Базальт - золото Украины под ногами
Время требует создания современной отрасли производства базальтоволокнистых материалов.
По запасам природных ископаемых Украина входит в десятку наиболее обеспеченных стран, но бесхозяйственное отношение к богатствам не позволяет ей стать богатой.
Базальтовые породы относятся к ископаемым, которые являются золотым запасом страны, но они лежат под ногами и не используются. Базальт как камень использовался человечеством давно, но идея производить из него волокно пришла французу Полу Де, который получил патент на свое изобретение в 1923 году в США.
Особого ажиотажа изобретение в то время не вызвало, а катализатором для активных разработок стал период холодной войны в 1960-х годах. Под грифом секретности США и СССР начали исследовать свойства и возможности применения базальтовых волокон. Прежде всего, конечно, в милитаристских целях.
Центр разработок СССР был в Киеве в Институте проблем материаловедения НАНУ, который разработал промышленный способ производства базальтового волокна.
С 1970-х годов базальтовые волокна (БВ) благодаря своим уникальным характеристикам - прочности, химической стойкости к воздействию кислот и щелочей, резким перепадам температур, негорючести, термо-, вибро-, износостойкости - получили широкое использование.
БВ используются для тепло- и звукоизоляции, производства огнестойких материалов, противопожарных систем, фильтров, технических тканей и нетканых материалов, армирующих, композитных материалов и изделий, производства теплоизоляционных матов и плит, фильтров газовых выбросов и химически активных сред, материалов для объемного армирования бетонов и асфальтобетонов, композитной арматуры, строительных и дорожных сеток, композитных материалов и изделий, профилей, труб различных диаметров, цистерн, емкостей, баллонов высокого давления, опор и перекрытий мостов, систем крепления шахт, изделий для машиностроения, деталей автомобилей, судов, электроизоляции.
Возможности использования БВ в оборонной промышленности (ОП) чрезвычайно широки. Изготовление оболочек снарядов и ракет из БВ, прочнее и легче металла, позволит увеличить их дальность при той же мощности заряда.
Для военных ракет, самолетов, дронов, судов, кроме уменьшения веса, вообще открываются фантастические возможности стать невидимыми благодаря свойствам базальта не отражать волны в широком диапазоне частот.
БВ является материалом, который обеспечивает надежную защиту от снарядов, но не ведет к утяжелению брони, что позволит не модернизировать ходовую часть, разрабатывать новые силовые агрегаты, искать способы увеличения скорости и маневренности. Основное применение жаростойких базальтокомпозитов - ракетная и аэрокосмическая отрасли.
ЕС запустил проекты широкого внедрения композитов в судостроении: RAMSSES и FIBRESHIP. Вскоре предполагается замена всех противоминных судов голландских ВМФ на композитные. Созданы и используются противопожарные авиабомбы для локализации пожаров при техногенных авариях. Можно также делать уникальную тару для хранения боеприпасов (надежную, легкую, долговечную, пожаробезопасную) вместо дорогостоящей деревянной, которая быстро портится.
Технологии производства БВ совершенны и экономичны. Базальт добывается на карьерах взрывными методами, измельчается, выполняются плавка и производство БВ. На изготовление 1 кг БВ расходуются только 0,8 кВт-ч электроэнергии.
Сложным, дорогим и относительно недолговечным элементом в производстве БВ являются платино-родиевые или платиновые фильеры. Однако есть научные разработки по изготовлению фильер из других материалов на базе графита и в скором будущем пройдет замена платино-родиевых и платиновых фильер на более дешевые и долговечные.
Важно, что производство изделий из БВ локализовано внутри страны, начиная с добычи сырья и переработки и заканчивая выпуском готовых изделий. Это обеспечивает производство в условиях нестабильной экономической ситуации и даже войны.
Большой проблемой в условиях дефицита энергоресурсов и их высокой стоимости является проблема утепления. Парламент ЕС в 2023 году проголосовал за реконструкцию 35 млн старых сооружений для уменьшения энергозатрат на них с целью приближения ЕС к климатически нейтральной территории. Это будет стоить около 254 млрд евро.
В Украине жилищно-коммунальное хозяйство потребляет до 20% энергоресурсов. Многоэтажки - 400-550 кВт-ч на кв. м в год, индивидуальные дома - 600-800 кВт-ч. В Германии дома усадебного типа потребляют в среднем 250 кВт-ч, в Швеции - 135 кВт-ч. И это в условиях нашего более теплого климата.
Энергопотери коррелируют с состоянием утепления. Швеция на одного человека потребляет 60 кг утеплителя, США - 50 кг, Финляндия - 40 кг, Япония - 40 кг, Россия - 14 кг, Украина - 9 кг. То есть среди стран, где необходимо утепление, Украина занимает последнее место.
Украина эту проблему видит и решает. Были утверждены новые строительные нормы (ГСН) на теплоизоляцию и утепление зданий и сооружений, одобрена программа государственного стимулирования технологий энергосбережения, принят закон "О внесении изменений в некоторые законы Украины относительно создания условий для внедрения комплексной термомодернизации зданий", введены ограничения на применение экструзионного пенополистирола (XPS) и пенопласта (EPS) в качестве утеплителей.
