eng
Выполнен патентный анализ углеродного направления нанотехнологий. Сопоставлены публикационная и патентная активность в данной области, а также тематическая структура публикаций и патентуемых изобретений. Рассмотрены особенности тематической структуры российских изобретений, возможные направления и трудности их коммерциализации. Исходная информация получена из баз данных Роспатента, USPTO, WIPO PATENTSCope, а также Science Citation Index Expanded.
УДК 661.66; ВАК 05.16.08; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.80.1.74.83
УДК 661.66; ВАК 05.16.08; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.80.1.74.83
Теги: carbon nanostructures commercialization patents publications коммерциализация патенты публикации углеродные наноструктуры
Углеродные наноструктуры – важнейшие представители наномира, открытие которых ускорило рождение нанотехнологий (НТ). В настоящее время они входят в повестку дня трех укрупненных секторов экономики – наноэлектроники, нанобиотехнологии и наноэнергетики, где ожидается реализация основного потенциала НТ. Публикации и патенты часто используют для количественных оценок эффективности инновационных процессов. В настоящей статье выполнен анализ патентования углеродных наноструктур с использованием баз данных (БД) Роспатента, US PTO и WIPO PATENTSCope. Наряду с традиционной триадой "фуллерены – углеродные нанотрубки (УНТ) – графен" в рассмотрение включены наноалмазы, а также другие формы наноуглерода (ДФНУ), например нанопористый углерод, нанографит, нановолокна и др. Анализ охватывает период 2000-х годов, в течение которого многие страны вслед за США реализовывали свои нанотехнологические программы. В части, относящейся к России, его результаты могут быть полезны при обосновании инновационной политики.
КРАТКАЯ БИБЛИОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ УГЛЕРОДНОГО НАПРАВЛЕНИЯ
Поскольку в инновационной цепочке патентам предшествуют научные публикации, приведем ряд библиометрических индикаторов, рассчитанных на основе БД Science Citation Index Expanded (SCIE). Согласно рис.1, интерес в мире к исследованию углеродных наноструктур продолжает увеличиваться со среднегодовым темпом роста числа научных публикаций 14% за последние семь лет. Структуру этого роста характеризует рис.2, показывающий своеобразный закат "эры фуллеренов", расцвет и постепенное угасание "эры УНТ", стремительное восхождение графена, а также невысокий "нишевый" интерес к наноалмазам и другим формам наноуглерода. Заметим, что в указанный период произошли значительные изменения в географии исследователей: выпуск публикаций стали определять крупные азиатские игроки (более 68% в 2015 году), а Китай стал неоспоримым лидером на обозримую перспективу, поскольку его ближайший преследователь (США) отстает по своему вкладу на 26 процентных пунктов (п.п.). Вместе со структурой стали меняться и показатели научного воздействия, например, с 2011 года Китай опередил США, а Южная Корея – Германию по вкладу в топ-10% наиболее цитируемых публикаций в рассматриваемой области. Сингапур, в свою очередь, с 2012 года обошел Францию и Великобританию по вкладу в топ-1% самых цитируемых публикаций. Россия занимала в 2015 году девятое место по продуктивности, однако, по средней цитируемости публикаций входила лишь в четвертую десятку.
АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОСНОВЕ
БД US PTO И WIPO PATENTSCOPE
Интенсивность трансформации научного знания в патентуемые результаты может характеризовать следующее интегральное соотношение: примерно 4,4 патента US PTO и столько же заявок PCTWIPO приходится на 100 публикаций за период 2000–2016 годов. Стоит отметить, что углеродные наноструктуры не относятся в данном случае к лидерам. Большую коммерческую зрелость демонстрируют, например, лазеры, где на 100 публикаций за тот же период приходилось 28 патентов US PTO и 17 заявок PCT WIPO. Рис.1 показывает, что мировые публикационная и патентная активности (согласно БД US PTO) росли практически одинаковыми темпами, тогда как динамика подачи заявок PCT WIPO в последние годы стала заметно отставать. Как следует из рис.3 и 4, тематическую структуру патентуемых результатов в международных базах данных в основном определяет соперничество между УНТ и графеном, причем, если в заявках PCT WIPO графен опередил УНТ с 2013 года, то в патентах US PTO они практически сравнялись только в 2016 году. Остальные типы наноструктур служат лишь фоном для этого соперничества. Рис.5 показывает, что тематические структуры публикаций по углеродным наноструктурам и подаваемых заявок PCT WIPO достаточно хорошо коррелируют между собой.
ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКАЯ АКТИВНОСТЬ РОССИЯН И СТРУКТУРА ПАТЕНТОВАНИЯ
Важнейшим международным экономическим блоком с участием России является БРИКС, который в последние годы заметно наращивает изобретательскую активность. Например, доля заявок PCT WIPO, в которых хотя бы один из изобретателей является гражданином одной из стран БРИКС, увеличилась с 3,8% в 2010 году до 17,2% в 2016 году. Для сравнения: за тот же период аналогичная доля ЕС-28 уменьшилась с 23,9 до 19,5%. Локомотивом выступает Китай. Его граждане входят в число изобретателей в 843 патентах US PTO на углеродные наноструктуры, выданных в 2000–2016 годах. Далее с большим отрывом следуют: Индия, Россия, Бразилия и ЮАР, представители которых участвовали в 51, 33, 10 и 1 патентах US PTO соответственно. Своеобразным показателем "донорства" страны можно считать долю ее патентов (по принципу гражданства хотя бы одного изобретателя), которые выданы патентовладельцу другого государства. Наименьшее значение этого показателя (6%) у Китая, наибольшее (58%) – у России, то есть россияне связывают коммерческие перспективы своих изобретений с национальным бизнесом в значительно меньшей степени, чем представители других стран БРИКС.
УНТ посвящены 88,4% патентов US PTO с участием китайских изобретателей, 74,5% – индийских, 70% – бразильских. Эта же тема рассматривается в единственном патенте с участием изобретателей ЮАР. Вместе с тем, УНТ посвящены только 15,2% патентов с российским участием, остальные темы распределились следующим образом: 42,4% – фуллерены и их производные; 18,1% – наноалмазы; 15,2% – ДФНУ и 9,1% – графен. Уже на примере этой небольшой выборки видна специфика интересов российских изобретателей в рассматриваемой области. Среди патентов US PTO, выданных российским патентовладельцам, можно выделить следующие:
• патент № 6245312 US, выданный в 2001 году троицкому Научно-техническому центру "Сверхтвердые материалы", который позднее был преобразован в Институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ), на способ получения сверхтвердого фуллерита и изделий на его основе;
• патент № 7867467 US, выданный в 2011 году ЗАО "Алмазный центр" (Санкт-Петербург), на способ получения наноалмаза;
• патент № 9090752 US, выданный в 2015 году индивидуальному патентовладельцу из Санкт-Петербурга, на многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа;
• патент № 9096492US, выданный в 2015 году индивидуальному патентовладельцу из Нижнего Новгорода, на гидратированные n-фуллерен-аминокислоты, способ их получения и создание фармацевтических композиций на их основе;
• патент № 9254340 US, выданный в 2016 году ЗАО "Алмаз Фарм" (Москва), на способ получения конъюгата наноалмаза с глицином для доставки глицина в организм.
С другой стороны, патенты US PTO с участием российских изобретателей были выданы таким известным зарубежным компаниям, как Samsung Electronics (Южная Корея), Siemens (Германия), Ceram Optec Industries (США) и др.
Согласно выборке, произведенной из БД Роспатента, в рассматриваемый период было выдано 1 109 патентов РФ на изобретения в области углеродных наноструктур. Их тематическая структура (рис.6) значительно отличается от патентов US PTO и заявок PCT WIPO. Так, количество патентов, связанных с УНТ, только в 2009 году превысило количество патентов по фуллеренам, а число патентов, связанных с графеном, лишь к 2016 году незначительно превзошло количество патентов по наноалмазам и ДФНУ.
С точки зрения формирования деловой экосистемы важно, кто является получателем патентов. Можно отметить последовательное снижение среди выделенных категорий патентовладельцев доли институтов РАН, ФГУП и индивидуальных патентовладельцев. Напротив, свои доли поступательно наращивали университеты и иностранные компании (см. таблицу). Если первое могло быть следствием мер правительства по формированию инновационной инфраструктуры университетов, то второе должно вызывать определенные опасения. Заметим, что отечественный бизнес, слегка повысив свою долю в 2008–2013 годах, затем опять ее снизил. 57 патентов РФ (около 41% всех патентов корпоративного сектора) выданы в 2013–2016 годах зарубежным компаниям, среди которых Gurdian Industries (США), Exxon Mobil (США), BASF (Германия), Photonics France (Франция), Koninklijke Philips Electronics (Нидерланды) и др. Поскольку отечественный бизнес пока уделяет мало внимания патентованию за рубежом, совладельцами патентов на изобретения с участием россиян нередко становятся иностранные компании, как это было в 19 из 33 патентах US PTO и в 30 из 87 заявках PCT WIPO. Это создает определенные риски утечки патентоспособных идей.
ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ТРУДНОСТИ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ
Пожалуй, ни с какими из других представителей наномира не было связано столько оптимистических ожиданий на революционные преобразования в экономике и других сферах человеческой жизни, как с триадой "фуллерены – УНТ – графен". Однако реализация огромного потенциала этой триады оказалась не такой легкой и быстрой, как ожидалось [1].
В России ряд специализированных стартапов были основаны и успешно работали еще в 1990-х годах. Среди них ЗАО НПО "УНИХИМТЕК" (интеркалированные соединения графита) из Климовска, санкт-петербургские ЗАО "АСТРИН-ХОЛДИНГ" (углеродные наноматериалы фуллероидного типа), ЗАО "ИЛИП" (материалы на основе фуллерена) и ЗАО "Алмазный центр" (ультадисперсные алмазы), а также ЗАО "Фуллерен-Центр" (производство фуллеренов) из Нижнего Новгорода.
ФГБНУ ТИСНУМ, основанный в 1995 году как Научно-технический центр "Сверхтвердые материалы", длительное время успешно сочетает плодотворную научно-исследовательскую деятельность с патентованием и коммерциализацией ее результатов. Институт впервые создал технологию синтеза сверхтвердого фуллерита C60, подтвердив свой приоритет получением в 2001 году патента US PTO. В дальнейшем им разработаны способы получения сверхтвердого композиционного материала на основе углерода (патенты РФ № 2491987, 2523477, 2547485, 2556673) для применений в ракетно-космической и авиационной отраслях, при металлообработке, в горнодобывающей промышленности. Вообще, тематика российских изобретений связана с довольно широким спектром приложения фуллеренов и их производных, например, в медицине и фармацевтике, лазерной энергетике и получении нелинейно-оптических сред для ограничителей мощности лазерного излучения, в изоляционных материалах, солнечных батареях, дисплейной технике и др.
В последние годы растет интерес к возможному применению наноалмазов в композитах, смазочных материалах и в качестве средств доставки лекарств [2]. Россия имеет исторические традиции в производстве и использовании этого материала. Например, ЗАО "Алмазный Центр" разработал безопасный и надежный способ синтеза наноалмаза с улучшенными техническими, экономическими и экологическими параметрами, который позволяет организовать широкое производство продукта (патенты РФ № 2348580 и US PTO № 7867467). ООО "СКН" (Снежинск) получил патент РФ № 2452686 на устройство для очистки и модификации наноалмаза; кроме того, им была подана заявка PCT № WO/2008/143554. АО ФНЦП "Алтай" (Бийск), организовавшее первое в России массовое производство наноалмазов, имеет семь патентов РФ на их применение в технологиях машиностроения, химии и фармацевтической промышленности. ЗАО "Алмаз Фарм" получил три российских патента (№ 2555350, 2560697, 2560700) и патент US PTO (№ 9254340) на системы доставки биологически активных веществ в организм с использованием наноалмаза. В совокупности российские патенты охватывают практически все из перечисленных выше областей применения наноалмазов.
Российские ученые, открывшие нанопористый углерод, хотя впоследствии и упустили приоритет на его производство, имеют ряд изобретений, касающихся его применения в качестве сорбентов для ртутьсодержащих отходов (патент РФ № 2522676), для создания радиопоглощающих материалов (патент РФ № 2570794), для аккумулирования природного газа (патент РФ № 2625671) и др.
И, все-таки, глобальным трендом 2000-х годов стали УНТ и, позже, графен. Россия не среагировала вовремя на переключение мирового исследовательского интереса с фуллеренов на УНТ. Одно время мы не могли обеспечить нанотрубками нужного качества даже лаборатории, что тормозило исследования и, по цепочке, патентную активность [3]. То же относится и к графену. Сейчас в отношении УНТ положение постепенно выправляется. В стране есть несколько производителей многостенных УНТ, один из которых – ООО "НаноТехЦентр" в Тамбове. Одностенные УНТ, правда, в масштабах, обеспечивающих лишь исследовательские потребности, производит ООО "Углерод Чг" (спин-офф компания Института проблем химической физики РАН в Черноголовке). Наконец, технологическая компания OCSiAl (Новосибирск) недавно вывела на рынок материал TUBALL с высоким содержанием одностенных УНТ (>75%) и ценой в 50 раз ниже, чем у продуктов сравнимого качества.
