На фото представлен первый отечественный 3D-принтер, способный печатать с помощью двух методов. Фото: Росатом. На пороге новой технологической эры человек столкнулся с глобальным вызовом, заключающимся в том как обеспечить рост промышленности, не исчерпав ресурсы планеты и не нарушив хрупкий климатический баланс? Ответ на этот вопрос лежит в плоскости глубокой трансформации базовых отраслей, где ключевым драйвером изменений становится наукоемкая химическая технология. Сегодня лидерство на мировой арене определяют не просто объемы добычи сырья, а способность создавать замкнутые интеллектуальные экосистемы производства. В России эпицентром этой эволюции стал химико-технологический кластер Госкорпорации «Росатом». Исторически выросший из строгих, сверхсекретных задач советского атомного проекта, сегодня этот кластер трансформировался в мощный коммерческий и научный локомотив, формирующий контуры нового технологического уклада — от масштабной водородной энергетики до молекулярного конструирования в аддитивном производстве.

Исторический экскурс: от обогащения урана к синергии технологий

Корни современного химического суверенитета «Росатома» уходят в 1940-е годы, когда перед советскими учеными встала беспрецедентная задача — создание отечественной атомной промышленности. Физический пуск первого реактора был бы невозможен без фундаментальных прорывов в сопутствующей химии: радиохимии, металлургии редких и редкоземельных элементов, а также высокотехнологичном разделении изотопов. Химические институты, вошедшие впоследствии в контур корпорации (такие как ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, НИИграфит и ГИРЕДМЕТ), десятилетиями ковали экспертизу в условиях экстремальных требований к чистоте и радиационной стойкости материалов.

В XXI веке этот уникальный опыт прошел через глубокую конверсию. Химические процессы, разработанные для обогащения урана и переработки ядерного топлива, легли в основу гражданских технологий сверхчистых веществ. Накопленные знания о поведении газов под сверхвысоким давлением и кинетике каталитических реакций открыли дорогу к водородным проектам, а материаловедческая база атомных реакторов трансформировалась в аддитивные технологии и композиты нового поколения.

Водородная энергетика: зеленая альтернатива и промышленный масштаб

Сегодня водородный сегмент «Росатома» — это не просто экологический тренд, а стратегическая пересборка энергетического баланса. Кластер реализует сквозную цепочку: от генерации низкоуглеродного водорода до его транспортировки и непосредственного сжигания или преобразования в электричество.

• Пример применения — Транспортные хабы и логистика: В Сахалинской области «Росатом» реализует масштабный проект по созданию водородного кластера, включающего запуск пассажирских поездов на водородных топливных элементах. Это не просто замена дизеля на экологически чистый выхлоп (воду), а создание автономной инфраструктуры для регионов со сложными климатическими условиями.
• Пример применения — Большая металлургия: Разрабатываемые кластером технологии среднетемпературного и высокотемпературного электролиза воды (с использованием избыточной энергии АЭС) нацелены на экологизацию тяжелой промышленности. Замена коксующегося угля водородом при прямом восстановлении железа позволяет снизить углеродный след металлургических гигантов практически до нуля.

Уникальные аддитивные технологии: печать будущего

Если водород обеспечивает кластеру энергетическую независимость, то аддитивное направление отвечает за материальное превосходство. «Росатом» разработал и серийно выпускает отечественные 3D-принтеры (линейка RusMelt) промышленного класса, работающие по технологии селективного лазерного сплавления (SLM) и прямого лазерного выращивания (DMD). Главное достижение здесь — не создание самих станков, а синтез уникальных металлических порошков и композиционных полимеров, поведение которых программируется на микроструктурном уровне.

