К 2030 году человечество столкнется с дефицитом электроники из-за бурно растущего спроса, так что сырья для ее производства будет не хватать — к такому выводу пришли авторы масштабного международного исследования. "Огонек" разбирался в деталях
Для создания компьютерного чипа в 1980-е годы требовалось около 12 химических элементов, в 1990-е уже 16, а на рубеже XX-XXI веков — более 60
Фото: UIG Education / Lighthouse / DIOMEDIA
Смартфоны, лэптопы, умные часы, фитнес-трекеры — число умных гаджетов множится год от года, спрос на них исправно растет. К 2020 году у каждого среднестатистического землянина в пользовании будет уже больше четырех высокотехнологичных устройств, а население планеты к 2030 году превысит (по оценкам ООН) 8,5 млрд человек. Сильнее всего спрос на гаджеты увеличится со стороны активно развивающихся стран, таких как Китай, Индия, Бразилия: благосостояние их жителей растет, а следом и потребности. Но способно ли угнаться за спросом предложение?
Масштабное исследование, проведенное командой ученых из США, Великобритании, Франции, Австралии, ЮАР и опубликованное в журнале Nature (оно охватывает помимо электроники еще автомобильную, аэрокосмическую, машиностроительную и энергетическую промышленность), дает неожиданный ответ: уже в скором будущем в мире возникнет серьезный дефицит высокотехнологичной продукции. Его основная причина — нехватка необходимого для производства такой продукции сырья.
Подсчитано, например, что для создания компьютерного чипа в 1980-е годы требовалось около 12 химических элементов, в 1990-е уже 16, а на рубеже XX-XXI веков — более 60. Чем совершеннее чип, тем сложнее (в прямом смысле с точки зрения добычи сырья) его элементная база. Для все большего числа высокотехнологичных производств нужно все большее количество материалов, которые не имеют аналогов, они труднодоступны. Вторичная переработка не снимает проблему: исследователи доказывают, что при стремительно растущем спросе переработка не сможет ощутимо восполнить ресурсозатраты.
— Многие из высокотехнологичных производств расположены в развитых странах, таких как США, государства Западной Европы, Япония, Южная Корея, которые необходимыми и достаточными для таких производств полезными ископаемыми не обладают,— отмечает соавтор исследования доктор Наталья Яковлева из Университета Ньюкасла (Лондон).— И отдельные страны сегодня проектируют свои будущие потребности в минеральном сырье. ЕС, в частности, создал список из 27 полезных ископаемых, которые называются критическими: они важны для промышленности и уже являются дефицитными.
Аналогичные списки критического минерального сырья есть у США, Великобритании и Австралии. По сути, это признание сырьевой зависимости. Так, например, в США поводом к составлению такого списка стали результаты исследования, которые показали: страна (данные по 2010 году) на 100 процентов зависима от импорта 18 видов сырья, на 50 процентов — зависимость по 43 видам. Признание зависимости — руководство к действиям, которые включают работу по налаживанию политического диалога со странами — поставщиками полезных ископаемых, совершенствованию технологии их добычи и переработки, а также по минимизации возникающих при всем этом социальных (вредность для здоровья, эксплуатация детского труда в странах, называемых третьим миром) и экологических последствий.
Для все большего числа высокотехнологичных производств нужно все больше материалов, которые не имеют аналогов и к тому же труднодоступны
Занятная деталь: пятая часть критического минерального сырья в мире сегодня завязана на проекты в сфере "зеленых" технологий. Они воспринимаются как способ сохранения нашей планеты, за их скорейшее внедрение активнее всего выступают развитые страны, но на самом деле создание таких технологий невозможно без редких металлов (например, неодима, тербия, иридия), а их добыча и производство в большинстве случаев являются экологически грязными. На редкоземельные элементы (РЗЭ), впрочем, замкнуты не только "зеленые", а вообще все новые высокотехнологичные производства, для успеха которых "редкие земли" — ключевой компонент. РЗЭ рассеяны в земной коре, не образуя заметных концентраций, и добываются попутно при разработке месторождений других металлов. Используются помимо электроники и в нефтехимии, и в металлургии, и в энергетике, и в автомобилестроении, и в аэрокосмической отрасли, и в медицине.
— В свое время, когда РЗЭ еще не были широко востребованы, те же самые США, имеющие уникальное, очень крупное месторождение РЗЭ "Маунтин Пасс" (в Калифорнии), прекратили на нем добычу по экологическим соображениям. И передали технологии развивающимся странам, в основном на Восток, в Китай,— рассказывает член-корреспондент РАН, профессор кафедры геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых геологического факультета МГУ Николай Еремин.— Однако на рубеже XX-XXI веков произошел взрывной рост спроса на РЗЭ: выпуск высокотехнологичной продукции без них невозможен. Теперь добыча на "Маунтин Пасс" возобновлена, по решению Конгресса США эти металлы относятся сегодня к критическому минеральному сырью. Но ситуация изменилась: сегодня уже Китай стал абсолютным монополистом по производству "редких земель", под его контролем — более 90 процентов рынка, где он диктует цены другим странам. Китай — мировой лидер и по запасам РЗЭ в недрах. На втором месте по этому показателю — наша страна.
По словам Еремина, во времена Советского Союза у нас была единая цепочка "добыча — разделение" РЗЭ. На Кольском полуострове, где добывают фосфатное сырье, в качестве примеси содержатся "редкие земли", и в соседней Эстонской ССР было налажено извлечение из этой примеси РЗЭ и их разделение. С распадом СССР цепочка разрушилась, а производство РЗЭ в нашей стране, по существу, прекратилось.
