За запасами природних копалин Україна — одна із забезпечених країн світу. Бували часи, коли вона свою конкурентну перевагу успішно використовувала. Але без розвитку надровидобування, нових технологій переробки, перевага поступово втрачалася. Можна сказати, що недооцінка, а то й безгосподарне ставлення до своїх природних багатств досі не дозволило нашій країні стати заможною. Одне з таких природних багатств — базальт.
Центр розробок базувався в Києві
Базальтові породи належать до копалин, які є стратегічним запасом країни. Загалом це — найпоширеніша порода земної кори. Магма з вулканів. Базальтові родовища є практично у всіх країнах, їхні запаси величезні. Але мало країн світу володіють складними технологіями виробництва з нього.
Базальт як камінь використовувався давно, але виробляти з нього базальтове волокно (БВ) запропонував француз Пол Де, який отримав патент на свій винахід у 1923 році у США. На той час його винахід нікого не зацікавив. А через кілька десятиліть, під час холодної війни, про нього згадали, і почались активні розробки у цій сфері. Під грифом секретності США та СРСР почали досліджувати властивості та можливості застосування базальтового волокна, насамперед в оборонній промисловості, яка зазвичай належить до високотехнологічних галузей виробництва.
Центр розробок СРСР базувався в Києві, в Інституті проблем матеріалознавства НАН України. За результатами роботи цього центру було отримано перші промислові зразки базальтового волокна, а в середині 80-х було запущено перше промислове виробництво волокна. Фахівці Інституту проблем матеріалознавства достеменно вивчили мінерально-сировинну базу України, розробили технічні умови на гірські породи для виробництва базальтового волокна. Дослідження сировинних баз Закарпатської, Рівненської, Донецької, Дніпропетровської, Запорізької, Черкаської, Полтавської, Кіровоградської, Вінницької областей та Криму засвідчили наявність на території України різноманітних гірських порід, які можуть бути використані для виробництва різних видів базальтових волокон. Це – андезити, андезитобазальти, базальти, даяєрити, діабази, базальтові та діабазові порфірити, габро, амфіболіти та кристалічні сланці. Найбільша кількість родовищ припадала на Закарпаття.
На фото: приклади використання базальтового волокна за кордоном і у нас в Україні.
Чому базальт називають «вічним» матеріалом?
Технологія виробництва базальтових волокон базується на використанні однокомпонентної сировини. Базальт видобувається на кар’єрах вибуховими методами, потім його дроблять, плавлять при температурах 1400 – 1500° С в тигельних печах індукційного типу, там здійснюється так званий круговий нагрів для однорідності розплавлення й економії енергії. На виготовлення 1 кг БВ витрачається лише 0,8 кВт/год.
Головним, складним, дорогим і відносно недовговічним елементом виробництва є платино-родієві або платинові фільєри вартістю до 700 тис. євро, які витримують до 1500° С. Але нині вже є наукові розробки щодо виготовлення фільєр з графітових матеріалів, що є значно дешевше і довговічніше.
Тож починаючи з 70-х років минулого століття, базальтове волокно, завдяки своїм унікальним характеристикам, а саме: міцності, стійкості до впливу кислот і лугів, термічній стійкості, вібро- , зносо- та стійкості до різких перепадів температур, — набуло широкого використання і в Україні. Зокрема для тепло й звукоізоляції, для виробництва вогнестійких матеріалів та забезпечення протипожежних систем, фільтрів, виробництва технічних тканин і нетканих матеріалів, армуючих, композитних матеріалів та виробів.
Загалом перелік використання базальтових волокон може бути дуже довгий. Їх застосовують для виробництва теплоізоляторів, матеріалів для фільтрів газоподібних викидів і хімічних активних рідких середовищ, для гідропоніки в сільському господарстві, для дисперсного об’ємного армування бетонів і асфальтобетонів, композитної арматури, арматурних решіток, будівельних і дорожніх сіток, труб середніх і великих діаметрів, зокрема для промислової та стічної каналізацій, цистерн, ємностей, для зберігання агресивних рідин, балонів високого тиску, опор і перекриттів мостів, систем кріплення шахт, морських і повітряних суден; електроізоляційних матеріалів, трансформаторних підстанцій. У різних галузях промисловості й сільського господарства, у будівництві, енергетиці, суднобудування тощо.