• Пример применения — Авиастроение и космос: С помощью аддитивных установок «Росатома» сегодня создаются элементы сопловых аппаратов, смесителей и крупногабаритных деталей авиадвигателей (например, для семейства ПД). Вместо традиционного вытачивания, при котором до 70-80% дорогостоящего титана или суперсплава уходит в стружку, деталь «выращивается» послойно. Это сокращает вес конструкции на 20–40% при сохранении и даже улучшении прочностных характеристик.
• Пример применения — Персонализированная медицина: Медицинское направление кластера производит титановые имплантаты и биосовместимые эндопротезы. На основе данных КТ и МРТ конкретного пациента принтер с ювелирной точностью воспроизводит геометрию костных тканей, создавая пористую структуру, в которую идеально прорастают живые клетки, что сводит риск отторжения к минимуму.

Химико-технологический кластер «Росатома» наглядно доказывает: эпоха разрозненных производств ушла в прошлое. Современная химия высоких технологий — это междисциплинарное искусство, где атомная строгость, цифровая точность аддитивных систем и экологичность водородной энергетики сливаются в единую матрицу технологического суверенитета будущего.

Химико-технологический кластер ГК “Росатом” был основан с целью развития и внедрения новых технологий, а также активного развития научно – технологического потенциала корпорации, за счет технологического перевооружения и роста конкурентоспособности продукции, вовлечения молодых специалистов, подготовки кадров. Основная идея формирования химико-технологического кластера состоит в том, чтобы на основе научно-обоснованных и технологически реализуемых комплексных решений создать условия для выпуска новых материалов, полимеров, сверхчистых материалов, развития нанотехнологий и д.р. Химико-технологический кластер научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» с рабочим визитом посетила делегация Национального центра физики и математики (НЦФМ).

Научный руководитель приоритетного направления научного технологического развития (ПН НТР) «Материалы и технологии» Госкорпорации «Росатом», первый заместитель руководителя научного дивизиона Алексей Дуб вместе с гостями: научным руководителем НЦФМ академиком РАН Александром Сергеевым и заместителем директора по науке НЦФМ Михаилом Романовским ознакомились с уникальными технологическими установками и образцами изделий, которые способны заменить зарубежные компоненты для полной локализации высокотехнологичных производств на территории Российской Федерации.

Острым остается вопрос импортозамещения для предприятий авиаотрасли. Значительная работа проведена по поддержанию авиационного парка в эксплуатации, но необходимо освоить производство собственных расходных компонентов. Госкорпорация «Росатом» делает серьезные шаги к созданию цельной авиационно-производственной структуры, которая будет заниматься производством комплектующих для иностранных воздушных судов.

Практически все коммерческие самолеты комплектуются тормозными дисками из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ). Заместитель директора по науке и инновациям АО «НИИграфит» имени С.Е. Вяткина Артур Гареев представил членам делегации образцы фрикционных дисков из УУКМ, изготовленные из отечественного сырья и с физико-механическими, тепловыми и трибологическими свойствами, не уступающими зарубежным аналогам.

Тормозные диски из УУКМ

Ученые «НИИграфита» разработали материал с ресурсом, сопоставимым с импортными материалами. Артур Гареев отметил:

«В лаборатории создан материал и первый образец теплового пакета, для организации серийного выпуска которого имеются необходимые производственные мощности и компетенции. Поскольку тормозная система является одним из сложнейших компонентов, обеспечивающим безопасное приземление воздушного судна, то основным этапам который предстоит преодолеть является проведение испытаний и сертификация. Тут мы плотно работаем с разработчиками авиационной техники, в связке с которыми планируем пройти этот путь. Иными словами, сделать тормоз проще, чем поставить его на самолет».

В соседней лаборатории вниманию делегации был представлен опытный образец 3D-принтера, разработанный и изготовленный в «НИИграфите». Уникальная установка решает задачу производства сложнопрофильных изделий из керамических композиционных материалов, полученных путем аддитивных технологий.

В конструкции принтера заложены два метода 3D-печати: FDM/LDM и SLA. Независимые модули параллельно ведут работу по построению различных элементов. Впервые применена технология 3D-печати изделий из керамического композиционного материала с применением полимерных поддержек. Это позволяет задать разный угол наклона и изгиба детали, что недоступно для традиционных методов.

