/ РИА Агентство практической журналистики «Аквила», 25 июля 2018 г. /

Лес – национальное богатство России. Его бережная и вместе с тем экономически выгодная эксплуатация подразумевает использование своевременных технологий учета леса, лесовосстановления и глубокой переработки древесины. Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) является одной из ведущих отраслей лесного комплекса и признана стратегически значимой для развития экономики, науки, образования и культуры нашей страны.

---

ЦБП России на сегодняшний день является экспортно ориентированной отраслью с невысокой степенью переработки древесины, поставляемой за рубеж, но с огромным потенциалом рационального использования имеющихся лесных запасов. Главная проблема отрасли – техническая отсталость, которую нужно преодолеть буквально завтра, чтобы полностью обеспечить внутреннее потребление продукции лесопромышленного комплекса (ЛПК), в том числе высокотехнологичной (как в медицине, так и в оборонном комплексе страны), и в конечном итоге составить конкуренцию ведущим экономикам мира в ближайшие 20 – 50 лет. Финансовые возможности преодолеть техническое отставание есть, но, инвестируя, нужно не продлевать существование модели государственной ренты на национальном достоянии, а пополнять экономику страны за счет выпуска принципиально новой продукции. Для этого нужно определить перспективные направления развития ЛПК и ЦБП, а затем приступить к реализации комплекса слаженных между участниками процесса действий по модернизации имеющихся производств.

О перспективах инновационного развития целлюлозно-бумажной промышленности России – в авторском материале Ёжины Сацыперовой.

---

План Б: замещение спроса из Китая

В России в 2017 году разработана и принята государственная Стратегия развития лесного комплекса РФ до 2030 года. Потенциально, через 12 лет ожидается прирост мирового спроса на целлюлозу на 30% со 440 млн т до 572 млн т. Наиболее быстрорастущими сегментами станут: макулатурный тарный картон (+58 млн т); потребительский картон (+22,9 млн т); санитарно-гигиенические изделия (СГИ) (+19,4 млн т). Изменение мирового потребления целлюлозно-бумажной продукции за десять лет (ил. 1) обусловлено сокращением печати (как газет и книг, так и документов), перспективами замещения хлопковых тканей на вискозные, ростом спроса на санитарно-гигиеническую продукцию и ростом спроса на специализированные бумаги и картоны, который определяется технико-технологическим прогрессом.

Изменение мирового потребления целлюлозно-бумажной продукцииза период 2006 – 2016 гг. Иллюстрация 1

Объем производства целлюлозы в России сегодня составляет около 8 млн тонн в год, наша страна находится на 8-м месте в мире по этому показателю. При этом производство целлюлозы имеет большой экспортный потенциал. На экспорт, преимущественно в Китай, уже идет около 2,2 млн тонн высококачественной целлюлозы.

К 2030 г. в России возможно увеличение объемов производства ЦБП на 12,4 млн т (товарная целлюлоза (+11,0 млн т); СГИ (+0,6 млн т); упаковочная бумага и картон (+0,6 млн т); писчепечатная бумага (+0,2 млн т)), при этом экспорт целлюлозы вырастет на 10,6 млн т.

Вискозная целлюлоза в России в настоящее время не производится, а ожидаемый спрос на вискозную целлюлозу в стране к 2030 году составит порядка 130 тысяч тонн. Поэтому в соответствии с указанным прогнозом, возможно как расширение действующих в России, так и создание новых ЦБК (в том числе для налаживания собственного производства вискозного волокна) при условии формирования экономически привлекательных условий для инвестирования.

«Планируем реализовать проекты по производству растворимой целлюлозы и отдельным направлением развить цепочку производства вискозного волокна для легпрома», — прокомментировал перспективы развития ЛПК заместитель министра промышленности и торговли РФ Виктор Евтухов, подчеркнув, что искусственные волокна сегодня пользуются в мире очень большим спросом, а в России для производства есть все необходимые ресурсы.