OCSiAl заслуживает особого внимания в силу заявленных задач (массовое производство УНТ) и участия в проекте РОСНАНО. Кроме того, в данном случае отечественный бизнес активно стремится выйти на международный рынок. Компания была основана в 2009 году четырьмя физическими лицами. У истока создания оригинальной технологии получения одностенных УНТ стоял М.Р.Предтеченский – ученый из Института теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН. Основу составил разработанный и запатентованный им в 2000 году в России (патент РФ № 2157060) и в 2005 году в США (патент № 6846467 US) плазмохимический реактор. Метод синтеза УНТ был запатентован в 2012–2013 годах люксембургской компанией MCD Technologies (патент РФ № 2478572; патенты № 8137653 US и 8551413 US). Технология реализована в пилотной промышленной установке синтеза одностенных УНТ Graphetron 1.0, которая запущена в 2013 году в Технопарке Новосибирского Академгородка компанией OCSiAl. Установка производит до 10 т нанотрубок в год, а соотношение цена / качество делает экономически целесообразным их массовое внедрение. Успешная эксплуатация Graphetron 1.0 доказала возможность неограниченного масштабирования технологии синтеза. Компания предлагает свой продукт в качестве нанодобавок в катодный материал литий-ионных батарей, резину для производства шин, композиты для кузовных деталей автомобиля, углепластики для производства спортинвентаря и др. Ее бизнес-модель ориентирована на внедрение нанодобавок на уже существующих и отлаженных производствах. При этом в каждом случае должен решаться непростой технологический вопрос – равномерное диспергирование нанодобавки в материале-хозяине [1]. Оценивая коммерческую жизнеспособность отечественного проекта, нельзя не учитывать также и естественное соперничество УНТ с графеном, который обладает рядом преимуществ перед нанотрубками [1, 5]. Согласно некоторым исследованиям композиты с внедрением графена прочнее, жестче и менее подвержены отказу, чем композиты с УНТ [6]. Руководство OCSiAl на момент старта оценивало временное "окно" для реализации коммерческого преимущества своего метода в 5–10 лет, по мнению же председателя правления УК "РОСНАНО" А.Б.Чубайса, проект может стать для России флагманским [4]. Тем не менее на практике расчет на массовое внедрение УНТ сталкивается с трудностями. Например, под их внедрение в производство автомобильных шин (ОАО "Нижнекамскшина") и нефтехимическое производство (ОАО "Казаньоргсинтез") в 2015 году было анонсировано строительство завода в Татарстане мощностью до 250 тыс. т нанопродукта в год [7], однако, в 2017 году этот проект уже не упоминался [4]. Симптоматично также, что в 2013 году такая крупная немецкая компания, как Bayer, занимающаяся, в том числе высокотехнологичными полимерными материалами, отказалась от масштабного проекта производства и использования УНТ.
С графеном, обладающим уникальными свойствами (прочностью, гибкостью, высокой электропроводимостью), многие связывали будущее электроники. Однако это будущее может оказаться не столь близким: в десятки лет оценил недавно возможный срок становления графеновой электроники известный российский ученый А.Я.Вуль [8]. В авиастроении возможная "графеновая революция" пока тоже лишь на стадии экспериментов и демонстраций [9].
Таким образом, первоначальный бум, связанный с углеродными наноструктурами, пока не привел к их массовой коммерциализации. Тем не менее продолжающиеся исследования способны подсказать пути преодоления существующих в настоящее время технологических, экономических, экологических и других трудностей и барьеров для широкого применения этих замечательных наноструктур. Россия могла бы участвовать в международной конкуренции, делая ставку, по мнению А.Я.Вуля [8], на оригинальные способы производства дешевых фуллеренов и УНТ, производство и применение наноалмазов, нанопористого углерода, что фактологически подтверждает проведенный патентный анализ. Безусловно, необходимо стимулировать исследования графена и других 2D-материалов, поскольку именно на этой стадии существует возможность "обогнать, не догоняя".
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 16-06-00009).
REFERENCES
1. Noorden R. Chemistry: the trial of new carbon // Nature. 2011. V. 469 (7328). P. 14–16.
2. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds // Nature Nanotechnology. 2012. V. 7. № 1. P. 11–23.
3. Krestinin A.V. Problems and prospects of development of the industry of carbon nanotubes in Russia // Nanotechnologies in Russia. 2007. Vol. 2. No. 5–6. P. 18–23.
4. Fedotova I. Chubais grows a "new Gazprom". Single-walled // "Expert Online", December 4, 2017. Access mode: http://expert.ru/2017/03/6/rosnano.
5. Cientifica. Investing in graphene. 2013. Access mode: http://www.cientifica.com/wp-content/uploads/downloads/2013/07/Investing-in-Graphene.pdf.
