Третья цифровая война: энергетика и редкие металлы

1. Проклятие редких металлов

«Зачем вы приехали сюда? Вам здесь нечего делать!» Сорокалетний мужчина на черной Audi поравнялся с нами и начал недоброжелательно рассматривать нас. Затем возле нас остановилась еще одна машина, а потом и проезжавший мимо мотоциклист. «Вам нельзя тут находиться, это опасно! Нам не нужны проблемы!» Все они ясно демонстрировали, что не желают нас видеть. Напряжение нарастало. «Уезжайте!» – повторил водитель Audi. Ему стало понятно, что мы собираемся тянуть время. Он видел, что мы хотим осмотреть находившийся рядом строительный лагерь.

«Здесь иногда работают какие-то люди, – прошептал нам Ван Цзин (Wang Jing), бывший шахтер, согласившийся стать нашим гидом. – Я был уверен, что эти карьеры давно закрыли!» Стройматериалы и новенькие отводящие трубы, лежащие вокруг, заставляли усомниться в этом. В двухстах метрах от нас расположился строительный лагерь, возвышающийся над резервуарами для сточных вод и грудами вывороченной горной породы. Здесь явно проводятся работы по очистке редких металлов. Откуда же их добывают? «Из шахт, которые здесь повсюду, а также из нелегально вырытых карьеров, продолжающихся до противоположного склона холма», – ответил Ван Цзин.

За два дня до этого, в июле 2016 года, мы приземлились в небольшом аэропорту Ганьчжоу в китайской провинции Цзянси, в 1700 километрах к югу от Пекина. Затем мы долго ехали на юг, чтобы добраться до шахт. Сперва наш путь лежал по заброшенному шоссе, окруженному рисовыми полями. Затем от него остались лишь отдельные заасфальтированные участки, а дорога пошла зигзагами. Нам навстречу попадались лишь велорикши торговцев, грузовики, груженные камнями, и женщины в традиционных конических шляпах. Так мы проехали еще несколько десятков километров. Затем перед нами показались отроги гор Нанканг, на которых росли пальмы и лотосы. Эти удивительные пейзажи поражали своей необычной красотой.

Именно это место считается основной зоной добычи редких металлов на Земле.

Определение редких металлов

Когда речь идет о сырье, которое мы могли бы использовать для своих нужд, природа может проявить себя то удивительно щедрой, то, наоборот, слишком скупой. К примеру, наряду с такими распространенными видами деревьев, как тополь и сосна, существуют такие их редкие «собратья», как мадагаскарское розовое дерево или черное дерево, растущее в Мозамбике. Одни разновидности цветов, как, например тюльпаны, могут покрывать целые поля в Нидерландах, а другие, как трепетная орхидея-мотылек, можно встретить лишь в цветочных магазинах. Наконец, нас окружает великое разнообразие птиц, но одни из них, как утки-кряквы, водятся по всей Европе, а другие, например, нормандские лебеди-кликуны, встречаются весьма редко.

Точно так же распространенные металлы, такие как железо, медь, цинк, алюминий или свинец, соседствуют с редкими металлами, которых в природе насчитывается около тридцати^[59]. Геологическая служба США (USGS) – правительственный орган, подчиняющийся министерству внутренних дел, а также Европейская комиссия предлагают нам несколько перечней редких металлов^[60], которые сильно отличаются друг от друга: в них могут входить как тяжелые и легкие редкоземы, так и германий, вольфрам, сурьма, ниобий, бериллий, галлий, кобальт, ванадий, тантал…

Все их объединяет ряд общих свойств^[61].

• Речь идет о металлах, которые встречаются в земной коре совместно с более распространенными металлами, но присутствуют в ней в гораздо меньшем количестве. Например, в недрах Земли содержится примерно в 1200 раз меньше неодима и в 2650 раз меньше галлия, чем железа.

• Спрос на эти металлы всегда чрезвычайно велик. Их годовое производство совсем небольшое, и мировые СМИ редко обращают на них внимание: около 160 000 тонн редкоземов по сравнению с 2 миллиардами тонн железа – то есть в 15 000 раз меньше. Так же дело обстоит, например, с галлием, которого производят в год около 600 тонн, в отличие от 15 миллионов тонн меди – в 25 000 раз меньше (см. перечень «важных» металлов Европейской комиссии, приложение 13).

• В связи с этим все эти редкие металлы недешевы: килограмм галлия стоит около 150 долларов, что примерно в 9000 раз дороже, чем стоимость железа, а цена килограмма германия выше еще в 10 раз!