После печати деталь, не покидая камеру, проходит дополнительную термическую обработку (сушку). Далее на этапе карбонизации поддержки из полимера сгорают, остается только изделие из керамического композиционного материала.

Артур Гареев особо подчеркнул, что это первый отечественный 3D-принтер с применением сразу двух методов аддитивной печати, который позволяет мелкосерийно производить изделия для атомной энергетики, авиационной и других отраслей промышленности.

Новые материалы являются драйвером кардинального преобразования многих отраслей. Например, водородная энергетика усиливает свои позиции в транспорте и системах накопления энергии. Госкорпорация «Росатом» позиционирует водород в качестве экологичной альтернативы обычному топливу, а его получение – в качестве способа повышения общей эффективности генерации энергии на АЭС. В России организована сборка водородных топливных элементов (электрохимических генераторов) из импортных комплектующих, темпы которой снижены из-за геополитической обстановки. В рамках «дорожной карты» «Системы накопления энергии» Госкорпорация «Росатом» ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по разработке первого отечественного водородного двигателя.

Материал для газодиффузионных слоев водородного двигателя

Начальник управления функциональных материалов Егор Данилов

Начальник управления функциональных материалов Егор Данилов представил разработанные в лаборатории дисперсных углеродных материалов и методов исследования биполярные пластины (коллекторные пластины) и материал для газодиффузионных слоев водородного двигателя. Изделия выполнены полностью из отечественного исходного сырья. Помимо технологического суверенитета решаются задачи улучшения параметров водородных топливных элементов, а также повышения их надежности и срока эксплуатации. С целью уменьшить вес биполярной пластины в «НИИграфите» применили композитный материал, который отличается высокой химической стойкостью и позволяет направленно регулировать электрические и механические свойства пластины, чтобы добиваться оптимальных свойств. В итоге вес водородного двигателя должен снизиться на 30-40%. Институт также разработал технологию создания газодиффузионных слоев из углеродного войлока, углеродная основа для получения которого выпускается на собственной производственной площадке в г. Заречном.

Биполярные пластины

Достигнуты заметные успехи с выпуском теплопроводящих фольгированных диэлектриков, которые вышли из области экспериментальных технологий. Производственные мощности «НИИграфита» позволяют выпускать более 500 квадратных метров в год. Фольгированные диэлектрики соответствуют уровню мировых производителей и превосходят решения других отечественных производителей, что послужит основой для конкурентного развития отечественной электротехнической промышленности.

Артур Гареев отметил значимость разработки:

«Эксплуатационные свойства и механические характеристики базовых материалов для печатных плат определяют возможность изготовления изделий электронной компонентной базы и радиоэлектронных средств. Из года в год технология изготовления печатных плат усложняется, повышаются требования к надежности и долговечности электронных устройств, а их монтаж приходится осуществлять все более плотно, из-за чего возникает новый уровень требований к толщине и теплофизическим свойствам материалов. Мы включились в работу в 2019 году, а в текущем моменте наладили опытно-промышленную технологию. Прошли сложный путь достаточно быстро, так как заказчик по данному проекту «Электромаш» заинтересован в коммерциализации научно-технической разработки не менее чем команда «НИИграфита». С использованием нашей технологии целый ряд заказчиков планирует наладить выпуск новых типов печатных плат».

Теплопроводящие фольгированные диэлектрики

В ходе беседы о будущих технологиях была затронута тема будущего малой авиации. И по этому направлению ученые «НИИграфита» ведут работы, разрабатывают концепт перспективного малого ближнемагистрального транспортного летательного аппарата на электро-водородной силовой установке с возможностью вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат имеет ряд передовых конструкторских решений таких, как применение водородных топливных элементов, наличие быстросъёмных аккумуляторов и спроектирован под широкое использование композиционных материалов (фюзеляж, крыло, оперение, обтекатели и детали шасси, энергоустановки), производимых предприятиями Госкорпорации «Росатом». Конструкторская мысль всегда двигает экономику вперед.

