ОБРАТНАЯ СТОРОНА ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Б.Н. Лузгин
Алтайский государственный университет, г. Барнаул

        Обосновываются скептические оценки реальной эффективности полнокомплексных, безотходных и замкнутых производственных циклов, а также их комбинаций. Показано, что развитие так называемых "высоких технологий" осуществляется по низко экологическим направлениям.

        Технология - это искусство, мастерство, это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, а также самих технологических процессах, при которых происходит качественное изменение обрабатываемого объекта. Вместе с тем, сами по себе, технологии не являются совершенствованием, а "высокость" технологий не подразумевает ни их рациональность, ни экономичность, ни тем более их экологичность. Сам термин "высокие технологии" крайне относителен и в настоящее время часто употребим для принципиально новых технологий, особенно в области электронники, ракетно-космических исследований, атомных производств, самолетостроения и т.п. Из многочисленных доказательств этому можно привести примеры сочетания высоких ракетно-космических технологий с их чрезвычайно низкой эффективностью (к.п.д. ракето-носителей составляет 3-5%, если судить по весу выводимого на орбиты полезного груза [2]); рыболовному оборудованию "космического века" с технологией добычи каменного [1]; идеализированных целей "зеленой революции" (селекция, минеральное питание почв и химико-токсикологическое воздействие на "вредителей" сельскохозяйственных культур) и реальностью их воплощения (кратковременность эффективности новых видов, загрязнение почв тяжелыми и радиоактивными металлами и повышение кислотности, непредусмотренной трансформацией видового состава "полезных" насекомых); и т.п.

         Вероятно, что ключи к более объективному определению критериев высоких технологий следует искать в тенденциях, которые нам представляются особенно прогрессивными, в частности, в стремлении реконструировать производства в "стратегически" ориентированных направлениях - комплексности, безотходности, замкнутости этих систем.

        Но насколько реальны эти провозглашаемые прогрессивными технологические направления? Возможно ли сколько-нибудь полное извлечение и использование природных ресурсов?
В свое время супруги Ноддак, отмечая природную тенденцию рассеивания в миграции химических элементов, образно утверждали, что в каждом каменном образце содержатся все элементы Периодической таблицы. Тем не менее, определенная генетическая предрасположенность к их относительной концентрации приводит к образованию горных пород, существенно отличающихся по распределению главных - распространенных, редких - малораспространенных и рассеянных - как преимущественно и мало распространенных и содержащихся в разновеликих объемах вещества, но в крайне незначительных количествах - элементов. Неравномерность распределения химических компонентов иногда может быть проявлена и на уровне распространенных элементов, что выражается в наличии классов горных пород - от ультраосновных до кислых, и в появлении редких типов горных пород (коматеитов, онгонитов, лампрофиров и др.), которые характерны лишь для строго определенных генетических обстановок. По существу это породные аномалии, аналогичные по сути геохимическим. То же относится и к рудам - концентраторам металлических элементов.

         Однако многообразие и редкостность некоторых горных пород и руд, порожденные особыми условиями их формирования, отражается и на спектре входящих в комплексные комбинации разнотипных руд. Одновременного обогащения конкретных руд сколько-нибудь полным комплексом рудных элементов в природе не существует. Каждое месторождение и вид полезных ископаемых характеризуются своим собственным неповторимым распределением как "полезных", так и "вредных" компонентов.
Мы специально анализировали этот вопрос [6] и пришли к выводам, что единой методики извлечения разных комплексов металлических элементов нет, и не может быть; что в настоящее время нет даже принципиальных решений подобной проблемы; что физические и химические особенности обогащения полезных ископаемых лежат в различных термодинамических и равновесно-химических полях; что антропогенное искусство извлечения металлов противоречит природной тенденции их рассеивания; что, как это ни парадоксально, легче извлечь отдельные компоненты из "пустых" пород, чем из некоторых многокомпонентных по составу руд.

