Безумный жонглёр (PEAK3)

Изобретательность человеческого разума — для меня непреложная истина.
За свою историю человек уже не раз доказал, что он умеет выпутываться из самых невероятных кризисов. Каждый раз, когда человечество попадало в глухой угол круговой обороны, оно всегда пока находило "магическую лестницу" в третье измерение, вновь и вновь оставляя "с носом" казалось бы неустранимые физические ограничители окружающей среды.

И, чем дальше, тем больше этот процесс напоминает мне неустанное жонглирование ограничениями и ограничителями, когда снятие одного из них сразу же создаёт и десяток других — причём часто столь же опасных и неустранимых, как только что снятый ограничитель прошлого этапа развития.



Первую ловлю, на вторую смотрю, третью — кидаю. И так — раз за разом, во всё более ускоряющемся темпе.


Ситуация с индустриальными металлами — это такое же бесконечное жонглирование возможностями. Одни металлы уходят с арены человеческого развития, их место тут же занимают другие.
Медный век сменяется веком бронзовым, бронзовый век переходит в век железный.

Каждый следующий век отнюдь не выбрасывает "на помойку истории" металлы прошлого века. Медный век с его медными мечами незримо живёт с нами и сейчас — медь просто ушла из военного дела (правда, оставив в гильзах снарядов своих сестру — латунь), но теперь заняла первое и важнейшее место в электротехнике.

Сейчас без меди электротехнику представить столь же трудно, как военное дело или строительство — без железа (а точнее — без стали). Ближайший конкурент меди — алюминий может похвастаться только своей лучшей распространнённостью в мире и, как следствие, более низкой ценой. Все же чисто электротехнические качества алюминия по сравнению с медью "так себе". Алюминий в электротехнике — это обычная бумага, на которой пишут все в отсутствии гербовой.

Вообще же оценить динамику открытия химических элементов можно вот по этой таблице:


Как видите, у человечества в древности вообще был небогатый выбор на чистые элементы — свинец да сурьма, ртуть, золото, серебро, медь, мышьяк да олово.
Вокруг этих промышленных металлов и крутилась вся металлургия бронзового века.
Обеспечивал эту металлургию древесный уголь, который представлял из себя практически чистый углерод и являлся, пожалуй, первым промышленным топливом.

В железном веке в этот список добавляются железо и хром. Даже использование этих двух дополнительных "жонглёрных шаров" позволило значительно улучшить возможности человечества и уйти от проблемы исчерпанности древних месторождений меди и олова.
Вот древний китайский бронзовый меч, в котором вы можете увидеть одно из первых применений хрома для целей получения прочного и твёрдого сплава:



Слева — кованый железный меч царства Чу, слева — два литых, хромированных меча царства Цинь.
Цинь победило Чу. На это ушло больше 300 лет.
Но железо в итоге победило бронзу, "присвоив" себе "жонглёрный шар" хрома и превратившись в легированую сталь.
А безумный жонглёр продолжал подкидывать и снова ловить шары.

Уже к концу XVIII века число вновь открытых химических элементов переваливает за полсотни.
Большинство из них в начале своего пути представляют из себя не более, чем дорогие игрушки и тешат самолюбие открывших их учёных, но чем дальше, тем больше наш безумный жонглёр просит и просит эти новые шары к себе в руки, подкидывая старые и беря с полки открытий новые шары.

Кроме того, что шарики становились всё многочисленнее, росло и умение человечества в обращении с исходным материалом.
Началом металлургии были самородные золото, олово, железо, медь. Практически все металлы, известные в античности, присутсвуют в природе в самородной форме. Это уже чистый, восстановленный металл. Сейчас такого практически не осталось — самородки золота в современном мире если и находят, то настолько редко, что уже и они сами стали предметом роскоши — их оставляют в неизменном виде и выставляют в ювелирных коллекциях.

Большинство же золота сейчас добывают из очень и очень бедных источников. Например, вот так.
Ну и концентрации полезного элемента в таких месторождениях смешные. Так, в указанном месторождении золота в Казахстане золота содержится всего 2 грамма на тонну породы.