СПРАВКА о ЦБК в России На текущий момент в России функционирует порядка 30 целлюлозных производств. Около 93% всего объема приходится на «ведущую» пятерку: филиал группы «Илим» в Коряжме, филиал группы «Илим» в Братске, Монди СЛПК, филиал группы «Илим» в Усть-Илимске и Архангельский ЦБК. Три из пяти входят в группу «Илим», поэтому ее можно считать крупнейшей в России отраслевой группой. Все предприятия целлюлозно-бумажной промышленности испытывают трудности с лесоснабжением, несмотря на наличие собственных делянок и лесозаготовительных предприятий, которые могут обеспечить 40-60% потребности в сырье. Однако дальнейшее развитие связано с необходимостью разработки делянок находящихся на большом удалении и не имеющих развитой лесной инфраструктуры. Всё это сопряжено с большими инвестициями и увеличением стоимости сырья, отмечается в справке издания ЛесОнлайн. Названные проблемы можно преодолеть путем экстенсивного развития свободных территорий (создания новых городов и крупных населенных пунктов со всей необходимой инфраструктурой) и выстраивания новых логистических цепочек. Но пока такого развития территорий нет, крупные ЦБК имеют широкие возможности для привлечения инвестиций, в то время как многие средние и малые предприятия не имеют таких возможностей и при ухудшении экономических условий они могут оказаться нерентабельными. «Поэтому перспективный рост российской целлюлозно-бумажной промышленности будет связан с развитием флагманов отрасли», - отмечают эксперты издания ЛесОнлайн.

Ожидается, что основной мировой прирост спроса на товарную целлюлозу к 2030 г. придется на страны Азии (+24,6 млн т), в особенности на Китай (+19 млн т) и Китай продолжит закупать материал в России. А что если - нет?

Альтернативный прогноз дает Лариса Кривокоченко, к.э.н., ведущий научный сотрудник отдела экономических исследований и экспертиз внешнеторгового ценообразования ВНИКИ:

«Уже в краткосрочной перспективе мировой рынок целлюлозы будет развиваться в условиях избытка предложения ввиду введения в строй новых мощных предприятий (в том числе в России), а также в связи с перманентным высвобождением объемов целлюлозы, ранее использовавшихся на предприятиях для производства графических видов бумаг (прежде всего газетной бумаги).

В среднесрочной перспективе спрос на целлюлозу со стороны КНР может существенно снизиться. Китай, осуществляющий закупки целлюлозы по импорту в отсутствие собственного сырья, в настоящее время активно занимается созданием плантаций быстрорастущих лесных пород и строительством новых интегрированных предприятий по производству целлюлозы и бумаги. Будущее мирового рынка целлюлозно-бумажной продукции тесно связано с инновациями».

Сегодня экономические модели деятельности российского ЛПК построены либо на высокой доле экспорта необработанного природного ресурса, либо на продаже полуфабрикатов при низкой доле продажи высококачественной продукции. На пороге второй российской индустриальной революции (неизбежность которой очевидна для выживания всего российского народа) эти модели являются морально устаревшими. Нет никакого интереса продавать исходный продукт (или продукт грубой первичной переработки) за рубеж с тем, чтобы потом ввозить высокотехнологичную продукцию импортного производства по завышенным ценам. В мире тот, кто обладает ресурсом, тот и диктует правила. Инновационное производство подразумевает большую добавленную стоимость на готовый продукт в случае его продажи за пределы страны-изготовителя. И размер этой наценки, при правильной организации работы российского ЛПК в будущем, может быть сопоставим со всеми доходами, которые страна сейчас получает от продажи леса и продуктов его первичной переработки.

Наноцеллюлоза: от кожи человека до полетов в космос

В основе инновационных товаров – целлюлоза со множеством модификаций. Наиболее перспективным является применение наноцеллюлозы.

Наноцеллюлоза — это материал, представляющий собой набор наноразмерных волокон целлюлозы с высоким отношением сторон (длины к ширине), типичная ширина волокна — 5-20 нм, длина — от 10 нм до нескольких мкм. Наноцеллюлоза представляет собой коллоидный раствор (гелеподобная масса), который не расслаивается и не образует осадок. Структура этого материала представлена плотно упакованным массивом игловидных кристаллов.

