Утв. Правительством РФ

Основные группы инновационных продуктов и услуг: топливные элементы, катализаторы для получения инновационных энергоносителей; наноструктурированные материалы для химических источников тока; сенсоры для анализа состава различных сред; датчики физических величин на основе наноматериалов; системы доставки лекарств; наноструктурированные биосовместимые материалы; новые типы легких и высокопрочных материалов; термостойкие наноструктурированные композиционные, керамические и металлические материалы; наноструктурированные композиционные и керамические материалы и покрытия с особыми термическими свойствами (теплопроводящие, терморегулирующие); наноструктурированные антикоррозионные покрытия; наноструктурированные антифрикционные и адгезивные материалы; наноструктурированные гидрофобные материалы; радиационностойкие и радиозащитные наноструктурированные композиционные материалы и покрытия; наноструктурированные композиционные материалы с особыми оптическими свойствами (фотонные кристаллы); солнечные батареи нового поколения; излучатели (в т.ч. лазеры и органические светодиоды) на основе наногетероструктур; композиционные, керамические материалы и нанофлюидика с особыми магнитными свойствами; элементы электроники на основе графена, фуллеренов, углеродных нанотрубок, квантовых точек; элементы электроники на базе мемристоров; наноструктурированные композиционные материалы с особыми электропроводящими свойствами, включая сверхпроводящие материалы; нано- и микроробототехнические системы; наноструктурированные материалы с эффектом памяти формы и "самозалечивающиеся" материалы; наноструктурированные материалы и реагенты для процессов водоочистки (водоподготовки, переработки пищевого сырья); газоразделительные мембранные наноматериалы; молекулярная самосборка и самоорганизация наномеханических систем.
Перспективные направления научных исследований

Уровень российских исследований в сфере нанотехнологий и новых материалов оценивается достаточно высоко, в частности, в таких областях, как разработка наноразмерных катализаторов для глубокой переработки сырья и создание наноструктурированных мембранных материалов. Однако существуют и "белые пятна" - области, в которых результаты проводимых в стране исследований пока недостаточны (например, разработка конструкционных материалов для энергетики).

1. Конструкционные и функциональные материалы:

Высокопрочные материалы.

Износостойкие материалы.

Антикоррозионные материалы.

Термостойкие материалы.

Радиационностойкие материалы.

Интеллектуальные и настраиваемые конструкционные материалы.

Связующие материалы.

Сенсорные материалы.

Материалы с особыми электромагнитными свойствами.

Каталитические материалы.

Материалы с особыми оптическими свойствами.

Мембранные материалы.

Ожидаемые результаты: градиентные покрытия на основе нанокомпозитов с эффективной защитой узлов и агрегатов от внешних факторов; композиционные интерметаллидные наноструктурированные покрытия для защиты конструкций в экстремальных условиях; углеволокнистые композиты с керамической матрицей на основе высокопрочных, высокомодульных нитей с пониженной массой и повышенной термостабильностью для производства элементов конструкции самолетов, ракет и космических станций; конструкционные материалы нового поколения с новой архитектурой и свойствами, в первую очередь механическими: повышенной прочностью, пластичностью, твердостью, трещиностойкостью, сопротивлением усталости и др.; функциональные материалы нового поколения с новыми свойствами (оптическими, транспортными, излучательными и др.), обусловленными наличием структурных элементов наномасштабных размеров; многоядерные процессоры на основе фотонных нанопереключателей, повышающие пропускную способность внутричиповых соединений при снижении энергопотребления; солнечные батареи, преобразующие до 90% световой энергии в электрическую, батареи, использующие инфракрасный диапазон и коротковолновую область солнечного спектра; новые материалы для альтернативных источников электроэнергии на основе нанотехнологий; сверхмощные керамические магниты для изготовления высокоэффективного электроэнергетического оборудования и его компонентов и др.

2. Гибридные материалы, конвергентные технологии, биомиметические материалы и материалы медицинского назначения:

Гибридные материалы и конвергентные технологии.

Биомиметические материалы и материалы медицинского назначения.

