Владислав Жданов - Профессор НИУ ВШЭ и бывший вице-президент АК «АЛРОСА» (2015-2018 гг.). По специальности физик. Получил образование в УрГУ (Общая и молекулярная физика), Дипломатической академии МИД, в City University London, Oxford University и РАНХиГС. Автор ряда научных статей по использованию синтезированных и природных алмазов в современных высоких технологиях, о трендах и перспективах их потребления этой сфере.
В академическом журнале Heliyon вышла статья (“Comparative analysis of labor input required to produce one carat at different methods of synthesis and mining of diamonds”) коллектива авторов под руководством профессора Высшей школы экономики Владислава Жданова. В ней подробно анализируются трудозатраты на производство одного карата алмаза тремя разными методами – добыча, HPHT и CVD.
Владислав Жданов рассказал агентству R&P об академическом исследовании, посвященном сравнительному анализу расходов ресурсов при производстве алмазов.
В интервью, данном нашему ресурсу, вы рассказывали о результатах изысканий о производственных расходах в части потребности в энергии и воде (https://www.rough-polished.com/ru/exclusive/123421.html). Каковы ваши выводы о, пожалуй, самой затратной части операционных издержек при производстве алмазов – расходах на персонал?
Мы с коллегами взяли отчетность De Beers и проанализировали операционную деятельность двух уникальных алмазных месторождений в Ботсване – Orapa и Jwaneng - в части количества персонала, непосредственно вовлеченного в добычу. После этого мы соотнесли количество персонала с объемом добываемых на этих месторождениях алмазов. Конечно, в этом есть значительный элемент аппроксимации, связанный как с уникальностью этих месторождений в части содержании алмазов в породе, так и с неизбежной кадровой динамикой. И все же мы пришли к выводу, что на этих месторождениях в течение часа каждый сотрудник в среднем производит более чем по 2 карата алмазов, и по этому показателю добыча превосходит синтез, где аналогичные показатели значительно скромнее.
Можете остановиться на этом подробнее?
В частности, если мы берем авторские экспериментальные данные в части синтеза методом CVD, с множеством технологических оговорок о характеристиках магнетрона (источник излучения), условиях синтеза (температуры, давления, состава газовой смеси), качества получаемых монокристаллов и т. д., то мы приходим к тому, что каждому лаборанту требуется более трех часов, чтобы синтезировать один карат, и этот показатель значительно отличается от добычи. Сразу оговорюсь, что именно в части оценки трудозатрат на синтез методом CVD у нас с экспертами возникли основные споры. Некоторые производители CVD реакторов заявляют производительность большую, чем наша экспериментальная, и мы понимаем дискуссионность полученных нами результатов, которые несколько скромнее, чем у наших коллег.
Рисунок 1. CVD процесс, авторский рисунок, май 2022
Какие у вас результаты по HPHT - процессу, который является основным методом синтеза - по крайней мере, по объемам производства?
Рисунок 2. HPHT пресс, авторский рисунок, май 2022
Нет сомнений, что HPHT, давно преодолев все детские технологические болезни, является сегодня самым эффективным методом синтеза в части трудозатрат. Очень грубо, менее двух часов требуется в среднем сотруднику HPHT производства, чтобы синтезировать 1 карат алмазов ювелирного качества, и этот показатель будет совершенствоваться, то есть в нашем случае сокращаться по времени. Растет производительность прессов, технологии масштабируются – все идет к тому, что в обозримом будущем относительные трудозатраты HPHT синтеза и добычи будут сближаться.
Получается, что CVD не имеет шансов в этой гонке?
Знаете, пожалуй, будет уместно привести метафору, извините за упрощение: поезд, самолет и ракета – добыча, HPHT и CVD соответственно. Действительно, в пересчете на персонал, необходимый для обслуживания процесса перевозки пассажиров/грузов железная дорога бьёт всех, но у самолета и, тем более, ракет есть сверхпреимущества, что делает эти виды перевозок не менее востребованными. Возвращаясь к CVD реакторам, это, конечно, возможность лучше контролировать синтез кристалла, создавать новые структуры на основе алмаза – например NV-центры, а это уже квантовые проекты, совсем другое применение, не ювелирный рынок.