• Наконец, данные металлы обладают исключительными свойствами, которые широко используются в новых «зеленых» технологиях, направленных на уменьшение выбросов углекислого газа в окружающую среду.

Редкие металлы – посредники в получении новых видов энергии

С древнейших времен человечество постоянно пыталось превратить природную энергию ветра, пара и солнца в энергию механическую.

Например, ветряная мельница была устроена таким образом, что ветер приводил в движение ее лопасти, которые в свою очередь крутили шестерни, вращающие механические жернова, измельчающие зерна. Что касается паровой машины, то в ней тепловая энергия пара с помощью поршней преобразовывалась в механическую, способную сдвинуть с места целый паровоз. В двигателе внутреннего сгорания автомобиля та же тепловая энергия, полученная с помощью горения топлива, воздействует на те же поршни, и колеса начинают крутиться. По сути, мы уже несколько веков создаем устройства, приводящие в движение различные механизмы^[62]. Чем шире становятся возможности этого движения, тем быстрее и легче мы можем передвигаться и строить экономические отношения, поручать все новые задачи машинам и роботам, повышать нашу производительность и зарабатывать больше денег.

Чтобы добиться нормального функционирования машин, нужно обеспечить их достаточной и сравнительно недорогой энергией. Только при условии решения этой задачи мы сможем достичь экономического роста. Вот уже триста лет мы без остановки создаем новые двигатели, которые все совершенствуются с точки зрения отношения их размера к мощности и стоимости: они становятся все компактнее и дешевле и потребляют все меньше топлива, но при этом производят все больше механической энергии.

Немаловажную роль в этом сыграли редкие металлы. Их существование было известно ученым еще с XVIII века, но в то время большинство их них было бесполезно, так как люди не могли найти для них подходящее промышленное применение. И только в 1970-х годах человек обнаружил необыкновенные магнитные свойства некоторых из этих металлов^[63] и начал использовать их для производства сверхмощных магнитов.

Когда в магнитное поле попадает электрический заряд, это создает силу, которая также способна генерировать энергию движения. Самые маленькие сверхмагниты не превосходят своим размером булавочную головку, а самый крупный из них, существующий на данный момент, имеет 4 метра в высоту, весит 132 тонны и находится в Центре атомной энергии в Сакле под Парижем^[64]. Крохотные и гигантские, эти магниты заменили поршни паровых машин и двигателей внутреннего сгорания. Они позволили производить миллиарды больших и малых электромоторов, которые каждый день неустанно приводят в движение многочисленные устройства, облегчающие наше существование – будь то электровелосипед, поезд метро, электрическая зубная щетка, мобильный телефон, стеклоподъемник автомобиля или лифт высоченного небоскреба.

По сути, человечество постепенно стало использовать магниты во всех отраслях производства, и не будет преувеличением сказать, что наш мир станет гораздо медленнее, если мы уберем из него все магниты, содержащие редкие металлы^[65]. Подумайте об этом, когда посмотрите следующий раз на разноцветные магнитики, висящие на вашем холодильнике!

От технологической революции к прорыву в энергетике

Электродвигатели не только сослужили добрую службу человеку – они существенно приблизили переход на возобновляемые источники энергии. Благодаря им мы получили возможность производить множество устройств, для работы которых не нужны уголь или нефть. Нет никаких сомнений, что вскоре электромоторы полностью заменят обычные двигатели внутреннего сгорания. Их уже вовсю используют в судостроении, в самолете на солнечной энергии Solar Impulse, при запуске космических спутников и зондов и, наконец, в электромобилях, которые постепенно приходят на смену машинам с традиционным бензиновым или дизельным мотором^[66]. Двигатель электромобиля работает от электрической батареи, которая дает необходимый заряд для работы электромагнитов. Кроме того, редкие металлы бывают нужны и просто для получения электричества: они используются в роторах ветрогенераторов^[67], а также преображают энергию солнца в электрический ток с помощью фотогальванических панелей^[68]. Поскольку такие солнечные батареи преобразуют энергию, практически не загрязняя окружающую среду ни во время их производства, ни в ходе их работы, они позволяют нам мечтать о мире будущего, в котором не будет вредных атомных электростанций.

