванием о необходимости, или, вернее, о праве академических учреждений создавать инновационные фирмы, в которых бы интеллектуальный продукт, который создается в институтах Академии, мог бы быть реализован в конкретных практических делах. Действительно, все эти годы, больше 10 лет мы добивались этого права. Ничего не получалось.

Ж.И.АЛФЕРОВ

И я в этом виноват.

Ю.С.ОСИПОВ

Вы виноваты, виноваты.

Ж.И.АЛФЕРОВ

Несмотря на то, что я в Думе сижу.

Ю.С.ОСИПОВ

Это правильно. Но я сейчас хочу сказать приятные слова, может быть, и для Вас тоже. Буквально 10 дней назад состоялось заседание правительственной комиссии по новым технологиям под председательством вице-премьера Иванова Сергея Борисовича. И произошло нечто невероятное: Министерство науки выдвинуло предложение о наделении, в частности, Академии наук правом создания таких инновационных фирм. Правительственная комиссия это предложение поддержала, и уже сегодня мне Фурсенко Андрей Александрович сказал, что это предложение находится в Государственной Думе с совершенно вполне определенной резолюцией премьер-министра. Он сказал: «Сделать». А Вам передаю эстафету. (Аплодисменты).

Ж.И.АЛФЕРОВ

Когда это предлагал я, этого не было сделано.

Ю.С.ОСИПОВ

Неважно, кто предлагал. Важно, что произошла такая существенная подвижка. На самом деле это исключительно важно, потому что это явный способ заинтересовать людей, которые создают инновационный интеллектуальный продукт, участвовать в создании уже конкретных коммерческих продуктов.

Спасибо, Жорес Иванович.

 

С.М.АЛДОШИН

«Химия в XXI веке. Взгляд в будущее»

Глубокоуважаемый Юрий Сергеевич! Глубокоуважаемые коллеги!

В основу нашего с академиком В.А. Тартаковским доклада положен прогнозный анализ развития химии в ХХI веке, который подготовлен совместно с академиками А.Л. Бучаченко, В.И. Минкиным, А.И.Коноваловым, И.И.Моисеевым, Ю.Д. Третьяковым, а также при участии академиков А.Р.Хохлова, А.Г. Мержанова, Р.З. Сагдеева, Г.А. Абакумова, членов-корреспондентов Г.Б. Манелиса, С.Д. Варфоломеева и В.И. Овчаренко. То есть предлагаемый нами доклад является коллективным трудом Отделения химии и наук о материалах.

Вчера на заседании Отделения химии и наук о материалах состоялось обсуждение текущего состояния исследований по различным направлениям химии. В своем докладе я остановлюсь в основном на тех перспективах, которые мы ожидаем от развития химии в ХХI веке.

Все вещества, которые получают химики - это результат неорганизованных химических реакций, в которых атомы и молекулы встречаются случайным образом во времени и в пространстве. В то же время природная химия строит все свои объекты, опираясь на высокую организацию молекулярной и надмолекулярной структуры.

Осознание этого обстоятельства и поворот химии как науки в сторону молекулярной и надмолекулярной организации является одним из главных стратегических направлений развития химии ХХI века. Поэтому в самом начале доклада я хотел бы сказать о супрамолекулярной химии. Это наука, которая появилась в России примерно 30 лет тому назад и начала развиваться в Москве, Новосибирске, Казани и других центрах, и к сегодняшнему дню достигла блестящих успехов, в основном, благодаря тем результатам, которые получены в школах академика А.И. Коновалова, академика М.В.Алфимова, академика А.Ю.Цивадзе и в ряде других центров.