Наноцеллюлоза обладает такими свойствами, как сверхпрочность — по своей прочности превосходит нержавеющую сталь и псевдопластичность, т.е. является вязкой при обычных условиях и ведёт себя как жидкость при физическом взаимодействии (тряске, взбалтывании и т.п.). Эти свойства позволяют создавать на ее основе сверхлёгкие и сверхпрочные материалы. В зависимости от технологий, современные исследователи работают с разными видами наноцеллюлозы: NFC (нанофибриллярная целлюлоза), NCC (нанокристаллическая целлюлоза), BC (бактериальная целлюлоза) и другими.

Многие ученые уверены, что наноцеллюлоза – материал будущего. Но уже сегодня наноцеллюлоза используется для создания фильтров сверхтонкой очистки воды, протезов рук и ног, впитывающих повязок для ран, теплоизоляционных материалов в строительстве, в качестве антислеживающих веществ в пищевой промышленности и в составе многих других полезных товаров.

Продукцию на основе наноцеллюлозы, как существующую, так и инновационную, можно классифицировать на

- товары массового спроса (строительные  (пенообразующие, лакокрасочные, термоизоляционные материалы, клеящие материалы) и композиционные материалы (в том числе для автомобилестроения); лекарства, пищевые и кормовые добавки, косметические средства; одежда, упаковка и тара, бумага и картон с улучшенными свойствами; в электронике - гибкие батареи и супергибкие экраны),

- промышленные товары (адсорбирующие и фильтрующие материалы для химической промышленности; модификаторы вязкости, загустители; флотореагенты для обогащения руд, связующих веществ в литейных производствах; исходные компоненты для крупнотоннажного химического синтеза; для производства спиртов и жидкого топлива и т.д.),

- изделия специального назначения (ракетное топливо, порох, бронежилеты; искусственная кожа человека, антимикробные и антибактерицидные соединения в медицине; материалы для космической отрасли и станкостроения и др.)

Наноцеллюлоза, полученная из древесных волокон стандартными способами (например, вымачиванием древесной мякоти в кислотах) по своим свойствам будет уступать бактериальной разновидности материала. Дело в том, что в исходном природном материале – древесных волокнах - содержится лигнин (сложное полимерное соединение, находящееся в клеточных стенках и межклеточном пространстве растений и скрепляющее целлюлозные волокна. Древесина лиственных пород содержит 18-24% лигнина, хвойных — 27-30%.). Лигнин снижает качество целлюлозы, а технология его удаления из биомассы дорога.

«Лигнин межклеточного вещества в процессе варки растворяется не полностью. Волокна соединены между собой настолько прочно, что для их разделения и превращения в волокнистую массу необходимо применять дополнительно механический размол. Чем меньше количество остаточного лигнина в полученном продукте, тем выше качество целлюлозы и выше ее рыночная цена», - поясняет Николай Лебедев, к. т. н., директор ОАО «НИИнефтепромхим».

Новейший биотехнологический способ получения наноцеллюлозы по расчетам ученых удешевляет ее производство в 3,5 раза. Он предполагает получение чистых целлюлозных волокон с помощью добавления в исходный материал бактерий (ил.2). Данные технологии были разработаны сразу в нескольких российских научно-исследовательских институтах и лабораториях (Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН; Лаборатория клеточных и микробных биотехнологий ПГНИУ в сотрудничестве с Институтом экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН; Лаборатория экобиокатализа химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и другие).

Биокатализаторы синтеза бактериальной наноцеллюлозы – это широко распространенные бактериальные клетки (как у «чайного» гриба). К синтезу целлюлозы способны бактерии различных родов: Acetobacter, Agrobacterium, Achromobacter, Aerobacter, Azotobacter, Rhizobium, Pseudomonas, Alcaligenes, Sarcina. Ученые также используют бактерии Gluconobacter и грибы Aspergillus niger.

Процесс получения бактериальной целлюлозы в лабораторных условиях. Иллюстрация 2

Фотографии на ил. 2 предоставлены Лабораторией экобиокатализа химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Наибольшие перспективы использования чистой наноцеллюлозы ученые связывают с её применением в медицине: в качестве искусственной кожи;  в составе имплантационных материалов для реконструктивно-восстановительных операций; в тканевой инженерии для получения искусственных кровеносных сосудов; в качестве подложки для ускоренной регенерации костей в стоматологии. Также есть потенциал применять наноцеллюлозу в составе композитов для ускорения заживления ран. Ученые рассматривают этот материал в качестве основы для таргетированной доставки лекарств. Огромный плюс этого материала заключается в том, что он биосовместим.