6. Koratkar N.A. Graphene in Composite Materials. USA, Lancaster: DEStech Publications, Inc., 2013. 126 p.
7. Plant of nanotubes can be built in Tatarstan. 2015. Access mode: http://colesa.ru/news/38861.
8. Vul A.Ya. Russia can still become a leader in carbon nanotechnology. 2017. Access mode: https://ria.ru/science/20170204/1487065126.html.
9. Arsenin A. Battle for Graphene-3: does Russia have a chance for leadership? Access mode: http://www.forbes.ru/tehnologii/350351-bitva-za-grafen-3-est-li-u-rossii-shans-na-liderstvo?OlC77004ce8f33614114d3633ec694ef6e4=001df4d516a8d1d23df492323c981d4f.
КРАТКАЯ БИБЛИОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ УГЛЕРОДНОГО НАПРАВЛЕНИЯ
Поскольку в инновационной цепочке патентам предшествуют научные публикации, приведем ряд библиометрических индикаторов, рассчитанных на основе БД Science Citation Index Expanded (SCIE). Согласно рис.1, интерес в мире к исследованию углеродных наноструктур продолжает увеличиваться со среднегодовым темпом роста числа научных публикаций 14% за последние семь лет. Структуру этого роста характеризует рис.2, показывающий своеобразный закат "эры фуллеренов", расцвет и постепенное угасание "эры УНТ", стремительное восхождение графена, а также невысокий "нишевый" интерес к наноалмазам и другим формам наноуглерода. Заметим, что в указанный период произошли значительные изменения в географии исследователей: выпуск публикаций стали определять крупные азиатские игроки (более 68% в 2015 году), а Китай стал неоспоримым лидером на обозримую перспективу, поскольку его ближайший преследователь (США) отстает по своему вкладу на 26 процентных пунктов (п.п.). Вместе со структурой стали меняться и показатели научного воздействия, например, с 2011 года Китай опередил США, а Южная Корея – Германию по вкладу в топ-10% наиболее цитируемых публикаций в рассматриваемой области. Сингапур, в свою очередь, с 2012 года обошел Францию и Великобританию по вкладу в топ-1% самых цитируемых публикаций. Россия занимала в 2015 году девятое место по продуктивности, однако, по средней цитируемости публикаций входила лишь в четвертую десятку.
АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОСНОВЕ
БД US PTO И WIPO PATENTSCOPE
Интенсивность трансформации научного знания в патентуемые результаты может характеризовать следующее интегральное соотношение: примерно 4,4 патента US PTO и столько же заявок PCTWIPO приходится на 100 публикаций за период 2000–2016 годов. Стоит отметить, что углеродные наноструктуры не относятся в данном случае к лидерам. Большую коммерческую зрелость демонстрируют, например, лазеры, где на 100 публикаций за тот же период приходилось 28 патентов US PTO и 17 заявок PCT WIPO. Рис.1 показывает, что мировые публикационная и патентная активности (согласно БД US PTO) росли практически одинаковыми темпами, тогда как динамика подачи заявок PCT WIPO в последние годы стала заметно отставать. Как следует из рис.3 и 4, тематическую структуру патентуемых результатов в международных базах данных в основном определяет соперничество между УНТ и графеном, причем, если в заявках PCT WIPO графен опередил УНТ с 2013 года, то в патентах US PTO они практически сравнялись только в 2016 году. Остальные типы наноструктур служат лишь фоном для этого соперничества. Рис.5 показывает, что тематические структуры публикаций по углеродным наноструктурам и подаваемых заявок PCT WIPO достаточно хорошо коррелируют между собой.
ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКАЯ АКТИВНОСТЬ РОССИЯН И СТРУКТУРА ПАТЕНТОВАНИЯ
Важнейшим международным экономическим блоком с участием России является БРИКС, который в последние годы заметно наращивает изобретательскую активность. Например, доля заявок PCT WIPO, в которых хотя бы один из изобретателей является гражданином одной из стран БРИКС, увеличилась с 3,8% в 2010 году до 17,2% в 2016 году. Для сравнения: за тот же период аналогичная доля ЕС-28 уменьшилась с 23,9 до 19,5%. Локомотивом выступает Китай. Его граждане входят в число изобретателей в 843 патентах US PTO на углеродные наноструктуры, выданных в 2000–2016 годах. Далее с большим отрывом следуют: Индия, Россия, Бразилия и ЮАР, представители которых участвовали в 51, 33, 10 и 1 патентах US PTO соответственно. Своеобразным показателем "донорства" страны можно считать долю ее патентов (по принципу гражданства хотя бы одного изобретателя), которые выданы патентовладельцу другого государства. Наименьшее значение этого показателя (6%) у Китая, наибольшее (58%) – у России, то есть россияне связывают коммерческие перспективы своих изобретений с национальным бизнесом в значительно меньшей степени, чем представители других стран БРИКС.
