Многие иногда не уверены в том, что представляют собой нано масштабы, но в целом вы можете думать о нанотехнологиях, имеющих дело с чем-то крохотным от 1 до 100 нм.
Одним из самых главных разделов нанонауки является наномеханика. Те правила, которые присущи привычной физике, как правило, не работают в наномеханике. Если человек подойдёт к стене, то он не сможет телепортироваться за неё, но на наноуровне для электрона всё возможно (туннельный эффект). Многие вещества являются диэлектриками, если их рассматривать в обычных условиях, но в наноразмерах они могут стать полупроводниками. Нанонаука требует от человечества забыть многое изученное им за прошедшие тысячелетия исследований, и посмотреть на науку под другим углом.
Нанотехнологиям в настоящее время уделяется не малое внимание. Исследуется возможное влияние этой отрасли на экономический рост и экономическую картину мира в целом — речь пойдёт о товарах нового поколения, новых рынках, о влияние нано технологий на повседневную жизнь людей и государства.
В ближайшие 25–50 лет произойдёт бурное развитие нанотехнологий, появятся материалы, которые будут обладать новыми свойствами, способными в будущем улучшить производство товаров и услуг, всё это возможно благодаря синтезу атомов и молекул.
В этой статье будут рассматриваться экономические аспекты механосинтеза, которые пока еще недостаточно изучены. Существует ряд вопросов в этой области: что повлечёт за собой внедрение этой технологии в производство.
Механосинтез
Механосинтез представляет собой сборочный процесс, осуществляемый огромным числом наномеханизмов, собранных в единое целое. Он осуществляется в несколько этапов: на вход подаётся определённый набор веществ, далее происходит сборка продукта с помощью наномеханизмов, на заключительном этапе остаётся только забрать готовый продукт. Главное достоинство механосинтеза-отсутствие лишних промежуточных стадий, преимущественно обработки материалов, и, следовательно, сокращение количества выделяемых отходов. И, именно, почти полное отсутствие отходов-не мало важный плюс, ведь не будет необходимости утилизировать их, а, следовательно, уменьшатся расходы на утилизацию и улучшится экология, что в свою очередь окажет плодотворное влияние на сельское хозяйство. Дополнительным существенным аспектом является ускорение производства.
Есть и обратный эффект, устройства механосинтеза способны на процесс разборки поданных на вход материалов до атомного или молекулярного уровня. Предполагается, что из отходов возможно получить огромное количество сырья, включая те отходы, в отношении которых это было ранее невозможно.
Оба этих аспекта значительно снижают себестоимость производства. Однако существует еще один важный параметр стоимости — энергоемкость. Энергоемкость процесса производства выходит на первый план, а механосинтез даёт возможность лишь снизить себестоимость сырья и его дальнейшей обработки.
Согласно расчетам, проведенным Крисом Фениксом, директором по исследованиям Center for Responsible Nanotechnology, используя механосинтеза энергетические затраты могут составлять около 200 кВт/ч на 1 кг продукции. В своих расчётах он использовал углерод и глинозём, итогом последующих за этим этапом испытаний, после многочисленных обработок, могло бы быть появление алмазов и сапфиров. Все расчёты были произведены для простого процесса сборки, где обрабатываемое вещество однородно. Конечный продукт нашёл бы широкое применение в различных сферах: от строительных материалов, до сверхпрочных инструментов и изящных ювелирных украшений.
Экономика будущего
Предположим, что устройство механосинтеза создано и доступно. Тогда, исходя из современных цен российских поставщиков энергии для частных лиц, получается, что себестоимость «домашнего производства» будет составлять 220 руб. за 1 кг алмазного или сапфирового порошка или же цельных кристаллов определённого размера
Так как наномеханизмам всё равно, какие объекты собирать (необходимое условие-наличие чертежей сборки), следовательно, любые предметы будут стоить столько, сколько стоит энергия, потраченная на их сборку.
Предельная стоимость производства 1 кг конечного продукта путем механосинтеза будет составлять 2,2 тыс. рублей. Значительное количество предметов, окружающих человека в быту, имеет более высокую стоимость из расчета на 1 кг массы.
Приведём пример расчёта стоимости производства мобильного телефона, наиболее популярного устройства в современном мире. Его вес в среднем составляет 160 г. По полученным расчетам, стоимость этого продукта при производстве путем механосинтеза будет равняться 352 рублям. Средняя себестоимость производства мобильного телефона на сборочном производстве в странах, где эта отрасль достаточно развита, к примеру, в Китае составляет, на пересчёте в рубли около 1056 рублей, что втрое больше. Motorola объявила о своих планах по созданию смартфонов в $2, но все возможные налоги, таможенные пошлины, издержки продавцов, не позволят снизить цену ниже $15, и даже она больше рассчитанной. При необходимости можно привести и другие расчёты для различных объектов, но и они покажут значительное удешевление.