После изучения изделий «НИИграфита» заместитель директора по науке и инновациям АО «Гиредмет» имени Н.П. Сажина Константин Ивановских презентовал гостям компетенции и возможности этого института. В частности, рассказал о ходе реализации проекта по разработке натрий ионных аккумуляторов, который стартовал в 2022 году. В рамках проекта проведены собственные исследования: изготовлен упрощенный лабораторный образец, определена методология тестирования, подтверждены аналитические предсказания ключевых характеристик. В этом году ученые представят лабораторные образцы высокомощных и энергоемких аккумуляторов.

В заключительной части ознакомительного тура научный руководитель НЦФМ академик РАН Александр Сергеев высоко оценил перспективные разработки ХТК, готовые к выпуску опытных партий или серийному производству. Помимо этого, ученые обсудили достижения технологического суверенитета страны в обеспечивающих устойчивость экономики сферах. Прежде всего, это системная работа по развитию собственной сильной научной базой, тесно связанной с потребностями бизнеса в различных направлениях промышленности.

Модель ХТК «Росатома» на фоне мировых альтернатив

Химико-технологический кластер (ХТК) «Росатома» — это уникальная для мировой практики модель, сочетающая в одной структуре ядерный топливный цикл, материаловедение, аддитивное машиностроение и проекты водородной энергетики. На мировом рынке нет единой монолитной корпорации, которая полностью дублировала бы этот контур.

За рубежом аналогичные технологии развиваются либо глобальными атомными гигантами, вынужденными диверсифицировать свой бизнес, либо профильными технологическими лидерами в рамках национальных консорциумов.

1. Аналоги в атомной индустрии и ядерно-химическом цикле

Историческое ядро кластера «Росатома» — это переработка материалов, разделение изотопов и материаловедение. Здесь ключевыми конкурентами выступают три игрока:

• Framatome / EDF (Франция): Главный европейский аналог. Французский атомный гигант обладает мощнейшей материаловедческой базой и, подобно «Росатому», активно инвестирует в аддитивные технологии для печати компонентов реакторов и диверсификацию топливных поставок (включая разработку европейского топлива для реакторов типа ВВЭР).
• Westinghouse Electric Company (США): Прямой конкурент в сфере ядерного инжиниринга. Обладает глубокой экспертизой в спецметаллургии и производстве топлива (включая масштабные инвестиции в новые заводы по выпуску инновационного топлива LEU+). Как и «Росатом», компания пытается выйти за рамки традиционного атома, электролиза и водородных решений.
• CNNC (China National Nuclear Corporation, Китай): Наиболее близкий по структуре аналог с государственной моделью управления. CNNC полностью дублирует ядерно-химическое крыло «Росатома» (где РФ удерживает около 36% мирового рынка обогащения урана, а КНР — около 15%) и параллельно развивает аддитивное производство для аэрокосмического и оборонного секторов КНР.

2. Аналоги в сфере водородной энергетики

В области сопряжения атомной генерации и водородных технологий «Росатом» конкурирует с западными консорциумами, субсидируемыми государством:

• Проекты Westinghouse Hydrogen Island (США): Американская Westinghouse активно разрабатывает коммерческие концепты интеграции 100-мегаваттных электролизных заводов (технология высокотемпературного парового электролиза) непосредственно в контур АЭС с реакторами AP1000. Цель аналогична российской — генерация до 150 000 тонн чистого водорода в год с одного энергоблока.
• Консорциум Siemens Energy и ITM Power (Европа): В части создания мегаваттных промышленных электролизеров (ПЭМ-технологии) зарубежным аналогом выступают европейские технологические лидеры. Например, британская ITM Power совместно с Linde Engineering реализует в Германии проекты масштабирования водородной инфраструктуры для снижения углеродного след европейской промышленности.