То есть, вот этот красивый "Катерпиллер" везёт 200 грамм. А не 100 тонн, как вы ненароком подумали:



Понятным делом, столь вопиющие расходы на получение нового металла вызывают к жизни самые изощрённые способы возврата "блудных сыновей" назад в родной дом, то есть — обратно в промышленный и социальный (как в случае золота) оборот.

Вот данные об уровне повторного использования металлов в современной промышленности:



Как видите, кое-где человечество уже очень рачительно подходит к вопросу о "сохранении выкопанного". При этом, что интересно, пальма первенства в промышленном повторном использовании отнюдь не у золота, а у таких вроде бы и не очень дорогих металлов, как свинец и алюминий.
Да и уровень повторного использования никеля, олова, цинка, меди и германия уже тоже очень высок, хотя и оставляет желать лучшего.

Почему же не используется и не возобновляется все 100% металлов, единожды вовлечённых в промышленный оборот?
В любом процессе, в любом цикле использования, как мы помним, присутствуют потери.

Часть металлов в производственном цикле теряется буквально. Например, уран в АЭС полностью превращается в осколки деления, включая и малоприятные цезий и стронций, первый из которых не удалось таки полностью отделить от танков и вертолётов, а второй — от костей ликвидаторов катастрофы на ЧАЭС.

Поэтому, собственно говоря, напротив урана и его возможностей повторного использования и стоит гордая цифра "ноль". Тут уж — умерла, так умерла — по второму разу уран в оборот запустить не получается, если, конечно, не брать в расчёт реакторы-бридеры.

Насчёт же иных металлов и элементов, против химического наименования которых стоит грустная цифра "ноль", есть несколько историй.

Например, фосфор, уже как-то разобранный в материалах из серии PEAK, пока не утилизируют повторно исключительно в силу неслабой энергоёмкости данного процесса. Хотя — собирать отдельно то, что выходит из нас сзади и то, что льётся спереди можно без особых проблем уже сейчас.

В мужских туалетах организовать "сбор фосфора" вообще проще простого (оборудование под названием "писсуар" вполне для этого подходит), да и женских уже всё продумано. Вот, любуйтесь, светлое будущее глядит на вас прямо из глубин унитаза:



В случае же других металлов и химических элементов выход из ситуации "ноля возврата" уже не столь очевиден.

Все, я думаю, знают историю серебра.
Именно этот металл создал фотографию и кино. Несмотря на то, что сейчас человечество научилось использовать заново целых 16% серебра, большая часть его безвозвратно терялась в старых фотографиях и киноплёнках.

Первые фотоматериалы были довольно экзотическими. Одна из первых фотографий была сделана на пластине, политой органическим веществом типа гудрона; под действием света он твердел. Затем, смыв неиспользованный и незатвердевший материал, можно было получить и подобие негатива, а намазывая его краской и штампуя бумагу — получить что-то вроде эстампов. Эта технология прожила довольно долго как редкий художественный прием, но очень быстро вся фотография в основном стала серебряной — светочувствительность солей этого ценного металла оставалась непревзойденной. И пленки, и фотобумаги несли на себе слои желатина, наполненные мелкими кристаллами солей серебра, которые темнели на свету.

Серебро пытались заменить чем-то более дешевым десятки лет, бессеребряная фотография была такой же притягательной темой для изобретателей, как велосипед, вечный двигатель или средство от облысения — но все тщетно. Только соли серебра. При этом фотопроцесс оставался очень расточительным. Серебро расходовалось в процессе проявления. И расход его был очень велик — из общего потребления серебра в мире фотография была ответственна примерно за треть потребления (остальное — радиоэлектроника, чеканка монет и ювелирные изделия).

Ещё в 1980-е годы звучали оценки: при современном расходе, современных запасах и современном темпе разведки новых месторождений до исчерпания запасов серебра осталось лет тридцать пять. То есть сегодня мы уже должны были жить в "бессеребряном мире".

