Финансовый парфюмер, там где запах денег... (perfume007) wrote,
Финансовый парфюмер, там где запах денег...
perfume007

Создание современного мира. Вацлав Смил. Отрывок. Гейтс и Цукерберг рекомендуют

Специально для https://vk.com/stepan_demura Читаем вместе с парфюмером книги в кратком изложении. Посоветовали Вацлава Смила Создание современного мира. Материалы и дематериализация. Интересная книга, читается на одном дыхании. По ходу чтения выяснилось, что ее советуют Билл Гейтс и Марк Цукерберг. В кратком изложении книгу не пересказать, по-этому для затравки приведу лишь отрывок. Целиком можно почитать тут. Современное высокоэнергетическое общество XX века появилось благодаря беспрецедентному сочетанию технического, научного и управленческого прогресса с 1865 по 1913 год; изменения, которые повлек такой прогресс, вкупе с некоторыми значимыми инновациями привели к значимым количественным, социальным и экономическим перестановкам, а также к повышению уровня жизни людей. Хотел кратко рассказать о том, как важнейшие из произошедших в XX веке изменений в производстве и использовании материалов — от привычной биомассы до современной электроники — способствовали возникновению новых реалий.


XX век, несомненно, был эпохой металлов и пластмасс; их новизна и повсеместность затмили древесину. И хотя в развитых странах расход древесины на душу населения действительно снизился, совокупный спрос на древесину значительно возрос, так как древесина не только сохранила, но даже укрепила свои позиции на большинстве устоявшихся рынков. Единственной категорией, где она практически перестала использоваться в XX веке, было кораблестроение: в современном мире из этого материала делают разве что небольшие суда (лодки и яхты), а также интерьеры более дорогих кораблей. В следующей главе я подробно рассмотрю две основные статьи расхода этого материала: производство пиломатериалов и древесной массы для изготовления бумаги; а пока отмечу, что древесина все еще важна в качестве топлива, а также для строительства железных дорог и добычи угля.

Все агрегированные значения объемов израсходованной топливной древесины
основываются на оценках и предположениях с неопределенностью порядка 50% —
то есть оценочные данные за 2000 год не точнее данных за 1950 год (Fernandes и
соавт., 2007). По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации
ООН (ФАО), в 2000 году по всему миру было сожжено около 1,825 миллиарда ку-
бометров топливной древесины; организация также упоминает 75 миллионов кубо-
метров древесных остатков и 49,2 миллиона тонн древесного угля, на производство
которых при среднем значении множителя 6,0 ушло почти 300 миллионов кубоме-
тров древесины; таким образом, совокупный объем топлива из твердой биомассы
составил порядка 2,2 миллиарда кубометров древесины (FAO, 2013). При плотности
воздушно-сухой древесины около 0,65 т/м3 и энергоемкости 15 ГДж/т получаем 21,5
эксаджоулей энергии и 1,43 миллиарда тонн. Однако во многих странах источником
древесины являются не леса, поэтому обобщенные оценки ФАО явно занижены.
По самым точным из моих оценок было израсходовано порядка 2,5 миллиарда
тонн воздушно-сухой древесины или 2 миллиарда тонн абсолютно сухого веще-
ства, содержащего примерно 35 эксаджоулей; если включить в расчеты сжигание
пожнивных остатков сельскими домохозяйствами, то нужно добавить как минимум
еще 10 эксаджоулей, получив в итоге 45 эксаджоулей энергии, выработанной в 2000
году, что эквивалентно 3 миллиардам тонн древесины (Smil, 2010). Эти данные от-
лично согласуются с выводами Туркенбурга, который насчитал 45 ± 10 эксаджоулей
(Turkenburg, 2000) и лишь на 20% выше цифр, названных Фернандесом и др.: 2,457
миллиарда тонн (37 эксаджоулей) твердой фитомассы, израсходованной в качестве
топлива (75% в виде древесины и 20% в виде пожнивных остатков) (Fernandes и
соавт., 2007). Таким образом в качестве удобного консенсуса по расчетам энергии,
полученной из древесины и иной биомассы в 2000 году, можно взять цифру 40 экс-
аджоулей; если исходить из этого значения, то потребность в топливе из биомассы
возросла на 70% с 1950 по 2000 год, а в целом в течение XX века сбор древесных и
пожнивных остатков удвоился.

