Войти
Войти через социальные сети
Войти как пользователь «Ридус»

У вас еще нет логина? Зарегистрируйтесь!
Забыли пароль? Восстановить

Свернуть меню

Через 15 лет люди будут есть пищу из отходов и ездить на беспилотниках

01 марта, 01:37 | Екатерина Трофимова

Институт статистических исследований и экономики знаний ВШЭ представил аналитический доклад «Глобальные технологические тренды». В нем собрано 63 технологии, которые в ближайшие 10−15 лет могут радикально изменить облик мировой экономики и общества. Россия по большинству из них пока в рядах догоняющих, и на это стоит обратить внимание российскому государству и бизнесу.

Вышедший в начале 2016 года доклад — итог пятилетний работы. Ее первые результаты легли в основу прогноза научно-технологического развития России на период до 2030 года, который был утвержден председателем правительства РФ 3 января 2014 года, рассказал первый проректор НИУ ВШЭ Леонид Гохберг.

Научный подход к прогнозированию будущего

Общей целью проекта является создание комплексной системы мониторинга сферы науки, технологий и инноваций в России и за рубежом и выявление самых перспективных направлений. Все они структурированы по семи приоритетным для развития российской науки и техники областям — информационно-коммуникационные технологии, науки о жизни (здравоохранение и медицина), биотехнологии, нанотехнологии, национальное природопользование, энергетика и энергоэффективность, транспортные и космические системы. Так что исследование динамическое, оно продолжается, каждые 2−3 недели выходит новый бюллетень. Каждый выпуск посвящен одной теме.

Данные мониторинга могут быть полезны государственным органам, бизнесу, научным учреждениями, деятельность которых так или иначе связана с разработкой и использованием долгосрочных прогнозов. И всем, кто небезразличен к технологическим переменам. «В период кризисов интерес к будущему возрастает, — отметил на круглом столе, посвященном обсуждению доклада, генеральный директор и председатель правления ОАО „Российская венчурная компания“ Игорь Агамирзян. — Когда непонятно, что будет завтра, всех начинает интересовать, что будет через 15 лет».

Отличие данного исследования от многочисленных спекуляций на тему будущего (типа «ТОП-10 технологий, которые изменят мир» и т. д.) заключается в научном подходе. Информация четко структурирована, снабжена цифрами и графиками и главное — основана на масштабной доказательной базе, которая охватывает множество источников. В их числе библиометрические базы данных, базы данных патентных ведомств и медиаконтента, базы ведущих Форсайт-платформ, материалы научных и бизнес-конференций; ресурсы сети Интернет; базы данных диссертаций и презентаций; сайты ведущих мировых академических институтов и отчеты международных организаций. И перечень постоянно расширяется, заверил Леонид Гохберг.

«Это первый российский сборник с четкими цифрами, данными, технологиями. Мы точно будем его использовать для экспертиз», — заявил директор Фонда развития промышленности Алексей Комиссаров.

По каждому тренду в докладе даются краткая информация, возможные области применения, ожидаемые эффекты, драйверы и барьеры, вероятный срок максимального проявления тренда, этапы технологической эволюции, статистические данные и экспертные оценки, динамика публикационной и патентной активности по теме тренда и оценка уровня развития науки и технологий по данному тренду в России. Беглый просмотр доклада показывает, что с последним пунктом все довольно грустно. Уровень этот разделен на пять видов.

«Белые пятна» — существенное отставание от мирового уровня, отсутствие (или утрата) научных школ.

«Заделы» — наличие базовых знаний, компетенций, инфраструктуры, которые могут быть использованы для форсированного развития соответствующих направлений исследований.

«Возможность альянсов» — наличие отдельных конкурентоспособных коллективов, осуществляющих исследования на высоком уровне и способных «на равных» сотрудничать с мировыми лидерами.

«Паритет» — уровень российских исследований не уступает мировому.

«Мировой лидер» — тут все понятно.