Выход был найден в цифровой фотографии.
Казалось бы — идеальное решение. Нет дефицитного серебра, нет дурацкого ограничения в 36 кадров на одной плёнке, можно сразу посмотреть, что ты там нафотографировал, а не убедиться через две недели, что "она таки моргнула".
... можно посмотреть. Стоп-стоп-стоп.
А из чего сделаны эти замечательные светодиодные и жидкокристаллические матрицы, ставшие неизменными спутниками цифровой техники?

Из кремния? Да, безусловно. Кремния нам хватит ещё очень надолго. Однако на его производство надо тратить уголь, поэтому бесплатным чистый, металлический кремний не будет никогда. Вот, если что, репортаж для понимания сути вопроса:


Это не сталь, это расплавленный кремний.

Поэтому даже сейчас индустриальный кремний, несмотря на его широчайшую распространённость в природе, стоит уже 2 500 евро за тонну. Вполне себе на уровне других индустриальных металлов и, например, гораздо дороже менее распространённого железа.

Но проблема даже не в самих светодиодах, а в тонком, прозрачном стёклышке поверх жидкокристаллической матрицы. Всё дело в том, что для подачи электрического сигнала на LCD-матрицу используют прозрачные электропроводные покрытия, которые состоят из сплава индия с оловом. Вот он, красавец-индий — блестящий и мягкий, как пластилин:

Очень дорогой металлический пластилин.

Цены на индий, как и на многие другие металлы, для которых находят новые промышленные применения, меняются очень сильно. Например, цена килограмма индия в 2002 году составляла всего 60 долларов.

Вместе с увеличением производства LCD-мониторов стал увеличиваться и спрос на индий, и, соответственно, стала расти его цена. К 2005 году она уже превышала 950 долларов за килограмм. Затем, в связи со снижением стоимости других типов мониторов (плазменных панелей, электролюминесцентных дисплеев), рост производства LCD панелей приостановился и в октябре 2006 года цена килограмма индия была уже около 750 долларов.
Сейчас индий стоит около 500 долларов за килограмм, но интересно, что его в мире в виде месторождений имеется всего около 6000 тонн.

Вы хотите узнать всю правду об "экономичных светодиодах" и построенных на их основе LED-матрицах?
Светодиоды, кроме индия — это ещё и галлий (1200 долларов за килограмм, 10 000 тонн в цинковых рудах и ещё 1 млн. тонн в бокситах), германий (те же 1200 долларов за килограмм, данных о мировых запасах нет, США оценивают свои резервы как 450 тонн) и гафний (780 долларов за килограмм, мировые запасы — около 1 млн. тонн).

То есть, жонглируя материалами в желании помочь человечеству зафиксировать счастливые моменты своей жизни на фотоплёнке и видя перед глазами недостаток серебра — люди незримо создали себе иные ограничения, причём сразу по нескольким элементам — индию, галлию, германию и гафнию. Ну и всего остального уже по мелочи — меди в проводках, кремния в микросхемах, золота в контактах и ещё с десяток других менее ценных элементов в плате и в корпусе фотоаппарата.

Ситуация с постоянным ростом цены исходных материалов разворачивает перед нашими глазами сразу две интересных тенденции: в отработку запасов включаются всё более и всё более бедные руды металлов и одновременно растёт повторное использование всех индустриальных металлов — как в форме металлолома, так и в форме уже готовых, восстановленных изделий.

Так, например, в США принят даже отдельный свод законов, призванный дать все возможные налоговые и таможенные послабления в деле ремануфактуринга — восстановления, ремонта и повторного использования бывших в употреблении изделий.

В США  активно работает Ассоциация по восстановлению автомобильных запасных частей  (APRA), которая объединяет свыше 1000 компаний и около 20 тысяч инженеров. Общую координацию по всем отраслям промышленности осуществляет Институт ремануфактуринга (TRI). В Европе ремануфактуринг курирует Общество Фраунгофера (Германия).

Американцы уже классифицируют запчасти как новые, бывшие в употреблении, ремонтированные и прошедшие ремануфактуринг. С учётом экономических, социальных и других факторов ремануфактуринг признаётся наиболее предпочтительным способом производства – благородным, в терминологии компаний, осознавших пользу от повторного использования металлов, материалов и даже целых запасных частей.