Ожидаемые результаты: костные импланты на основе биорезорбируемых нанокерамик и биокомпозитов, поставляющие материал для достраивания живых тканей организма, заполнения костных дефектов и др.; создаваемые с использованием биосовместимых нанокомпозитов на основе нанопористых соединений средства направленной доставки лекарств и воздействия на онкологические новообразования; нанокомпозиты на основе плазмидных ДНК и интерферирующих РНК для направленной доставки генетического материала; устройства для прямого считывания последовательности нуклеотидов, изготовленные с использованием наноструктурированной поверхности.

3. Компьютерное моделирование материалов и процессов:

Моделирование структуры и свойств материалов как функции их состава и организации с выходом на функциональные и конструкционные свойства материалов.

Моделирование процессов роста, агрегации, самосборки и самоорганизации наноматериалов и супрамолекулярных систем.

Моделирование процессов химического осаждения тонких пленок и покрытий из газовой и жидкой фаз.

Моделирование процессов переноса в нанопористых материалах и мембранах.

Моделирование процессов переноса заряда и энергии в наноструктурированных материалах, в т.ч. многослойных.

Моделирование рецепторных систем, молекул и препаратов, обладающих биологической активностью.

Моделирование новых комплексных систем с использованием самоорганизующихся соединений и наноструктур в целях создания интеллектуальных материалов для "умных" конструкций.

Моделирование новых материалов искусственного и синтетического происхождения, воспроизводящих отдельные функции биологических объектов.

Моделирование нано-, био-, инфо- и когнитивных технологий.

Ожидаемые результаты: новые концепции и программы предсказательного многомасштабного моделирования материалов и процессов (включая проверку расчетов на массиве экспериментальных данных); новые методы многопараметрического расчета сложных систем, обладающих биологическими свойствами и созданных на основе биохимически активных материалов, интеллектуальные материалы для "умных" конструкций и др.

4. Диагностика материалов:

Разработка применяемых для диагностики материалов перспективных технологий, основанных на принципах взаимодействия физических полей и обеспечивающих высокую информативность и достоверность результатов исследования объектов.

Разработка неразрушающих методов исследования материалов и процессов в режимах in-situ и operando (синтез, включая процессы самосборки; модификация и перестройка наночастиц; деградация; химические процессы, протекающие с участием наночастиц, и др.).

Разработка методов визуализации нанообъектов (атомно-силовая, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия).

Разработка методов исследования поверхности наночастиц и наноматериалов (дифракция быстрых и медленных электронов, рентгеновская фотоэлектронная, оже-спектроскопия).

Разработка специальных методов локального определения химического состава материалов, включая наноматериалы.

Ожидаемые результаты: перспективные диагностические системы; конкурентоспособные технологии, обеспечивающие высокую информативность и достоверность результатов, полученных в ходе исследования внутренней структуры объектов; новые концепции контроля состояния сложных систем в ходе физических и химических процессов; новые системы визуализации поверхности материалов с атомным разрешением.

Для России необходимость создания научно-технологических заделов в сфере рационального природопользования диктуется не только возможностями получения значимых долей на перспективных рынках, но и угрозой потери существующих позиций в традиционных сегментах вследствие постоянного ужесточения международных экологических стандартов качества продукции и используемых для ее производства технологий.

Перспективы развития данного приоритетного направления определяют следующие вызовы: вспышки численности животных и инвазии чужеродных видов; рост заболеваемости и смертности от загрязнения воздуха, водоемов и водостоков; распространение в новые районы заболеваний, вызванных климатическими причинами; распространение в окружающей среде новых загрязняющих веществ (включая наночастицы); потеря биоразнообразия; введение торговых ограничений в сфере "углеродного протекционизма"; усиление миграционных процессов, вызванное экологическими и климатическими факторами; рост добычи нефти из нефтеносных песков и горючих сланцев; усиление неблагоприятных геоморфологических и эрозионно-русловых процессов и изменений в криосфере; увеличение доли городского населения; изменения климата, усиление опасных гидрометеорологических процессов; рост численности населения, проживающего в условиях "водного стресса"; истощение запасов некоторых стратегических минеральных ресурсов.