Сегодня совершенно очевидно, что супрамолекулярные системы имеют особую нишу, свой уровень в иерархии материи. Вслед за атомным следует молекулярный уровень с ковалентными связями между атомами. Далее - уровень супрамолекулярный с нековалентным (межмолекулярным) связыванием молекул. В супрамолекулярных системах реализуются такие принципы организации и функционирования материи как молекулярное распознавание, селективное связывание, взаимодействие рецептор-субстрат, трансмембранный перенос, супрамолекулярный катализ. На основе молекулярного распознавания (а это химическая информатика) осуществляется самоорганизация, программируемая самосборка супрамолекулярных систем. Природа максимально использовала эти принципы при создании биологических объектов. Ключевые структуры биологических систем, к примеру, двойные спирали нуклеиновых кислот, мембраны клеток, ферменты – это супрамолекулярные системы.

Исходя из изложенных выше принципов организации и функционирования супрамолекулярных систем, их теснейшей структурно-функциональной связи с биологическими объектами, мы прогнозируем два важнейших фундаментальных пути развития супрамолекулярной химии в 21 веке. Во-первых, это разработка методов супрамолекулярной химии как инструмента конструирования наночастиц и наноматериалов с заданными свойствами, с использованием программируемой самосборкой супрамолекулярных систем. Во-вторых, создание искусственных систем (включая природные аналоги), способных к взаимодействию с биологическими объектами на супрамолекулярном уровне.

Химия достигла верхнего, предельного горизонта – способности детектировать, пространственно фиксировать, перемещать и распознавать одиночную молекулу, измерять почти все ее существенные свойства. На этом верхнем горизонте создается элементная база и разрабатываются технологии манипулирования одиночными молекулами для нанооптики, наномеханики и наноэлектроники. Это пролог к новой технологической цивилизации – к молекулярной электронике, которая работает с электрическими напряжениями порядка милливольт и электрическими токами порядка наноампер.

В развитых странах уже работают десятки оснащенных лабораторий, их финансирование составляет миллиарды долларов. Научный мир находится в состоянии гонки, ясно осознавая, что положение любой страны в иерархии развитых стран определяется прорывами в этой области.

Молекулярная электроника и спинтроника – наиболее быстро развивающиеся области нанотехнологии, возникновение и развитие которой социологи рассматривают как пятую промышленную революцию.

 

Предположения о том, что молекулы могут обладать способностью проводить электрический ток, были выдвинуты еще на рубеже 50х гг. прошлого столетия Малликеном и Сент Дьерди, но обычно возникновение направления молекулярной электроники связывают с опубликованной в 1974 г работой Арии Авирама и Марка Ратнера, которые выдвинули идею молекулярного выпрямителя (диода) – молекулы, содержащей мощные π-донорные и π-акцепторные группы, разделенные s-спейсером, и помещенной между электродами. Такие молекулы моделируют pn-переход в полупроводниках.

Следующий этап – синтез и исследование различных молекулярных переключателей, а также молекулярных проводов. Последние могут иметь самую необычную структуру. Пример – полидиацетилен, инкапсулированный в полисахарид шизофиллан с результирующей спиральной структурой.

Создание разнообразного спектра переключателей и нанопроводов обеспечило возможность формирования на их основе логических устройств. Предполагается, что к 2020-2025 годам возникнет новая молекулярная технология. А еще через десять-двадцать лет появятся квантовые компьютеры.

Предполагается, что компоновка такого молекулярного компьютера будет аналогична кремниевому компьютеру. Но логические вентили и умные молекулы будут осуществлять логические связи между отдельными элементами этого компьютера.

Элементная база молекулярных компьютеров – бистабильные молекулярные и супрамолекулярные структуры (умные – intelligent, smart). Это структуры, существующие в двух (или нескольких) термодинамически устойчивых состояниях, которым отвечают локальные минимумы на ППЭ. Переключение между этими состояниями осуществляется при помощи различных внешних воздействий. В терминах информатики такие структуры можно ассоциировать с понятиями логического нуля (0) и единицы (1), а их перегруппировки с информационными переходами.

