Вацлав Смил – Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого (страница 22)
Мировое производство пластика выросло с 20 000 тонн в 1925 г. до 2 миллионов тонн в 1950 г., 150 миллионов тонн в 2000 г. и почти 370 миллионов тонн в 2019 г.[209]. Лучший способ оценить повсеместное присутствие пластика в повседневной жизни — подсчитать, сколько раз в день его касаются наши руки, его видят наши глаза, на него опирается наше тело, от него отталкиваются наши ноги. Вы будете поражены результатом! Я набираю этот текст с помощью клавиатуры ноутбука Dell и беспроводной мыши под моей правой ладонью, которые изготовлены из акрилонитрил-бутадиен-стирола. Я сижу на вращающемся стуле с обивкой из полиэстера, а его нейлоновые колеса стоят на защитном коврике из поликарбоната, положенном поверх ковра из полиэстера…
Отрасль, начинавшая с поставок мелких деталей (первой была рукоятка рычага переключения скоростей для Rolls-Royce в 1916 г.) и разнообразных предметов для домашнего обихода, значительно расширила эти две рыночные ниши (что наиболее заметно в области потребительской электроники, ежегодно производящей миллиарды изделий, в которых используется пластик) и существенно расширила массовое применение своей продукции — от кузовов автомобилей и облицовки салонов самолетов до труб большого диаметра.
Пластик стал незаменимым материалом в здравоохранении и особенно в сфере защиты от инфекционных заболеваний. Жизнь современного человека начинается (в родильной палате) и заканчивается (в палате интенсивной терапии) в окружении предметов из пластика[210]. Люди, не знавшие о роли пластика в современном здравоохранении, получили наглядное подтверждение этой роли благодаря COVID-19. Пандемия преподала нам суровый урок — врачи и медсестры в Северной Америке и Европе надевали индивидуальные средства защиты (ИСЗ) (одноразовые перчатки, маски, лицевые щитки, шапочки, комбинезоны и бахилы), а правительства соревновались друг с другом за ограниченные (и неоправданно дорогие) поставки из Китая, куда западные производители ИСЗ, озабоченные сокращением расходов, переместили большую часть производств, создав опасный дефицит, которого вполне можно было бы избежать[211].
Пластиковые медицинские изделия изготавливаются в основном из разных видов ПВХ: это гибкие трубки (для кормления пациентов, подачи кислорода, измерения кровяного давления), катетеры, контейнеры для внутривенных вливаний, контейнеры для крови, стерильная упаковка, разнообразные лотки и чаши, подкладные судна, поручни кроватей, термоизоляция и бесчисленное разнообразие лабораторного оборудования. В настоящее время ПВХ является главным компонентом более четверти всех товаров медицинского назначения, а в наших домах присутствует в виде стен и крыш, оконных рам, жалюзи, шлангов, изоляции проводов, электронных приборов, постоянно расширяющегося ассортимента офисных принадлежностей и игрушек — а также в виде кредитных карт, которыми мы привыкли расплачиваться за все это[212].
В последние годы растет озабоченность из-за загрязнения пластиком суши и особенно океана, прибрежных вод и пляжей. Я вернусь к этой проблеме в главе о защите окружающей среды, но безответственное обращение с пластиком — это не аргумент против использования этих разнообразных и действительно незаменимых синтетических материалов. Более того, что касается микроволокон, то было неверным предполагать, как это делают многие, что их присутствие в океане обусловлено износом синтетического текстиля. Эти полимеры составляют две трети всех волокон, выпускаемых в мире, но исследование образцов морской воды показало, что большинство волокон в океане (более 90 %) естественного происхождения[213].
Сталь: вездесущая и пригодная для переработки
Стали (точнее употреблять это слово во множественном числе, потому что их более 3500 сортов) представляют собой сплавы с преобладанием железа (Fe)[214]. В чугуне, который выплавляется из руды в доменных печах, содержится 95–97 % железа, 1,8–4 % углерода и 0,5–3 % кремния, а также незначительное количество других элементов[215]. Из-за высокого содержания углерода чугун отличается хрупкостью и низкой пластичностью (способностью к растяжению), а прочность на разрыв у него меньше, чем у бронзы или меди. В доиндустриальную эпоху сталь изготавливали в Азии и Европе разными кустарными методами — то есть процесс всегда был трудоемким и дорогим, — и поэтому она не была доступна для повседневного применения[216].
Современную сталь получают из чугуна, уменьшая содержание углерода до 0,08–2,1 % массы. По своим физическим свойствам сталь значительно превосходит самый твердый камень, а также другие распространенные металлы. У гранита предел прочности на сжатие (способность выдерживать нагрузку, сдавливающую материал) примерно такой же, но прочность на разрыв на порядок меньше: гранитные колонны выдерживают нагрузку не хуже стальных, но стальные балки в 15–30 раз прочнее гранитных[217]. Прочность на разрыв у стали, как правило, в семь раз выше, чем у алюминия и почти в четыре раза выше, чем у меди; температура плавления алюминия составляет 660 °C, меди — 1085 °C, а стали — 1425 °C.
