Гонка за нано

Наноцеллюлоза нужна везде, где необходима прочность! Ведь прочнее наноцеллюлозы только углеродные нанотрубки, то есть алмаз! Понятно, что первыми в очереди на использование наноцеллюлозы стоят военные. И ещё более понятно, почему сразу после появления новостей о каких-либо прорывах (в смысле удешевления производства за рубежом) дальнейшая информация о наноцеллюлозе как-то быстро затухает.

Но пермский прорыв — это новость, хотя ещё никто не уверен, будет ли толк от открытия, сделанного сотрудницей лаборатории Эльвирой Позюмко. Ученые ПГНИУ установили экспериментальным путём, что грибки банальной плесени Aspergillus niger действительно могут не только портить хлеб. Они ещё и замечательно разлагают полимеры, в том числе лигнин, придающий прочность любой древесине. Однако считать, что достаточно насыпать в чан, например, опилок и соскрести туда зелёную корочку с заплесневевшего хлеба для того, чтобы через неделю получить чистую наноцеллюлозу, было бы чересчур наивно. Процесс предполагает шесть стадий, на одной из которых происходит получение чистых целлюлозных волокон и удаление лигнина. А на какой и как именно — это и есть ноу-хау биолаборатории ПГНИУ, вокруг которой уже началось определённое оживление.

Прямо во время нашей беседы, которая проходила в лаборатории, Александру Максимову, заведующему сектором биокатализа и биосинтеза, позвонили из московской корпорации и предложили сотрудничество.

Как смеётся Максимов, все почему-то решили, что у них уже налажено поточное производство наноцеллюлозы — и не просто в тоннах, а в виде готовых к дальнейшему использованию сверхпрочных пластин. Но речь пока идёт только о килограммах, ведь организация конвейера — не дело учёных. К тому же для получения пластин наноцеллюлозу надо обезвоживать, а это отдельный процесс. Учёные лаборатории разработали технологию, а как использовать научное открытие в производственных (а самое главное — коммерческих) целях — должны думать совсем другие люди. Лаборатория готова к сотрудничеству при условии сохранения лицензионных прав. Сами учёные свой бизнес открывать не будут — им это попросту не интересно.

Прелесть момента состоит в том, что мы стали свидетелями рождения идеи, за которой маячит настоящая технологическая революция, по крайней мере, в том, что касается производства материалов. С другой стороны — это прекрасный способ понять, готово ли пермское деловое сообщество и краевые власти к вызовам XXI века.

А теперь несколько слов о проблемах, встающих после «приручения» плесени. Дело в том, что целлюлоза вообще и наноцеллюлоза в частности боятся влаги. Наблюдение, чрезвычайно интересное с научно-познавательной точки зрения и совершенно бессмысленное с практической. Кому нужен материал, который при соприкосновении с водой просто растворяется? Добавлять в чистую целлюлозу водоотталкивающие вещества — значит снижать её прочность. Поэтому пока сверхпрочные качества наноцеллюлозы предполагается использовать в виде каких-то добавок или прослоек, герметично закрытых другими материалами. А ещё можно вкладывать деньги в дальнейшие исследования с надеждой, что когда-нибудь удастся получить материал, стойкий к воде.

Не будь этого, вряд ли удастся увидеть нам, например, танк «Армата» бронированным с использованием наноцеллюлозы, а значит, ставшим в несколько раз легче нынешнего и соответственно увеличившим свою скорость. Другое дело, что Максимов с некоторой обидой говорил о другом, незаслуженно забытом, свойстве наноцеллюлозы: она не только сверхпрочная, но ещё и сверхпластичная, потому что это всё-таки не жидкость, а псевдожидкость, то есть коллоидный раствор нанокристаллов. И кристаллов настолько мелких, что они вступают в молекулярные связи между собой. Это делает наноцеллюлозу материалом, весьма перспективным для всевозможных клеев и строительных растворов, предназначенных для заполнения пустот. Согласитесь, что строительных фирм в той же Перми намного больше, чем производителей касок и бронежилетов. Но от строителей пока никаких запросов на наноцеллюлозу нет.

В конечном итоге всё упирается в себестоимость производства, поскольку сам материал и его свойства давно известны. Кстати, по признанию Александра Максимова, именно из-за уникальных свойств наноцеллюлозы Эльвира Позюмко ею и занялась. Распространённая университетом информация о том, что использование Aspergillus niger удешевляет производство в 3,5 раза, несколько поспешна: гомогенизацию, то есть дробление волокон целлюлозы на нанофибриллы, никто не отменял. Вот если бы грибки заодно с расщеплением лигнина ещё и «пережёвывали» каждое волокно целлюлозы на 1 000 кусочков поменьше... Однако нельзя не признать, что решение использовать целлюлозосодержащие материалы (например, отходы ЦБК, которых в крае более 8 млн тонн) в качестве сырья, а грибковую плесень — в качестве расщепляющего реагента для удаления примесей, с технологической точки зрения весьма изящно.

Четыре года назад группа компаний «ЭФКО» распиарила проект по производству наноцеллюлозы из свёкольного жома, практически не содержащего лигнина, но что-то у них там в Белгородской области не заладилось. Скорее всего, всё опять упирается в себестоимость. Два года назад Малькольм Браун — профессор из университета штата Техас в Остине (США) — не менее громогласно объявил о «приручении» генномодифицированных сине-зелёных водорослей, которым после внедрения генов чайного гриба для выделения наноцеллюлозы нужны лишь солнце и вода. Но опять-таки есть подозрение, что конечный продукт всё равно придётся дробить. Наконец, опытный завод Лаборатории лесной продукции из Лесной службы США уже приступил к производству нанокристаллической целлюлозы из щепы и опилок. Из всего этого видно, что в мире идёт настоящая гонка за CNC (англоязычное обозначение наноцеллюлозы), себестоимость которой в Штатах нацелились снизить до $10 за килограмм.

Если пермская наноцеллюлоза будет дешевле 500 рублей за килограмм — вот тогда это и будет настоящий технологический прорыв. Но экономические расчёты в лаборатории пока не делали. Тем не менее за пермских учёных всё равно приятно.