Минрегионстрой решил в 2020-2023 годах выполнить термомодернизацию 5 млн кв. м устаревшего жилого фонда. Всего в Украине 75 млн кв. м устаревшего жилья. Применение почти вечных базальтовых утеплителей (каменной ваты) полностью решает проблему утепления, заменяя экструзионные пенополистиролы, пенопласты и стекловату (SW) как недолговечные теплоизоляторы с вредными фенольными соединениями, которые при малейшем нагревании выделяют ядовитые соединения.
Компании Airbus, Boing, BMW, GM переходят на отдельные изделия из БВ. Началось использование БВ при изготовлении вагонов. Китай производит морские базальтовые контейнеры, которые на 60% легче металлических и прочнее. Это начало глобального перехода на экологически чистые, эффективные и рентабельные базальтовые технологии.
Еще одно преимущество базальта - чрезвычайная легкость утилизации путем переплавки и возможность повторного использования в качестве сырья для получения новых изделий.
В ближайшее время можно ожидать технологическую базальтовую революцию с массовым использованием БВ и полной заменой многих конструкций на базальтосодержащие.
Потребность рынка в базальтовой продукции значительно больше объемов ее производства. Вопрос широкого применения БВ определяется характеристиками материалов на основе БВ и стоимостными показателями - себестоимостью производства и ценой.
Если рассмотреть мировой рынок только теплоизоляционных материалов, то он грандиозен. В 2022 году он составлял 28,75 млрд долл., а за десять лет может вырасти в 1,7 раза до почти 50 млрд долл. Украинский рынок наряду с рынками других европейских стран является одним из самых динамичных и восходящих.
Рынок теплоизоляционных материалов, млрд долл.
Географически распределение мирового рынка потребления теплоизоляционных материалов выглядит так: больше всего потребляет Европа - 32%, далее - Северная Америка и Азиатско-Тихоокеанский регион. Если рассматривать потребление не только теплоизоляции, а БВ и изделий из них, то крупнейшим потребителем является США - 44%. Далее следуют Европа - 26%, Азия - 24%, страны американского континента - 3,4%, Россия - 1,4%, другие страны СНГ - 1,2%. В Европе основными потребителями БВ являются Германия и Австрия - более 30%, Италия - более 20%, Франция - около 18%.
Распределение рынков теплоизоляционных материалов, 2022 год, %
Крупнейшими мировыми производителями БВ являются: Basaltex (Бельгия), Sudaglass Fiber Technology (США), "Каменный век" (Россия), "Чжэцзян GBF Basalt Fiber Co., Ltd" (Китай), Technobasalt Invest (США), Shanxi Basalt Fiber Technology Co., Ltd (Китай), Jiang Su Tian Long Continuous Basalt Fiber High-tech Co., Ltd. (Китай), GMV China (Китай), Mafic SA (Люксембург). Потребность в БВ сейчас составляет миллионы тонн в год, а предприятия удовлетворяют спрос лишь на несколько процентов.
Анализ географии потребления и производства БВ показывает хорошие перспективы развития отрасли в Украине. Кроме больших объемов собственного высококачественного сырья и технологий, недорогие, легкие и объемные базальтовые изделия дорого транспортировать далеко. Мировая динамика использования теплоизоляторов показывает преимущественное использование каменной ваты перед другими и постоянное вытеснение ею с рынка других материалов.
Использование теплоизоляционных материалов в мире, 2017-2021 годы, млн куб. м
Распределение потребления теплоизоляторов в Украине показывает довольно низкий вес потребления изоляторов на основе БВ (каменной ваты), что объясняется отсутствием своего производства и большими потенциальными возможностями дальнейшего роста потребления этих материалов в соответствии с мировыми тенденциями.
Рынок потребления теплоизоляционных материалов Украины, 2020 год
Базальт не только экологически чистый материал 21 века с грандиозными возможностями, но и конкурентоспособная отрасль новых материалов с устойчивым и стремительным развитием в мировом разделении труда и рынок с низкой конкуренцией. Страны, которые первыми начнут его массовое производство, получат большие преимущества.
Для развития базальтовой индустрии Украина имеет научные разработки и много месторождений базальта, но не использует это преимущество. Запасы сырья в Украине безграничны.
Украина имеет мировой приоритет в создании материалов из БВ и изделий из них. Первые исследования возможностей БВ были начаты в научно-исследовательской лаборатории базальтовых волокон Института проблем материаловедения НАНУ. По их результатам были получены промышленные образцы БВ, а в середине 1980-х годов была отработана технология производства БВ и запущено производство. Тогда в Украине были созданы и действовали около 30 предприятий базальтовой направленности.
Сейчас работают единицы. База горных пород Украины для производства БВ неограничена, но очень мало месторождений Украины используется для добычи сырья для производства БВ. Большинство месторождений используются для добычи щебня. Регулярные исследования перспектив использования БВ тоже не ведутся. Украина перестала быть страной, которая использует конкурентные преимущества.
Восстановление в Украине индустрии производства БВ с законченным циклом позволит восстановить свои позиции среди производителей БВ; эффективно использовать свои природные богатства; создать высокотехнологичные производства для ОП, строительства, энергетики, добывающей промышленности, газовой отрасли, коммунального хозяйства; снизить зависимость Украины от импорта аналогичных материалов и повысить экспортный потенциал страны благодаря высокотехнологичным материалам.
Время требует создания современной отрасли производства базальтоволокнистых материалов, композитов и изделий из них. Потребность в таких материалах в Украине и за ее пределами дает возможность решить ряд важных экономических проблем государства.
Соавтор – Богдан Данилишин, академик НАНУ