Коли рідкісний газ стає стратегічним ресурсом: кріогенна інженерія Анатолія Псатія

Мікросхема у смартфоні, промінь хірургічного лазера, контрастна речовина для комп'ютерного томографа, потужна лампа на злітній смузі аеропорту. Усі ці технології залежать від газів, про існування яких більшість людей навіть не здогадується. Криптон і ксенон видобувають у мізерних кількостях лише в кількох країнах світу, і коли постачання з одного регіону скорочується, це відчуває вся високотехнологічна промисловість, від виробників напівпровідникових пластин до космічних агентств.

Анатолій Псатій очолює науково-технічний напрям у Cryoin Engineering, одеському підприємстві з переробки рідкісних газів, і відповідає за три виробничі напрями компанії, що охоплюють ксенон та криптон, неон і гелій. Рідкісні гази, з якими він працює, потрібні високотехнологічним галузям практично в усіх розвинених країнах, а виробників, здатних забезпечити їхню промислову чистоту, у світі лишається дедалі менше. Вузька спеціалізація Псатія, очищення, розділення та повторне використання інертних газів, сьогодні стала питанням промислової стратегії.

«Більшість людей ніколи безпосередньо не стикалися ні з криптоном, ні з ксеноном, але щодня користуються технологіями, у яких застосовують ці гази: від знімка легень до мікросхеми в телефоні», – розповідає інженер.

Гази у складі технологій

Насправді цю технологію застосовують у значно більшій кількості сфер. У виробництві напівпровідників криптон і ксенон входять до складу газових сумішей ексимерних лазерів, які формують найтонші елементи мікросхем.

У глибокій ультрафіолетовій літографії такий лазер проєктує малюнок майбутньої мікросхеми на кремнієву пластину, і саме склад газової суміші в його резонаторі визначає стабільність довжини хвилі, від якої залежить чіткість цього малюнка. У медицині ксенон використовують для наркозу та контрастного сканування легень, а криптон застосовують у лазерах для лікування сітківки ока.

Складніше утримувати показник на промисловому рівні, цілодобово й місяцями поспіль, без жодної зупинки виробництва для повторного налаштування апаратури. Анатолій Псатій працює з газами такої чистоти.

Один інженер, три напрями

У Cryoin Engineering інженер відповідає за власні технічні рішення і водночас за те, щоб розробки лабораторії витримували умови цеху. Лабораторну установку можна будь-коли зупинити для налагодження. Промисловий комплекс працює цілодобово, а перерва навіть на кілька годин призводить до втрати накопиченого в системі газу. Кожен його крок стосується одразу всіх трьох напрямів компанії, тому будь-яка зміна в одному з них має узгоджуватися з рештою двох.

«Дослідник може розробити точну схему, проте її ще потрібно пристосувати до умов виробництва. Моє завдання полягає в тому, щоб лабораторне рішення постійно працювало в цеху», - пояснює Анатолій.

Ця відповідальність вимагає одночасно розуміти хімію процесу, фізику низьких температур і логіку автоматичного керування, тому фахівців такого профілю в галузі залишається небагато, а підготовка нового зазвичай займає роки практики безпосередньо на виробництві.

Дефіцит рідкісних газів

Україна успадкувала роль постачальника рідкісних газів ще з радянських часів. Тоді на сході країни збудували металургійні комбінати, чиї кисневі станції одночасно вловлюють із повітря і рідкісні гази: криптон, ксенон та неон. Ще 2014 року, після першого загострення на сході країни, ціни на них вже різко зростали, а серед найбільших одеських переробників, чиї потужності живили зокрема американський ринок, значився Cryoin Engineering, підприємство, де сьогодні працює Псатій.

Цього року історія повторилася в набагато більшому масштабі. Через бойові дії металургійні заводи скоротили виробництво, що ще більше загострило дефіцит цих газів. За оцінками галузевих аналітиків, ціни на криптон зросли в кілька разів ще до лютневого вторгнення, а після його початку темп подорожчання лише прискорився.

«Ці кілька тижнів показали, наскільки крихкою є ця залежність. Коли зупиняється кілька металургійних заводів, зупиняється частина світового виробництва мікросхем, і про це майже ніхто не здогадувався, поки це не сталося», - зазначає інженер.

Комплекси повторного використання газу, подібні до того, яким керує Псатій на Cryoin Engineering, не усувають залежність від імпорту повністю, але скорочують потребу купувати щойно видобутий газ саме тоді, коли постачання найбільш вразливе.

Попит без кордонів

На практиці модульність означає, що комплекс можна долучити окремим блоком до наявної газової лінії підприємства без зупинки чи перебудови решти виробництва. Розробку можна впроваджувати на заводах різної потужності в Україні та інших країнах. Ефективність розробки офіційно підтвердила Східноєвропейська асоціація виробників технічних газів «СІГМА», зафіксувавши результати промислової експлуатації комплексу окремим актом впровадження. Таке зовнішнє підтвердження додає розробці ваги, яку важко отримати виключно власними звітами підприємства.

«Комплекс, який ми проєктували в Одесі, не прив'язаний до одного майданчика. Змінюються здебільшого трубопроводи, електрика та вимоги місцевих регуляторів, а сам технологічний процес залишається тим самим», – підсумовує Анатолій.

Попит з боку напівпровідникової промисловості зростає швидше, ніж видобуток сировини, а нові покоління мікросхем потребують дедалі складніших літографічних процесів і, відповідно, ще більших обсягів надчистого криптону та ксенону. Що більше підприємств переходитимуть на схеми повторного використання газу, то очевиднішою ставатиме потреба в інженерах, які поєднують хімічні, інженерні й управлінські навички. Анатолій Псатій уже поєднує їх щодня в Cryoin Engineering, перетворюючи лабораторні рішення на робочі промислові комплекси.