Таким образом, с виду столь обыденная вещь, как песок и щебень, может иметь геополитические последствия. Качественные ресурсы песка вернуть обратно невозможно, поэтому в будущем стоит ожидать новых конфликтов подобного рода, если мы и дальше будем строить из бетона, а альтернатив для возведения и обслуживания объектов инфраструктуры у нас нет. Бетона мы уже производим в два раза больше, чем всех остальных строительных материалов, вместе взятых[175]. Для замены бетона у человечества нет ничего.
Живые керамические фабрики
Среди всех живых существ только люди производят и придают форму материалам с помощью промышленных процессов и экстремально высоких температур. Поэтому металлическими инструментами, кроме нас, никто не пользуется. И тем не менее животные, растения, насекомые и бактерии производят ряд наиболее прочных из всех известных нам материалов.
Живые организмы способны производить сложнейшие керамические материалы. Клетки наших тел строят кости и зубы. Иголки морских ежей и красивый перламутр – он попадается в ракушках, которые мы находим на пляже, – среди самых прочных в мире материалов, хоть и состоят из тех же кристаллов, что есть в мягком и пористом меле. Такие материалы создаются благодаря тому, что животные контролируют химический процесс и внутри, и с внешней стороны своих клеток. Они определяют, какого рода кристаллы образуются и как они будут расти. Прочности и эластичности, к которым мы стремимся, соединяя различные материалы, такие как сталь и бетон, эти организмы добиваются благодаря сочетанию органических молекул и неорганических кристаллов.
Если бы нам удалось повторить материалы, которые уже производят живущие на земле организмы, у нас появились бы еще более прочные материалы, по сравнению с теми, что у нас есть сейчас, а энергии мы потратили бы меньше. Сегодня это крупная научная область[176].
Как ученый, я занимаюсь вопросом производства известнякового бетона с помощью бактерий. Ведь изначально известняк вырабатывали живые организмы. У разработанного нами бетона для армирования сталью не те химические свойства, но, если мы найдем подходящие органические волокна и подмешаем их к бетону, возможно, окажется, что за этим материалом стоит будущее строительства крупных сооружений[177]. Также я пытаюсь создать бетон, который после сноса старых зданий можно раздробить и растворить, а из песка и щебня построить новые сооружения.
Наш бетон от бактерий – одна из важнейших альтернатив, которые в будущем позволят нам строить, не потребляя такое количество энергии и не производя столько диоксида углерода, как сегодня. Работая над проектом, мы тратим много времени на обсуждения: как в будущем наш выбор повлияет на окружающую среду и потребление ресурсов. И хотя до цели еще далеко, а шанс на удачу не так уж велик, я рада во время своих исследований иметь дело с цивилизацией будущего.
6Разносторонний углерод: ногти, резина и пластик
Время от времени по дороге на работу я захожу в больницу. Там мне нальют сколько угодно яблочного сока, усадят на удобный стул, а в самую крупную артерию на моей руке войдет толстая игла. Сдать кровь – быстрый и простой способ почувствовать, что ты делаешь что-то важное.
Для сдачи крови нужно много одноразовых материалов. Сначала берется небольшой пакетик со средством для дезинфекции кожи. Затем – шприц, трубка, через которую потечет кровь, и 4–5 пробирок для анализов крови. После использования все это исчезнет в большом мешке – он отправится в больничные мусоросжигательные печи.
Инструменты можно использовать для выполнения одной задачи, а затем выбросить в закрытую емкость и сжечь – здравоохранению это приносит немалую пользу. Если бы все перчатки, маски и подгузники пришлось снова пускать в дело, потребовалась бы громадная инфраструктура для дезинфекции и обеззараживания – она потребляла бы громадное количество воды, химикатов и энергии. Так работало здравоохранение до того, как у нас появилась синтетическая пластмасса на нефтяной основе, которой мы пользуемся сегодня. Стеклянные шприцы, стальные кюветы и хлопковые или шерстяные повязки – все это приходилось стерилизовать перед каждым применением. Кровь и внутривенные препараты переливали из стеклянных бутылок по резиновым трубкам. Резину тоже стерилизовали и снова пускали в дело, но она легко трескалась, а при многоразовом использовании поддерживать чистоту было сложно[178].
Кровь хранилась в стеклянных сосудах с резиновыми пробками, никогда не гарантировавшими полную герметичность, что во время Второй мировой войны усложняло хранение и переливание крови раненым. В 1950 году в работе банков крови случился настоящий прорыв: появились мягкие, герметичные пластиковые контейнеры для крови[179]. Теперь стало проще сохранить кровь в целости и сохранности, а также при необходимости перевести ее из одного банка в другой. При разработке методов лечения целого ряда заболеваний и травм решающим фактором стал стабильный доступ к крови для нуждающихся пациентов.