Молекулы и супрамолекулярные образования, способные к обратимым перегруппировкам при действии света, квалифицируются как фотохромные системы. Пример – изученные в нашей стране ак. В.И. Минкиным, ак. С.М. Алдошиным, ак. М.В. Алфимовым, д.х.н. М.М. Краюшкиным с сотр. хроменовые, фульгидные, спиропирановые спирооксазиновые системы. Они работают при комнатной температуре, и имеют времена отклика на внешнее воздействие, т.е. реакции, порядка фемтосекунд, а времена установления равновесия – порядка пикосекунд. Устройства трехмерной оптической памяти могут обеспечить колоссальную плотность информации. Даже при использовании лазера с излучением 532 нм плотность записанной информации составляет около 1013 бит/см3, а при использовании УФ лазеров эта величина может быть повышена еще на порядок.

Первые выпущенные в производство устройства трехмерной оптической памяти – многослойные флуоресцентные диски - были созданы на базе индолилфульгидов – фотохромных соединений, полученных впервые в НИИФОХ при Ростовском университете и в Менделеевском технологическом университете и изученных в Центре фотохимии и ИПХФ РАН. Соединения, особенно 2-индолилфульгиды, отличаются исключительно высокой термической устойчивостью. Циклическая форма обладает флуоресценцией, по которой производится считывание информации.

На этих дисках площадь бита – порядка сотых квадратного микрона, т.е. 10 000 нм2. Это площадь нескольких тысяч молекул. При использовании аналогичной системы проф. Ирие из Японии показал, что в принципе площадь бита может быть доведена до размеров одной молекулы.

Особенно перспективное направление создания материалов со сверхвысокоемкой магнитной памятью (одна молекула – один бит) связано с разработкой мономолекулярных магнитов. Хотя магнетизм – это коллективное свойство, но металлорганические кластеры, характеризующиеся (i) высокоспиновым основным состоянием; (ii) большой магнитной анизотропией, относительно энергетически наиболее благоприятного направления спонтанной намагниченности; (iii) отсутствием или слабыми магнитными взаимодействиями между молекулами, проявляют свойства постоянного магнита.

Важный показатель – температура блокирования (температура, ниже которой релаксация становится очень медленной). При 1.5К кластер Mn12 сохраняет намагниченность 40 лет, а при 2 К в течение 2 месяцев, причем только 40% намагниченности.

Самый маленький полученный к настоящему времени мономолекулярный магнит содержит всего 5 металлических центров. Самый большой – наночастица диаметром 42 нм.

Для всех известных в настоящее время молекулярных магнитов температуры блокирования не превышают 3 К, что обусловлено весьма малыми величинами энергетических барьеров.

Проблема получения кластеров с высокими значениями спина решается достаточно успешно. Так, уже получен кластер, который имеет в основном электронном состоянии 83 параллельных электронных спина. Однако главной проблемой и главным направлением поиска остаются соединения с высокой анизотропией относительно «легкой оси».

Рассмотренные данные свидетельствуют о значительном прогрессe, достигнутом в области быстродействующих оптических молекулярных переключателей и высокоемких устройств памяти. Фактически достигнуты предельно возможные на молекулярном уровне показатели – быстродействие порядка скорости элементарного акта реакции и плотность записи один бит – одна молекула.

Способом управления таких молекулярных систем до сегодняшнего дня остается передача электрических сигналов. Поэтому перед химией 21 века стоит задача создания молекулярных выпрямителей и молекулярных проводов.

Поиск таких молекул, которые могут проводить электрический ток, ведется самым активным образом. Есть теоретические оценки, по которым считается, что можно такие системы получить при конструировании плоских и линейных ароматических структур, в которых энергетическая щель между низшей свободной и верхней заполненной орбиталями будет наименьшей.

Тем не менее, расчеты показывают что она все равно будет выше 1.5 электрон/вольт.

Другое направление поиска – олигомерные металлокомплексные структуры. Наиболее обещающими в этом отношении являются порфириновые полимеры (ак. А.Ю.Цивадзе, чл.корр. РАН О.Н.Койфман).