Однако из-за быстрого роста населения в этот период средние подушевые пока-
затели потребления сильно снизились; значительно возросли объемы добываемых
ископаемых видов топлива, из-за чего доля биотоплива в общемировом производ-
стве первичной энергии снизилась с 50% в 1900 году до менее 10% в 2000, а из-за
низкого КПД сжигания древесины и соломы из этого источника было получено все-
го 5% полезной конечной энергии. Если говорить о крупнейших экономиках мира,
то древесина занимает первое место среди источников энергии, вырабатываемой в
Бразилии (примерно 10%); в богатых странах доля древесины варьируется от со-
всем незначительной (всего 1% в Великобритании и Испании) до примерно 20% в
Швеции и Финляндии; в США этот показатель снизился с примерно 4,5% в 1950
году до 2% в 2010 году (Eurostat, 2012; USEIA, 2013).

Деревянные шпалы — квинтэссенция инноваций XIX века — в течение всего
XX столетия сохраняли лидирующее положение на мировом рынке. В 90-х гг. XX
века 94% шпал в Америке были деревянными; и даже несмотря на относитель-
но высокую долю бетонных шпал в некоторых частях Европы и Азии, лишь 15%
шпал в мире были сделаны не из древесины (Sommath и соавт., 1995). Обработка
шпал позволила продлить срок их службы; в 1940 году он составлял примерно 35
лет, в 2000 — уже 40–50 лет (James, 2001). В Европе и Северной Америке шпалы
в основном покупаются для замены старых; а вот в Азии железнодорожная сеть
продолжает расширяться, при этом на самой впечатляющей из новых веток азиат-
ских железных дорог — маршрут Голмуд-Лхаса в Тибете — используются только
бетонные шпалы.

Мировой рынок рудничных стоек для подземных шахтных работ продолжал ра-
сти после Второй мировой войны, однако спрос на них снизился из-за сокращения
угледобычи в Европе и перехода к поверхностной добыче в США и Австралии. По
моим расчетам, объем древесины, задействованной в угольных шахтах, превысил
20 миллионов кубометров (примерно 15 миллионов тонн) в 1900 году и 40 милли-
онов кубометров в 1950 году, что составило примерно 2% общемировой добычи
круглого леса. Европа и Япония теперь меньше зависели от угля, а увеличение доли
поверхностной добычи и повсеместное внедрение так называемых «длинных забо-
ев», использующих подвижные стальные опоры, привели к значительному падению
спроса на рудничные стойки в западных странах после Второй мировой войны.
В Китае, наоборот, добыча угля с 1950 по 2010 год увеличилась в 75 раз (с 43 до
3235 миллионов тонн), однако в этой стране, которая не может похвастаться боль-
шими запасами леса, удельный расход древесины всегда был значительно ниже, чем
на Западе, где он обычно составлял 0,025 м3/т. Низкий удельный расход рудничных
лесоматериалов (сейчас составляет всего лишь 0,005 м3/т) означает, что, несмотря
даже на значительный рост объемов добычи угля, затраты круглого леса на нужды
китайской угольной промышленности составляют менее 10% общего расхода дре-
весины в стране (SFA, 2009). Однако будучи одним из ведущих экспортеров раз-
личной продукции, Китай занимает первое место по расходу древесины, фанеры,
картона и бумаги на упаковку товаров.

Как я уже отметил, в 1900 году уже существовали все технические предпосылки
начала производства бетона — самого распространенного строительного материа-
ла в мире; однако первой крупной инициативой по его популяризации стал замеча-
тельный, хоть и считавшийся тогда бессмысленным, эксперимент Томаса Эдисона
по проектированию и строительству монолитных бетонных домов (Courland, 2011).
Изобретатель приступил к работе над этим проектом в 1906 году после неудачной
попытки разработать улучшенные батареи. Пять лет спустя, когда и этот проект был
близок к провалу, Эдисон попытался вдохнуть в него новую жизнь, пообещал изго-
товить дешевую бетонную мебель, включая полноценные спальные гарнитуры, и
даже бетонный фонограф. Мечте Эдисона о строительстве недорогих домов из бе-
тона не суждено было сбыться, однако некоторые архитекторы стали использовать
бетон в своих наиболее важных и знаковых проектах.

Во Франции Огюст Перре спроектировал несколько элегантных многоквартир-
ных домов и Театр на Елисейских полях еще до начала Первой мировой войны;
в США за применение этого материала выступал Франк-Ллойд Райт. Спроектиро-
вав несколько небольших зданий в США до начала Первой мировой, он построил
Императорский отель в Токио, работа над которым завершилась незадолго до того,
как город был разрушен землетрясением в 1923 году. Однако отель выстоял и по-
лучил лишь незначительные повреждения; в 1968 году его снесли. Среди других
передовых проектов Райта по строительству бетонных сооружений можно отметить
штаб-квартиру Johnson Wax в Расине, Висконсин (1939 год), Фоллингуотер-Хаус в
Пенсильвании (1935 год) и Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке (1959 год).

