Нанотехнологиям в настоящее время уделяется огромное внимание. Исследуется возможное влияние этой отрасли на экономический рост и экономическую картину мира в целом - речь идет о новых рынках, появлении товаров и услуг следующего поколения, влиянии нанотехнологий на здоровье человека и окружающую его среду.
Среди основных предполагаемых достижений нанотехнологий заявлены такие масштабные успехи, как биологическое бессмертие, появление дополнительных свойств с приставкой «супер» у ряда материалов и возможность прямого синтеза объектов из атомов и молекул (т.н. механосинтеза). Все эти достижения обещаны в ближайшие 25 - 50 лет.
Механосинтез и примерная оценка его себестоимости
Механосинтез - это сборочный процесс, осуществляемый одновременно огромным количеством наномеханизмов, скомпонованных в единое устройство. На вход устройства механосинтеза подается набор веществ, далее согласно определенным алгоритмам наномеханизмы производят сборку, на выходе получается готовый продукт. Главным экономическим аспектом механосинтеза можно назвать отсутствие промежуточных стадий обработки материалов, и, как следствие, значительное сокращение количества отходов. Возможно, это будет полностью безотходная технология. Дополнительным существенным аспектом является ускорение производства.
Помимо этого, устройство механосинтеза может также осуществлять обратный процесс, «разбирая» поданные на вход материалы или предметы до молекулярного или атомарного уровня. Этот аспект технологии сулит получение огромных количеств сырья из отходов, снимая затраты на сепарацию и позволяя утилизировать даже такие отходы, в отношении которых это было невозможно ранее.
Оба этих аспекта значительно снижают себестоимость производства. Однако существует еще один важный параметр стоимости - энергоемкость. Поскольку механосинтез позволяет значительно снизить себестоимость сырья и его обработки, энергоемкость производственного процесса выходит на первый план.
Согласно расчетам, проведенным Крисом Фениксом, директором по исследованиям Center for Responsible Nanotechnology, в самом простом варианте производства при помощи механосинтеза энергетические затраты могут составлять порядка 200 кВт x ч на 1 кг продукции. Для расчетов использовалось производство из углерода или глинозема, конечным продуктом производства могли бы являться алмазы или сапфиры. Эти расчеты производились для простого процесса сборки, когда обрабатываемое вещество однородно. Конечный продукт также является однородным. Применение получаемого продукта достаточно широко - начиная от конструкционных материалов для строительства и заканчивая сверхпрочными инструментами.
Экономика будущего
Подобные продукты можно рассматривать в качестве первого шага к экономике будущего. Предположим, что устройство механосинтеза создано и доступно. Тогда, исходя из нынешних расценок российских поставщиков энергии для частных лиц, получается, что себестоимость «домашнего производства» будет составлять 220 руб. за 1 кг алмазного или сапфирового порошка или даже за кристаллы определенного размера и веса.
Поскольку наномеханизмам практически безразлично, какие объекты собирать, при условии наличия схемы сборки объекта, то получается, что практически любые предметы будут стоить ровно столько, сколько стоит потраченная на сборку энергия.
Допустим, в случае сборки сложных устройств увеличение энергозатрат будет происходить за счет дополнительных модулей сепарации вещества на входе и его подачи на фронт сборки. Представляется, что десятикратного увеличения энергорасходов более чем достаточно для организации сколь угодно сложных объектов.
Таким образом, предельная стоимость производства 1 кг конечного продукта путем механосинтеза будет составлять 2,2 тыс. рублей. Значительное количество предметов, окружающих человека в быту, имеет более высокую стоимость из расчета на 1 кг массы.
Представим себе расчет стоимости производства одного из наиболее популярных устройств - мобильного телефона. В среднем аппарат мобильной связи весит около 160 г. Согласно полученным расчетам, его стоимость при производстве путем механосинтеза будет составлять 352 рубля.
По некоторым данным, средняя себестоимость производства мобильного телефона на сборочном производстве в Китае составляет около $40, что втрое больше. Правда, Motorola объявила о планах создания трубок стоимостью в $2, но логистика, налоги, таможенные платежи и издержки продавца, а также его прибыль, вряд ли позволят опустить цену ниже $15, что уже больше рассчитанной. Подобные расчеты можно провести для значительного количества объектов, и, как правило, они будут показывать удешевление (порой очень значительное).
Стоит отметить, что при производстве сложных объектов могут понадобиться такие вещества, которые невозможно получить напрямую из окружающей человека среды. Это касается, в наибольше части, редкоземельных металлов, используемых в электронике. Соответственно, потребуется доставка таких веществ или же переработка имеющихся, что увеличит стоимость синтеза сложных объектов. Однако это увеличение вряд ли можно назвать решающим. Однородные объекты, следуя логике событий, станут «условно-бесплатными» - их стоимость практически на 100% будет состоять из энергозатрат.
Альтернативные источники энергии
Однако, это только первый шаг. Вторым шагом видится полный переход к «нематериальной экономике», когда ценностью будет обладать интеллектуальный продукт и услуги, а материальные объекты будут синтезироваться по мере необходимости из веществ, окружающих человека.
Возникает резонный вопрос: ведь энергия будет иметь стоимость, так каким образом можно будет создавать «бесплатные» объекты? Здесь уместно обратиться к так называемым «альтернативным источникам энергии».