Так вот, из 63 трендов, представленных в докладе, уровня «мирового лидера» в России нет ни одного, и всего шесть — на уровне «паритет». Большинство же российских достижений представлены оценками «белые пятна» и «задел».

Добились паритета

«Паритетные» тренды заслуживают того, чтобы на них остановиться отдельно. Из шести половина относятся к атомной энергетике — традиционно сильной области российской науки.

Транспортабельные и плавучие АЭС

В мире есть немало труднодоступных мест, не подключенных к магистральным сетям энергоснабжения, в России, например, это районы Крайнего Севера. Для выработки тепловой и электрической энергии там используются, в основном, малая тепловая энергетика и изолированная генерация (электростанции на базе дизельных генераторов). Чтобы снизить зависимость таких территорий от непрерывных поставок топлива, запасных частей и сервисного обслуживания, альтернативным технологическим решением могут стать транспортабельные и плавучие атомные теплоэлектростанции малой и средней мощности, работающие в автономном режиме продолжительное время. Среди наиболее перспективных и продвинутых разработок в данном направлении — ПАТЭС, или плавучая атомная теплоэлектростанция (представляет собой судно, на котором размещены пара ядерных блоков и паротурбинные установки, а также комплекс вспомогательных береговых и гидротехнических сооружений). Подобная станция позволяет одновременно производить тепловую и электрическую энергию и получать пресную воду.

Коммерческая эксплуатация транспортабельных АЭС может начаться уже в 2017 году. $12,3 млрд может составить объем мирового рынка ПАТЭС к 2025 году. Первая станция «Академик Ломоносов» будет запущена к 2016 году. В России массовое развитие малой атомной энергетики ожидается на горизонте 2020-х гг. В мире плавучие и транспортабельные станции могут стать востребованными в 2020—2025 гг. Вероятный срок максимального проявления технологического тренда: 2030—2035 гг.

Реакторы IV поколения с замкнутым ядерным топливным циклом

Атомная энергетика не является полностью безотходной. В процессе обогащения природного урана для производства топлива, в ходе переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ) образуются радиоактивные отходы. После специальной переработки их можно повторно использовать для производства электроэнергии в реакторах IV поколения, или реакторах на быстрых нейтронах. Переход на них может способствовать общему сокращению объемов радиоактивных отходов. Реакторы на быстрых нейтронах действуют по замкнутому, практически безотходному циклу. В них можно «дожигать» отработанное ядерное топливо легководных реакторов, использовать разное по составу топливо, включая «смесь» различных изотопов урана и других элементов, сходных с ним по качеству — и таким образом диверсифицировать «топливную корзину».

Атомные опреснительные комплексы

К 2050 году около 40% жителей планеты могут проживать в районах острого водного дефицита. Спрос на воду в мире вырастет на 55%: главным образом за счет потребления в промышленности (рост до 400%), тепловой энергетике (140%) и домохозяйствах (130%). Для опреснения морской воды сейчас используют в основном либо дорогостоящую и энергоемкую технологию обратного осмоса, которая базируется на процессе ионической фильтрации, либо технологию, основанную на физическом процессе выпаривания, — многостадийную / многоступенчатую дистилляцию. Решить растущую проблему водного дефицита может строительство атомных опреснительных комплексов. Их можно устанавливать на базе атомных электростанций с реактором разной мощности: большой (более 1 000 МВт), средней (300—700 МВт) и малой (до 300 Мвт).

К 2018 году глобальные инвестиции в сектор опреснения могут составить $60 млрд. 50% мирового рынка опреснительных установок могут занять к тому времени российские технологии.

С водой связан еще один тренд, в развитии которого России удалось добиться заметных успехов.