Полагают, что лучшими кандидатами для использования в качестве молекулярных проводников будут линейные сопряженные олигомерные структуры, имеющие сечение порядка 0.3 нм и длину от 1 до 100 нм. Подобные олигомеры получены Джеймсом Тауром (США), разработавшим так называемый конвергентно-дивергентный метод их получения. Достигнуты длины до 5 - 10 нм и проведены измерения проводимости самособирающихся монослоев (SAM), адсорбированных на поверхности золотых электродов при помощи тиольных групп для молекул длиной 5 нм. Достигнутая плотность тока 50 А/см2.

Интересное новое направление – молекулярные провода с изоляцией. Такие проводники необходимы, чтобы препятствовать cross-talk (перекрестным связям) в контурах. Главные подходы – инкапсулирование проводника в оболочку полимера.

На сегодняшний день химия добилась удивительных успехов в создании наноматериалов по принципу снизу вверх и сверху вниз.

Результаты, полученные в области наноматериалов, уже сегодня являются впечатляющими.

Здесь показаны некоторые примеры материалов, внедрение которых ожидается в самое ближайшее время, менее чем через 10 лет. Это различные ультрадисперсные катализаторы, мембранные катализаторы и катализаторы на углеродных нанотрубках и нановолокнах для различных отраслей химической промышленности.

Наноматериалы, внедрение которых ожидается чуть позже (10-20 лет) - это материалы для наноэлектроники, нанофотоники и информационных технологий. Это магнитная память на основе самоорганизующихся магнитных частиц, это транзисторы на основе заполненных одностенных углеродных трубок и фотонные нанокристаллы.

Наноматериалы для биологии, в основном, находятся на стадии фундаментальных исследований, широким фронтом их внедрение ожидается более чем через 15 лет.

Анализ применения наноматериалов в различных областях нашей жизни говорит о том, что в будущем практически все элементы нашей жизни могут быть связаны с нанотехнологиями и наноматериалами.

Когерентная химия — это «новое лицо» химии. Когерентность — свойство химических систем формировать колебательные режимы реакции. Когерентность, т. е. синхронность реакции во времени, проявляется в периодическом изменении скорости реакции и детектируется как осцилляции в выходе продуктов, эмиссии люминесценции, электрохимического тока или потенциала и т. д.

Химическая когерентность существует на двух уровнях — квантовом и макроскопическом. Квантовое происхождение имеют колебательная и спиновая когерентность. Самый популярный пример макроскопической когерентности — реакция Белоусова - Жаботинского.

Вот пример квантовой колебательной когерентности. Короткий лазерный импульс длительностью 10-14-10-13с (его длительность меньше периода колебаний атомов) «возбуждает» молекулу и «помещает» ее в новый потенциал. В этом новом потенциале ансамбль молекул, приготовленный лазерным импульсом, ведет себя когерентно, т. е. колебания атомов всех членов ансамбля синхронизованы, а сам ансамбль является волновым пакетом.

При движении по потенциальной поверхности волновой пакет может рассыпаться на ряд других пакетов (с другой амплитудой и фазой колебаний); часть их может дефазироваться (потерять когерентность) и исчезнуть, часть может интерферировать и восстановить частично исходный пакет и т.д.

Конечно, представленная картина является упрощенной, она иллюстрирует в простой и ясной форме основные идеи квантовой колебательной когерентности и ее химические эффекты. Главная идея заключается в том, что когерентная химия привносит с собой новый фактор, управляющий химической реакцией — фазу. Изменяя фазу, можно манипулировать химическим поведением ансамблей реагирующих частиц без изменения энергии или момента количества движения.

Еще одна новая область современной химии — спиновая химия, исследующая поведение угловых моментов (спинов) электронов и ядер в химических реакциях. Спиновая химия основана на фундаментальном законе: спин электронов и ядер в адиабатических химических реакциях строго сохраняется. Разрешены только те реакции, которые не требуют изменения спина. Другими словами, все химические реакции являются спин-селективными — они разрешены только для таких спиновых состояний реагентов, у которых полный спин одинаков со спином продуктов, и полностью запрещены, если спин реагентов не равен спину продуктов.