Например, средняя плотность солнечного излучения у поверхности планеты составляет около 250 Вт / кв. м. Исходя из этой цифры, можно рассчитать площадь солнечной батареи, которую необходимо развернуть, чтобы питать даровой энергией устройство механосинтеза. Поскольку максимальный известный КПД у солнечных батарей равен 40%, будем в расчетах отталкиваться именно от этой эффективности. Получается, что требуемая площадь батареи равна примерно 2,5 тыс. кв. м. - для устройств «простого синтеза» и 25 тыс. кв. м. - для устройств «сложного синтеза».
Как можно видеть, такая площадь в расчете на 1 человека составит 150 млн. кв.км. для всех жителей планеты, что немногим больше имеющейся поверхности суши, включая антарктические ледовые площади и прочие не пригодные для жизни регионы. Следовательно, этот тип энергетики вряд ли сможет заменить традиционную генерацию - по крайней мере, до тех пор, пока не будет изобретен экономичный и дешевый способ генерации на базе какого-то портативного источника.
Дополнительные экономические аспекты механосинтеза
Помимо материальных предметов, человеку требуются еще пища, информация, транспорт и здоровье. Это - подавляющая часть всего экономического оборота. Рассмотрим каждый из этих аспектов в отдельности.
В производстве пищи применение механосинтеза представляется неадекватным. В силу длительной эволюции растения способны утилизировать получаемую энергию куда более эффективно, чем любые имеющиеся у человека генераторы.
Однако при помощи механосинтеза можно значительно снизить издержки на производство простых минеральных удобрений, используя органические отходы. Также становится возможным эффективное возобновление свойств почвенного слоя, что в итоге ведет к удешевлению получаемых продуктов. Косвенным образом это будет влиять на снижение издержек животноводства, однако не так значительно, поскольку в продукции животноводства значительную часть себестоимости составляет переработка и логистика, а не производство. Таким образом, кроме некоторого снижения стоимости, нет оснований ожидать существенных изменений в данной сфере.
Информация, как представляется, не может быть продуктом механосинтеза ни прямо, ни опосредованно. В дополнение к этому, уже сейчас себестоимость производства информации находится на очень низком уровне. Не касаясь проблемы различия между информацией и знанием (в отношении знания падения себестоимости не наблюдается и вряд ли такое вообще возможно), а также различий между информацией и интеллектуальным продуктом (это проблема скорее юридическая, чем экономическая), можно констатировать, что появление механосинтеза никоим образом не повлияет на стоимость информации.
Вероятно, что количество генерируемой информации значительно увеличится за счет появления описаний процессов сборки объектов, соответственно, объем информационного оборота возрастет. Существующая сеть информационного обмена может оказаться далекой от эффективности в таких условиях, однако вряд ли возможно дать какой-либо прогноз до тех пор, пока не будут предъявлены первые «сборочные чертежи» для устройств механосинтеза.
Транспорт, что вполне логично, преобразуется очень значительно. Во-первых, отпадет необходимость в транспортировке огромного количества материальных объектов и сырья. Понятно, что это сокращение будет не абсолютным, но можно предположить, что примерно две трети транспортных мощностей по перевозке грузов освободится. Это приведет к катастрофическому снижению цен на перевозки за счет масштабного увеличения предложения.
Помимо этого, производство транспортных средств станет куда более простым. При помощи механосинтеза можно будет создавать транспортные средства «в домашних условиях». Поскольку размеры объектов, производимых устройством механосинтеза, ограничены, то появится множество вариаций сборки транспортных средств на модульном принципе. Некоторое время назад подобное уже происходило с персональными компьютерами - принцип Plug’n’Play практически полностью захватил этот сектор.
В области, касающейся здоровья человека, нанотехнологии обещают разработать и запустить в массовое производство нанороботов, способных передвигаться внутри организма по кровеносным сосудам, лимфатическим каналам и в межклеточном пространстве. Основной целью таких медицинских нанороботов будет поиск и нейтрализация опасных агентов, от токсинов до бактерий, а также лечение поврежденных клеток, органелл и ДНК.
Механосинтез может позволить производить подобных нанороботов in situ, однако остается открытым вопрос: будет ли это правильным? Поскольку диагностирование пока еще не может быть алгоритмизировано с высокой степенью точности, полезность производства медицинских нанороботов непосредственно на месте остается под вопросом.
Вполне возможно, что более простая область, фармакологическая, испытает определенные изменения. В идеале, имея рецепт, можно будет получить и формулу для производства нужных человеку препаратов. Это, как можно предположить, повлияет не только на стоимость лекарств, но и на структуру отрасли в целом, поскольку разработка новых лекарств - весьма капиталоемкий процесс.
Подведение итогов
Суммируя все вышесказанное, можно увидеть, что основным следствием применения механосинтеза в экономике будут:
- снижение издержек на производство и доставку большого количества материальных объектов, включая предметы обихода, инструменты, транспортные средства, бытовую электронику, одежду и прочие потребительские товары, кроме продуктов питания;
- увеличение информационного обмена;
- значительное увеличение жизненного цикла ресурсов;
- кратное увеличение энергопотребления.
Таким образом, основной вопрос, который встанет перед человечеством в эпоху повсеместного молекулярного производства - это вопрос получения и транспортировки больших количеств энергии. Современная инфраструктура, по предварительному анализу, вряд ли подойдет для подобного - слишком высоки потери при передаче. В этом отношении есть многообещающие разработки (провода из сверхпроводников по вполне разумной стоимости, например), но пока нет системного подхода к построению экономики будущего, ни даже системного взгляда на будущие проблемы.