А все завдяки якісним характеристикам базальту. Композитна базальтова арматура, наприклад, не піддається корозії, довговічна в експлуатації, у 5-8 разів легша, ніж сталева арматура, і в 2,5 рази міцніша на розрив. Вона легко ріжеться звичайними інструментами, не проводить електрику, не створює полів під впливом радіочастотної енергії, тому підходить для будівель лікарень або центрів обробки даних. Усі ці унікальні якості базальту, призводять до суттєвого здешевлення робіт, збільшення довговічності зробленого та дотримання екологічності.
Базальт є практично «вічним» матеріалом, на відміну від металу. Він є ідеальним для заміни шкідливих азбестів та матеріалів зі скловолокна. Із тканин на основі БВ виготовляють різні види одягу: пожежно-захисний, теплоізоляційний, протипожежний, для сталеварів, електрозварювальників тощо.
Невидимі кораблі та базальтові берегові лінії
Найбільші світові виробники, такі як Airbus, Boing, BMW тощо масово переходять на застосування базальтокомпозитних виробів, що забезпечує низьку їх собівартість та меншу вагу, зносостійкість та вантажопідйомність. Базальтові вироби використовують при виготовленні залізничних вагонів, що призводить до суттєвої економії палива та перевезення додаткових вантажів. Китай виробляє морські контейнери із базальту, які на 60 % легші, не схильні до зносу та корозії. Чимало країн зміцнюють свої берегові лінії з використанням базальтових виробів і це є початком глобального переходу на екологічно чисті, ефективні та рентабельні базальтові технології.
Особливу увагу варто звернути на можливості використання базальтового волокна в оборонній промисловості.
Виготовлення оболонок снарядів і ракет з БВ, міцніших та легших за метал, допомагає наростити дальність за тієї ж потужності заряду. А для військових ракет, літаків, дронів, суден взагалі відкриваються фантастичні можливості: вони стають невидимими завдяки властивостям базальту не віддзеркалювати хвилі в широкому частотному діапазоні.
Жаростійкі базальтокомпозити застосовуються в ракетній та аерокосмічній галузях. Над їх розробкою працює Каліфорнійський університет. ЄС запустив проєкти впровадження композитів у суднобудуванні: RAMSSES, FIBRESHIP. Суднобудівники США, Індії, Сінгапуру та Італії використовують базальтові композити, підкреслюючи їхню стійкість до корозії, негорючість, міцність та легкість. Ще далі від інших просунулись голландські суднобудівники. Група компаній Damen ще з 60-х років виробляє композитні судна. На верфі в Туреччині вони випускають судна, довжиною до 25 м і планують створювати композитні кораблі на 45 і 75 м, призначені для виявлення мін і розмінування. Незабаром передбачається заміна усіх протимінних суден голландських ВМФ на композитні.
Використання бетону з БВ для злітно-посадкових смуг аеродромів підвищує їх зносостійкість та коефіцієнт зчеплення з колесами шасі літаків. З БВ вже створені та використовуються протипожежні авіабомби. Маскувальні системи дозволяють зменшити дальність захоплення високоточною зброєю у 9 разів, значно знижують помітність в інфрачервоному та радіолокаційному діапазонах. БВ дозволяють робити також унікальну тару для зберігання боєприпасів (надійну, легку, довговічну, пожежобезпечну) на заміну дорогої з деревини, яка при зберіганні на відкритих майданчиках надто недовговічна.
Окрім високої ефективності військової техніки, завдяки використанню базальтового волокна, суттєво здешевлюється виробництво.
Хто отримає конкурентні переваги
Нині в економічно сильних країнах складно знайти галузі, де б не використовувався базальт. Необхідний він і в Україні.
