Представьте себе алюминиевую вилку. Лёгкая, но согнуть её ничего не стоит. А теперь представьте такую же вилку, которую гнуть бесполезно — она просто не поддастся. Разница в пару процентов добавки одного редкого элемента, о котором большинство из нас даже не слышало. Речь про скандий — серебристый металл с атомным номером 21. Он долгие годы оставался лабораторной диковинкой, потому что добывать его сложно и дорого. Но технологии не стоят на месте, и теперь именно скандий прочат в главные герои новой индустриальной эпохи. Доцент кафедры международного бизнеса РЭУ имени Плеханова Анастасия Прикладова недавно заявила, что этот металл станет ключевым редкоземельным элементом будущего, и если присмотреться к тому, что сегодня происходит в авиастроении, космической отрасли и даже в поездах на магнитной подушке, становится понятно — она абсолютно права .
Как скандий превращает алюминий в суперматериал
Тут вообще удивительная история получается. Достаточно добавить всего 0,4 процента скандия в алюминиевый сплав, и материал начинает вести себя как совершенно другой. Прочность скачками идёт вверх, свариваемость становится идеальной — а ведь обычный алюминий варить та ещё головная боль, он трескается. И при этом сплав остаётся лёгким, как пушинка. Для авиастроения это священный грааль: самолёт, который весит на 15–20 процентов меньше, потребляет меньше топлива, берёт больше груза и дольше живёт без усталостных трещин. В космической отрасли то же самое — каждый лишний килограмм на старте стоит бешеных денег.
Раньше производители упирались в цену вопроса. Скандий стоил как хороший автомобиль за килограмм, доходило до пяти тысяч долларов. Использовали его только в военных разработках и космосе, где бюджет обычно позволяет многое. Но ситуация в последние годы начала кардинально меняться, и тут интересный поворот с участием российских компаний. «Русал» заявил о запуске опытного производства оксида скандия на Богословском алюминиевом заводе. Технология, по информации компании, позволяет извлекать ценный металл из красного шлама — это такой отход, который остаётся после производства глинозёма и обычно просто складируется в огромных количествах, создавая экологические проблемы. А тут вместо отходов — продукт с добавленной стоимостью. Мощность установки должна составить полторы тонны в год, инвестиции в проект оцениваются в полмиллиарда рублей.
Замгендиректора по науке компании «Скайград» Жанетта Галиева, комментируя эту новость, заметила важную вещь. Если «Русал» действительно разработал технологию, при которой себестоимость килограмма оксида скандия укладывается в 500–550 долларов и при этом нет проблемы утилизации отходов, то производителям можно только аплодировать. Потому что при таком уровне затрат алюминиево-скандиевые сплавы из разряда экзотики переходят в категорию вполне себе рабочих, коммерчески оправданных материалов. Представляете, сколько всего можно сделать из такого алюминия? От деталей самолётов и ракет до дорогих велосипедных рам, которые весят меньше двух килограммов и при этом выдерживают взрослого мужика на кочках. Даже в производстве дорогих смартфонов такой материал мог бы пригодиться — рамка из него будет и лёгкой, и жёсткой, и антеннам не помеха.
Неодим, лантан и поезда, которые летают
Если скандий отвечает за прочность конструкций, то целая группа других редкоземельных элементов занимается тем, что заставляет технику работать на принципиально новых физических принципах. Ведущий научный сотрудник Лаборатории исследований внешней торговли Президентской академии Павел Павлов в беседе с журналистами обратил внимание на неодим и празеодим. Эти металлы нужны для производства сверхмощных постоянных магнитов. Без них не собрать нормальный электродвигатель, не сделать жёсткий диск, не построить поезд на магнитной подушке. А поезда эти, кстати, уже не фантастика. Павлов напомнил про коммерческий маглев в Шанхае, который возит пассажиров со скоростью 431 километр в час. И это не предел — в конце прошлого года экспериментальный состав в Китае разогнался до 800 километров в час. Это уже крейсерская скорость самолёта, только по земле. Для таких трасс нужны километры магнитных линий, на которые уйдут тонны редкоземельных материалов.