         В этой и ряде других областей промышленности полное комплексное извлечение и использование компонентов представляется идиллией, далекой от реального воплощения. Извлекать в обязательном порядке следует наиболее важные и ценные компоненты, в том числе и особенно - токсикогенные, независимо от их промышленной ценности. Таков экологический императив нашего времени [7].

         Нет и не может быть и безотходных технологий, что также является иллюзорной абстракцией. В лучшем случае, стратегической целью следует считать создание малоотходных технологий, которые, вероятно, достижимы только на отдельных типах производств преимущественно биотехнологической направленности.

         С экологических позиций природные и антропогенные процессы принципиально различны: первые как безотходные, вторые как исключительно отходные [14].

         Само проявление отходов иногда определяется как образование не того вещества, не в том месте и не в то время. Широко известно высказывание американского экономиста Силлоу: "Не существует проблемы воздуха, нет проблемы загрязнения вод, есть проблема накопления отходов" [8].

         Принципиальную невозможность создания безотходных (и малоотходных) технологий можно проиллюстрировать на двух примерах для разнотипных производств.

         Необходимость добычи редких металлов, используемых все чаще и привычнее особенно в высокотехнологичных производствах, приводит к тому, что в отработку вовлекаются не только руды, содержащие 60-20% извлекаемого соединения, когда, следовательно, отходами является вся остальная отвальная масса (40-80%), как это характерно для руд распространенных элементов, таких как железо, алюминий, марганец и др. В случаях, когда целью извлечения являются редкие (Au, W, Hg...) и даже рассеянные элементы (порою к ним относятся и Ag и Pt, и Sc, In и др.), содержание которых в рудах составляет десятые и сотые доли процента, то необходимо куда-то пристраивать для "попутного" использования массы, составляющие свыше 99% выемочных объемов пород. Причем в ряде случаев оставшиеся отвалы являются радиоактивными и, в связи с этим, по экологическим соображениям, неприемлемыми в качестве строительного и дорожного материала; да и доставка его к урбанизированным территориям слишком обременительна и затратна зачастую из-за крайней удаленности объектов добычи от селитебных районов. Кроме того, как становится предельно очевидным, уже и сами краткосрочно используемые в качестве топлива и начинки боевых снарядов урановые концентраты нуждаются с течением времени в переработке и последующем захоронении в специальных "могильниках", опыта строительства которых на расчетную продолжительность полураспадов подобных элементов у человечества просто не было и нет. И сам процесс уничтожения высокорадиоактивных отходов даже теоретически принципиально не решен. Отсюда и проблема объективного неуправляемого роста стоимости атомной энергетики, лежащей далеко за пределами рациональности ее использования.

         Практически аналогична описанной и ситуация с отходами ртутного (и некоторых других) горнорудных производств, когда исходные руды отличаются от выемочной нерудной массы лишь уровнем концентрации извлекаемого компонента, в связи с чем руды не имеют четко выраженных границ, и в этом случае сами принятые ограничения являются условными.

         При этом часть компонентов, подлежащих извлечению, служит побочным продуктом (by-product), который не является непосредственной целью добычи и который затем необходимо пристроить для использования на других производствах, хотя острой необходимости в нем может и не быть.

         Другим примером невозможности создания безотходных (и даже малоотходных) производств являются высокотехнологические электронные предприятия, где, при нынешних научных разработках, вторичное использования технологических вод принципиально невозможно, в связи с исключительными требованиями по их чистоте.

         Большие надежды связываются с разработками проблемы создания замкнутых производственных технологий, частично внедряемых в виде воздушных и водных круговых потоков. Однако и здесь идея полной замкнутости носит лишь спекулятивный характер. Все промышленные технологии не являются и не могут быть изолированными и закрытыми. Для любого производства необходимо наличие входа (сырья) и выхода (продукции), а следовательно, любой промышленный цикл является не замкнутым, а открытым. Даже классическая термодинамика, исчерпав свой научный потенциал по замкнутым процессам, вынуждена была "открыться" для раскрытия новых перспектив, определенных трудами И. Пригожина и его соавторов [9, 12, 13].