УНТ посвящены 88,4% патентов US PTO с участием китайских изобретателей, 74,5% – индийских, 70% – бразильских. Эта же тема рассматривается в единственном патенте с участием изобретателей ЮАР. Вместе с тем, УНТ посвящены только 15,2% патентов с российским участием, остальные темы распределились следующим образом: 42,4% – фуллерены и их производные; 18,1% – наноалмазы; 15,2% – ДФНУ и 9,1% – графен. Уже на примере этой небольшой выборки видна специфика интересов российских изобретателей в рассматриваемой области. Среди патентов US PTO, выданных российским патентовладельцам, можно выделить следующие:
• патент № 6245312 US, выданный в 2001 году троицкому Научно-техническому центру "Сверхтвердые материалы", который позднее был преобразован в Институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ), на способ получения сверхтвердого фуллерита и изделий на его основе;
• патент № 7867467 US, выданный в 2011 году ЗАО "Алмазный центр" (Санкт-Петербург), на способ получения наноалмаза;
• патент № 9090752 US, выданный в 2015 году индивидуальному патентовладельцу из Санкт-Петербурга, на многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа;
• патент № 9096492US, выданный в 2015 году индивидуальному патентовладельцу из Нижнего Новгорода, на гидратированные n-фуллерен-аминокислоты, способ их получения и создание фармацевтических композиций на их основе;
• патент № 9254340 US, выданный в 2016 году ЗАО "Алмаз Фарм" (Москва), на способ получения конъюгата наноалмаза с глицином для доставки глицина в организм.
С другой стороны, патенты US PTO с участием российских изобретателей были выданы таким известным зарубежным компаниям, как Samsung Electronics (Южная Корея), Siemens (Германия), Ceram Optec Industries (США) и др.
Согласно выборке, произведенной из БД Роспатента, в рассматриваемый период было выдано 1 109 патентов РФ на изобретения в области углеродных наноструктур. Их тематическая структура (рис.6) значительно отличается от патентов US PTO и заявок PCT WIPO. Так, количество патентов, связанных с УНТ, только в 2009 году превысило количество патентов по фуллеренам, а число патентов, связанных с графеном, лишь к 2016 году незначительно превзошло количество патентов по наноалмазам и ДФНУ.
С точки зрения формирования деловой экосистемы важно, кто является получателем патентов. Можно отметить последовательное снижение среди выделенных категорий патентовладельцев доли институтов РАН, ФГУП и индивидуальных патентовладельцев. Напротив, свои доли поступательно наращивали университеты и иностранные компании (см. таблицу). Если первое могло быть следствием мер правительства по формированию инновационной инфраструктуры университетов, то второе должно вызывать определенные опасения. Заметим, что отечественный бизнес, слегка повысив свою долю в 2008–2013 годах, затем опять ее снизил. 57 патентов РФ (около 41% всех патентов корпоративного сектора) выданы в 2013–2016 годах зарубежным компаниям, среди которых Gurdian Industries (США), Exxon Mobil (США), BASF (Германия), Photonics France (Франция), Koninklijke Philips Electronics (Нидерланды) и др. Поскольку отечественный бизнес пока уделяет мало внимания патентованию за рубежом, совладельцами патентов на изобретения с участием россиян нередко становятся иностранные компании, как это было в 19 из 33 патентах US PTO и в 30 из 87 заявках PCT WIPO. Это создает определенные риски утечки патентоспособных идей.
ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ТРУДНОСТИ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ
Пожалуй, ни с какими из других представителей наномира не было связано столько оптимистических ожиданий на революционные преобразования в экономике и других сферах человеческой жизни, как с триадой "фуллерены – УНТ – графен". Однако реализация огромного потенциала этой триады оказалась не такой легкой и быстрой, как ожидалось [1].
В России ряд специализированных стартапов были основаны и успешно работали еще в 1990-х годах. Среди них ЗАО НПО "УНИХИМТЕК" (интеркалированные соединения графита) из Климовска, санкт-петербургские ЗАО "АСТРИН-ХОЛДИНГ" (углеродные наноматериалы фуллероидного типа), ЗАО "ИЛИП" (материалы на основе фуллерена) и ЗАО "Алмазный центр" (ультадисперсные алмазы), а также ЗАО "Фуллерен-Центр" (производство фуллеренов) из Нижнего Новгорода.
