Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого - Вацлав Смил
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Ответ на второй вопрос безусловно положительный. Если взять массу Земли, то большая ее часть приходится на железо — оно очень тяжелое (в восемь раз тяжелее воды) и из него состоит ядро планеты[232]. Железа также много в коре нашей планеты: по распространенности оно уступает только трем элементам (кислороду, кремнию и алюминию) и со своими почти 6 % занимает четвертое место[233]. Всего в мире ежегодно добывают 2,5 миллиарда тонн железной руды (лидеры добычи — Австралия, Бразилия и Китай), а мировые запасы оцениваются в 800 миллиардов тонн, и в них содержится почти 250 миллиардов тонн металла. Таким образом, запасов хватит на 300 с лишним лет, что гораздо больше любого возможного горизонта планирования (разведанных запасов сырой нефти хватит всего на 50 лет)[234].
Более того, сталь можно использовать повторно, расплавляя лом в электродуговых печах — больших огнеупорных цилиндрах из толстых стальных пластин (облицованных кирпичом) со съемной куполообразной крышкой, которая охлаждается водой и через которую в рабочее пространство вводятся три массивных угольных электрода. После загрузки стального лома электроды опускаются, и проходящий через них электрический ток образует дугу с температурой 1800 °C, которая без труда расплавляет металл[235]. Но этот процесс энергозатратен: даже чрезвычайно эффективная современная электродуговая печь потребляет столько электроэнергии, сколько американский город с населением 150 тысяч человек[236].
Для утилизации автомобиля необходимо сначала слить все жидкости, удалить облицовку салона, снять аккумуляторы, сервомоторы, шины, электронику, двигатели, а также все детали из пластика, резины, стекла и алюминия. Затем специальные прессы сплющивают остовы автомобилей, подготавливая к резке. Гораздо сложнее утилизировать большие океанские суда — это делают в основном на побережье Пакистана (Гадани, к северо-западу от Карачи), Индии (Аланг в провинции Гуджарат) и Бангладеш (в окрестностях Читагонга). Пустые корпуса из толстых стальных пластин разрезаются с помощью газовых и плазменных горелок — это опасная и вредная работа, зачастую выполняемая рабочими без необходимых средств защиты[237].
В настоящее время богатые страны утилизируют практически все старые автомобили; почти такой же высокий уровень утилизации (больше 90 %) достигнут для стальных балок и пластин, чуть меньше для бытовых приборов, а в США на переработку отправляется 65 % арматуры для железобетона — столько же, сколько жестяных банок из-под напитков и консервов[238]. Стальной лом превратился в один из самых ценных в мире экспортных товаров, поскольку страны с давней историей выплавки стали и большими запасами лома продают его компаниям, расширяющим производства. Самым крупным экспортером стального лома является ЕС, следом идут Япония, Россия и Канада, а главные покупатели — Китай, Индия и Турция[239]. Повторно используемая сталь составляет почти 30 % годового производства этого металла, причем в разных странах эта доля варьируется от почти 70 % в США до 40 % в ЕС и менее 12 % в Китае[240].
Это означает, что в мире по-прежнему преобладает первичная выплавка стали, на которую приходится в два раза больше произведенного металла, чем на вторичную переработку — почти 1,3 миллиарда тонн в 2019 г. Процесс начинается с доменных печей (высоких стальных сооружений, облицованных огнеупорными материалами), в которых получают жидкий (литейный или передельный) чугун, расплавляя железную руду вместе с коксом и известью[241]. Вторая стадия — уменьшение содержания углерода в чугуне и превращение его в сталь — происходит в кислородных конвертерах (название связано с химическими свойствами образующегося шлака). Этот процесс был изобретен в 1940-х гг. и быстро приобрел промышленные масштабы с середины 1950-х гг.[242]. Современные кислородные конвертеры — это большие конструкции грушевидной формы с открытым верхом, в которые загружают до 300 тонн расплавленного чугуна, который продувается кислородом, поступающим сверху и снизу. В результате химической реакции приблизительно за 30 минут содержание углерода в металле уменьшается (до 0,004 %). Сочетание доменной печи и кислородного конвертера — это основа современной сталеплавильной промышленности. Конечные стадии включают подачу расплавленного металла на машины непрерывной разливки для получения листовой стали, брусков (квадратного или прямоугольного сечения) и полос, из которых затем изготавливают стальные изделия.
Черная металлургия — чрезвычайно энергоемкая отрасль, причем около 75 % энергопотребления приходится на доменные печи. Сегодня самые эффективные производства потребляют всего 17–20 гигаджоулей на тонну готового продукта, менее эффективные — 25–30 ГДж/т[243]. Совершенно очевидно, что энергозатраты на переплавку стали в электродуговой печи гораздо меньше, чем на полный цикл, — всего 2 ГДж/т для самых современных печей. К этому следует прибавить энергозатраты на прокат металла (в большинстве случаев 1,5–2 ГДж/т). Таким образом общие энергозатраты на производство стали могут составить около 25 ГДж/т для полного цикла и 5 ГДж/т для повторного использования[244]. Всего на производство стали в 2019 г. потребовалось 34 эксаджоуля энергии, или около 6 % глобального потребления первичной энергии.
Учитывая зависимость сталелитейной промышленности от коксующегося угля и природного газа, можно сделать вывод, что отрасль вносит существенный вклад в выработку парниковых газов. По оценкам Всемирной ассоциации стали, в среднем выбросы углекислого газа составляют 500 килограммов на тонну метала, и это значит, что выбросы всей сталелитейной промышленности составляют около 900 мегатонн в год, или 7–9 % всех выбросов от сжигания ископаемого топлива[245]. Но сталь не единственный материал, на который приходится значительная доля выбросов CO2: энергоемкость цемента гораздо меньше, но, поскольку его выпускается почти в три раза больше, чем стали, его производство дает почти такую же долю выбросов углекислого газа (около 8 %).
Бетон: мир, созданный цементом
Цемент — незаменимая составляющая бетона, которую получают нагреванием (до 1450 °C) молотого известняка (источник кальция), а также глины, гипса и минеральных добавок (источник кремния, алюминия и железа) в больших печах для обжига — длинных (100–200 метров) наклонных металлических цилиндрах[246]. Спекание при высокой температуре дает на выходе клинкер (сплав известняка и алюмосиликатов), который затем перемалывается в мелкий порошок — цемент.
Бетон состоит в основном из заполнителей (65–85 %) и воды (15–20 %)[247]. Мелкий заполнитель, такой как песок, позволяет получить более прочный бетон, но для него нужно больше воды, чем для более крупного заполнителя, например гравия