Мембраны для водоочистки: объединение обратного осмоса с электродиализом

Почти половина населения планеты живет в условиях нехватки чистой воды, поэтому важной задачей становится развитие и внедрение на предприятиях технологий с замкнутым водным циклом, или с нулевым сбросом жидкости (Zero Liquid Discharge, ZLD). Сейчас воду очищают с помощью таких мембранных технологий, как обратный осмос, микрофильтрация и электродиализ. У наиболее распространенного способа — обратного осмоса — есть не только серьезные преимущества (сравнительно низкая себестоимость и высокая производительность), но и существенный недостаток — невозможность высокой концентрации солей. ZLD-производство создавать на базе только одной технологии невозможно, а с дополнительным применением традиционных методов — неэффективно. Решением станет объединение обратного осмоса и электродиализа. За счет применения новых материалов можно повысить эффективность обоих методов, оптимизировать систему пор и каналов мембран (в электролизе применяются наноразмерные мембраны с функциональными ионообменными центрами, в обратном осмосе — без функциональных группировок). Например, введение в мембраны небольшого количества каталитически активных наночастиц увеличит производительность электродиализа.

Последние два «паритетных» тренда касаются Арктики, что неудивительно с учетом географического положения России и того интереса, который уже несколько лет проявляется в стране к освоению этих холодных территорий. Впрочем, относительно мирового значения арктических трендов можно поспорить.

Новые типы ледоколов для развития коммерческой навигации в Северном Ледовитом Океане

Коммерческую эффективность ледокольных проводок снижает тот факт, что корпусы танкеров и сухогрузов большой вместимости (а только такие эффективны на дальних маршрутах) шире, чем корпусы ледоколов. В результате для сопровождения грузового судна или каравана требуется сразу два ледокола. Ведутся разработки новых типов ледоколов, способных создавать во льдах каналы шириной от 50 метров. Наиболее проработана конструкция ледокола с несимметричным корпусом, который перемещается во льдах под углом к направлению движения, что увеличивает ширину прорубаемого во льду канала. В декабре 2013 года был спущен на воду первый в мире несимметричный ледокол — российский ледокол «Балтика». Он может справляться со льдами толщиной до 0,6 метра, но ему не хватает массы и мощности для работы в тяжелых льдах арктических морей. Однако эксплуатация «Балтики» в водах Финского залива позволит апробировать данное технологическое решение.

Морские ледостойкие платформы для добычи нефти и газа на арктическом шельфе

Россия сделала важный шаг на пути освоения углеводородных ресурсов Арктики, введя в эксплуатацию морскую ледостойкую платформу «Приразломная», с которой первая нефть была отгружена весной 2014 года. Для закрепления успеха требуется форсированное развитие технологий строительства морских ледостойких буровых установок и нефтегазовых платформ. Главными направлениями являются полное импортозамещение и создание установок, пригодных для северных частей Баренцева и Карского морей. От обычных платформ ледостойкие отличаются прочностью и особой формой, которая способствует раскалыванию и раздроблению набегающих ледяных глыб. Им не страшны экстремально низкие температуры, сдавливание льдами, столкновение с торосистыми ледяными полями и небольшими айсбергами, обледенение надводной части.

К 2020 году Арктика может обеспечивать до 20% всей добычи углеводородов в России: около 150 млрд кубометров природного газа и более 40 млн тонн нефти. В современных ценах это эквивалентно 85 млрд долл. валового дохода.

Ты — то, что ты ешь

По словам Леонида Гохберга, все тренды равноценны в своих областях и выделить самые важные невозможно. С точки зрения мультипликативного эффекта можно отметить область IT и биотехнологий. А лично ему очень симпатичны тренды, связанные с развитием сельского хозяйства, которым обычно уделяется не так много внимания. В частности, вертикальное фермерство и аквакультура.

Многоэтажные вертикальные агрофермы

Вертикальные фермы — это автоматизированные комплексы с искусственным освещением, отоплением и кондиционированием, замкнутым водооборотом и стерильным воздухом. Растения в них размещаются на многочисленных ярусах, в результате чего площадь под сельхозкультурами оказывается в десятки раз больше площади здания.