Надо четко сознавать, что химией управляют два фундаментальных фактора—энергия и спин (в когерентной химии, как было показано в предыдущем разделе, появляется еще и третий управляющий фактор — фаза).

В отличие от запрета по энергии (он появляется, когда энергия реагентов меньше энергетического барьера реакции), который реакция умеет преодолевать через туннелирование под барьером, запрет по спину непреодолим.

Изменить спин могут нехимические магнитные взаимодействия; только они способны преобразовать спин-запрещенные (нереакционноспособные) состояния реагентов (например, радикальных пар) в состояния спин-разрешенные (реакционноспособные). Будучи ничтожно малыми по энергии, магнитные взаимодействия переключают каналы реакции: открывают закрытые каналы и, напротив, закрывают открытые (разрешенные) — в зависимости от стартового состояния реагентов. Фактически они пишут новый, магнитный сценарий химической реакции.

Спиновая селективность и, следовательно, магнитная чувствительность химических реакций — источник трех поколений магнитных эффектов, открытых в последние два десятилетия. Рисунок иллюстрирует их происхождение на частном, но широко распространенном в химии примере радикальной пары, которая может существовать в двух спиновых состояниях — синглетном и триплетном.

В том случае, когда триплет-синглетные переходы индуцированы статическими магнитными полями (внешними или внутренними полями магнитных ядер), возникают магнитные эффекты первого поколения. Магнитные эффекты второго поколения возникают, когда спиновая конверсия пар осуществляется под воздействием микроволновых полей. И, наконец, если конверсия пар происходит под влиянием третьей парамагнитной частицы, имеет место замечательное явление — спиновый катализ, третье поколение магнитно-спиновых эффектов. В этом случае третья частица (радикал, парамагнитный ион) является спиновым катализатором.

Будучи селективными по электронному спину, химические реакции между спиновыми носителями (радикалами, парамагнитными ионами и молекулами, карбенами и т.д.) селективны также и по ядерному спину. Если обе спиновые подсистемы — электронная и ядерная — связаны фермиевским сверхтонким взаимодействием (СТВ), тогда ядерная подсистема влияет на поведение электронной подсистемы через СТВ и, следовательно, модифицирует химическую реакционную способность спиновых носителей. Ядерно-спиновая селективность обеспечивает различие в скоростях спин-селективных реакций радикалов (или других спиновых носителей) с магнитными и немагнитными ядрами. Это новое явление — магнитный изотопный эффект (МИЭ), открытый академиками А.Л. Бучаченко, Ю.Н. Молиным, Ю.Д. Цветковым, Р.З. Сагдеевым, принципиально отличающийся от классического изотопного эффекта (КИЭ), который является следствием ядерно-массовой селективности реакций. Оба эффекта сортируют изотопные ядра: КИЭ отбирает ядра по их массам, МИЭ производит селекцию ядер по их спину и магнитному моменту.

Вот пример работы этого эффекта в биохимии

Синтез АТФ, молекулярного энергоносителя, ферментами (АТФ-синтазой и киназами) зависит от того, какой изотоп магния находится в каталитическом сайте фермента. В присутствии магнитного ядра 25Мg выход АТФ возрастает вдвое. На базе этого открытия разрабатываются новые лекарства против гипоксии и сердечной недостаточности.

И это только начало…Новая ядерно-магнитная изотопия обещает крупные открытия и в химии, и в биохимии…

Третий эффект, относящийся к магнитным эффектам первого поколения — химическая поляризация ядер (ХПЯ). В отличие от МИЭ, здесь происходит сортировка ядер не только по их магнитным моментам, но и по их ориентациям. Химическая реакция отправляет ядра с разной ориентацией в различные продукты, создавая неравновесные населенности ядерных зеемановских уровней в этих продуктах. Избыточная населенность нижнего зеемановского уровня соответствует положительной поляризации ядер, перенаселенность верхнего уровня — отрицательной поляризации. Последний случай особенно замечателен. Когда перенаселенность верхнего уровня превышает некоторый допустимый предел, то населенности инвертируют — на этом явлении построена химическая радиофизика.