И это только начало^[69], так как редкие металлы обладают и другими полезными химическими, каталитическими и оптическими свойствами, которые делают их незаменимыми для использования в «зеленых» технологиях. Для их подробного описания нам понадобилась бы еще одна книга. Поэтому перечислим лишь основные достоинства редких металлов: их применяют в каталитических нейтрализаторах выхлопной системы автомобиля для снижения вредных выбросов, в энергосберегающих лампах^[70], для производства более легких и прочных материалов, и, наконец, для повышения энергоэффективности транспортных средств. Две тысячи лет назад евреи смогли пересечь Синайскую пустыню благодаря чудесной манне, упавшей на них с неба. Теперь же у нас появился другой рог изобилия (причем спасение приходит, наоборот, из-под земли), который дает нам ключи для решения многих экологических проблем. Для каждой задачи, помогающей сохранять нашу планету, имеется свой редкий металл. Нам как будто покровительствует некая добрая фея.

Удивительнее всего то, что эти металлы также незаменимы в области электроники и телекоммуникаций, поскольку их полупроводниковые свойства позволяют регулировать силу тока в электронных устройствах. Таким образом «зеленые» и электронные технологии, которые до этого выполняли разные задачи, теперь начинают объединяться: постоянно совершенствующиеся алгоритмы и программы позволяют управлять потоками энергии, идущими от ее производителей к потребителям, в рамках интеллектуальных энергосетей. Например, такая технология используется в «умных» электросчетчиках Linky и Gazpar, которыми оснащают все больше домов и квартир. Можно надеяться, что через какое-то время наши города смогут экономить до 65 % электроэнергии, так как уличные фонари будут оборудованы датчиками, меняющими уровень освещения в зависимости от количества проезжающих машин и числа прохожих на тротуарах; таким же образом программы, рассчитывающие прогноз погоды, смогут улучшить на 30 % производительность солнечных панелей.

Другими словами, получается, что «зеленые» и электронные технологии стали дополнять друг от друга^[71]. Это делает их еще более эффективными. Такое взаимодействие приближает золотую энергетическую эру, способствует появлению новых отраслей промышленности и помогает создавать дополнительные рабочие места по всему миру^[72]. Это действительно новое слово в науке и технике, и наши политические лидеры это прекрасно поняли: чтобы ускорить развитие данных технологий, Евросоюз отныне обязывает входящие в него страны к 2030 году снизить вредные выбросы углекислого газа на 40 % по сравнению с показателями 1990 года и увеличить до 27 % долю механизмов и устройств, работающих на возобновляемых источниках энергии. И почему мы должны останавливаться на достигнутом? Как утверждает французская ассоциация по энергосбережению négaWatt, «к 2050 году все энергетические потребности Франции вполне можно будет обеспечить новыми возобновляемыми источниками энергии^[73].

Увеличение спроса на редкие металлы

Появление новых технических изобретений постепенно приводило к расширению перечня металлов, используемых человеком. Если в первые 15 веков нашей эры нам вполне хватало лишь семи из них^[74], то в начале XX века их стало уже 20, с 1970-х годов – 30, а в настоящее время человечество пользуется практически всеми 86 металлами, присутствующими в периодической таблице Менделеева (см. приложение 1).

В последние годы их производство переживает настоящий бум – и это только начало. С одной стороны, потребление трех основных источников энергии (угля, нефти и газа) удалось стабилизировать – или по крайнее мере приостановить его бурный рост^[75]. С другой – перспективы увеличения спроса на редкие металлы выглядят угрожающе. В настоящий момент мы производим более двух миллиардов тонн различных металлов в год – этого хватило бы на постройку еще пятисот Эйфелевых башен^[76] (см. таблицу увеличения мирового производства металлов, приложение 2). В частности, недавние исследования показывают, что к 2035 году спрос на германий вырастет в два раза, на диспрозий и тантал – в четыре, а на палладий – в пять раз. Производство скандия, по-видимому, увеличится в девять раз, а кобальта – аж в двадцать четыре раза^[77]. Проще говоря, мы наблюдаем настоящую «металломанию». Так как дальнейшее развитие мировой экономики отныне зависит от «зеленых» и электронных технологий, она понемногу отказывается от традиционных видов топлива и переходит на новые, более экологичные источники энергии.

