Експертне дослідження: Чи можна застосувати неоновий газ у військових потребах?

В останні роки ланцюги постачання промислових газів здобули несподіване геополітичне значення. Неон, який багато хто сприймає лише як елемент яскравих рекламних вивісок, став предметом активних дискусій щодо технологічної незалежності та безпеки. Це пов'язано з його критично важливою роллю у виробництві напівпровідників, де він є незамінним для ексимерних лазерів, які використовуються в літографічному обладнанні. У 2022 році постачання неону з України, країни, що забезпечувала близько 50% світового ринку очищеного неону, різко скоротилося через повномасштабну війну. Це призвело до серйозного дефіциту в напівпровідниковій галузі. Виникли запитання: наскільки важливий цей газ для технологій оборони? Чи має неон як газ будь-яке безпосереднє військове використання? І чому Україна стала таким ключовим постачальником?

Неонові системи використовуються в багатьох компаніях по всьому світу, хоча рекламний сектор не є головним джерелом попиту. Компанія Cryoin Engineering, яка спеціалізується на кріогенних технологіях та системах для розділення повітря, пропонує інноваційні рішення для виробництва рідкого неону шляхом ректифікації атмосферного повітря. Ці установки дозволяють отримувати неон з чистотою до 99,999%, що є надзвичайно важливим для сучасних технологічних застосувань.

Основні напрями використання неону сьогодні включають мікроелектроніку (ексимерні лазери ArF і KrF для фотолітографії у виробництві мікросхем з технологічними нормами до 7 нм), медицину (МРТ-сканери та деякі види лазерної хірургії), наукові дослідження (кріогенні системи та детектори частинок), а також спеціалізоване освітлення.

Військова роль неону є непрямою. Жоден вид зброї не використовує його як складову частину. Проте, без неону неможливо виробити сучасні мікрочипи, які застосовуються в системах наведення, радарах, дронах, супутниках і комунікаційних системах. Тому важливо аналізувати використання неонового газу в оборонній галузі через призму технологічних ланцюгів постачання.

Історія українського неону бере свій початок багато років тому. Металургійні підприємства в містах Маріуполь, Кам'янське й Запоріжжя мали потужні установки для розділення повітря (ASU), які забезпечували киснем металургійні процеси. Неон утворюється як побічний продукт цього виробництва — він накопичується у відпрацьованих азотних фракціях під час кріогенної ректифікації.

Українські компанії, зокрема Ingas з Маріуполя та Cryoin з Одеси, успішно розробили технології очищення неону до стандартів, необхідних для напівпровідникової індустрії. Цей процес включає складні багатоступеневі етапи, що дозволяють видаляти водень, азот, гелій та інші газові домішки. Отриманий продукт постачається таким великим компаніям, як ASML (Нідерланди), Intel, Samsung, TSMC та іншим лідерам у сфері виробництва чипів.

Обговорення рідкісних газів завжди коливається між цивільними та військовими аспектами. Гелій, аргон, криптон, ксенон і неон мають схожі шляхи застосування: спочатку їх використовують у наукових дослідженнях, потім у промисловості, що, в свою чергу, впливає на оборонну галузь.

Розглянемо гелій як приклад. Цей газ має вирішальне значення для охолодження надпровідних магнітів в МРТ-сканерах, а також активно застосовується в військових спостережних аеростатах і системах управління балістичними ракетами. Сполучені Штати Америки ще в 1925 році заснували Національний резерв гелію, усвідомлюючи його стратегічну важливість.

Аргон використовується для зварювання титанових та алюмінієвих сплавів в аерокосмічній галузі. Ці ж технології реалізуються у виробництві цивільних літаків Boeing, а також у винищувачах F-35. Ксенон, у свою чергу, знаходить своє застосування в іонних двигунах супутників — як у комерційних телекомунікаційних, так і у військових розвідувальних.

Фахівці з експортного контролю зазвичай не класифікують неон як матеріал подвійного призначення у прямому сенсі. Вассенаарська угода -- міжнародна домовленість щодо контролю експорту звичайних озброєнь -- не включає неон до переліків контрольованих товарів. Причина проста: сам по собі цей газ не має прямого військового застосування.

Водночас напівпровідникове обладнання, що потребує неону, безумовно належить до технологій подвійного призначення. Літографічні системи ASML серій Twinscan NXT і NXE підпадають під експортні обмеження США та ЄС. Китай протягом багатьох років намагається отримати доступ до найсучасніших моделей, але стикається з жорсткими обмеженнями.

Лютий 2022 року виявився справжнім потрясінням для глобальної індустрії чипів. Дві ключові українські компанії — Ingas і Cryoin — або повністю призупинили свою діяльність, або значно зменшили виробництво. Завод Ingas у Маріуполі зазнав повного руйнування внаслідок облоги міста. Тим часом Cryoin в Одесі зумів зберегти частину своїх виробничих потужностей, проте експортні операції стали надзвичайно ускладненими.