Среди прочих известных возведенных после Второй мировой войны зданий,
строительство которых стало возможно благодаря железобетону, отметим Сид-
нейскую оперу (построенная Йорном Утцоном и завершенная после многочислен-
ных задержек в 1973 году, она славится своим изысканным обликом) и небоскреб
Бурдж-Халифа в Дубае — самое высокое здание в мире, достроенное в 2010 году.
Преднапряженные конструкции могут выдерживать ту же нагрузку, при этом они
содержат на 70% меньше стали и на 40% меньше бетона, что позволяет им быть
гораздо менее объемными. Этим пользовались авторы многих новаторских архитек-
турных проектов. Эжен Фрейсине стал первопроходцем в строительстве по такой
технологии; он также ввел новую технологию, заключавшуюся в натяжении армату-
ры через проходы в сборном железобетоне.

В первой половине XX века железобетон стал самым важным материалом в
строительстве новых мостов и дамб, новых прибрежных сооружений; он также
лежит в основе современной транспортной инфраструктуры. Швейцарский архи-
тектор Робер Майяр проектировал изящные железобетонные мосты еще до Первой
мировой войны (Billington, 1989). Самый длинный мост в мире — Великий мост
Даньян-Куньшань в Китае — также построен из железобетона (строительство за-
вершилось в 2010 году). Самые большие плотины в Америке, возведенные в 30-х гг.
XX века (плотина Гувера на реке Колорадо и Гранд-Кули на реке Колумбия), стали
предвестниками появления еще более крупных сооружений по всему миру после
Второй мировой войны; самая большая плотина в мире — китайская плотина Сань-
ся («Три ущелья») на Янцзы, высокой 185 м и длиной 2,3 км — содержит почти 28
миллионов кубометров бетона и 500 000 тонн стальной арматуры.

В 1982 году буровая платформа Statfjord B стала самым тяжелым перемещае-
мым объектом: 816 тысяч тонн (большая часть веса приходилась на железобетон
в четырех массивных бетонных колоннах и резервуарах этого сооружения) было
отбуксировано на позицию в Северном море (Aker Solution, 2013). Современная пас-
сажирская авиация также полагается на железобетон: из него строятся взлетно-по-
садочные полосы, подходы и стоянки аэропортов, которым необходимо выдержи-
вать постоянное движение самолетов весом от 150 (Boeing 737) до 277 тонн (Airbus
380); бетон ВПП достигает 1,5 метра в толщину, а длина полос может доходить до
3600–4000 метров. Однако большей частью железобетон уходил на строительство
не шедевров архитектуры, а невзрачных или откровенно уродливых многоквартир-
ных домов, высоток, фабрик, гаражей, дорог, эстакад и парковок.

Господство стали на мировом рынке металлов, установившееся к 1900 году, еще
больше укрепилось в XX веке благодаря непрерывному улучшению технологий вы-
плавки железа и производства стали, а также благодаря появлению новых рынков,
где сплавы этой категории требовались в больших количествах. В течение более
чем двух третей XX столетия сталь в основном производили в мартеновских печах.
Принцип тихого дутья в таких печах не менялся, однако само оборудование уве-
личивалось в размерах и становилось куда более производительным. Незадолго до
1900 года самые большие сталеплавильные печи в США занимали площадь около
30 м2, после Первой мировой войны максимальный размер увеличился до 55 м2, к
1945 году практически достиг 85 м2, а стандартная вместимость печи, составляв-
шая около 40 тонн в 1900 году, во время Второй мировой равнялась уже 200 тон-
нам (King, 1948). Кроме того, люди все чащи прибегали к электродуговым печам,
появившимся в 1902 году, для превращения постоянно увеличивавшихся запасов
металлолома в высококачественную сталь. На производство первых автомобилей
90-х гг. XIX века стали уходило немного, так как машины были штучным товаром,
а кузова тогда изготавливались из дерева. Однако в 1908 году фордовская «Модель
Т» положила начало массовому производству персональных транспортных средств,
и автомобильная промышленность стала ведущим потребителем стали: ее спрос на
этот сплав возрос с 70 000 тон в 1910 году до 1 миллиона тонн к 1920 году (Hogan,
1971). В течение многих десятилетий почти все эксперты-металлурги отвергали
идею крупномасштабного производства нержавеющей стали. Английскому метал-
лургу Гарри Брирли приписывают изобретение нержавеющей стали, предназначен-
ной для коммерческого производства, в 1913 году. Та сталь, которой с готовностью
стали пользоваться знаменитые шеффилдские производители столовых приборов,
содержала почти 13% хрома. Однако американцы и немцы добились серьезных
успехов на этом поприще примерно в то же время, что и англичане.