ФГБНУ ТИСНУМ, основанный в 1995 году как Научно-технический центр "Сверхтвердые материалы", длительное время успешно сочетает плодотворную научно-исследовательскую деятельность с патентованием и коммерциализацией ее результатов. Институт впервые создал технологию синтеза сверхтвердого фуллерита C60, подтвердив свой приоритет получением в 2001 году патента US PTO. В дальнейшем им разработаны способы получения сверхтвердого композиционного материала на основе углерода (патенты РФ № 2491987, 2523477, 2547485, 2556673) для применений в ракетно-космической и авиационной отраслях, при металлообработке, в горнодобывающей промышленности. Вообще, тематика российских изобретений связана с довольно широким спектром приложения фуллеренов и их производных, например, в медицине и фармацевтике, лазерной энергетике и получении нелинейно-оптических сред для ограничителей мощности лазерного излучения, в изоляционных материалах, солнечных батареях, дисплейной технике и др.
В последние годы растет интерес к возможному применению наноалмазов в композитах, смазочных материалах и в качестве средств доставки лекарств [2]. Россия имеет исторические традиции в производстве и использовании этого материала. Например, ЗАО "Алмазный Центр" разработал безопасный и надежный способ синтеза наноалмаза с улучшенными техническими, экономическими и экологическими параметрами, который позволяет организовать широкое производство продукта (патенты РФ № 2348580 и US PTO № 7867467). ООО "СКН" (Снежинск) получил патент РФ № 2452686 на устройство для очистки и модификации наноалмаза; кроме того, им была подана заявка PCT № WO/2008/143554. АО ФНЦП "Алтай" (Бийск), организовавшее первое в России массовое производство наноалмазов, имеет семь патентов РФ на их применение в технологиях машиностроения, химии и фармацевтической промышленности. ЗАО "Алмаз Фарм" получил три российских патента (№ 2555350, 2560697, 2560700) и патент US PTO (№ 9254340) на системы доставки биологически активных веществ в организм с использованием наноалмаза. В совокупности российские патенты охватывают практически все из перечисленных выше областей применения наноалмазов.
Российские ученые, открывшие нанопористый углерод, хотя впоследствии и упустили приоритет на его производство, имеют ряд изобретений, касающихся его применения в качестве сорбентов для ртутьсодержащих отходов (патент РФ № 2522676), для создания радиопоглощающих материалов (патент РФ № 2570794), для аккумулирования природного газа (патент РФ № 2625671) и др.
И, все-таки, глобальным трендом 2000-х годов стали УНТ и, позже, графен. Россия не среагировала вовремя на переключение мирового исследовательского интереса с фуллеренов на УНТ. Одно время мы не могли обеспечить нанотрубками нужного качества даже лаборатории, что тормозило исследования и, по цепочке, патентную активность [3]. То же относится и к графену. Сейчас в отношении УНТ положение постепенно выправляется. В стране есть несколько производителей многостенных УНТ, один из которых – ООО "НаноТехЦентр" в Тамбове. Одностенные УНТ, правда, в масштабах, обеспечивающих лишь исследовательские потребности, производит ООО "Углерод Чг" (спин-офф компания Института проблем химической физики РАН в Черноголовке). Наконец, технологическая компания OCSiAl (Новосибирск) недавно вывела на рынок материал TUBALL с высоким содержанием одностенных УНТ (>75%) и ценой в 50 раз ниже, чем у продуктов сравнимого качества.