Геологическая служба США и департамент Еврокомиссии по вопросам сырья в настоящее время составляют карту зон производства редких металлов. Из нее можно узнать, что в ЮАР в больших количествах добывают платину и родий, в России – палладий, в США – бериллий, в Бразилии – ниобий, в Турции – соли борной кислоты, в Руанде – тантал, в Конго – кобальт… Как бы то ни было, бо́льшая часть редких металлов добывается именно в шахтах Китая. В частности, это сурьма, германий, индий, галлий, висмут и вольфрам, а также наиболее важные виды металлов, которые благодаря своим уникальным электромагнитным, оптическим, каталитическим и химическим свойствам превосходят все остальные по своей производительности и эффективности – редкоземельные металлы. Речь идет о большой группе из 17 элементов: скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций и прометий (см. карту стран-производителей редких минералов, приложение 3).

Черный рынок редкоземельных металлов и его роль в ухудшении экологической обстановки

Именно там, куда мы приехали, в провинции Цзянси, в южных тропических районах Китая, добывается бо́льшая часть редкоземельных металлов на нашей планете.

Наш гид Ван Цзин знает это как никто другой. Ему 24, у него лицо юноши и веселые глаза, прячущиеся за густой челкой. Мы нашли его в деревушке Син Кван. Он отлично знает эти горные районы и поэтому с радостью согласился стать нашим проводником. Он несколько лет работал на одной секретной шахте, оборудованной посреди эвкалиптовой рощи, и рассказал нам, как обрабатывал в ней бурую скальную породу и измельчал огромные груды камней вместе с сотнями других шахтеров – как мужчин, так и женщин.

Двадцать четыре часа в сутки и семь дней в неделю шахта напоминала огромный людской муравейник. Рабочие, которым платили сущие гроши, спали прямо на земле, изрытой экскаваторами. В таких жутких условиях из горных недр были добыты сотни тысяч тонн руды. Но два года назад китайские власти запретили эти незаконные работы. Рабочих обязали выплатить крупные штрафы. Партию редких металлов, предназначенную для отправки в другие страны, задержали в порту Гуанчжоу, в нескольких сотнях километров к югу, а нескольких курьеров арестовали.

Несмотря на это, некоторые наиболее отчаянные шахтеры продолжили начатое дело. Поговаривали, что они тайно продавали добытую руду и давали взятки местной полиции, чтобы их не трогали. Так в Китае сформировался грандиозный черный рынок редких металлов, которые после обработки развозились по всему миру.

Обо всем этом нам уже успел рассказать Ван Цзин. Очевидно, что тем, кто не подпускает нас к шахте, это также хорошо известно. Мотоциклист вновь попытался угрожать нам. Сейчас нам лучше действительно уехать из этого места. Тем более что мы так и не увидели здесь того, чего ожидали – очевидных признаков масштабного загрязнения природы, вызванного добычей редкоземельных металлов.

«Но они есть, – утверждает Ван Цзин. – Когда происходит обработка горной породы, в почву неизбежно проникают различные вредные вещества. Серная и соляная кислота попадают в окружающие водоемы, а все растения погибают. Так как эта шахта достаточно удалена от жилых домов, местные жители скорее всего не очень пострадают. Но в других местах они находятся гораздо ближе».

Десять тысяч шахт^[78], рассредоточенных по территории Китая, сильно загрязнили природу страны. Дело в том, что вредные выбросы попадают в атмосферу не только из-за добычи угля, которая широко освещается в прессе, но и из-за переработки редких металлов. До такой степени, что в Поднебесной уже перестали вести счет новым случаям загрязнения. В 2006 году шестьдесят предприятий по производству индия – редкого металла, используемого в солнечных панелях, – вылили тонны химикалий в реку Сянцзян в южной провинции Хунань^[79], вследствие чего прибрежные районы остались без питьевой воды. В 2011 году журналисты сообщили об ущербе, нанесенном экосистеме реки Тинцзян в провинции Фуцзянь, из-за разработки шахты по производству галлия – металла, применяемого в энергосберегающих лампах^[80]. Ну а здесь, в Ганьчжоу, где мы приземлились, местная пресса недавно обнаружила, что целые горы токсичных отходов, оставленные компанией по производству вольфрама – металла, используемого в лопастях ветрогенераторов, – выбросили в притоки реки Янцзы.

Не называя своего имени, одна китайская журналистка рассказала нам об условиях труда, достойных времен Средневековья, которые до сих пор существуют на шахтах по добыче графита – минерала, применяемого в электромобилях, – в провинции Шаньдун на востоке страны. На фабриках по его переработке, возвышающихся посреди массивных груд темной земли, «рабочие целый день вдыхают вредные частицы и кислотные испарения, а из средств защиты у них только обычные медицинские маски на лице. Это настоящий ад». К этому добавляются скважины, заполненные токсичными отходами, зараженные маисовые поля, кислотные дожди… «Местные власти честно пытались бороться с этими нарушениями, – добавляет журналистка, – но давление крупных автопроизводителей оказалось слишком сильным».