Помимо столовых приборов из стали вскоре начали производить хирургические
имплантаты и посуду; она нашла применение в пивоварении, виноделии, пекарном
деле и мясоперерабатывающей промышленности, где из нее делались большие пи-
щевые контейнеры. В 30-х гг. XX века нержавеющей сталью впервые воспользова-
лись строители: первым примечательным сооружением из этого сплава стал воздвиг-
нутый в 1930 году башенный шпиль нью-йоркского небоскреба Крайслер-билдинг.
Год спустя на Эмпайр-стейт-билдинг установили оконные рамы и пилястры из не-
ржавеющей стали. Популярностью пользовались скоростные пассажирские поезда
с аэродинамическими стальными кузовами (начиная с появившегося в 1934 году
поезда «Берлингтон-Зефир»), однако позже на смену стали пришел более легкий
алюминий.

Производство стали упало во время Великой депрессии. Так, в США оно сни-
зилось в 1929–1932 гг. на 75% до 12,4 миллиона тонн, но достигло новых высот в
военные годы, когда отмечался беспрецедентный спрос на металл. Такие изменения
привели к возникновению новых проблем и решений. Из-за более высокой скорости
дутья кирпичная футеровка быстро изнашивалась — и люди изобрели водное ох-
лаждение. Увеличившиеся объемы руды, кокса и известняка уже нельзя было пере-
мещать вручную — и появились механизированные подъемники и устройства авто-
матического сброса. Для работы нагнетателей требовался чистый газ — и инженеры
разработали новое, более эффективное газоочистное оборудование, включая элек-
тростатический фильтр Фредерика Коттрелла, впервые представленный в 1919 году.
Расход металла на производство вооружений, потребовавшихся для победы во
Второй мировой войне, оживил американскую металлургию, и в 1950 году США
первыми начали использовать такие технологии, как выплавка под давлением (по-
зволяет экономить кокс), обогащенные руды, впрыск газообразного или жидкого
топлива, обогащение вдуваемого воздуха кислородом, а также автоматический кон-
троль рабочих операций (Gold и соавт., 1984). Но уже к 1960 году, ведущим ин-
новатором черной металлургии стали Япония (крупнейший в мире производитель
металлов после СССР) и Европа. Крупные и более эффективные доменные печи для
выплавки железа, конвертерные (бессемеровские) печи для производства стали, а
также непрерывное литье стальных изделий — вот эти три изобретения преобра-
зили мировую металлургию после Второй мировой войны; в следующей главе, рас-
сматривая достижения в производстве металлов, я подробнее на этом остановлюсь.
Массовое производство недорогой и высококачественной конструкционной ста-
ли позволило начать строительство высотных зданий в центрах больших городов на
всех населенных континентах; во многих этих зданиях сталь используется даже в
наружных покрытиях. Завершенный в 1954 году нью-йоркский Сокони-Мобил стал
первым небоскребом с облицовкой полностью из нержавеющей стали (впервые его
почистили только в 1995 году). После него было построено множество небоскребов
со стальной облицовкой (обычно в виде навесных стен), среди которых отметим
Стальную башню в Питтсбурге и башни-близнецы Петронас в Куала-Лумпуре (не-
которое время были самым высоким строением в мире). Небоскреб Бурдж-Халифа
отличается светоотражающим остеклением и текстурированными перемычками из
нержавеющей стали.

Однако гораздо большее количество стали в виде листов и стержней уходи-
ло на производство легковых и грузовых автомобилей, создание новой наземной
транспортной инфраструктуры: от многополосных автодорог и мостов до аэро-
портов, строительство больших нефтяных танкеров, сухогрузов, перевозящих все
виды товаров от зерна до руды, а также, начиная с 60-х годов, контейнерных судов
и портов. Сталь позволяет проектировать и строить весьма интересные с точки зре-
ния архитектурного облика висячие мосты, длинные дорожные пролеты которых
удерживаются тросами. Так, длина японского моста Акаси Кайкио, связывающего
острова Хонсю и Сикоку, составляет почти 2 км (199110 м). Транспортная отрасль
также стала основным потребителем алюминия: благодаря сочетанию легкости и
долговечности этот металл и его сплавы стали идеальным выбором для широкого
ряда изделий: от кухонной утвари до вагонов скоростных поездов; кроме того, он
незаменим в авиации.