Технологии интенсивного культивирования растений в многоэтажных зданиях позволяют выращивать плодоовощную продукцию на малой площади. Такие агрокомплексы выгодно внедрять в крупных городских агломерациях, городах в зонах засушливого климата и странах с дефицитом земельных ресурсов — там, где невозможно развивать сельское хозяйство традиционными способами. Но есть одно «но» — вертикальные фермы потребляют достаточно много энергии, поэтому наиболее целесообразно строить их либо в районах с высокой концентрацией топливных ресурсов, либо в зонах, благоприятных для генерации энергии из возобновляемых источников.

К 2040 году суммарные мировые инвестиции в вертикальные фермы, при благоприятном сценарии, могут составить $1−2 триллиона. Стоимость одного проекта может доходить до 2 млрд долларов. К 2025 году вертикальные фермы станут обычным для города явлением в развитых странах.

Внегрунтовое выращивание растений

Почва уже не обязательна для жизнедеятельности растений. Важен доступ их корневых систем к воде и питательным веществам, содержащим азот, фосфор, калий и другие элементы. В последние десятилетия получили развитие технологии внегрунтового растениеводства — гидропоника (выращивание растений в питательных водных растворах, при этом их корни закреплены в неорганическом водопроницаемом субстрате), аквапоника (питательные вещества извлекаются из отходов жизнедеятельности рыб) и аэропоника (выращивание растений со свободно свисающими в воздухе корнями, которые периодически обрызгиваются питательным раствором). В результате: в несколько раз выше урожайность в расчете на один гектар при меньшем объеме воды (до десяти раз) и удобрений (до четырех раз) в расчете на единицу продукции; лучше защита растений от болезней; легче предотвращается порча урожая. Благодаря таким технологиям можно сократить продолжительность цикла производства сельхозпродукции на 30% и на 90% - снизить ее водоемкость.

Уже сейчас мы далеко не всегда точно знаем, что на самом деле едим. Так, например, давно в продукты включаются пищевые добавки, сделанные из хитинового покрова насекомых. В будущем же сельское хозяйство ждет настоящая революция, считает Игорь Агамирзян: производство продуктов питания станет индустриализированным, большинству населения придется перейти на синтетическую еду, а традиционное земледелие останется в бутиковом виде для дорогостоящих экопродуктов.

Биоконверсия: еда из вторичного пищевого сырья

Ежегодно на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности России в процессе переработки мяса, птицы, пивной дробины, дрожжей, молочной сыворотки образуются десятки миллионов тонн органических отходов. Их утилизация приводит к загрязнению окружающей среды. Ведутся разработки, которые позволят получать из таких отходов продукты с высокой добавленной стоимостью. В перспективе могут быть созданы комплексные безотходные индустриальные схемы, в которых побочные продукты определенных технологических циклов станут сырьем для производства пищевых добавок, ингредиентов и продуктов. Стратегия переработки отходов предполагает их многоуровневую классификацию на макро- и микромолекулярные группы, каждая из которых далее разделяется по физико-химическим и структурным характеристикам. Таким образом можно определить целевые соединения с высокой добавленной стоимостью и разработать технологии их получения. Например, при конверсии жидких отходов переработки оливок по соответствующей технологии получают гидрокситиразол (пищевая добавка, функциональный ингредиент в хлебопечении) и биокомпозит на основе фенолов и пищевых волокон (природный антиоксидант, функциональный ингредиент для производства напитков, смузи и др.).

Впрочем, этот как раз тот случай, когда уровень развития технологии в России — «белые пятна». Так что перспектива есть переработанные отходы для нас явно не дело ближайшего будущего.

Умные города и дистанционное лечение

Новые технологии проникают буквально во все сферы жизни и затрагивают практически каждого. Это и генная инженерия, и «большие данные», и биоразлагаемая упаковка, и дистанционные технологии в самых разных сферах от электросетей до хирургии, и возобновляемая энергия, и новые формы лекарств, и многое-многое другое. Ознакомиться со всеми трендами можно на сайте.