OCSiAl заслуживает особого внимания в силу заявленных задач (массовое производство УНТ) и участия в проекте РОСНАНО. Кроме того, в данном случае отечественный бизнес активно стремится выйти на международный рынок. Компания была основана в 2009 году четырьмя физическими лицами. У истока создания оригинальной технологии получения одностенных УНТ стоял М.Р.Предтеченский – ученый из Института теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН. Основу составил разработанный и запатентованный им в 2000 году в России (патент РФ № 2157060) и в 2005 году в США (патент № 6846467 US) плазмохимический реактор. Метод синтеза УНТ был запатентован в 2012–2013 годах люксембургской компанией MCD Technologies (патент РФ № 2478572; патенты № 8137653 US и 8551413 US). Технология реализована в пилотной промышленной установке синтеза одностенных УНТ Graphetron 1.0, которая запущена в 2013 году в Технопарке Новосибирского Академгородка компанией OCSiAl. Установка производит до 10 т нанотрубок в год, а соотношение цена / качество делает экономически целесообразным их массовое внедрение. Успешная эксплуатация Graphetron 1.0 доказала возможность неограниченного масштабирования технологии синтеза. Компания предлагает свой продукт в качестве нанодобавок в катодный материал литий-ионных батарей, резину для производства шин, композиты для кузовных деталей автомобиля, углепластики для производства спортинвентаря и др. Ее бизнес-модель ориентирована на внедрение нанодобавок на уже существующих и отлаженных производствах. При этом в каждом случае должен решаться непростой технологический вопрос – равномерное диспергирование нанодобавки в материале-хозяине [1]. Оценивая коммерческую жизнеспособность отечественного проекта, нельзя не учитывать также и естественное соперничество УНТ с графеном, который обладает рядом преимуществ перед нанотрубками [1, 5]. Согласно некоторым исследованиям композиты с внедрением графена прочнее, жестче и менее подвержены отказу, чем композиты с УНТ [6]. Руководство OCSiAl на момент старта оценивало временное "окно" для реализации коммерческого преимущества своего метода в 5–10 лет, по мнению же председателя правления УК "РОСНАНО" А.Б.Чубайса, проект может стать для России флагманским [4]. Тем не менее на практике расчет на массовое внедрение УНТ сталкивается с трудностями. Например, под их внедрение в производство автомобильных шин (ОАО "Нижнекамскшина") и нефтехимическое производство (ОАО "Казаньоргсинтез") в 2015 году было анонсировано строительство завода в Татарстане мощностью до 250 тыс. т нанопродукта в год [7], однако, в 2017 году этот проект уже не упоминался [4]. Симптоматично также, что в 2013 году такая крупная немецкая компания, как Bayer, занимающаяся, в том числе высокотехнологичными полимерными материалами, отказалась от масштабного проекта производства и использования УНТ.
С графеном, обладающим уникальными свойствами (прочностью, гибкостью, высокой электропроводимостью), многие связывали будущее электроники. Однако это будущее может оказаться не столь близким: в десятки лет оценил недавно возможный срок становления графеновой электроники известный российский ученый А.Я.Вуль [8]. В авиастроении возможная "графеновая революция" пока тоже лишь на стадии экспериментов и демонстраций [9].
Таким образом, первоначальный бум, связанный с углеродными наноструктурами, пока не привел к их массовой коммерциализации. Тем не менее продолжающиеся исследования способны подсказать пути преодоления существующих в настоящее время технологических, экономических, экологических и других трудностей и барьеров для широкого применения этих замечательных наноструктур. Россия могла бы участвовать в международной конкуренции, делая ставку, по мнению А.Я.Вуля [8], на оригинальные способы производства дешевых фуллеренов и УНТ, производство и применение наноалмазов, нанопористого углерода, что фактологически подтверждает проведенный патентный анализ. Безусловно, необходимо стимулировать исследования графена и других 2D-материалов, поскольку именно на этой стадии существует возможность "обогнать, не догоняя".
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 16-06-00009).
REFERENCES
1. Noorden R. Chemistry: the trial of new carbon // Nature. 2011. V. 469 (7328). P. 14–16.
2. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds // Nature Nanotechnology. 2012. V. 7. № 1. P. 11–23.
3. Krestinin A.V. Problems and prospects of development of the industry of carbon nanotubes in Russia // Nanotechnologies in Russia. 2007. Vol. 2. No. 5–6. P. 18–23.
4. Fedotova I. Chubais grows a "new Gazprom". Single-walled // "Expert Online", December 4, 2017. Access mode: http://expert.ru/2017/03/6/rosnano.
5. Cientifica. Investing in graphene. 2013. Access mode: http://www.cientifica.com/wp-content/uploads/downloads/2013/07/Investing-in-Graphene.pdf.
6. Koratkar N.A. Graphene in Composite Materials. USA, Lancaster: DEStech Publications, Inc., 2013. 126 p.
7. Plant of nanotubes can be built in Tatarstan. 2015. Access mode: http://colesa.ru/news/38861.
8. Vul A.Ya. Russia can still become a leader in carbon nanotechnology. 2017. Access mode: https://ria.ru/science/20170204/1487065126.html.
9. Arsenin A. Battle for Graphene-3: does Russia have a chance for leadership? Access mode: http://www.forbes.ru/tehnologii/350351-bitva-za-grafen-3-est-li-u-rossii-shans-na-liderstvo?OlC77004ce8f33614114d3633ec694ef6e4=001df4d516a8d1d23df492323c981d4f.
Отзывы читателей