С 1900 по 1943 год объемы производства алюминия, спрос на который был бес-
прецедентным благодаря развитию авиастроения, увеличились почти в 300 раз до
2 мегатонн; на пике спроса 45% алюминия расходовалось в США, которые тогда
взялись за крупнейший в истории проект по производству рекордных количеств во-
енных самолетов. После 1950 года к производству алюминия подключилось множе-
ство новых предприятий; к 2000 году объем электролитического производства этого
металла приблизился к 25 миллионам тонн, в 2008 году достиг нового рекордного
значения — почти 40 миллионов тонн, при этом спрос на алюминий после 2000 года
возрастал в основном за счет Китая (USEIA, 2013; IAI, 2013). Помимо самолето-
строения конструкционный алюминий стали широко использовать в строительстве
палуб и надпалубных сооружений (начиная с 40-х гг.), судов (от небольших целиком
алюминиевых лодок до сооружений на морских буровых платформах, от больших
круизных лайнеров до дорогих яхт) и вагонов.

Среди различных отраслей промышленности, возникших после 1950 года и
нуждающихся в больших количествах алюминия, можно отметить производство
ирригационных труб (особенно это касается систем кругового орошения, распро-
страненных в засушливых регионах), теплообменников (широко применяются для
кондиционирования воздуха, а также в медицинском оборудовании и электроники),
и даже шпунтовых свай. В то же время спрос на алюминий упал там, где этот металл
традиционно считался востребованным: в аэрокосмической отрасли ему на смену
пришел титан (особенно это касается сверхзвуковых самолетов), а в производстве
простых изделий его заменили на менее энергоемкие и более дешевые пластмассы.
На производство титана уходит в два раза больше энергии (около 400 гигаджоулей
на тонну), чем на всю цепочку получения алюминия (в следующей главе опишу этот
процесс поподробнее), однако его температура плавления составляет 1667°С, что в
2,5 раза выше, чем у алюминия (660°С), поэтому титан больше подходит для обшив-
ки сверхзвуковых самолетов.

После Второй мировой войны спрос на медь формировался в основном за счет
пяти основных рынков конечной продукции: в строительстве медь уходила на про-
изводство электропроводки, сантехники, систем охлаждения, трубы кондиционеров,
а также на обшивку и кровлю; из меди делались детали промышленного оборудо-
вания, соединения, проводка и теплообменники; медь использовалась во всех видах
транспортных механизмов, а также в промышленном электрическом и электронном
оборудовании, прежде всего телекоммуникационном и осветительном; наконец,
медь применялась в производстве потребительских товаров, в основном различных
электронных устройств, электрических кабелей и во многих странах – в чеканке мо-
нет. Общемировой объем используемой меди составлял менее 500 000 тонн в 1900
году, но превзошел 13 миллионов тонн в 2000; таким образом, медь осталась на
третьем месте среди металлов XX века.

Четвертым по важности металлом считается цинк, потребление которого со-
ставило 12,6 миллиона тонн в 2010 году; при этом отмечается стабильно растущий
спрос на свинец: если раньше он, будучи на пятом месте, сильно отставал от цин-
ка, то не так давно разрыв между этими двумя металлами сократился: в 2011 году
общемировой объем поставок очищенного свинца впервые в истории превысил 10
миллионов тонн и достиг 10,6 миллиона, 45% которых было получено в виде пер-
вичного металла, остальное — из переработанных материалов (ILZSG, 2013). Хотя
использование тетраэтилсвинца как автомобильной присадки, предотвращающей
«стук» бензиновых двигателей, было запрещено в Японии в 1986 году, в США
в 1995 году, в ЕС и Китае в 2000 году, рост мирового рынка легковых и грузовых
автомобилей и, следовательно, ежегодная установка десятков миллионов новых и
сменных свинцово-кислотных аккумуляторов, привели к возникновению рекордно-
го спроса на этот металл. Общее число легковых автомобилей, легких и тяжелых
грузовиков составляет чуть более 1 миллиарда; в среднем аккумулятор легкового
автомобиля содержит 10 кг свинца, грузовика — 13 кг; таким образом, по дорогам
мира в 2010 году ездило почти 11 миллионов тонн свинца. Кроме того, этот тяжелый
металл остается незаменимым припоем в электронике.