А напоследок приведем еще несколько примеров, которые могут быть интересны широкому кругу граждан.

Беспилотные автомобили для «умного города»

Уже в обозримом будущем в транспортные потоки города вольются машины на беспилотном управлении. Основные функции автомобиля — рулевое управление, тормозная система, подача топлива — будут контролироваться автоматически. Беспилотные машины смогут распознавать дорожные условия, менять полосу движения, поддерживать безопасную дистанцию относительно других транспортных средств и даже преодолевать пробки — благодаря оснащению видеокамерами, сенсорами, радиолокационными датчиками и устройствами спутниковой навигации.

Беспилотные автомобили разрабатываются в ряде стран Европы, в частности, Нидерландах (программа 2getthere) и Италии (программа ARGO). Европейская комиссия реализует специальную программу с бюджетом в 800 млн евро. США ведут аналогичные разработки в рамках соревнования DARPA Grand Challenge и проекта «Беспилотный автомобиль Google». В России этой темой занимается Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт НАМИ. 10% мирового авторынка займут беспилотные автомобили к 2030 году. Общий объем рынка беспилотного автотранспорта составит порядка $87 млрд.

«Прощающая» дорожная инфраструктура

Компенсирует неспособность человека избежать ошибок и его физическую уязвимость на дорогах. «Умные» дороги позволяют экономить энергию и одновременно обеспечивают повышение безопасности для всех участников движения. Для решения первой задачи применяются системы подсветки, приводимые в действие по факту приближения автомобиля; люминесцентная краска, которая «заряжается» в дневное время суток и светится в темноте; вдоль магистрали размещаются солнечные батареи, запасающие энергию днем и расходующие ее в ночное время. Чтобы обеспечить долговечность и безопасность дорожного полотна, используют инновационные материалы и инженерные решения (модификаторы дорожного покрытия, структурированная дорожная разметка из термопластика, покрытия противоскольжения и т. п.). Целый ряд технологий позволяет повысить информативность магистрали (например, индикаторы погодных условий и состояния проезжей части). Такие дороги можно будет снабжать специальными индукционными полосами, предназначенными для подзарядки аккумуляторов электромобилей во время движения.

К 2019 году мировой рынок «умных» магистралей может достичь $28 млрд. Китай до 2020 г. планирует инвестировать в «интеллектуальную» инфраструктуру $85 млрд, Европа — $68 млрд. В США объем финансирования «умных» дорог в период до 2030 г. составит $286 млрд.

Имплантируемые микрочипы контролируют лечение хронических заболеваний

Почти каждый второй человек с хроническим заболеванием игнорирует предписания врачей. Имплантируемые микрочипы позволят забыть о графике приема лекарств и оптимизировать их дозировку. Больные сердечно-сосудистыми заболеваниями, остеопорозом, ВИЧ-инфицированные в ближайшем будущем смогут «переложить» контроль за временем приема и дозировкой назначенных лекарств на имплантируемые устройства — компактные системы дозирующих микрорезервуаров, управление функциями которых осуществляет микрочип с беспроводным каналом связи. Эти устройства в сочетании с миниатюрными системами мониторинга функций организма позволят забыть о необходимости следить за графиком приема лекарственных средств, оптимизировать их дозировку, не говоря о минимизации рисков для организма, обусловленных непрофессиональным вмешательством в процесс лечения. Подобные имплантируемые устройства могут найти и более широкое применение, например, при необходимости длительной контрацепции, восполнения недостаточности эндокринных желез, длительного функционирования в экстремальных условиях

Сохранить
в других СМИ

Комментарии (3)

Для комментирования новости авторизуйтесь
или войдите через социальные сети:

люди будут есть пищу из отходов//
народу больше, чем людей.

Это над этим трудились в ВШЭ пять лет?! Спустились бы с небес на землю и сделали бы что-нибудь полезное.