В ансамбле молекул-продуктов с инверсной населенностью в зеемановском резервуаре запасается энергия; она может растратиться в тепло (через спин-решеточную магнитную релаксацию), но может превратиться в стимулированное излучение на зеемановской ядерной частоте. В этом случае реакция становится радиочастотным эмиттером, квантовым генератором с химической накачкой (подобно химическим лазерам). Это новое явление — радиоизлучение химической реакции — сначала было предсказано теоретически, а затем обнаружено экспериментально.

Как правило, химические реакции, которые изучаются в лаборатории, происходят в достаточно узком интервале температур и давлений. Огромные просторы для химии открывают высокие и низкие температуры и высокие и сверхвысокие давления. К одному из таких открытий и достижений экстремальной химии следует отнести синтез металлического водорода, когда в результате ударно-волнового сжатия молекул водорода у них происходит отрыв электрона от молекулы и формируются металлизированные состояния, показанные на правой части рисунка, которые обладают высокой проводимостью более 2000 Ом×см-1. Фактически водород начинает вести себя как расплав цезия и рубидия. Можно спорить, чей это результат – физиков или химиков, но самое главное, что отрыв электрона и преобразование структуры – это химические процессы. Эти работы выполняются академиком В.Е. Фортовым в ИПХФ РАН.

К таким же экстремальным реакциям химии нужно отнести химию в высоких гравитационных полях. Гравитационные поля могут существенно изменять величины градиентов потенциалов, химических потенциалов. Создавать такие гравитационные поля можно за счет центробежных сил. Это направление у нас в стране активно развивается академиком Г.А. Абакумовым с учениками. Оно открывает чрезвычайно интересные, обнадеживающие перспективы развития химии двадцать первого века.

Вчера на общем собрании Отделения химии и наук о материалах академик И.Н. Фридляндер рассказывал о создании советских центрифуг для разделения урана-235, которого содержится только 0,7%, от урана-238 на газовых центрифугах.

Если использовать такие центрифуги для проведения химических реакций в жидкой фазе, за счет изменения концентрации можно создать полимеры, которые обладают градиентной структурой. И фокусное расстояние у них будет определяться разностью показателей преломления разных сополимеров. То есть, это плоские линзы с градиентным показателем преломления, что открывает очень серьезные перспективы для развития оптики.

Область низких температур была всегда предметом изучения химии, и в ХХ в. академиком В.И. Гольданским и его школой было показано, что при сверхнизких температурах (вблизи 4К) скорости некоторых химических реакций перестают зависеть от температуры и определяются только квантовыми эффектами, когда не надо преодолевать энергетический барьер, а за счет квантовых эффектов происходит туннелирование и образование продуктов.

Химию при температурах 10-4-10-6К следует оценивать как «экзотическую». Получение ультрахолодных атомов основано на изменении их скорости движения при поглощении оптического кванта (лазерное охлаждение атомов). Если атомы и лазерные фотоны настроены так, что поглощение происходит в низкочастотной области спектра («красная» сторона), то такие атомы испытывают тормозящую силу, направленную вдоль потока фотонов. Атомы, помещенные в ортогональные лазерные пучки, тормозятся во всех трех направлениях; при этом создается оптически вязкая среда, в которой движение атомов останавливается, их кинетическая температура составляет 10-4-10-6К (можно даже достичь температур 10-10К).

Ультрахолодные, лишенные кинетической энергии атомы представляют интерес для точной спектроскопии и метрологии, для зондирования потенциалов атом-атом и атом-поверхность.