Исследования Массачусетского института показали, что при этом способе производства автомобильных компонентов экономия энергии составляет 85%, в сравнении с производством новых. Так корпорация Caterpillar при реновации своих форсунок для больших дизелей получает прибыль 500%, к одной форсунке операцию реновации можно применять 4 раза.

Президент Буш на саммите G8 в Эвиане в 2003 году инициировал вопрос и договорился о снижении таможенных барьеров на пути потоков товаров вторичной переработки. Внутри США ремануфактуринг имеет налоговые послабления (до -20%) и другие поощрительные преференции.

Однако, несмотря на титанические усилия обеспечить повторное использование металлов, мировые процессы глобализации приводят к интересным тенденциям. Как говорится: "вода дырочку найдёт" и обычно течёт вниз. Так, например, самый большой объём металлолома Китай в настоящий момент покупает именно у США. В общем, хотели как лучше, а получился снова Китай.

И, если вы думаете, что в России и в Индии экспортно-ориентированная экономика, "нацеленная на вывоз металла", то для вас, наверное, тоже будет сюрпризом, что по металлолому обе эти страны являются, как и Китай, нетто-импортёрами.

Вообще, ситуация с индустриальными металлами всё больше начинает напоминать "гонку вооружений", партизанские действия и даже открытую войну.
Вы слышали о похищениях меди с вышек сотовой связи? О многомиллионных потерях цветных металлов в вырезанных кабелях связи? О крышках канализационных люков, исчезающих по ночам? Нет, это не Рязань. Это Калифорния и Мичиган.

Что же это такое?
Жонглёр устал?

Вы когда-нибудь ехали на машине, у которой педаль газа вдавлена в самый пол?
Проблема управления чем-то на подобных режимах, при регуляторе почти на упоре, проста — машина (реактор, усилитель, паровоз, да что угодно, любой обьект регулирования) уже и без учета управляющего воздействия находится в каком-то странном, необычном режиме. Даже если основные параметры в норме, то что-то еще / уже близко к упору.

Ехали по скользкой дороге после грозы? Всё в порядке — и вдруг оказывается, что обычное нажатие на тормоз перед поворотом, приводит к (сюрприз!) полной блокировке всех колесьев, входу в этот поворот юзом и выходу в канаву.
В нормальной рыночной ситуации — цена чуть вверх, объёмы металлов выросли, а сейчас почему-то всё совсем наоборот — цена ни фига не чуть, а сразу в небеса, а роста добычи металлов — с гулькин нос.

Вот и бьются так самолёты со всеми экипажами и пассажирами, ВНЕЗАПНО срываясь в штопор (хотя только что летело, ну подумаешь, что как-то медленно и с большим углом), йопают реакторы, разваливаются энергосистемы Москвы или Нью-Йорка.

Да, кстати, про пресловутый "мировой кризис" всё ровно то же самое — когда что реактор, что аэроплан, что экономика начинает неадекватно, сильно и резко, реагировать на воздействия, и особенно весело — если  в противоположную ожидаемой сторону.
И хоть оно еще и держится, ползет в нужном направлении и воссияние продолжается дальше — это первейший признак того, что белый пушной зверь бродит где-то рядом.

Он ещё не пришел, но в любой момент, от неосторожного нажатия какой-то кнопки или чиха пролетающего рядом воробья рвется тонкая жесть корпуса реактора, рушится карточный домик энергоблока, с шипением испаряется мелкий и незначительный триллиончик-другой баксов из запасов —- и на свободу разом вырываются силы и воздействия, для которых это всё так, тьфу и растереть, никакое не препятствие для пробивания прямой и накатаной дороги в Адъ.

Фууух.. меня отпустило.

И да, в нашем случае, в рассматриваемой теме, такой вариант называется "пик металлов". Потому что в современном мире такая ситуация поддаётся лечению очень слабо и искусства жонглёра может и не хватить.

Поэтому: "спасибо за рыбу и пока" может стать и одним из наиболее вероятных вариантов...