Один із прикладів: в умовах дефіциту енергоресурсів та їх високої вартості важливим є утеплення приміщень. В Україні житлово-комунальне господарство споживає до 20 % усіх енергоресурсів. Багатоповерхівки (на 1 м²/рік) споживають від 400 до 550 кВт/год, індивідуальні будинки — 600-800 кВт/год. А в Німеччині будинки садибного типу споживають в середньому близько 250 кВт/год, у Швеції – 135 кВт/год. І це за умов, що клімат у нас усе-таки тепліший. Енерговтрати тісно корелюють з утепленням. До прикладу, в Швеції використання утеплювачів складає 60 кг/люд., США – 50, Фінляндія, Японія – 40, Україна – 9,0 кг/люд. І варто сказати, що застосування майже вічних базальтових утеплювачів повністю розв’язує проблему, успішно замінюючи у сучасних теплоізоляторах пінополістироли, пінопласти та скловату, як недовговічні та ще й зі шкідливими фенольними сполуками.
Світовий ринок теплоізоляційних матеріалів величезний: у 2022 році він становив 28,75 млрд доларів, а за 10 років зростання очікується до майже 50 млрд доларів. На сьогодні потреба ринку в базальтовій продукції у багато разів більша, ніж обсяги його виробництва.
Географічно розподіл світового ринку споживання БВ та виробів з них такий: найбільшим світовим споживачем є США – 44%, далі йдуть Європа – 26%, Азія – 24% В Європі основними споживачами є Німеччина та Австрія – понад 30%, Італія – понад 20%, Франція – близько 18%. Серед 10 найбільших світових виробників БВ, 4 розташовані в Китаї, по 2 у США та Європі. Потреба у БВ сьогодні становить мільйони тонн на рік, а задовольняється вона лише на кілька відсотків.
Базальт не тільки екологічно чистий матеріал 21 століття з грандіозними можливостями застосування, а й конкурентоспроможна галузь нових матеріалів зі стійким та стрімким розвитком у світі, а також ринок з низьким конкурентним середовищем. Ті країни, які першими почнуть його масове виробництво, отримають великі конкурентні переваги.
Однією з переваг базальту є легкість його утилізації шляхом переплавлення, а також можливість повторного застосування його як сировини. Інша перевага: можливість локалізації його виробництва — адже й видобуток сировини, і переробка, і випуск готових виробів може зосереджуватись у одній країні, що забезпечує виробництво тут навіть за умов нестабільної економічної ситуації, чи навіть війни.
Тому, вважаємо, що найближчим часом можна очікувати «базальтову» революцію з масовим використанням БВ і повною заміною багатьох конструкцій на базальтомісткі.
Повертаємось до України
Ми тимчасово залишили нашу країну у 80-х роках минулого століття, коли перед нею розгорталися хороші перспективи з використанням багатих запасів базальту.
У ті роки в Україні було створено й діяло близько 30 підприємств базальтової спрямованості. І не тільки в Україні. Навіть у В’єтнамі було побудовано завод, а підготовку тамтешніх фахівців здійснювали київські навчальні заклади. однак 90-і виявилися важкими для України. Більшість підприємств базальтового спрямування закрилися з різних причин.
Залишились одиниці. В той час, як Україна стояла на місці, світ рухався вперед, створюючи нові, досконаліші технології. Інститут проблем матеріалознавства продовжував вести дослідження, наскільки це було можливо, але без необхідного обладнання високого рівня, матеріалів, розраховувати на серйозні результати складно. Адже для розвитку подальших вагомих досліджень необхідно виділення коштів, яких у країни просто не вистачає. Тобто Україна втратила свої конкурентні переваги.
Водночас для розвитку базальтової індустрії Україна має все необхідне. Є наукові розробки, у бекграунді — світовий пріоритет створення матеріалів з базальтового волокна, промислового впровадження технологій та обладнання. А також «матчастина»: багато різноманітних родовищ базальту. Український ринок здатний динамічно та інтенсивно розвиватись, особливо зважаючи на те, що відновлення країни буде відбуватись на основі передових технологій, з використанням нових екологічно чистих матеріалів.
Відновлення індустрії виробництва БВ допоможе розв’язати чимало проблем: відновити позиції у цій сфері, ефективніше використовувати природні багатства; створити високотехнологічні виробництва матеріалів для оборонної галузі, будівництва, енергетики, видобувної промисловості, газової галузі, комунального господарства, зменшити залежність України від імпорту та підвищити експортний потенціал країни за рахунок високотехнологічних матеріалів з високою доданою вартістю.
Володимир ХАУСТОВ,
вчений секретар Державної установи
«Інститут економіки та прогнозування Національної академії наук України», заслужений економіст України