Использование кремния, легкого (2,3 г/см3) полуметалла, стало синонимом со-
временной электроники, однако на заре этой отрасли и в ее развитии до 50-х гг.
этот элемент не применялся. Теоретические начала электроники восходят к 60-м
гг. XIX века, работам Джеймса Кларка Максвелла и Рудольфа Герца; практическое
применение началось в 90-х гг. того же столетия, когда несколько исследователей и
инженеров попытались создать беспроводную телеграфию — метод отправки сиг-
налов по воздуху. Наиболее известными из них были Никола Тесла, Дэвид Хьюз,
Александр Степанович Попов, Уильям Крукс, Эдуард Бранли, Оливер Джозеф Лодж
и Гульельмо Маркони.

Маркони был первопроходцем, не полагавшимся на новые материалы: его пер-
вые вещательные башни в Ньюфаундленде были деревянными, а искрогенераторы и
проволочные антенны были сделаны из распространенных металлов. Более поздние
модели высокочастотных генераторов были созданы Реджинальдом Фессенденом
Обри и Эрнстом Фредериком Вернером Александерсоном и были способны генери-
ровать незатухающую волну с радиосигналом. Это оборудование является замеча-
тельным примером точного машиностроения; однако настоящим прорывом, с кото-
рого началось массовое производство электроники, стало изобретение Флемингом
диода — по сути, лампочки с электродом. «Потомки» диода — триоды, тетроды, и
пентоды — требовали тщательного и осторожного подхода к их производству, одна-
ко с точки зрения используемых материалов все эти вакуумные трубки представляли
собой просто много стекла и горячих нитей накаливания (в основном из вольфрама).
Радио было впервые представлено в начале 20-х гг., а уже в 30-х стало недорогим
и распространенным устройством; первым дорогим, но при этом массовым элек-
тронным прибором, стал телевизор. Телевещание впервые состоялось в Великобри-
тании и США еще до Второй мировой войны; к 1948 году менее 200 тысяч семей
имели у себя дома громоздкий шкаф с маленьким черно-белым экраном, однако уже
к 1960 году телевизор стоял в 90% американских домов. Первая телепередача в цве-
те состоялась в 1954 году, однако доступные цветные телевизоры появились лишь
в конце 60-х, а к 1975 цветной телевизор имелся у двух третей американских семей
(Abramson, 2003). К тому времени уже практически завершился переход к твердо-
тельной электронике.

Земная кора почти на 28% состоит из кремния, и хотя в форме своего диокси-
да SiO2 (кремнезема) он присутствует в больших количествах в песке, песчанике
и кварце, а также многих силикатах: от твердых полевых шпатов (породообразу-
ющих минералов) до мягкого каолинита (слоистого глинистого минерала), в при-
роде его попросту не существует в чистом, элементарном виде (вне соединений).
Однако чистый кристаллический кремний является материальной основой совре-
менной электроники: замысловатые переплетения полупроводников и соединений
впечатываются в тонкие пластины из ультрачистого кремния; оптическое волокно
(изготавливается путем сплавления SiO2 and GeO2, помещения этого сплава в трубу,
где из него образуется стекло, из которого вытягивают волокно) используется для
передачи данных между странами и континентами; а фотоэлектрические преобра-
зователи обеспечивают энергией спутники связи, передающие данные и сообщения
между континентами. Кроме того, фотоэлементы все чаще используют для выработ-
ки электричества на земле. Кремний очень важен, и потому заслуживает отдельного
подробного анализа.

Пластмассы нередко рассматриваются как материальная квинтэссенция ХХ
века; после Второй мировой войны они распространялись невероятно быстро, заме-
няя дерево, металлы и стекло во многих домашних, промышленных и транспортных
приложениях (Strom and Rasmussen, 2011). Хотя история синтетических материалов
начинается с 70-х гг. XIX века, когда Джон Уэсли Хайятт запатентовал свой целлу-
лоидный процесс и химики начали изучать фенолформальдегидные реакции, реаль-
ного прогресса удалось достичь только в 1907 году, когда Лео Хендрик Бакеланд,
бельгийский химик, работавший в Нью-Йорке, подготовил первую в мире термо-
реактивную пластмассу, образующуюся при температурах 150–160°C (Baekeland,
1909). Его фирма, General Bakelite Company, основанная в 1910 году, первой в исто-
рии начала масштабное промышленное производство пластмасс; из бакелита вскоре
стали изготавливать широкий ряд изделий: от телефонов до электроизоляции, от
дверных ручек до деталей легкого оружия.