Успехи теории химических реакций — особая богатая тема. Фактически она призвана решать две крупные задачи: построение поверхностей потенциальной энергии и расчет движения ядер реагентов в рассчитанных потенциальных полях (собственно динамика химического акта).

Обе задачи решаются в разных вариантах, на разных уровнях приближений, с разной степенью учета квантовости движения. В принципе сегодня для любой реакции можно построить потенциальные поверхности с любой степенью точности (при этом необходимо уметь сколь угодно сложную реакцию сводить к простой без потери физического и химического содержания, с учетом возможностей современной вычислительной техники). Разработаны надежные методы расчета динамических траекторий движения реагентов на потенциальных поверхностях: метод классических траекторий (по законам классической механики Гамильтона-Ньютона-Лагранжа), полуклассических (учет квантовых эффектов через суперпозицию начальных квантовых состояний реагентов) и чисто квантовых траекторий (из решений уравнения Шредингера с получением вероятностей превращения реагентов по всем каналам — S-матрицы, или матрицы рассеяния). Из совокупности траекторий рассчитываются константы скорости — канонические к(Т) и микроканонические.

Экспериментальные методы в настоящее время при исследовании кинетики химических реакций позволяют получить разрешение по времени 1-100 фс, что соответствует разрешению по координате 0.1-0.01 А. Это означает, что именно с таким координатным разрешением осуществляется мониторинг движения ядер на потенциальной поверхности, в том числе на вершине барьера и в его окрестности. Ясно, что речь идет о спектроскопии и химии переходного состояния: то, что всегда было объектом исследования теоретиков, стало предметом экспериментального исследования. Фемтохимия изучает время движения реагирующих систем на потенциальной поверхности и вводит в химию экспериментальную химическую динамику.

Колебательная спектроскопия одиночной молекулы точно идентифицирует ее «портрет», позволяет следить за ее динамикой (время оседлой жизни) и химической судьбой. Это открывает новые перспективы в науке о катализе. Уже ясны и теоретически обоснованы пути детектирования электронного парамагнитного резонанса одиночного спина. В химии атомного разрешения уже рождается множество новых идей.

Химические технологии 21-ого века

Вчера на общем собрании ОХНМ РАН эти вопросы были очень подробно рассмотрены в докладах академика Г.Ф.Терещенко и академика В.И. Пармона.

Иерархия структур и связанных с ними закономерностей химических процессов не исчерпывается только уровнями ядер и электронов, атомов и молекул, кластерами и комплексами (наночастицы). На самом деле разнообразие структур и автолокализация во времени и пространстве продолжается и в макромире. Уже в ХХ веке были созданы и начали широко использоваться процессы, в которых пространственно-временное распределение создавалось определенными условиями организации процесса. К ним можно отнести горение и взрыв (СВС, получение алмазов и т.п.), а также хроматографию и ректификацию, что привело к резкому повышению эффективности, скорости и селективности. В конце ХХ века было показано, что в такого рода процессах возможна автолокализация тепла, разделение в пространстве зон химического превращения, комбинация в одном реакторе различных химических процессов, разделенных в пространстве. Это приводит к селективности, высоким КПД и открывает широкие возможности комбинации различных реакций. Есть основания полагать, что такого рода процессы лягут в основу комплексных процессов с энергетическим КПД 50-80 %, селективных и безотходных. Так, например, переработка нетрадиционных топлив (битумы, сланцы, высокозольные бурые угли и т.п.), а также биотоплив, на основе газификации и пиролиза в сверхадиабатических режимах в кооперации с гидрированием, позволяют получить одновременно синтез-газ, жидкие топлива и нетрадиционное сырье для химической промышленности.

Одним из крупных достижений Российской академии наук явилось научное открытие «Явление твердого пламени» и создание на его основе метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (ак. А.Г. Мержанов). Сейчас это прогрессивная область знания, которая возникла на стыке науки о горении и материаловедения и проложила нетрадиционные пути к созданию материалов новых поколений (конструкционная и функциональная керамика, жаропрочные интерметаллические изделия и др.).