Массово в России наноцеллюлозу пока не производят, но её экономический и полезный потенциалы огромны.

По словам Алексея Аблаева, к.т.н., президента Российской Биотопливной Ассоциации, в скором будущем наноцеллюлозные материалы будут особенно востребованы в производстве бумаги и картона ($600 млн — это ежегодный оборот к 2025 году), при производстве пластиковой упаковки ($500 млн), текстиля ($500 млн), в сегменте гибкой и печатной электроники ($500 млн) и автомобилестроения ( $350 млн). В нефтегазовой отрасли упомянутые материалы могут достичь показателя в $350 млн, краски и покрытия - $300 млн, 3D -печать - $100 млн (ил. 3).

Отрасли применения наноцеллюлозы к 2025 году: оценка производств. Иллюстрация 3

Но какие проекты «выстрелят» первыми пока непонятно. Тотальный спрос на продукт появится при стоимости наноцеллюлозы меньше 10 долларов (660 рублей)  за килограмм.

Наноцеллюлоза – на пути в будущее  

Сегодня ученые разрабатывают технологии, позволяющие удешевить производство наноцеллюлозы, сделав его массовым. Это ускорит проникновение новых материалов в медицину, промышленный сектор и в повседневный быт россиян.

В настоящее время к числу основных сырьевых источников целлюлозы относятся древесина (содержание целлюлозы 40—50%) и хлопчатник (содержание целлюлозы 95—98%). В России существующее крупномасштабное производство целлюлозы традиционно ориентировано на древесину. Несмотря на огромные запасы древесины в России, ее использование для производства целлюлозы имеет ряд серьезных ограничений: высокая стоимость инфраструктуры, необходимой для освоения лесных массивов; экологически неблагоприятные технологии выделения целлюлозы из древесины; медленное возобновление лесных массивов. В связи с этим идет активный поиск новых быстро возобновляемых растительных источников высококачественной целлюлозы для многоцелевого использования.

В качестве сырья для производства наноцеллюлозы могут быть использованы, помимо традиционной древесины, различные целлюлозосодержащие материалы, в том числе травянистые растения, отходы целлюлозно-бумажных комбинатов, которые образуются в больших количествах (сотни миллионов тонн) и представляют серьезную опасность для окружающей среды, отходы сельскохозяйственного производства – непищевые отходы.

Ввиду сложного и дорогостоящего процесса производства бактериальной целлюлозы представляется важным развитие способов получения высокопористой нановолоконной целлюлозы не только из древесного, но и из растительного сырья.

«Одним из перспективных путей является введение в агрокультуру новых видов растений, дающих большие урожаи биомассы с высоким содержанием целлюлозы и низким содержанием лигнина. Наряду с известными видами (пшеница, конопля, овес, кукуруза, крапива, подсолнечник, лен и т.д.) появляются и активно вводятся в практику новые растения, среди которых можно выделить мискантус. Такие растения рассматриваются в качестве перспективного сырьевого источника, который выращивается традиционными методами сельского хозяйства, характеризуется высокой скоростью ежегодного накопления целлюлозосодержащей биомассы, высоким содержанием целлюлозы (например, содержание целлюлозы в мискантусе достигает 44%) и низким содержанием лигнина», - пояснила Наталья Ткачева, к.х.н, специалист Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения РАН.

По словам заведующей лабораторей экобиокатализа химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Елены Ефременко, д.б.н., «сейчас в лаборатории экобиокатализа решается вопрос с ускорением процесса получения бактериальной наноцеллюлозы, в том числе из отходов сельского хозяйства и уже подана заявка на патент РФ на изобретение «Иммобилизованный биокатализатор для получения бактериальной целлюлозы»».

По прогнозу, предоставленному Алексеем Аблаевым (ил. 4), к 2025 году наноцеллюлоза потеснит на глобальных рынках производство бумаг и картона и займет место в различных промышленных отраслях.

Отрасли применения наноцеллюлозы к 2025 году: виды производств. Иллюстрация 4

Алексей Аблаев уверен, что для эффективного развития новых рынков наноцеллюлозы нужно взаимодействие всех заинтересованных сторон - ученых, государства и производителей:  «в приоритете – межотраслевое сотрудничество!».

