Американцы потребляют столько же стали, сколько цемента — то есть еще 272 килограмма на человека каждый год, не считая стали, которая идет в переработку для повторного применения.
Еще одна удивительная группа материалов — полимеры. Из них состоит огромное количество изделий, от одежды и игрушек до мебели, автомобилей и мобильных телефонов — всего и не перечислишь… Хотя полимеры — или, попросту говоря, пластик — и пользуются дурной репутацией, их польза несомненна. Работая над этой главой, я сижу за своим письменным столом в окружении разного вида пластика: из него изготовлены мой компьютер, клавиатура, монитор, мышка, степлер, телефон и так далее. Именно пластик делает топливосберегающие автомобили такими легкими: на полимерные материалы приходится половина площади автомобиля и только 10% его веса[67].
Есть еще стекло — в окнах, банках и бутылках, теплоизоляции, автомобилях и оптико-волоконных кабелях, которые дают высокоскоростной интернет. Алюминий, который используется для производства банок для напитков, фольги, линий электропередачи, дверных ручек, поездов, самолетов и пивных кег (металлических бочек). Удобрения, которые «кормят» весь мир. Много лет назад я прогнозировал сокращение производства бумаги из-за стремительного развития электронных коммуникаций и повсеместного появления экранов, однако бумага не уступает свои позиции.
Иными словами, мы производим материалы, которые стали такой же неотъемлемой частью нашей жизни, как электричество. И не планируем от них отказываться. Наоборот, будем использовать их в больших количествах по мере роста и повышения благосостояния жителей Земли.
Эти две фотографии показывают, как выглядит рост. Плохо это или хорошо, решайте сами. Шанхай в 1987 году (слева) и в 2013-м (справа)[68].
Многие данные подтверждают это — к середине столетия мир будет производить на 50% больше стали, чем сегодня, — однако я думаю, что две фотографии, представленные выше, тоже весьма убедительны.
Взгляните на них: как будто два совершенно разных города.
На самом деле это не так. На обеих фотографиях Шанхай, снимки сделаны с одной и той же точки. На левом снимке — город в 1987 году, на правом — в 2013-м. Глядя на новые здания на фотографии справа, я вижу тонны стали, бетона, стекла и пластика.
Подобные примеры можно найти по всему миру, хотя мало какой город может похвастаться таким стремительным ростом, как Шанхай. Как я не раз уже говорил, мы должны радоваться прогрессу. Быстрый рост означает, что качество жизни в самых разных сферах повышается. Люди больше зарабатывают, получают более качественное образование и реже умирают молодыми. Любой, кого заботит борьба с бедностью, назовет это потрясающим достижением.
Однако позвольте напомнить еще один аспект, который я неоднократно подчеркивал: у этой победы есть темная сторона. Производство материалов сопряжено с эмиссией парниковых газов. Причем речь идет примерно о трети выбросов по всему миру. И в некоторых случаях у нас нет другого, безуглеродного способа производить эти материалы (например, бетон).
Итак, посмотрим, можно ли добиться невозможного — продолжить производство, не ухудшая экологическую обстановку на планете. Для краткости изложения ограничимся обзорами трех самых важных материалов: стали, бетона и пластмассы. Как и с электроэнергией, мы проанализируем, как оказались в такой ситуации и почему эти материалы вредят климату. Затем мы рассчитаем зеленую наценку на сокращение выбросов с помощью современных технологий, объясним, как можно снизить зеленые наценки и производить эти материалы безуглеродным методом.
История стали насчитывает около четырех тысяч лет. Это целая цепочка удивительных открытий, которые привели нас из железного века к дешевой универсальной стали, которой мы пользуемся сегодня. Правда, большинству людей неинтересно вникать в разницу между доменными печами, пудлинговыми печами и бессемеровским процессом. Так что перечислим лишь основные моменты, требующие внимания.
Мы любим сталь за прочность и возможность легко придать ей форму под воздействием высокой температуры. Для производства стали нужны чистое железо и углерод; само по себе железо не очень прочное, но если добавить нужное количество углерода — менее 1% в зависимости от того, какая сталь вам нужна, — то атомы углерода «усядутся» между атомами железа, придав стали самые важные ее качества.
Найти углерод и железо несложно: первый производится из угля, а второе представляет собой широко распространенный в земной коре химический элемент. Однако в чистом виде железо встречается крайне редко: металл, добытый из недр Земли, почти всегда смешан с кислородом и другими элементами — такая смесь называется железной рудой, или железняком.
