Технологии производства углеродного волокна известны с прошлого века, однако глобальный рынок углеволокна пока относительно небольшой по объемам (всего 2% от мирового рынка синтетических волокон) и специфичный ввиду высокой цены на сырье. Впрочем, это не мешает углекомпозитам присутствовать во многих промышленных областях.
Простые обыватели тоже знают этот материал, например, по лыжным палкам или по рыболовным удилищам. По показателям удельной прочности и жесткости углеволокно превосходит практически все наиболее широко используемые конструкционные и металлические материалы.
Карбоновый прорыв. Глобальный рынок углекомпозитов (композитов, армированных углеродным волокном) в 2020 г. предположительно составил $35,75 млрд. В стоимостном выражении мировой рынок углеродного волокна в 2020 г. составил $3,51 млрд., согласно данным агентства маркетинговых исследований Discovery Research Group. Ключевыми производителями углеволокна сегодня являются японские компании Toray, Teijin и Mitsubishi Rayon, американская Hexcel, немецкая SGL и китайская Formosa Plastics.
В России несмотря на то, что СССР был в числе первых разработчиков этого материала, отрасль начала активно развиваться менее 10 лет назад. Впрочем, это не значит, что Россия до недавнего времени не имела дела с этим материалом. Углекомпозитные материалы, которые как раз делаются на основе углеволокна, в России производятся в основном по заказу военных ведомств.
Минобороны, “Роскосмос”, “Росатом” и “Ростехнологии” – основные потребители углекомпозитов в России, отметил управляющий партнер экспертной группы VETA Илья Жарский. “Статистика по их заказам не публикуется, так как это товары специального назначения, свободного хождения они не имеют, свободного рынка нет”, – подчеркнул он. При этом Жарский отметил, что из всего мирового рынка углекомпозитов в $35-40 млрд. на долю российских производителей приходится не более 1%.
Отрасль очень сильно пострадала в 90-е годы и пока еще не восстановилась, хотя есть дорожная карта “Технологии новых материалов и веществ”, есть соглашение между правительством и “Росатомом”, которое направлено в том числе и на развитие производств углекомпозитов, которые нужны атомной энергетике.
Широкую огласку направление производства углеволокна в России получило в 2015 г., когда в особой экономической зоне “Алабуга”, расположенной в Республике Татарстан, по заказу “Росатома” было построено предприятие для производства углеродного волокна на основе полиакрилонитрильной нити (ПАН-прекурсора) в промышленных масштабах. Мощность “Алабуга-Волокно” – 1,4 тыс. т продукции в год.
В 2016 г. “Росатом” объединил свои композитные активы под брэндом UMATEX Group. В структуру вошло несколько производств, среди них “Аргон” в Самарской области и Завод углеродных и композиционных материалов (ЗУМК) в Челябинской области. К 2017 г. компании удалось полностью покрыть российский рынок углеволокна, который оценивался на тот момент в 300 т, и отправить на экспорт около 80% произведенной продукции.
“Но в мире мало кто зарабатывает только на продаже сырья (углеволокна). В основном добавленная стоимость на карбоновом рынке формируется на следующих переделах – производстве полуфабрикатов, тканей, препрегов и конечных изделий. Мы поставили цель: к 2025 г. до 70% углеволокна направлять на изготовление сосудов высокого давления, лопастей ветроустановок, спортивного инвентаря и элементов для строительства АЭС. Тогда на экспорт у нас будут приходиться 30%”, – отмечал глава Umatex Group Александр Тюнин в 2017 г.
Спрос на углеволокно с каждым годом увеличивается. Чтобы выдержать конкуренцию на международном рынке и успевать за ростом потребностей на отечественном, компании нужно было найти способ снижения затрат на производство этого материала.
Стратегическое сырье. Основная причина высокой себестоимости углеродного волокна – большие затраты энергии. Все мировые лидеры по производству углеродного волокна производят ПАН-прекурсор самостоятельно. До недавнего времени именно за счет них (США, Германия, Япония) Россия покрывала свои основные потребности в этом сырье, отметили эксперты.