Натуральный каучук и чудо вулканизации
До появления пластмассы на нефтяной основе, если требовалась эластичность, водонепроницаемость и прочность, важнейшим материалом был натуральный каучук. Резину производят из сока ряда тропических растений, произрастающих в Африке, Азии и Южной Америке. Сегодня больше всего натурального каучука производят на плантациях Юго-Восточной Азии из гевеи, она родом с Амазонки.
Экспорт резины из Южной Америки в Северную Америку и Европу наладили в конце XVIII века, и для нового товара нашлось сразу несколько областей применения. Как покрытие текстиля – для изготовления плащей, резиновых шлангов и автомобильных шин. Стеклянные банки с резиновыми прокладками стали производить с середины XIX века, и благодаря им появилась возможность в течение некоторого времени хранить летние фрукты и овощи без холодильника и морозильной камеры[180]. Гуттаперчу – более жесткий натуральный каучук родом из Юго-Восточной Азии – превращали в бутылочные пробки и мячики для гольфа. А еще он прекрасно подходил для изоляции электропроводов: в 1851 году он сыграл важную роль при прокладке первого подводного телеграфного кабеля из Дувра (Англия) в Кале (Франция), а в 1866 году – еще одного, через Атлантический океан.
Как материал резина – это крупные молекулы, в каждой из которых могут содержаться тысячи атомов углерода. У атомов углерода есть особая способность образовывать друг с другом связи: на два атома от каждого приходит либо один, либо два, либо три электрона. Благодаря этому набору возможностей углерод способен оказываться в различных структурах – от прямых или разветвленных цепей до колец, пластов или трубок. Именно такие сооружения из углерода, а также кислорода, водорода и небольшого количества иных химических элементов, составляют большую часть всего того, что есть в теле у нас и других живых существ. Их общее название – органические молекулы.
Натуральный каучук прочный и эластичный благодаря тому, что содержит длинные, скрученные углеродные цепи. Когда материал вытягивают, каждая из них выпрямляется и проскальзывает мимо соседних молекул – комочек резины меняет форму. Однако на чистый натуральный каучук сильно влияют перепады температуры, и потому для многих задач он не годится. На холоде углеродные цепи затвердевают. Им сложно проскользнуть мимо соседей – материал твердеет и может треснуть. В тепле резина мягкая и гибкая, но бывает липкой и клейкой.
В середине XIX века химики нашли способ улучшить свойства натурального каучука. Если нагреть смесь каучука и серы, каучук не расплавится, как это произошло бы в противном случае. Вместо этого он твердеет, становится более эластичным и меньше подвержен воздействию тепла и холода. Этот процесс, известный под названием «вулканизация», привел к огромному росту потребления каучука и каучуковой лихорадке, охватившей весь мир в конце XIX века[181]. Теперь каучук стали использовать для велосипедных шин, и для тысяч новых велосипедистов катание стало более приятным процессом. Благодаря шинам из вулканизованной резины выросло количество частных автомобилей. Вулканизованную резину также стали пускать на трубы и упаковку, а еще она хорошо изолирует телеграфные, телефонные и электрические провода.
Еще одно последствие появления гигантского спроса на резину – минимум 10 миллионов погибших в Конго. В то время Свободное государство Конго считалось личным владением бельгийского короля Леопольда II. Здесь он зарабатывал много денег от продажи слоновой кости – в XIX веке из нее изготавливали такие бытовые предметы, как рукоятки ножей, бильярдные шары, расчески, клавиши пианино, шахматные фигуры и табакерки. И тем не менее доход оказался недостаточно высок, чтобы покрыть все долги, возникшие у него из-за вложения денег в Конго.
На момент начала каучуковой лихорадки, большая часть каучука поступала на рынки с плантаций. Каучуковым деревьям необходимо расти несколько лет, прежде чем от них можно брать сок. В Конго же каучук добывают из вьющихся растений, растущих в джунглях. Чтобы наладить крупные поставки на мировой рынок, требовалось только одно – рабочая сила. Заставляя конголезское население работать, бельгийцы применяли очень жесткие методы. Удерживали женщин и детей в заложниках, пока мужчины не принесут определенное количество каучука. За невыполнение нормы в качестве наказания мужчинам, женщинам и детям отрубали руки и ноги. Миллионы людей стали жертвами убийств или погибли от косвенных причин, таких как голод, истощение, эпидемии