Развитие приоритетного направления в средне- и долгосрочной перспективе определяется следующими окнами возможностей:

экономические, социальные и экологические: рост нефтегазодобычи на шельфе, ускоренное освоение Арктики; развитие экологически чистого транспорта; освоение трудноизвлекаемых углеводородных ресурсов; рост мирового спроса на продукты питания; увеличение затрат на охрану окружающей среды; введение юридически обязывающих ограничений на выбросы углекислого газа; освоение подземного пространства городов и сельских поселений; рост мобильности населения, связанной с рекреационным использованием территории; экологизация экономики и "зеленый рост" в развитых странах мира; повышение эффективности использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов; снижение доступности пресной воды и усиление конкуренции за воду;

научно-технологические: развитие комплексных исследований Арктической зоны; методов прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; разработка технологий экологически безопасной утилизации всех видов отходов и обезвреживания токсикантов; создание эффективных технологий дистанционной оценки состояния экосистем; развитие технологий рециклинга и повторного использования сточных вод; распространение материалов с новыми свойствами и технологий "зеленого" строительства; развитие многофункциональных и проблемно-ориентированных ГИС и перспективных интеллектуальных экспертных систем; разработка принципиально новых энергосберегающих технологий добычи и глубокой переработки минерального и техногенного сырья всех видов (твердого, жидкого, газообразного); методов прогнозирования гидрометеорологических процессов, в т.ч. опасных и экстремальных; технологий альтернативной энергетики, в т.ч. производства биотоплива; теории изменений климата; методов оценки природного и антропогенного риска; технологии освоения нетрадиционных ресурсов углеводородов; повышение коэффициента извлечения углеводородов на эксплуатируемых месторождениях.

Угрозы для России в указанной сфере: неблагополучное состояние окружающей среды (загрязнение атмосферного воздуха, водных объектов, почв, деградация биотических компонентов и экосистем); рост объемов отходов производства и потребления, накопленного экологического ущерба; нарастание негативного воздействия изменений климата, в т.ч. опасных гидрометеорологических явлений (наводнений, паводков, снежных лавин и селей, ураганов, шквалов и др.); недостаточная эффективность мониторинга последствий природных и техногенных катастроф; отсутствие рынка экологических услуг; истощение дешевых запасов качественных углеводородов, а также ряда других стратегически важных природных ресурсов (фосфоритов, редкоземельных металлов и др.); низкий уровень извлечения сырья при разработке месторождений углеводородов; значительная доля устаревших, экологических грязных производств низкого уровня передела; низкая культура экологического поведения; недостаточные объемы и низкая эффективность геологоразведочных работ.
Перспективные рынки, продукты и услуги

В период 2015 - 2020 гг. наиболее активно будут развиваться такие рынки, как системы раннего обнаружения и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; экологически чистые материалы и продукты; геоинформационные системы; оборудование и материалы для повышения эффективности добычи полезных ископаемых и их переработки.

В период 2020 - 2030 гг. максимальные темпы роста будут характерны для рынков оборудования для повышения эффективности переработки и добычи полезных ископаемых; экологически чистых материалов и продуктов; услуг по водоочистке и рециклингу воды и производства соответствующего оборудования; экологически безопасного и экономически эффективного обращения с отходами.

Перспективные рынки и продуктовые группы:

Системы экологического мониторинга, включая автоматизированные системы контроля окружающей среды: оборудование для анализа и контроля микро- и наночастиц в воде, земле и воздухе; системы контроля состояния атмосферы, гидросферы, криосферы, ландшафтов, почв, биоты, включая контроль эмиссий промышленных предприятий и мониторинг состояния климата; системы дистанционного мониторинга с использованием космических спутниковых систем.

Системы гидрометеорологических наблюдений и прогнозов: долгосрочные прогнозы погоды большой заблаговременности с уровнем оправдываемости, превышающим климатические прогнозы; ансамблевые прогнозы погоды и методы их вероятностной интерпретации; прогнозы характеристик состояния и режима поверхностных водных объектов.

Модели климата и опасных природных процессов: мезомасштабные модели для получения расширенного состава прогнозируемых опасных гидрометеорологических явлений; усовершенствованные гидродинамические прогностические модели высокой временной и пространственной детализации, в т.ч. совместные (океан - атмосфера - суша - биосфера).