Китайцы вообще молодцы в этом направлении. Они придумали поезд на постоянных магнитах, которому для левитации вообще не нужно подавать электричество. В уезде Синьгоу провинции Цзянси уже запустили тестовую трассу Red Rail длиной 800 метров. Гондола подвешена на высоте десяти метров и может взять на борт 88 пассажиров. Скорость пока небольшая — до 80 километров в час, но энергии тратится минимум. Строительство такого монорельса обходится всего в десятую часть стоимости обычного метро. Для городов, где вечно пробки и подземку строить сложно из-за плотной застройки или грунтовых вод, это настоящая палочка-выручалочка. Добавка неодима в магниты делает их практически вечными — учёные говорят о деградации свойств не более пяти процентов за сто лет.
А вот ещё один интересный факт, на который обратил внимание Павлов. Для производства современных аккумуляторных батарей для электротранспорта требуется лантан. Казалось бы, при чём тут он? Но без него не сделать батарею, которая нормально работает зимой. Компания SAIC Motor ещё в августе прошлого года открыла предзаказы на обновлённый электромобиль MG4 с полутвердотельным аккумулятором. Там используется алюминиево-редкоземельный сплав с лантаном и церием. Китайцы вбухали в разработку 500 миллионов юаней, и результат того стоил. Батарея безопаснее обычных литий-ионных, быстрее заряжается — с 30 до 80 процентов за 20 минут, и самое главное, при минус семи градусах тепловой насос сохраняет до 75 процентов запаса хода. Для стран с холодными зимами это принципиальный момент. Сколько людей отказываются от электромобилей именно потому, что на морозе они превращаются в тыкву.
Арктика, геополитика и битва за будущее
Теперь самое интересное. Все эти чудесные металлы нужно где-то брать. И тут география начинает играть главную роль. Россия обладает колоссальными запасами редкоземельных элементов, и значительная их часть залегает в Арктической зоне. Льды тают, навигация становится проще, и доступ к месторождениям, о которых раньше только мечтали, становится реальным. Неудивительно, что американский бизнес начинает проявлять к этому региону повышенный интерес. Роберт Эйджи, глава Американской торговой палаты в России, ещё год назад говорил, что после нормализации отношений именно Арктика может стать точкой входа для совместных проектов. Он подчеркнул, что Россия и США там непосредственные соседи, а ресурсы региона колоссальны.
Более того, по данным СМИ, тема редкоземельных металлов уже обсуждалась с американской стороной в контексте снятия торговых ограничений. Президент России в феврале прошлого года заявлял о готовности предложить американским партнёрам совместную работу в Арктике именно в сфере редких и редкоземельных металлов. Программный менеджер РСМД Константин Суховерхов в этой связи вспоминает проекты «Сахалин-1» и «Сахалин-2», где международные консорциумы с участием американцев и японцев успешно работали много лет. Правда, тогда делили нефть и газ, теперь речь пойдёт о металлах, без которых невозможна современная электроника, зелёная энергетика и транспорт будущего.
Василий Колташов, руководитель центра политэкономических исследований Института нового общества, в одном из интервью телеканалу «Россия 24» высказался ещё определённее. Добыча в Арктике, особенно редкоземельных металлов, сулит такие прибыли, что любые политические разногласия могут отойти на второй план. По его мнению, совместные предприятия с соглашением о разделе продукции или договором о разделе прибыли способны стать реальной точкой контакта между Москвой и Вашингтоном. При этом не надо думать, что это какая-то далёкая перспектива. Китай, который остаётся мировым лидером по переработке редкоземельных элементов, наращивает их потребление такими темпами, что остальной мир уже задумывается о диверсификации источников сырья. Скандий, неодим, лантан, диспрозий, празеодим — эти названия скоро будут знать не только химики и металлурги, но и обычные люди, потому что без них не полетит самолёт, не поедет машина и не зажжётся экран смартфона.
Интересно, что на этом фоне обсуждаются и по-настоящему грандиозные проекты. Британский The Economist писал, что США ведут с российской стороной переговоры о строительстве тоннеля под Беринговым проливом и создании дата-центра на атомной энергии. Звучит как фантастика, но кто бы мог подумать лет двадцать назад, что редкоземельные металлы станут предметом торга на высшем уровне? А теперь это реальность. Месторождения в Арктике, совместные разработки, обмен технологиями — всё это уже не завтрашний день, а сегодняшний. И скандий, этот скромный металл с красивым названием, окажется в центре всей этой истории. Потому что без него не сделать тот самый суперпрочный и лёгкий сплав, который позволит самолётам летать дальше, поездам ездить быстрее, а кораблям — не бояться солёной воды. Иногда самые важные вещи находятся не на виду, а где-то на периферии, пока однажды без них невозможно обойтись.
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые статьи и ставьте нравится.