При производстве более сложных объектов, могут понадобиться вещества, которые нельзя получить напрямую из природы, к ним можно отнести редкоземельные металлы, так необходимые в электронике. Поэтому, возникнет необходимость в доставке таких веществ или переработка уже имеющихся, что увеличит стоимость синтеза сложных объектов. Однако это увеличение вряд ли можно назвать основополагающим. Однородные объекты станут практически бесплатными, их стоимость практически на 100 % будет состоять из энергозатрат.
Альтернативные источники энергии
В будущем произойдёт переход к «нематериальной экономике», материальные объекты будут синтезироваться из веществ находящихся в окружающем нас мире, новыми ценностями станут интеллектуальные способности человека и интеллектуальные услуги.
Энергия не бесплатна, но стоимость можно сократить, используя альтернативные источники энергии.
К примеру, средняя плотность солнечного излучения у поверхности планеты составляет около 250 Вт / кв. м. Зная это, можно рассчитать площадь солнечной батареи, необходимой для осуществления бесплатного процесса механосинтеза. Зная, что максимальный КПД у солнечных батарей равен 40 %, будем в расчетах отталкиваться от этой эффективности. Следовательно, нужная площадь батареи равна примерно 2,5 тыс. кв. м. — для устройств «простого синтеза» и 25 тыс. кв. м. — для устройств «сложного синтеза». Таким образом, такая площадь в расчете на 1 человека составит 150 млн. кв. км, для жителей планеты, что чуть больше имеющейся поверхности суши, включая ледники и другие не пригодные для жизни регионы.
Из чего явствует, такой тип энергетики сможет заменить традиционную генерацию, до тех пор, пока не будет изобретен экономичный и дешевый способ генерации на основе какого-то портативного источника.
Другие аспекты механосинтеза
Кроме материальных предметов, человеку необходима еще продовольствие, информация, транспорт и здоровье. Это — большая часть всего экономического оборота.
С помощью механосинтеза можно уменьшить расходы на изготовление простых минеральных удобрений, используя органические отходы. Человечество уже научилось выращивать мясо искусственно, так что же можно сказать о производстве чернозёма. Качество земель не будет влиять на то, какие продукты будут сельскохозяйственных культур станет возможным производить на той или иной территории.
Информация, не может быть продуктом механосинтеза ни прямо, ни опосредствованно. Не трогая проблемы различия между информацией и знанием, а также различий между информацией и интеллектуальным продуктом, можно удостоверять, что появление механосинтеза никаким образом не повлияет на стоимость информации. Имеющаяся сеть информационного обмена может быть далекой от эффективности в таких условиях, однако вряд ли возможно дать какой-либо прогноз, пока не будут предъявлены первые «сборочные чертежи» для устройств механосинтеза.
Транспорт, вероятно, преобразуется очень значительно. Во-первых, отпадет необходимость в перемещении большого количества материального сырья. Понятно, что это сокращение будет не абсолютным, но около двух трети транспортных мощностей по транспортировке грузов освободится. Это приведет к огромному снижению цен на перевозки за счет масштабного увеличения предложения. Кроме того, создание транспортных средств станет более упрощенным. Станет возможным производство транспортных средств в «домашних условиях» при помощи механосинтеза. Поскольку размеры объектов, производимых устройством механосинтеза, конечны, то появится большое разнообразие сборки транспортных средств в нужной пользователю комплектации. Примером этому может послужить принцип Plug’n’Play, осуществлявшийся на персональных компьютерах.
Что касается здоровья человека, то нанотехнологии дадут возможность внедрить в тело человека нанороботов, которые позволят осуществлять поиск и нейтрализацию опасных бактерий, токсинов и вирусов, а также лечение поврежденных клеток и их обновление. Но до конца не понятно будет ли полезным производство нанороботов непосредственно на месте, поскольку диагностирование не продумано с высокой степенью точности.
Фармакология претерпит существенные изменения. Станет возможным производство нужных лекарств для человека, имея нужный рецепт. В целом это повлияет на стоимость препаратов и на структуру отрасли в целом.
Заключение
Без развития нанотехнологий будущего у российской экономики нет, заявил президент РФ Владимир Путин.
«Без развития таких технологий, как нанотехнологии, будущего у нашей экономики нет, это совершенно очевидно. То же самое касается и искусственного интеллекта, и других направлений, биотехнологий. Все это в современном мире очень завязано друг с другом», — сказал Путин в ходе встречи с первым зампредом коллегии Военно-промышленной комиссии Сергеем Куликовым, которому он предложил возглавить Роснано.
Нанотехнологии — это прорыв в будущее. В последние годы нанотехнологии стали рассматриваться в качестве одного из главных приоритетов, входящих во все жизненно важные сферы деятельности человека. Что касается экономики, то внедрение нанотехнологий повлечёт за собой снижение стоимости производства товаров и услуг, а это, в свою очередь, выведет экономику на новый уровень.
Литература:
- Энциклопедия «Нанотехнологии», Дж. Фарндон
- https://zoom.cnews.ru/rnd/article/item/novye_ekonomicheskie_aspekty_nanotehnologij
- “Экономика ближайшего будущего”, С. В. Цирель