Сорта стали делятся на четыре главные категории[218]. Углеродистая сталь (90 % всей стали на рынке, с содержанием углерода 0,3–0,95 %) используется повсеместно — от мостов до холодильников и от шестеренок до ножниц. В легированной стали присутствуют добавки одного или нескольких элементов в разных концентрациях (чаще всего марганец, никель, кремний и хром, но также алюминий, молибден, титан и ванадий), предназначенные для улучшения ее физических свойств (твердости, прочности, пластичности). Нержавеющая сталь (содержащая 10–20 % хрома) впервые была получена только в 1912 г., сначала из нее изготавливали только столовые приборы; сегодня она широко используется для производства хирургических инструментов, двигателей, деталей машин и строительных конструкций[219]. У инструментальной стали прочность на разрыв в 2–4 раза выше, чем у лучших сортов конструкционной стали, и она используется для резки стали и других металлов, штамповки (формовки или экструзии металлов или пластика), а также для ручной резки и ковки. Все стали (за исключением нескольких сортов нержавеющей стали) обладают магнитными свойствами и поэтому могут использоваться в электрических машинах.
Сталь определяет лицо современной цивилизации и обеспечивает ее главные функции. Это самый распространенный металл, и из него изготовлено бесчисленное количество видимых и невидимых жизненно важных компонентов современного мира. Более того, почти все остальные металлические и неметаллические изделия были изготовлены (добыча сырья, обработка, формовка, отделка и дистрибуция) с помощью стальных инструментов и механизмов, и ни один из видов общественного транспорта не может функционировать без стали. Чистая сталь присутствует буквально везде, в нашем доме и вокруг него, как в маленьких предметах (столовые приборы, ножи, кастрюли, сковородки, кухонные приспособления, садовые инструменты), так и в больших (бытовая техника, газонокосилки, велосипеды, автомобили).
Прежде чем на улицах города вырастают высокие здания, вы видите мощные стальные копры, забивающие стальные или железобетонные сваи фундамента, а затем над стройплощадкой несколько месяцев возвышаются стальные строительные краны. В 1954 г. в Нью-Йорке построили здание Socony-Mobil, первый небоскреб, облицованный нержавеющей сталью, а в современном 828-метровом небоскребе Бурдж-Халифа в Дубае используются рифленые стеновые панели из нержавеющей стали и вертикальные стальные штыри[220]. Сталь служит одновременно главным строительным материалом и элементом дизайна многих изящных консольных и подвесных мостов[221]: моста Золотые Ворота в Сан-Франциско, который постоянно подкрашивают в оранжевый цвет[222], моста Акаси-Кайке в Японии, который имеет самый длинный в мире центральный пролет, почти 2 километра, а его стальные башни держат витые стальные тросы диаметром 1,12 метра[223].
Вдоль городских улиц стоят ряды осветительных столбов, изготовленных из стали, оцинкованной горячим способом и покрытой специальным порошком для защиты от ржавчины; из стального проката сделаны дорожные знаки и рекламные щиты, гофрированная сталь используется для разделительных барьеров. Стальные башни с прикрепленными к ним стальными тросами используются для подъема горнолыжников к началу трассы или для доставки туристов на высокие горы в кабинках канатной дороги. Радио- и телевизионные башни (антенные мачты с растяжками) поднимаются на рекордную для рукотворных сооружений высоту, а современные ландшафты усеяны бесконечным количеством опор высоковольтных линий электропередачи. Недавно к ним прибавились невероятно высокие антенные мачты мобильной связи, группы больших ветряных турбин на суше и на море, а также массивные конструкции посреди морей и океанов — гигантские платформы для добычи нефти и газа[224].
Большая часть массы транспортных средств почти всегда приходится на сталь. Исключением являются самолеты (в них преобладают алюминиевые сплавы и композитные материалы); стальные детали в двигателях и шасси составляют около 10 % массы современного авиалайнера[225]. Легковой автомобиль в среднем содержит 900 килограммов стали[226]. Ежегодно в мире выпускается почти 100 миллионов автомобилей, что требует 90 миллионов тонн металла — приблизительно 60 % приходится на высокопрочную сталь, которая позволяет уменьшить вес автомобиля на 26–40 % по сравнению с обычной сталью[227]. Несмотря на то что в современных скоростных поездах (алюминиевый корпус, пластиковая отделка салона) всего около 15 % стали (колеса, оси, подшипники и двигатели), для них требуются особые пути с более прочными, чем стандартные, стальными рельсами[228].