В 1912 году Жак Э. Бранденбергер представил несколько своих изобретений:
целлофан (гидратцеллюлоза – одна из структурных модификаций целлюлозы,
имеет тот же химический состав,
что и природная целлюлоза, но отличается от нее
по свойствам. Гидратцеллюлозу получают из природ
ной целлюлозы.
Сначала была представлена во Франции, в 1924 году появилась и в США),
стирол (его полимер со временем стал ведущим изоля-
ционным и упаковочным материалом) и ацетат целлюлозы (Brydson, 1975). А вот
30-е годы стали эпохой непревзойденных до сих пор открытий в области изучения
пластмасс, чему предшествовали систематические исследования на базе научных
организаций; главную роль в этом глобальном научном прорыве сыграли крупные
химкомпании, прежде всего американская DuPont, немецкая IG Farben и британская
Imperial Chemical Industries. Сначала в 1930 году команда DuPont под руководством
Уоллеса Хьюма Карозерса начала выпускать неопрен (синтетический каучук), а IG
Farben синтезировали полистирол. В начале 30-х ICI занялись исследованиями ор-
ганических реакций под очень высоким давлением, и к 1935 году смогли произвести
полиэтилен.

Кроме того, компания в 1933 году приступила к синтезу метилметакрилата; в
том же году Ральф Уайли из Dow Chemical случайно открыл поливинилиденхло-
рид, больше известный как пищевая пленка. В 1935 году появился плексиглас (орг-
стекло), год спустя — полиуретаны (синтезированы Отто Байером в компании IG
Farben), а в 1937 Карозерс запатентовал «полимер 66», известный под торговым
наименованием «нейлон» (Carothers, 1937; Hermes, 1996). Первым нейлоновым из-
делием стали зубные щетки, выпущенные в 1938 году; вскоре за ними последовали
чулки. В том же 1938 году Рой Планкетт (DuPont) случайно открыл политетраф-
торэтилен, известный под брендовым названием «тефлон». В 40-х были получены
алкидные полиэфиры и полиэтилентерефталат (ПЭТ). Из ПЭТ изготавливалось во-
локно (терилен и дакрон), пленка (майлар); с 1973 года он стал основным пласти-
ковым материалом для производства бутылок для напитков, растительного масла и
соусов. Стоит отметить также очень высокую долю ПЭТ-бутылок и контейнеров,
отправляющихся на переработку; по этому показателю они лидируют среди пласт-
массовых изделий. Полученный в результате такой переработки материал идет на
изготовление полиэфирных ковриков, наполнитель из искусственного волокна для
спальных мешков и пальто, автомобильных бамперов и дверных панелей.
Среди величайших открытий 50-х годов отмечу полиимиды (используются в
подшипниках и шайбах, а также в качестве устойчивых к тепловому и химическо-
му воздействию материалов в электронике) и поликарбонаты (из них стали делать
оптические линзы и окна, позже — покрытие для компакт-дисков); однако самым
значимым достижением стал изобретенный Карлом Циглером метод синтеза поли-
этилена при обычной температуре и под низким давлением с применением новых
металлоорганических катализаторов. После 1960 года появились полисульфон (ог-
незащитный материал), полибутилен (гибкий полиолефин, используемый при изго-
товлении труб и пластиковой упаковки), жидкокристаллические полимеры (арома-
тические полиэфиры, широко используемые в электронике), а также пластмассовые
материалы DuPont, продаваемые под широко известными торговыми наименовани-
ями: лайкра (спандекс, используется в производстве спортивной одежды), кевлар
(пуленепробиваемый пара-арамид, из которого изготавливаются бронежилеты), ог-
неупорный номекс (используется в производстве пожарного оборудования и экипи-
ровки пилотов) и тайвек (высокоплотный полиэтилен, применяется в качестве водо-
и паропроницаемого изоляционного материала для домов).

До начала 30-х гг. общемировое производство пластмасс не превышало 50 000
тонн; лишь в 1949 году оно достигло одного миллиона тонн, и лишь в 1960 смогло
превзойти 6 миллионов тонн. Затем, благодаря доступности углеводородного сырья,
мировой объем синтеза возрос на порядок величины: в 1989 году было произведено
уже 100 миллионов тонн, в 2002-м — 200, в 2010-м— 265. Последняя цифра более
чем шестикратно превышает мировое производство алюминия и равняется пример-
но 18% производства стали за тот же год. Но если сравнивать не по массе, а по объе-
му, то пластмасс было произведено даже больше, чем стали: при средней плотности
1 г/см3 их объем составил 265 миллионов кубометров, а объем стали — всего 181
миллион кубометров (средняя плотность 7,8 г/см3).