Как известно, в режиме СВС можно проводить лишь сильно экзотермические процессы, они реализуются в энергоемких средах, обладающих большим запасом химической энергии.

Недавно академиком А.Г. Мержановым был предложен иной подход к решению этой задачи: провести заданную слабо экзотермическую реакцию в самораспространяющемся режиме. Для этого выбираются такие исходные вещества, которые, реагируя постадийно, в заключительной стадии осуществляют заданную слабо экзотермическую реакцию, но при высокой температуре, что эквивалентно повышению теплового эффекта.

И, наконец, об энергообеспеченности и энерговооруженности. Это, конечно, ключевые вопросы. И вчера в докладе академика И.И.Моисеева подробно шла речь о снижении энергозатрат, о переработке попутных газов, о глубокой переработке нефти, производстве водорода и создании на этой основе топливных элементов. Химическая промышленность принадлежит к числу крупнейших потребителей энергии. Вместе с тем химики (не только нефтехимики) вносят существенный вклад в производство энергии, и эта их роль будет только усиливаться по мере развития таких областей, как водородная и солнечная энергетика. Эти две функции химии во многом определяют задачи химической науки в области энергетики.

ХХ век начался как столетие угля и растительного сырья. В середине этого периода возникла нефтехимия, вытеснившая растительное сырье из ряда областей тяжелой химии (например, картофель был замещен нефтяными углеводородами в производстве спирта и синтетического каучука). В наши дни наблюдается возвращение возобновляемого сырья не только в большую химию, но и в топливную индустрию. Этот процесс мотивирован как требованиями защиты окружающей среды, так и удорожанием нефти. Повышение цены на нефть будет носить не только спекулятивный, но и защитительный характер, поскольку нефть - это невозобновляемое сырьё.

Основной ресурс крупнотоннажной химии будущего – растительное сырье, представляющее собой сложный комплекс целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина. В настоящее время заложены основы развития двух принципиально важных научно-технических и технологических направлений производства – биотоплива и биопластики. Химико-биотехнологическими средствами удается конвертировать растительное сырье в энергоносители различной природы – метан (биогаз), водород (биоводород), спирты (метанол, этанол, бутанол) и др.

Транспортная энергетика представляет собой наиболее емкий и наиболее чувствительный сектор экономики. Возникают новые виды топлив для автомобильного транспорта – биобензин (продукт конверсии биоспиртов), биодизель, биометан и диметиловый эфир и др.

Преимуществами топливной энергетики, основанной на возобновляемом сырье, являются (а) использование в качестве первичного источника солнечной энергии, (б) значительные устойчивые ресурсы возобновляемого сырья, (в) стабилизация глобального уровня углекислоты, поскольку биотопливо является продуктом фотосинтетической фиксации углекислого газа. Прогнозируемая динамика развития: 2020 г. – 20%, 2030 г. – 50% топливного мирового рынка.

Биопластики – полимерные материалы, получаемые путем полимеризации (поликонденсации) биомономеров. На основе использования химико-биотехнологических подходов из растительного сырья и отходов может быть получен широкий круг мономеров, создающих основу получения полимерных материалов с новыми свойствами. В качестве технологически значимых биомономеров выступают оксикислоты, аминокислоты, биоолефины и др.

И, наконец, химические технологии будущего, которые должны быть полностью безотходными и проводиться в средах, которые не создают проблем с точки зрения экологии (сверхкритические среды, ионные жидкости). Такие работы ведутся академиком В.В. Луниным с сотрудниками.

Завершая свой доклад, я хотел бы процитировать слова М.В. Ломоносова: «Далеко простирает химия руки свои в дела человеческие», и в ХХI веке роль химии в жизни общества и в развитии общества будет поднята на новый уровень. Недаром 2011 год объявлен Годом Ломоносова, Годом химии. Спасибо.