Системы раннего обнаружения и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: системы раннего обнаружения условий, способствующих формированию природных и техногенных чрезвычайных ситуаций; системы диагностики состояния природных и техногенных систем; оборудование для мониторинга, контроля риска возникновения, а также уменьшения последствий чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера; методы прогнозирования природных и техногенных катастроф и их последствий на основе данных наблюдений и современных представлений о процессах их подготовки и развития.

Кадастры территорий и акваторий с наибольшим уровнем природного и техногенного риска.

Геоинформационные системы: программное обеспечение для супервычислений и систем хранения информации для моделирования и прогноза климата, состояния экосистем; специализированные пакеты обработки данных дистанционного зондирования Земли; веб-сервисы (геопорталы), работающие в он-лайн режиме.

Базы данных о состоянии окружающей среды: библиотеки данных о многолетнем состоянии компонентов природной среды; геоинформационная база онлайновых данных о лесных пожарах, наводнениях, утечках опасных веществ и т.п., позволяющая в режиме реального времени оценивать число, масштаб и скорость распространения бедствий; базы данных по природным и техногенным катастрофам, текущим наблюдениям состава атмосферы, сейсмических и геофизических полей.

Методики управления рисками чрезвычайных ситуаций: методики управления экологическими рисками при освоении морских нефтегазовых месторождений на акваториях, в т.ч. в покрытых льдом районах; методики оценки и снижения риска потерь для населения, территорий и объектов инфраструктуры от техногенных катастроф и стихийных бедствий и разработка мер по уменьшению ущерба от них; методы неразрушающего контроля.

Методики управления качеством окружающей среды: методики оптимизации территориального планирования в соответствии с ландшафтной структурой и эколого-ресурсным потенциалом территории; методики сохранения биологического и ландшафтного разнообразия (включая особо охраняемые природные территории); методики оценки состояния и динамики ресурсов водных и наземных экосистем, восстановления ресурсного потенциала территории с высокой антропогенной нагрузкой (почвы, водных и биоресурсов).

Услуги в области экологического мониторинга.

Услуги в области гидрометеорологии.

Работы по моделированию климата и опасных гидрометеорологических процессов.

Услуги по прогнозированию чрезвычайных ситуаций.

Услуги по информационно-аналитическому обеспечению охраны окружающей среды и экологической безопасности.

Оборудование и материалы для проведения геолого-разведочных работ для: разведки и поиска полезных ископаемых в сложных геологических условиях; прогнозных оценок продуктивности нефтеносных пластов; поиска зон возможного рудопроявления.

Оборудование и материалы для повышения эффективности добычи полезных ископаемых: системы освоения месторождений, основанные на комбинированных физико-технических и физико-химических технологиях, совместно выполняющих общую производственную программу в едином минерально-ресурсном и технологическом пространстве горных предприятий; системы освоения морских месторождений нефти и газа; оборудование для сверхглубокого (до 15 км) бурения; системы и методы повышения отдачи пластов, включая направленное изменение их коллекторских свойств, в т.ч. на истощенных месторождениях углеводородов и месторождениях низконапорного газа; системы утилизации попутного нефтяного газа; оборудование по вовлечению в разработку и добычу нетрадиционных источников сырья, в т.ч. углеводородного, включая "тяжелые нефти", газогидраты, сланцевый газ и др.

Оборудование и материалы для повышения эффективности переработки полезных ископаемых: системы селективной дезинтеграции; системы предварительной концентрации полезного компонента; системы комплексной и глубокой переработки минерального сырья.

Поиск и разведка полезных ископаемых.

Добыча полезных ископаемых.

Обогащение и переработка полезных ископаемых.

Оборудование и инфраструктура для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: мобильные и стационарные комплексы для очистки территорий, внутренних и морских акваторий от углеводородных (нефтяных) загрязнений; комплексы оперативно-диспетчерского управления и различных средств ведения спасательных работ и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Системы газоочистки и детоксикации воздушной среды: специальные материалы, катализаторы, поглотители для систем фильтрации воздуха; оборудование для экономически эффективного и экологически безопасного обезвреживания токсичных веществ в газовых средах.

Системы водоочистки и повторного использования воды: оборудование для утилизации осадков сточных вод; очистные системы нового поколения (для очистки от новых загрязняющих веществ); сорбенты и реагенты для очистки сточных вод и подготовки питьевой воды; новые ресурсосберегающие экологически чистые вещества и материалы для защиты поверхностных и грунтовых вод от техногенных и антропогенных воздействий, водоподготовительные системы нового поколения.