Увеличившееся количество пластиковых отходов и их негативное влияние на
окружающую среду привели к активизации усилий по переработке как минимум не-
скольких основных разновидностей пластмасс; опасения, связанные с истощаемо-
стью углеводородного сырья, возродили интерес к возобновляемым (растительным)
источникам сырья для синтеза пластмасс. Всего химическая промышленность пред-
лагает более 50 видов материалов в этой категории, однако большая часть общеми-
рового производства приходится лишь на несколько из них. В следующей главе я
подробнее остановлюсь на трех основных продуктах этой отрасли — полиэтилене,
полипропилене и поливинилхлориде.

Последними в этом кратком обзоре материальных инноваций ХХ века я рас-
смотрю достижения в производстве удобрений; если рассказывать о них в порядке
важности для выживания человеческого рода, то в первую очередь следует рассмо-
треть синтез аммиака по методу Габера-Боша. В конечном счете, наша цивилизация
вполне могла бы процветать и безо всякой кремниевой электроники (и до 50-х гг.
XX века так и было); мы могли бы обойтись меньшим количеством стали (но тогда
пришлось бы мириться с некоторыми неудобствами, да и производственные затраты
были бы выше), могли бы жить без миллионов тонн пластика и металлических спла-
вов — но не выжили бы без применения удобрений, благодаря которым население
Земли смогло увеличиться на 4,5 миллиарда человек за одно столетие, одновремен-
но улучшив рацион большинства людей.

Общемировое производство синтетических удобрений (в пересчете на чистый
азот) возросло с 150 000 тонн в 1920 году до 3,7 миллиона тонн в 1950 и 85,13
миллиона тонн в 2000, увеличившись таким образом на два порядка величины (при-
мерно в 570 раз) за 80 лет. Интересно, что этот прирост даже нельзя назвать чем-то
экстраординарным, так как рост объема производства других материалов в течение
XX века был еще более значительным: выпуск алюминия увеличился на три поряд-
ка величины (примерно в 3600 раз с 6800 тонн в 1900 году до 24,3 миллиона тонн в
2000), пластмассы — на четыре порядка величины (с примерно 20 000 тонн в 1925
году до 150 миллионов тонн в 2000). Даже уже привычные и давно существующие
материалы стали производиться в гораздо больших объемах. Так, в течение века ста-
ли производить примерно в 30 раз больше бумаги, в 30 раз больше стали (с 28,3 до
850 миллионов тонн) и в 27 раз больше меди (с 495 000 тонн до 13,2 миллиона тонн).
Сравним эти цифры с приростом населения, которое с 1900 по 2000 год увеличилось
в 3,8 раза, и с ростом валового мирового продукта (в постоянных ценах) — в 20 раз
за тот же период; из этого следует, что в течение ХХ века расход материалов значи-
тельно возрос при расчете как на душу населения, так и на экономическую единицу.
Прежде чем приступать к подробному анализу долгосрочных тенденций расхо-
да и потребления материалов, представлять системный обзор энергорасхода на их
производство, выделять некоторые экономические проблемы, связанные с их про-
изводством и использованием, и отмечать некоторые успехи и задачи, связанные с
переработкой материалов (четвертая глава посвящена как раз всему этому), я бы
хотел поподробнее и более системно рассмотреть важнейшие составляющие потре-
бления материалов в современном мире: от сыпучих строительных материалов до
сверхчистого кремния. Во всех случаях такой анализ я буду проводить на общем и
глобальном уровне, нередко уделяя внимание развитию отдельных государств.

Добавиться в друзья можно вот тут

Понравился пост? Расскажите о нём друзьям, нажав на кнопочку ниже:


Tags: анализ, аналитика, история, книга, книги в кратком изложении, мировая экономика, статистика
Subscribe

Recent Posts from This Journal

promo perfume007 апрель 27, 12:58 7
Buy for 10 tokens
86 - 71 - 140 - 90 - 230 Мне понравилась дорожная карта курса USDRUB Владимиру Левченко. Привожу ее текст как есть. Сделал, распечатал и повесил над столом себе картинку А4 формата как памятку. Привожу этот текст со своими ремарками. Если смотреть USDRUB, то, при повторении 1998 года,…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 6 comments