ПАН-прекурсор формуется в процессе технологичного цикла. На первом этапе создаются молекулы полимера посредством специального реактора. На завершающем этапе получается волокно белого цвета, которое наматывается на бобины. Это белое волокно и есть готовое сырье, из которого впоследствии создаются углеродные волокна.
“Для того, чтобы быть конкурентоспособным в рамках всего мирового рынка, необходимо обеспечить собственное сырье – так называемый ПАН-прекурсор, который определяет 70% качественных характеристик и себестоимость углеродного волокна”, – подчеркивал Тюнин в 2018 г.
Спустя три года такое предприятие построили. В ноябре 2021 г. на территории ОЭЗ “Алабуга” состоялось открытие завода по производству стратегического сырья для углеродного волокна. Мощность завода составляет 5 тыс. т полиакрилонитрильного волокна в год. При этом у проекта есть возможность увеличить выпуск ПАН-прекурсора до 25 тыс. т.
Процесс формования прекурсора для углеродного волокна в таком масштабе создан в России впервые. При выборе площадки для нового завода “Росатом” ориентировался не только на близость расположения конечного потребителя – “Алабуга-Волокно”, но и предложенное Алабугой соучастие в формате build-to-suit. ОЭЗ “Алабуга” вложила средства в строительство помещений: предоставила площадку, возвела здания и обеспечила их энергоресурсами. “Росатом” же взял на себя проектирование завода, поставку технологий и контроль за работой предприятия в дальнейшем. Таким образом, объем инвестиций составил 8,5 млрд. руб. Из них “Росатом” выделил 5,2 млрд. руб., ОЭЗ “Алабуга” – 3 млрд. руб., Минпромторг России – 0,3 млрд. руб.
“Благодаря пуску этого предприятия в России создана законченная производственная цепочка по выпуску отечественных композитов на основе углеволокна, которая должна полностью обеспечить потребности российской авиакосмической отрасли и оборонной промышленности”, – считает аналитик ФГ “Финам” Алексей Калачев.
Уникальность завода уже успели оценить в промышленной отрасли. Так, первый замгендиректора корпорации “Иркут” Анатолий Гайданский отметил, что введение “Росатомом” новых мощностей позволит закрепить независимость России от импорта в сфере композитных материалов.
“В течение последних трех лет нам удалось полностью заместить иностранные композитные материалы для создания элементов среднемагистрального пассажирского самолета МС-21: крыла, элементов механизации, центроплана. Однако нас как потребителей углеродного волокна и продуктов на его основе беспокоил вопрос стабильных поставок по причине зависимости производителя углеродного волокна от иностранного сырья. С пуском нового завода эта проблема будет решена”, – сказал Анатолий Гайданский.
30 ноября корпорация “Иркут” Объединенной авиастроительной корпорации завершила постройку первого самолета МС-21-300, крыло которого изготовлено из полимерных композиционных материалов российского производства.
Дорогу осилит идущий. Между тем, в компании Umatex заявили, что ввод нового завода ПАН-прекурсоров – это только начало, рынок углекомпозитов растет и производство неизбежно ждет масштабирование и кратный рост объемов. Следующий шаг, который предпримет компания, – это расширение линейки материалов, произведенных из углеволокна, и увеличение присутствия их на мировом рынке, прежде всего на рынке Китая и Европы, считают эксперты.
Руководитель исследований нефтяного рынка Института энергетики и финансов Александр Титов отметил, что мировые мощности по производству углеволокна сейчас составляют примерно 110 тыс. т в год. За счет спроса в авиационной, космической промышленности, автомобилестроении и энергетике рынок углеволокна может вырасти примерно до 8% к 2030 г., прогнозирует он.
Учитывая стратегию “Росатома”, в которой говорится о росте производства углеволокна на площадке в “Алабуге” до 10 тыс. т в год к 2030 г., у России есть шансы стать хоть и не лидером, но уже более или менее заметным игроком с хорошим экспортным потенциалом, заключил Титов. (rupec.ru/Химия Украины и мира)