Оборудование для утилизации, переработки и захоронения отходов: оборудование для переработки и утилизации различных видов сортированных и несортированных коммунальных отходов (балластной и биоразлагаемой частей) с получением вторичного сырья и готовой продукции; оборудование для экологически безопасной и ресурсосберегающей переработки отходов производства с получением изделий и материалов, а также ценных компонентов (строительных изделий и материалов, смазок и паст, горючих газов, жидких топливных фракций и композиционных материалов, концентратов драгоценных и редких металлов и т.д.); оборудование для переработки и уничтожения материалов и сырья, содержащих опасные и особо опасные загрязняющие вещества (включая отходы нефтеперерабатывающей отрасли, медицинские и особо токсичные отходы).

Оборудование для рекультивации природных сред: системы обеспечения экологической безопасности и рекультивации полигонов, объектов обращения с отходами производства и потребления (включая особо токсичные), свалок, хвостохранилищ, территорий и акваторий, в т.ч. загрязненных нефтью и нефтепродуктами, химическими и радиоактивными веществами.

Вторичное сырье и готовая продукция на основе переработки отходов и стоков: сырье и продукция на основе переработки твердых бытовых отходов; сырье и продукция на основе отходов добычи и переработки полезных ископаемых; удобрения из осадков сточных вод; очищенная вода для промышленных, сельскохозяйственных и других нужд.

Экологически чистые материалы и продукты: продукция органического сельского хозяйства; строительные материалы с новыми свойствами (в т.ч. энергосберегающие).

Работы по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Услуги по газоочистке и детоксикации воздушной среды.

Услуги по водоочистке и рециклингу воды.

Услуги по рекультивации, санации и восстановлению земель.

Услуги в области экологически безопасного обращения с отходами.

Интеллектуальные экологические услуги: экологический консалтинг, аудит, сертификация, страхование, экопросвещение, мероприятия по повышению экологической культуры.
Перспективные направления научных исследований

Наиболее значимые научные результаты, которые могут быть достигнуты в период до 2030 г., охватывают: создание систем мониторинга, оценки и прогнозирования состояния окружающей среды, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; перспективные технологии поиска и разведки минеральных ресурсов; высокоэффективные безопасные методы морской разведки и добычи углеводородов в экстремальных природно-климатических условиях. Их разработка и внедрение приведут к более рациональному использованию минерально-сырьевой базы страны и повышению эффективности ее воспроизводства, снижению уровня загрязнения окружающей среды, минимизации ущерба от природных и техногенных катастроф.

В среднесрочный период будут активно проводиться исследования и разработки в области экологически чистых материалов и продуктов; программного обеспечения и геоинформационных систем; оборудования и материалов для повышения эффективности добычи и переработки полезных ископаемых; раннего обнаружения и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

1. Сохранение благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности:

Изучение изменений климата и экстремальных климатических событий с использованием перспективных подходов к анализу климатообразующих факторов.

Реконструкция ретроспективной и оценка современной динамики криосферы, в т.ч. многолетнемерзлых грунтов и ледников, а также прогноз ее изменений.

Формирование прогноза переноса и трансформации загрязняющих веществ в окружающей среде, включая микро- и наночастицы.

Оценка изменений экологического состояния ландшафта и его компонентов, эрозионно-русловых процессов, биогеохимических потоков, биопродуктивности и биоразнообразия, а также водных объектов и их систем.

Оценка и прогнозирование комплексного воздействия природных и техногенных факторов на состояние здоровья и жизнедеятельность населения в условиях изменяющегося климата и окружающей среды.

Разработка систем рационального природопользования в условиях городов и агломераций, размещения хозяйства и населения.

Оптимизация схем территориального планирования в соответствии с ландшафтной структурой и эколого-ресурсным потенциалом.

Ожидаемые результаты: снижение уровня негативного воздействия хозяйственной деятельности (образования отходов производства и потребления, выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, сбросов в водные объекты) на природную среду и здоровье населения; разработка и применение экологически эффективных технологий мирового уровня в основных отраслях экономики.