         Закрытые термодинамические системы, получая энергию извне, объективно становятся открытыми, подчиняясь законам энтропии. Так, скорость изменения энтропии открытой системы

(уравнение И. Пригожина),

         где первое слагаемое - скорость образования энтропии за счет внутренних необратимых процессов, а второе - скорость обмена энтропией с внешней средой.

         В этом смысле замкнутость системы лишь частный случай открытых систем, когда они не получают дополнительной энергии извне, т.е. второе слагаемое уравнения равно "0".

         Уже в правиле Гиббса

         dU = TdS - dW,

         где U - внутренняя энергия изолированной системы, Т - ее абсолютная температура в момент получения тепла, а W - произведенная системой работа, содержалась "отдушина" в направлении раскрытия термодинамики замкнутых систем. Не случайно Бриллюэн отрицательную энтропию назвал негэнтропией, которой система "питается", отдавая энтропию среде. Поэтому энтропия и характеризует потери энергии при необратимых процессах, что обычно проявляется в виде тепла.

         Это открытие И. Пригожина было воспринято наиболее охотно в среде биологов, которые обосновано считали все органические системы открытыми.

         Более сложно этот процесс восприятия протекает среди специалистов, занимающихся исследованиями минеральных сред. Широко распространенные среди них позиции физико-химических основ равновесия, базирующиеся на традиционной линейной термодинамике, по существу игнорируют одну из аксиом основоположника у нас физико-химических основ анализа парагенезиса минералов Д.С. Коржинского, обращавшего внимание на "необходимость в расширении понятия термодинамического равновесия" [5, с. 8], в связи с исследованием систем, находящихся в процессе изменения. По существу, в то время это был какой-то выход в нелинейную термодинамику, своего рода научное предвидение. Все это тем более странно, что в первую очередь все сказанное относится к представителям геологии - науки, как известно, глубоко исторической, "пронизанной" временем, тогда как понятие времени в явном виде в классическую термодинамику не входит [10], поскольку само определение энтропии, как суммы приведенного количества теплоты Q, разделенной на абсолютную температуру тела Т в момент получения или отдачи данной порции теплоты Q dS= T, не содержит этого понятия.

         Однако вернемся к частным замкнутым системам промышленных производств, которые в лучшем случае следует считать квазисостояниями. Очевидно, что замкнутых подсистем в открытых производственных системах, постоянно нуждающихся в подтоке внешней энергии, в природе не существует. По своей сути это оборотные системы по одному из факторов.

         Вероятно, с позиций критикуемых нами систем, еще более идеальным было бы сочетание комплексных, безотходных и замкнутых систем. Возможно ли это? Как они соотносятся друг с другом?

         На практике комплексное использование обычно не ведет к увеличению используемой массы, а, следовательно, и отходов. Согласно Н.Ф. Реймерсу [14], интегральный ресурс обязательно содержит в себе элемент конкуренции между сферами потребления. Так что четких и прямых зависимостей между комплексным производством и безотходным нет.

         Комплексное использование сродни в некотором роде закрытому: это использование того же объема ресурса, но ограниченного пространства. С увеличением последнего комплексность его использования увеличивается, но лишь в определенных пределах, так что чем больше объем первичной массы, тем более присущи ей низшие уровни концентрации полезных компонентов. Несмотря на прямую зависимость, границы ее резко ограничены.

         Наконец, между отходностью и замкнутостью производств, вероятно, существует также прямая зависимость, поскольку на ограниченной замкнутой территории могут быть размещены только ограниченные отходы. Но пределы действия этой зависимости ограничены по тому или иному параметрам.

         Следовательно, и сложение эффектов совместного действия указанных производственных систем мало дополняет друг друга.