3. Аналоги в области промышленных аддитивных технологий

Если «Росатом» (через бренд RusMelt) создает закрытую экосистему «принтер + ПО + металлический порошок» внутри атомной отрасли, то за рубежом этот рынок поделен между специализированными машиностроительными гигантами:

• EOS GmbH (Гни): Мировой эталон и пионер в области селективного лазерного сплавления (SLM/PBF). Их промышленные установки (серии EOS M 300 и M 400) являются прямыми функциональными аналогами RusMelt. В отличие от «Росатома», EOS — это чисто коммерческая технологическая компания, сфокусированная исключительно на 3D-печати.
• GE Additive (General Electric, США): Ближайший аналог по подходу. Аэрокосмический гигант GE скупил европейских технологических лидеров (немецкую Concept Laser и шведскую Arcam), создав мощнейший кластер аддитивного производства. GE, как и «Росатом», использует свои 3D-технологии для собственных нужд (печать лопаток и сопел авиадвигателей LEAP) и продает оборудование на открытом рынке.
• Nikon SLM Solutions (Германия / Япония) и TRUMPF (Германия): Ключевые разработчики многолазерных систем высокой производительности (например, NXG XII 600 от SLM Solutions), задающие стандарты скорости послойного выращивания крупногабаритных металлических деталей, на которые ориентируются инженеры ХТК.

Сравнительный анализ глобальных стратегий управления

Критерий	ХТК «Росатома» (РФ)	Западный подход (США / ЕС)	Китайский подход (КНР)
Организационная структура	Единый госконцерн (вертикальная интеграция от руды до 3D-принтера).	Рыночная кооперация: Атомщики (Westinghouse, EDF) нанимают аддитивных гигантов (EOS, GE).	Смешанная модель: Взаимодействие госкорпораций (CNNC) и оборонных институтов.
Финансирование	Государственные программы и собственные средства корпорации.	Целевые гранты (Министерство энергетики США, программы ЕС) + частный капитал.	Прямые государственные субсидии в рамках доктрины технологического лидерства.
Фокус применения	Атомная отрасль, авиастроение, медицина, СПГ-технологии.	Космос, коммерческая авиация, автомобилестроение, зеленая энергетика.	Оборонно-промышленный комплекс, космос, тяжелое машиностроение.

Главное отличие: За рубежом технологии аддитивного производства и водородной энергетики развиваются в рамках классического разделения труда между независимыми коммерческими компаниями. Модель ХТК «Росатома» уникальна тем, что консолидирует все эти сквозные компетенции внутри одной структуры, обеспечивая независимость цепочек поставок от внешних контрагентов.

Архитектура технологического суверенитета

Успехи химико-технологического кластера Госкорпорации «Росатом» наглядно демонстрируют пример глубокой системной трансформации, при которой фундаментальный опыт атомного проекта стал базисом для создания принципиально новых гражданских отраслей. Конверсия оборонных и специальных ядерных компетенций в такие высокотехнологичные сферы, как водородная энергетика и аддитивное производство, позволила России не просто форсировать импортозамещение, но и занять опережающие позиции в формировании нового технологического уклада. ХТК «Росатома» сегодня выступает не как обособленный научно-производственный контур, а как ключевой интегратор сквозных технологий, связывающий фундаментальную науку, материаловедение, цифровое проектирование и тяжелое машиностроение в единую самодостаточную экосистему. Суммируя достижения кластера, можно утверждать, что созданный задел гарантирует стране технологическую независимость в критически важных секторах экономики на десятилетия вперед.