Правильно понимаю, что цикл исследований ещё не завершен, и у вашего коллектива есть еще материалы для публикации в академических изданиях?
Первые две работы, говоря языком экономистов, это, конечно, основные статьи операционных издержек, OPEX – энергия, вода и персонал. Завершающая наше исследование статья - это CAPEX, она более простая методологически, но, возможно, самая значимая для тех читателей, которым интересен синтез.
Опять же, мы сравниваем относительные затраты на запуск производства алмазов, и понятно, что в абсолютных величинах запуск нового горно-обогатительного комбината - очень масштабная история, в отличие от покупки CVD реакторов. И было интересно сравнить удельный CAPEX по всем трем технологиям.
Можно ли уже анонсировать Ваши результаты по CAPEX?
Давайте подождем, мы сейчас перепроверяем все данные. Очень быстро развиваются технологии синтеза, цена на «железо» для синтеза предельно динамична. Но при первом приближении мы опять видим привычную нам иерархию технологий производства по удельному CAPEX – добыча не сдается.
После выхода заключительной статьи мы планируем издать книгу, обобщив в ней всё, что мы знаем о производстве алмазов. Выход за рамки академического формата позволит нам добавить больше иллюстраций, «оживить» подачу материала. Думаю, книга станет точкой в этом исследовании, и мы планируем привлечь к ее изданию еще авторов, чьи данные зачастую отличаются от наших. Но тем интереснее будет читателям.
Можно задать вам не научный, а более прикладной вопрос: что вы думаете о будущем производства алмазов? Каковы перспективы добычи и лабораторного производства - средне- и дальнесрочные?
Очевидно, что синтез алмазов будет развиваться – науке нужны новые метаматериалы, их невозможно получить путём добычи, только синтез. Среднесрочная перспектива – увеличение диаметра HPHT прессов и размеров инициирующей подложки для CVD синтеза – как следствие рост производительности. Дальнесрочная перспектива –значительное увеличение мощности излучения в CVD реакторах, есть куда расти в прямом смысле этого слова. Мы с коллегами моделировали распределение плазмы для источников излучения повышенной мощности, математически очень интересно.
Рисунок 3. Массив CVD реакторов, авторский рисунок, май 2022.
Кроме того, на наш взгляд еще не раскрыт потенциал синтеза алмазов методом кавитации, этот метод синтеза принципиально отличается от HPHT и CVD - мы с коллегами пока на стадии математического моделирования, и, уверен, не мы одни понимаем перспективы кавитации.
Что касается добычи, она, безусловно, никуда не уйдет - экономически у нее большой гандикап в ювелирном сегменте и технологический потенциал для инноваций не меньше, чем в синтезе.
Также R&P связался с заместителем директора Института прикладной физики Российской Академии наук (ИПФ РАН) (Нижний Новгород) доктором физико-математических наук Михаилом Глявиным, который прокомментировал результаты исследования научной группы под руководством Владислава Жданова: «Наши коллеги провели очень полезное, интересное и актуальное исследование. Необходимо отметить, что технологии синтеза постоянно совершенствуются. Использование микроволновых генераторов (российские гиротроны и их приложения подробно описаны, например, в статье A. G. Litvak, G. G. Denisov and M. Y. Glyavin "Russian Gyrotrons: Achievements and Trends" ссылка на статью https://ieeexplore.ieee.org/document/9318737) с более высокой частотой, чем у магнетронов, и оригинальные квазиоптические методы формирования зоны плазменного разряда позволяют почти на порядок увеличить выход конечного продукта (алмазов). Относительно заявленных планов повышения мощности – в ИПФ РАН созданы непрерывные мегаваттные гиротроны, работающие на частотах от 28 ГГц до 170 ГГц, так что с этим проблем не будет. Нет никаких сомнений что у СVD синтеза хорошие перспективы и большое будущее».