Intel, Samsung і TSMC публічно заявили, що мають стратегічні запаси неону на 3-6 місяців. Паралельно було запущено екстрені програми диверсифікації постачань. Китайські виробники почали нарощувати власне виробництво, однак досягнення напівпровідникової якості виявилося складнішим, ніж очікувалося. Росія теоретично має технічні можливості для виробництва неону на металургійних комбінатах, але санкції обмежують експорт обладнання для очищення газів.

Світова індустрія зріджених газів відреагувала швидко. Air Liquide (Франція), Linde (Німеччина/Велика Британія) та Air Products (США) -- три найбільші постачальники промислових газів -- розпочали модернізацію наявних установок розділення повітря з метою збільшення виробництва неону. Японська компанія Taiyo Nippon Sanso також інвестувала у розширення виробничих потужностей.

Ексимерні лазери ArF (аргон-фторидні) створюють ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі 193 нм. Цього ефекту досягають шляхом електричного розряду в газовій суміші, що складається з аргону, фтору та неону при високому тиску. Неон виступає в ролі буферного газу, який сприяє стабільності розряду і підвищує ефективність роботи лазера.

Cymer, що є дочірньою компанією ASML, та японська компанія Gigaphoton є провідними виробниками лазерних систем. Кожен з цих лазерів споживає приблизно 20-30 літрів неону високої якості щогодини. Сучасний завод, що займається виробництвом мікросхем, може експлуатувати від 50 до 100 таких лазерних установок, що працюють безперервно. Якщо провести прості розрахунки, виявиться, що одне велике підприємство може споживати близько 15 000-20 000 кубічних метрів неону на рік.

Неон напівпровідникової якості повинен мати мінімальну чистоту 99,999% (5N). Критичними домішками, які необхідно видаляти, є азот (може поглинати УФ-випромінювання, знижуючи ефективність лазера), кисень і водень (створюють вибухову небезпеку під час електричних розрядів), вуглеводні (забруднюють оптичні елементи лазера) та волога (спричиняє корозію внутрішніх компонентів).

Події, що відбулися у 2022-2024 роках, виявили уразливість just-in-time моделей постачання в секторі високих технологій. Напівпровідникова галузь традиційно прагнула зменшити запаси на складах, щоб знизити витрати. Неон, як газ, важко зберігати, оскільки для його зберігання необхідні кріогенні резервуари при температурі -246 °C або балони під високим тиском. Більшість виробничих потужностей мали запаси, що вистачало лише на 60-90 днів.

Компанія McKinsey у своєму звіті "Semiconductor supply-chain lessons from 2021-2023" зазначає неон як класичний приклад "тихої" критичної залежності -- коли недорогий компонент (неон коштує менше ніж 0,01% вартості готового чипа) може паралізувати виробництво на мільярди доларів.

Китай швидко ухвалив стратегічні рішення. У 2023 році Державна рада затвердила п'ятирічний план щодо створення повністю самостійного виробничого ланцюга для напівпровідників, включаючи внутрішнє виробництво всіх необхідних газів. Компанія SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation) вклала 200 мільйонів доларів у спільний проект з Hangzhou Jingong для будівництва заводу, що вироблятиме неон високої якості для напівпровідникової промисловості, з річною потужністю 10 000 кубічних метрів.

Обговорення промислового та військового використання рідкісних газів набуває нових аспектів в умовах технологічного розриву між США/ЄС і Китаєм. В 2022-2023 роках адміністрація Байдена впровадила суворі обмеження на експорт передових технологій для виготовлення мікрочипів до Китаю. Закон CHIPS and Science Act передбачає виділення 52 мільярдів доларів для відновлення виробництва напівпровідників в США.

Одним із елементів цієї стратегії є нагляд за ключовими матеріалами. Міністерство торгівлі США додало до контрольних списків не лише технічне обладнання, а й спеціалізовані речовини, зокрема гази з надвисоким ступенем чистоти. Хоча неон наразі формально не підлягає цим обмеженням, фахівці вважають, що в майбутньому можуть відбутися зміни.

Європейський Союз у межах European Chips Act (інвестиції у розмірі 43 млрд євро) також робить акцент на створенні повного ланцюга постачання всередині блоку. Це включає підтримку розширення виробництва промислових газів такими компаніями, як Air Liquide та Linde.

Питання про можливість військового використання неону має чітку відповідь: ні. Проте його значення в сучасній геополітичній ситуації важко переоцінити. Незалежні експерти щодо інертних газів дійшли висновку, що контроль над постачаннями критичних матеріалів набуває більшої ваги, ніж сама наявність озброєнь.

Криза в Україні, що виникла у 2022 році, стала поштовхом для переосмислення стратегій в глобальній напівпровідниковій галузі. Дії, такі як диверсифікація постачань, формування стратегічних запасів та інвестиції в місцеве виробництво, були прискорені через дефіцит неону. Парадоксально, але використання цього інертного газу в "мирних" цілях перетворило його на засіб геополітичного впливу.

Найближчі роки покажуть, чи зможе світова промисловість створити стійкі та географічно збалансовані ланцюги постачання критичних матеріалів. Неон залишатиметься важливим випробуванням цієї стійкості -- простий у виробництві, але складний в очищенні до необхідного рівня, він і надалі відіграватиме ключову роль у технологічній конкуренції XXI століття.