---

Предприятиям ЦБП требуется глубокая модернизация. В первую очередь техническое переоснащение должно быть ориентировано на изготовление продукции, которая будет участвовать в последующем массовом производстве товаров промышленного и народного потребления. Например, на основе наноцеллюлозы. Имеющиеся российские научные разработки демонстрируют высокую эффективность. При этом возможный отказ от эксплуатации лесных массивов для получения целлюлозы с дальнейшей её переработкой в наноцеллюлозу не исключает необходимости модернизировать существующие ЦБК и строить новые. Напротив, диверсификация производств позволит эффективно развивать экономику России. Для достижения заявленной цели правительство РФ должно начать глубокую модернизацию с образа мышления руководителей ЦБК для которых, возможно, текущая ситуация естественна и выгодна, а стимулов для производственного переоснащения нет. Также необходимо приступить к развитию свободных территорий в Сибири и на Дальнем Востоке, обеспечивая их функционирование выделением дополнительных мощностей с привлечением возможностей атомной энергетики. ЦБК смогут использовать инфраструктуру новых территорий и для своих нужд, так как повысится их роль в качестве предприятий, создающих основу экономики РФ.

 

Ёжина Сацыперова

УЗНАЙТЕ БОЛЬШЕ О НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЕ Свойства наноцеллюлозы (например, механические свойства, пленкообразующие свойства, вязкость и т. д.) делает ее интересным материалом для многих областей применения, имеющим потенциал для создания многомиллиардного рынка в таких отраслях, как ЦБП, продукты питания, упаковочные и композитные материалы, в т.ч. биоразлагаемые, использование в качестве регулятора и понизителя вязкости буровых растворов в нефте-газодобыче, упаковка, медицина и косметика. Также наноцеллюлоза может быть применена для создания лёгких и прочных бронежилетов, супергибких экранов, фильтров, гибких аккумуляторов.           Полимерные материалы, в том числе целлюлозные и целлюлозосодержащие, являются сложными гетерогенными (многокомпонентными и многофазными) системами, свойства которых определяются химическим строением компонентов, характером и интенсивностью взаимодействия между ними, а также микро- и макроструктурой материала. Одним из путей регулирования этих характеристик и, как следствие, направленного изменения свойств целлюлозосодержащих композиционных материалов является использование в качестве модифицирующего компонента наноразмерных элементов целлюлозы. Характерными свойствами использования наноцеллюлозы является высокая механическая прочность, сопоставимая с прочностью углеродных нанотрубок и способность образовывать дву- и трехмерные армирующие сетки с химическими связями в составе нанокомпозиционных материалов. Области применения наночастиц целлюлозы различного типа определяются не только высокой прочностью нанофибрилл и нанокристаллитов, но и такими характеристиками, как высокая химическая чистота, биосовместимость, развитая поверхность, высокая адсорбционная способность, нерастворимость, неволокнистая структура, отсутствие побочного действия на организм. Одним из наиболее эффективных типов современных конструкционных материалов являются композиционные материалы, в которых в качестве наполнителя обычно используют стеклянные или углеродные волокна, а в качестве матрицы – эпоксидная смола или полиэфир, обладающие превосходными механическими и тепловыми свойствами; поэтому они широко используются в различных областях: от деталей спецтехники до транспортных средств и др. На основе природных целлюлозных волокон в результате различных воздействий (обработки химическими реагентами, высоких сдвиговых напряжений, ультразвукового и ферментативного воздействия и др.) могут быть получены нанодисперсные системы, содержащие частицы длиной 100-2000 нм и диаметром 5-70 нм. Размеры частиц зависят от происхождения, способов обработки и диспергирования целлюлозосодержащего компонента. Для армирования полимерных композиционных материалов используются целлюлозные наноструктурные элементы различных типов – целлюлозные наносферы, нанофибриллярная (НФЦ) и нанокристаллическая целлюлоза (НКЦ). В целлюлозно-бумажной промышленности наноцеллюлозу используют для повышения физико-механических показателей волокнистых материалов (бумаги, картона). Справка подготовлена по материалам bumprom.ru.