[198]. Как уже отмечалось выше, косвенные меры — в том числе повышение цен на продовольствие и сокращение потребления мяса — достаточно эффективны, но не слишком популярны. В результате маловероятно, что любое реалистичное сочетание этих методов может привести к радикальным изменениям в мировом потреблении азотных удобрений. В настоящее время ежегодно вырабатывается около 150 мегатонн аммиака, и приблизительно 80 % из них используется как удобрение. Почти 60 % этих удобрений вносятся в Азии, примерно четверть в Европе и Северной Америке, меньше 5 % в Африке[199]. Большинство богатых стран, вне всякого сомнения, могут и должны уменьшить количество вносимых удобрений (у них среднее потребление продуктов питания на человека и так слишком велико), а Китай и Индия — два главных потребителя азотных удобрений — имеют много возможностей исключить их чрезмерное применение.
Но Африка, континент с быстро растущим населением, по-прежнему испытывает недостаток в продуктах питания и является их крупным импортером. Любая надежда на самообеспечение продовольствием может быть основана только на интенсивном использовании азота: как бы то ни было, а уровень использования аммиака на этом континенте в три раза ниже, чем в среднем по Европе[200]. Лучшим (и долгожданным) решением была бы модификация зерновых культур, чтобы они приобрели свойство связывать азот, как это умеют делать бобовые, но этих рубежей генная инженерия еще не достигла. Есть и менее радикальный вариант — инокуляция (предпосевная обработка) семен бактериями, способными связывать азот; это инновация с еще неясными коммерческими перспективами.
Пластик: разнообразный, полезный и проблемный
Пластик — это большая группа синтетических (или полусинтетических) органических материалов, обладающих общим свойством: они пригодны для литья и штамповки. Синтез пластика начинается с мономеров, простых молекул, которые могут соединяться в длинные цепочки или разветвленные структуры, образуя полимеры. Два самых распространенных мономера, этилен и пропилен, получаются с помощью парового крекинга (нагревания до 750–950 °C) углеводородного сырья; углеводороды также дают энергию для последующего синтеза[201]. Пластичность этих материалов позволяет использовать при их обработке самые разные методы: литье, штамповку или экструзию, и им можно придать самую разную форму, от тонкой пленки до толстостенных труб и от легких как перышко бутылок до массивных и прочных контейнеров для мусора.
Больше всего в мире производят термопластов — полимеров, которые размягчаются при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении. На полиэтилен (ПЭ) низкой и высокой плотности приходится более 20 % мирового производства полимеров, на полипропилен (ПП) — около 15 %, а на поливинилхлорид (ПВХ) — более 10 %[202]. В отличие от них, реактопласты (в частности, полиуретан, полиимид, меламин и мочевинный формальдегид) не размягчаются при нагревании.
Некоторые термопластичные соединения сочетают низкий удельный вес с относительно высокой прочностью (износостойкостью). Прочные алюминиевые сплавы в три раза легче углеродистой стали, но удельная плотность ПВХ составляет лишь 20 % удельной плотности стали, а ПП — всего 12 %. Предел прочности на разрыв конструкционной стали составляет 400 мегапаскалей, а полистирола — 100 мегапаскалей, в два раза больше, чем у дерева или стекла, и всего на 10 % меньше, чем у алюминия[203].
Это сочетание низкого веса и высокой прочности сделало термопластик превосходным материалом, например, для толстостенных труб и фланцев, противоскользящих поверхностей и химических резервуаров. Термопластичные полимеры нашли широкое применение в автомобильной промышленности, как для отделки салонов, так и для внешних деталей (бамперы из ПП, приборные панели из ПВХ, фары из поликарбоната); легкие высокотемпературные, или огнестойкие, термопласты (поликарбонат, смеси из ПВХ и акрила) используются для отделки салонов современных самолетов; армированные углеродным волокном пластмассы (композитные материалы) применяются для изготовления корпусов летательных аппаратов[204].
Первые пластмассы, в частности целлулоид, получаемый из нитрата целлюлозы и камфоры (легковоспламеняемая основа киноиндустрии, замененная только в 1950-х гг.), производились в небольших количествах еще в последние три десятилетия XIX в., но первые термореактивные пластмассы (с температурой плавления 150–160 °C) были получены в 1907 г. Лео Хендриком Бакеландом, бельгийским химиком, работавшим в Нью-Йорке[205]. Его фирма, General Bakelite Company, основанная в 1910 г., начала первой производить пластик в промышленных масштабах, формуя из него самые разные изделия, от электрических изоляторов до черных телефонов с вращающимся диском, а во время Второй мировой войны из пластика изготавливались детали легкого вооружения. В 1908 г. Жак Бранденбергер изобрел целлофан.
В период между двумя войнами начался синтез ПВХ в массовых масштабах; материал был изобретен еще в 1838 г., но использовался только в лабораториях. Компании DuPont в США, Imperial Chemical Industries (ICI) в Великобритании и IG Farben в Германии финансировали исследования (очень успешные) по разработке новых пластмасс[206]. В результате еще до Второй мировой войны началось промышленное производство ацетилцеллюлозы (в настоящее время используется в абсорбирующих тканях), неопрена (синтетическая резина), полиэстера (ткани для одежды и обивочный материал), полиметилметакрилата (органическое стекло, из-за эпидемии COVID его широко используют в качестве щитков и разделительных барьеров). С 1938 г. производится нейлон (первыми промышленными изделиями были щетина для зубных щеток и чулки, теперь из него изготавливаются самые разные изделия, от рыболовных сетей до парашютов) и — как упоминалось выше — тефлон, незаменимое антипригарное покрытие. Дешевый промышленный стирол тоже появился в 1930-х гг., но теперь используется преимущественно полистирол (ПС) — как упаковочный материал, а также для изготовления одноразовых чашек и тарелок.
В 1937 г. компания IG Farben начала выпуск полиуретана (вспененный материал для мебели, теплоизоляция), а в 1933 г. ICI применила очень высокое давление для синтеза полиэтилена (используется для упаковки и изоляции) и начала выпуск метилметакрилата (для изготовления клеящих веществ, покрытий и красок). Полиэтилентерефлатат (ПЭТ) — с 1970-х гг. он стал планетарным бедствием в виде бутылок из-под напитков — был запатентован в 1941 г., а его массовое производство началось в начале 1950-х гг. (та самая ПЭТ-бутылка была запатентована в 1973 г.)[207]. Среди самых известных изобретений послевоенного времени — поликарбонат (для оптических линз, стекол, жесткого покрытия), полиамид (для медицинских катетеров), жидкокристаллические полимеры (в первую очередь для электроники) и такие известные торговые марки компании DuPont, как тайвек (Tyvek® 1955), лайкра (Lycra® 1959) и кевлар (Kevlar® 1971)[208]. К концу XX в. на мировом рынке были представлены 50 разных видов пластика, и это новое разнообразие — в сочетании с увеличением потребности в самых распространенных материалах (ПЭ, ПП, ПВХ и ПЭТ) — привело к экспоненциальному росту спроса.
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