— Сейчас в России попутная добыча РЗЭ идет лишь на Ловозерском месторождении в Мурманской области,--- говорит эксперт.— Бывшее же советское предприятие в Эстонии сейчас акционировано США.
У России, словом, и здесь свой путь: страна с богатейшими запасами "редких земель" их импортирует.
Экспертиза
Будущее под кожей
Александр Чулок, заместитель директора Форсайт-центра ИСИЭЗ НИУ ВШЭ
Фото: Юрий Мартьянов, Коммерсантъ
О буме цифровой экономики сегодня не говорит только ленивый. Согласно экспертным прогнозам, каждый день к интернету вещей подключается около миллиона новых устройств, а количество различных гаджетов, от мобильных телефонов до фитнес-браслетов, через пару-тройку лет будет исчисляться в десятках миллиардов. Не случайно в ходу термин "интернет всего". Например, человеческие органы, напечатанные на 3D-принтере (а первые такие эксперименты уже проводятся), в будущем могут быть связаны с компьютером их "хозяина" или с медицинским центром... Одним словом, все, что окружает человека или даже находится внутри него, скоро станет цифровым.
Однако чтобы создать и выпустить на рынок все эти невероятные устройства, понадобится немало ресурсов. Можем ли мы столкнуться с их нехваткой? Я бы призвал не паниковать. Например, когда появились автомобили, эксперты беспокоились, что человечеству не хватит бензина. Но еще ни разу эти опасения не оправдались. Разгадка в том, что любые промышленные скачки идут сразу по всем секторам, вот и сегодня цифровая индустрия сама отвечает на новый вызов. 3D-печать, похоже, покончила с проблемой отходов производства — если сразу производить то, что нужно, их просто не будет. А сами гаджеты с каждым днем становятся все миниатюрнее и, значит, требуют все меньше сырья для производства. Еще одна тенденция — объединение функций, принцип all-in-one (все в одном). Уже сейчас ваш мобильный телефон совмещает в себе функции фотоаппарата, музыкального плеера, собственно телефона, а ведь еще каких-нибудь десять лет назад вам бы пришлось носить три разных устройства. Теперь представьте, что в будущем это будет всего лишь чип, интегрированный под кожу, разумеется, для его создания потребуется заметно меньше ресурсов.
Перспективное направление — синтезирование новых материалов с заданными свойствами
Развиваются и сами материалы: да, пока мы их добываем, но одно из самых перспективных научных направлений — синтезирование новых материалов с уже заданными свойствами. Фактически это отложенная революция. Лично я глубоко убежден, что одним из ключевых ресурсов будущего станет графен, точнее, материалы, созданные на его основе. Он безопасен, энергоемок, у него колоссальные возможности с точки зрения гибкости, прочности. Уже представлен мобильный телефон с гнущимся экраном, созданный с применением графена, и это только начало.
Что касается стоимости гаджетов, то я оптимист: в долгосрочной перспективе любая новая технология дешевеет, вспомните те же мобильные телефоны. А вот краткосрочные прогнозы, напротив, пессимистичны: прорывные технологии могут вызвать социальное расслоение. Представьте мир, где один человек укомплектован дорогими новейшими устройствами, которые следят за состоянием его здоровья, помогают в профилактике болезней, а другой живет по старинке. В среднем продолжительность жизни и ее качество у богатых неизмеримо вырастут...
Брифинг
Фото: Дмитрий Духанин, Коммерсантъ
Денис Мантуров, министр промышленности и торговли РФ
Сегодня у нас не разрабатываются месторождения лития вообще. Мы с японцами говорим о том, чтобы совместно разрабатывать в Аргентине или Чили эти месторождения. Да, у нас есть потенциальные запасы лития, но до них нужно добраться. Мы не так давно разработали технологию в Якутии по разработке месторождения редкоземельных металлов. И выходом из этой руды является широкий спектр редкоземельных металлов, без которых невозможно говорить ни про электродвижение, ни про ветроэнергетику, ни про солнечную энергетику.
Фото: de.wikipedia.org
Эрнст Ульрих фон Вайцзеккер, профессор биологии, экс-президент Вуппертальского института климата, окружающей среды и энергии (Германия)
— Какими вы видите следующие 30-50 лет?
— Предполагается, что в мире за этот срок появится еще 3 млрд человек, которые по покупательной способности будут принадлежать к среднему классу. Они захотят удовлетворить растущие потребности, но существующего уровня предложения продовольствия, минералов, энергии, пресной воды будет недостаточно. Необходимо как минимум удвоить предложение. Однако на удовлетворение такого спроса не хватит минеральных ресурсов... Весь мир не может жить как США и Европа, не хватит ни энергии, ни ресурсов, ни функций экосистем.
Фото: nanonasibulin.com
Альберт Насибулин, профессор Сколтеха
В лабораториях мира сейчас активно работают с несколькими наноматериалами... У каждого из этих материалов свои преимущества и недостатки. Но, что интересно, крупные корпорации с энтузиазмом начали применять их в обычных негибких гаджетах... Они могут использоваться для замещения очень важного компонента электроники — оксида индия, легированного оловом. Этот материал используется в качестве сенсора в 70 процентах электронных приборов, есть практически во всех ЖК-дисплеях. Проблема его замещения очень серьезная. Индий — редкоземельный металл, и 5-6 лет назад специалисты рассчитали, что ресурсы его скоро будут исчерпаны на планете. А потребность в прозрачных проводниках постоянно растет.