Перспективы развития: на пути к молекулярной инженерии и замкнутому циклу

В среднесрочной и долгосрочной перспективе (до 2035–2040 гг.) развитие технологий химико-технологического кластера будет сфокусировано на нескольких стратегических векторах, определяющих глобальную конкурентоспособность:

• Переход к высокотемпературному электролизу и атомно-водородной энергетике: Главным вектором развития водородного направления станет промышленное сопряжение атомных станций нового поколения (в частности, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов — ВТГР) с мощными электролизными установками. Это позволит производить «желтый» и «зеленый» водород в тераваттных масштабах с беспрецедентно высоким КПД, превращая АЭС в комплексные фабрики чистой энергии и сырья.
• Мультиматериальная 3D-печать и градиентные структуры: В области аддитивных технологий фокус смещается от мономатериальной печати к созданию деталей со сложнопрограммируемой структурой. Речь идет о принтерах, способных в рамках одного технологического цикла плавно переходить от одного металла к другому (например, от титана к жаропрочной стали), создавая градиентные слои. Это откроет дорогу к производству деталей с локально заданными физико-химическими свойствами для экстремальных условий космоса и глубоководного бурения.
• Синтез полимеров и композитов с «памятью формы»: Развитие химического крыла кластера направлено на создание «умных» композиционных материалов и углеволокон нового поколения. Ожидается появление полимерных конструкций, способных восстанавливать геометрию под воздействием температуры или электромагнитного поля, что коренным образом изменит принципы проектирования авиационных крыльев и космических антенн.
• Полный замкнутый цикл рециклинга материалов: Кластер нацелен на внедрение концепции безотходного аддитивного и химического производства. Разрабатываются технологии стопроцентной регенерации использованных металлических порошков, улавливания и повторного вовлечения углекислого газа в технологические цепочки, а также переработки композитов, что полностью отвечает жестким критериям экономики замкнутого цикла (Circular Economy).

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему именно «Росатом» стал лидером в развитии гражданской химии и аддитивных технологий, а не профильные химические холдинги?
   Лидерство «Росатома» обусловлено историческим наследием. Советский атомный проект изначально требовал создания сверхчистых материалов, разделения изотопов на молекулярном уровне и работы со сложнейшими химическими соединениями в условиях экстремальных радиационных и температурных нагрузок. Профильные научные институты корпорации (ВНИИНМ, ГИРЕДМЕТ, НИИграфит и др.) десятилетиями копили материаловедческую и технологическую базу, аналогов которой в гражданском секторе просто не существовало.
2. Безопасен ли водород, производимый «Росатомом», и не несет ли рисков его производство на базе АЭС?
   Производство водорода на атомных станциях полностью безопасно и технологически изолировано от ядерного контура. Используется метод электролиза воды, где АЭС выступает исключительно как источник экологически чистой электрической и тепловой энергии. Кроме того, «Росатом» разрабатывает передовые системы хранения водорода в связанных состояниях (например, в виде металлогидридов), что исключает риски взрывоопасности при транспортировке.
3. Насколько отечественными являются 3D-принтеры линейки RusMelt? Зависимы ли они от импортных комплектующих?
   Промышленные аддитивные установки серии RusMelt обладают глубоким уровнем локализации. Корпорация «Росатом» (в лице компании-интегратора «РусАТ») разработала собственное программное обеспечение для управления печатью, оптические системы и порошковые питатели. Самое главное — порошки металлических сплавов (титановые, стальные, никелевые), используемые в принтерах, полностью синтезируются на предприятиях Топливной компании «ТВЭЛ», что гарантирует независимость от внешних поставок сырья.
4. Могут ли детали, напечатанные на 3D-принтере, сравниться по прочности с традиционными коваными или литыми изделиями?
   Современные аддитивные технологии селективного лазерного сплавления (SLM), применяемые в кластере, позволяют получать мелкозернистую однородную макроструктуру металла, которая по своим прочностным характеристикам не уступает, а зачастую и превосходит литье. За счет ювелирного управления параметрами лазерного луча в процессе «выращивания» практически полностью исключаются внутренние поры и микротрещины, что подтверждено жесткими сертификационными испытаниями для авиационной и атомной отраслей.

Источник: https://www.atomic-energy.ru/