Для производства стали нужно отделить кислород от железа и добавить немного углерода. Можно выполнить обе задачи одновременно, расплавив железную руду при очень высокой температуре (1700°C) с добавлением кислорода и каменноугольного кокса. При такой температуре руда выделяет кислород, а каменноугольный кокс — углерод. Часть углерода взаимодействует с железом, образуя сталь, которая нам нужна, а остальной углерод цепляется за кислород, порождая совершенно «лишний» побочный продукт — диоксид углерода, то есть уже знакомый нам углекислый газ, причем в немалых количествах: на производство 1 тонны стали приходится около 1,8 тонны углекислого газа.
Почему так? Потому что это дешевый способ производства, и пока люди не начали переживать из-за климатических изменений, у них не было стимула искать другие способы. Добывать железную руду легко (а значит, недорого). Уголь тоже недорогой, потому что его много.
Так что мир и дальше будет производить сталь, хотя производство в США «вышло на плато». Некоторые страны, в частности Китай, Индия и Япония, уже сейчас производят больше необработанной стали, чем США, и к 2050 году мир будет производить около 2,8 миллиарда тонн стали в год. Иными словами, к середине столетия мы будем добавлять в атмосферу по 5 миллиардов тонн углекислого газа ежегодно от одного только производства стали, если не найдем новый, благоприятный для климата способ.
Какой бы сложной ни была эта задача, с производством бетона дело обстоит еще сложнее. Его получают путем смешивания гравия, песка, воды и цемента. Первые три компонента не представляют проблем, а вот цемент — настоящее бедствие для климата.
Для производства цемента нужен кальций. Чтобы получить кальций, берется известняк, который его содержит, а также углерод и кислород — и все это сжигается в печи.
Думаю, вы, уважаемые читатели, уже понимаете, к чему это приводит. После сжигания известняка получается как искомый кальций для цемента, так и побочный продукт — углекислый газ. Никто еще не придумал иной способ производства цемента, отличный от этой химической реакции (известняк + высокая температура = оксид кальция + диоксид углерода). Соотношение один к одному: на тонну цемента приходится тонна СО2.
И точно так же, как со сталью, не стоит надеяться на прекращение производства этого важного материала. Ведущий мировой производитель цемента на данный момент — это Китай. Он в семь раз обгоняет Индию и производит больше цемента, чем все остальные страны, вместе взятые[69]. К 2050 году ежегодное производство цемента в мире еще вырастет — по прогнозам, строительный бум сбавит обороты в Китае, зато ускорится в развивающихся странах, а затем остановится на уровне 4 миллиардов тонн в год, примерно как сегодня[70].
По сравнению с цементом и сталью полимеры, или пластик, — относительно молодая группа материалов. Хотя люди начали использовать натуральные полимеры, такие как каучук, тысячи лет назад, синтетические полимеры появились только в 1950-х годах благодаря открытиям в химической инженерии. На сегодня существует более двух дюжин видов пластика: от стандартного полипропилена, из которого изготавливают баночки для йогуртов, до неожиданных вариантов, которые можно встретить в акриловых красках, лаке для пола и стиральном порошке, в мыле и шампуне (микропластик), водонепроницаемых куртках (нейлон) или той весьма сомнительной одежде, которую я носил в 1970-х годах (полиэстер).
У всех этих разновидностей пластика есть общее свойство: они содержат углерод. Углерод, оказывается, как нельзя лучше подходит для создания разнообразных материалов, потому что он легко взаимодействует с большим количеством элементов. Для получения пластика углерод нужно соединить с водородом и кислородом.
Дочитавшие до этого места наверняка не удивятся, когда я открою, откуда компании, производящие пластик, получают углерод. Они перерабатывают нефть, уголь и природный газ, а затем разными методами продолжают переработку полученных продуктов. Это объясняет, почему полимерные материалы завоевали репутацию недорогих: подобно цементу и стали, они дешевы, потому что дешево ископаемое топливо.
Однако у пластика есть одно принципиальное отличие от цемента и стали. При производстве цемента и стали происходит эмиссия СО2, а при производстве полимеров примерно половина углерода остается в его составе. (Оставшееся количество зависит от вида пластика, однако смело можно утверждать, что это примерно половина.) Углерод обожает строить связи с кислородом и водородом и цепко их держит. Именно поэтому пластик разлагается сотни лет.
Это серьезная экологическая проблема, потому что пластик, который выбрасывают на свалки и в океан, просуществует там не одно столетие. Этот вопрос надо решать: куски пластика, плавающие в океане, вызывают массу негативных последствий, таких как отравление морской флоры и фауны. Однако полимерные материалы не усугубляют климатических изменений. С этой точки зрения углерод в пластике не самая страшная проблема. Раз последний так долго разлагается, содержащиеся в нем атомы углерода не попадают в атмосферу и не повышают температуру — по крайней мере, еще долго не будут ее повышать.