Прекрасный «зеленый» мир, основанный на вредных металлах

Утверждение, что производство металлов, необходимых для того, чтобы сделать наш мир чище, сильно загрязняет атмосферу, на первый взгляд противоречит здравому смыслу. И это вполне объяснимо: многие из нас уже забыли, чему их учили в школе на уроках химии и биологии. В связи с этим нам всем не мешало бы обновить свои знания.

Для этого вовсе не обязательно вновь садиться за парту. Достаточно лишь зайти в ближайший супермаркет и купить там обычный батон хлеба. Все мы прекрасно знаем, какие ингредиенты нужны для его приготовления: пшеничная мука, вода, столовая ложка дрожжей и щепотка соли. Так и кусок горной породы такого же размера содержит несколько видов металлической руды, смешанных между собой.

Продолжим наше сравнение. Мука соответствует горной породе, которая нам не понадобится. Вода интересует нас больше: по ее содержанию в хлебе ее вполне можно сравнить с железом, руда которого в изобилии встречается в земной коре. Затем идут дрожжи, которых нам нужно еще меньше: они соответствуют никелю – металлу, менее распространенному, чем железо. Остается щепотка соли – это и есть редкие металлы. Их концентрация в недрах Земли настолько ничтожна, что можно без преувеличения сказать – в небольшом куске скалы их присутствует максимум столько же, сколько соли содержится в батоне хлеба.

Так как горная порода состоит из различных видов руды, которые накапливались в ней миллиарды лет, редкие металлы за это время полностью смешались с ней, как кристаллы соли, растворившиеся в тесте во время выпекания хлеба. Извлечь их оттуда кажется практически невозможной задачей. Тем не менее долгие годы исследований позволили разработать различные химические процессы, благодаря которым она теперь стала реальной. Это именно то, что пытаются сделать хитрые рабочие в заброшенных шахтах провинции Цзянси и других районах Китая – они достают редкие металлы из горной породы.

Данная операция, называемая очисткой, является довольно долгой и утомительной. Сперва необходимо раздробить руду на мелкие камешки, затем обработать их различными химическими веществами, такими как серная и азотная кислота. «Это очень длительный и монотонный процесс», – объясняет один французский специалист. Чтобы получить чистые образцы редкоземельных металлов, эти операции необходимо повторить несколько десятков раз.

И это еще не все: для очистки одной тонны редкоземов требуется минимум 200 кубометров воды, в которую в итоге попадают кислоты и тяжелые металлы^[81]… Пройдет ли она через систему фильтрации, прежде чем ее сольют в реку или почву? Весьма маловероятно. Начиная добывать редкие металлы, китайцы вполне могли бы озаботиться проблемами экологии, но оказалось, что никому до этого нет никакого дела. Все это привело к тому, что теперь ни на одном из этапов производства редких металлов в Китае не соблюдаются даже элементарные экологические и санитарные нормы. В то же самое время, когда эти металлы начали повсеместно использоваться в наиболее перспективных «зеленых» и электронных технологиях, они наводнили высокотоксичными отходами своего производства воздух, воду и почву – три важнейших источника жизни на земле. Из этого можно сделать вывод, что данная отрасль промышленности стала в Китае одной из наиболее вредных, и к тому же одной из самых засекреченных. Тем не менее мы все же попробуем разобраться в ней более подробно.

Вот мы уже находимся в Ханьцзяне, в нескольких десятках километров от тех мест, которые мы осматривали вместе с Ван Цзином. Эта деревушка расположена неподалеку от еще одной шахты. Здесь стоят уютные каменные дома с темными черепичными крышами, однако за последние годы 90 % ее населения предпочло уехать отсюда. Разумеется, это было вызвано незаконной добычей редких металлов. Местные жители говорят об этом так: «Ничего из того, что мы сажали, в итоге не прорастало. Наши рисовые плантации оказались погублены!» Последние жители, отказывающиеся уезжать, кажется, смирились с этой ужасной ситуацией. «Что мы можем сделать? – спрашивает пожилой мужчина, измученный здешним тяжелым воздухом. – Мы даже не можем никому пожаловаться». «А местные власти в курсе этой проблемы?» «Разумеется! Вы сами обо всем догадались!»