         Экологическому эффекту производственных технологий пока уделяется явно незначительное внимание. Пожалуй, первый прорыв в этом отношении был сделан Б. Коммонером [3]. Он провел оригинальный и кропотливый статистический анализ производства разнообразнейшей промышленной продукции в США за послевоенный период, отметив крайне неравномерный рост различных предметов потребления, координированных с ростом численности населения за рассматриваемый период, и тех из них, которые были обязаны модернизации, взамен традиционных, которые не корреспондировались с ростом численности населения. В итоге он пришел к следующим важнейшим выводам.

         Количество загрязнений равно произведению трех факторов: численности населения; количеству данного товара, приходящегося на душу населения; и количеству загрязнений, сопутствующих единице выпускаемого товара. "В большинстве случаев резкое увеличение загрязнений объясняется не столько ростом населения и подъема благосостояния, сколько изменениями в технологии производства" [3, с. 126]. Причем, на технологический фактор приходится около 95% общего увеличения количества загрязнений. Поэтому "кризис окружающей среды - неизбежный результат этого антиэкологического характера процесса развития" [3, с. 127].

         Позднее он же в лекции о "Политической истории диоксинов", проведя параллельный анализ хлорных производств США и загрязнений Великих озер Америки, рассмотрев масштабы непреднамеренного производства диоксинов в мире, призвал к техническому перевооружению, к отходу от хлорных технологий, на базе которых основан целый комплекс современных промышленных производств.

         С.А. Паршенковым [11] была рассмотрена проблема загрязнений, с учетом того, что в любом производстве технологические отходы составляют "львинную долю". Он показал, что нет и не может быть хозяйственной отрасли, которая была бы экологически чистой: "Итак, в рассмотренной цепи производств нет ни одного, которое не сопровождалось бы твердыми, жидкими или газообразными выбросами. Нет и таких, где отходы полностью бы утилизировались в качестве сырья для других" [11]. Он даже предлагает ориентировать промышленность на показатели полной утилизации побочной продукции по сопутстующей (а не целевой) и призывает не создавать промышленных гигантов, которые якобы облегчают задачу использования отходов одного производства другим.

         Но дальше призывов дело не идет.

         А вместе с тем развитие так называемых "высоких технологий" ведет по преимуществу не только ко все большему накоплению известных отходов, но и к появлению качественно новых типов загрязнений, что само по себе чрезвычайно опасно.

         "Высокие" атомные технологии ведут к разрастанию неуправляемых радиоактивных загрязнений; "высокие" радиотелевизионные и электронные технологии - к разнообразным и далеко не всегда безобидным в отношении всего живого на планете зарязнениям в диапазоне всего электромагнитного спектра излучений; "высокие" ракетно-космические технологии - к загрязнению не только наземной, морской, но и космической сред.

         К сожалению, экология как была, так во многом и остается на обочине пути научно-технического прогресса, в частности в нашей стране.

         Очевидно, что все технологии и особенно "высокие" должны стать одним из главных предметов специальных экологических исследований, в том числе с позиций "устойчивого развития" - "Sustainable development".

Литература

1. Аллен Р. Как спасти Землю (Всемирная стратегия охраны природы). М.: Мысль, 1983.
2. Власов М.Н., Кричевский С.В. Экологическая опасность космической деятельности: Аналитический обзор. М., 1999.
3. Коммонер Б. Замыкающийся круг. Природа, человек, технология. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
4. Коммонер Б. Политическая история диоксинов. Основные понятия и проблемы (Вводная лекция). / Под ред. С.С. Юфита. Барнаул: Азбука, 2000.
5. Коржинский Д.С. Физико-химические основы анализа парагенезисов минералов. М.: Изд-во АН СССР, 1957.
6. Лузгин Б.Н. Полнота извлечения руд и металлов как экологический императив // Отечественная геология, 2002, N 3.
7. Лузгин Б.Н. Экологические кондиции минерального сырья (постановка проблемы) // Экология и рациональное природопользование на рубеже веков. Итоги и перспективы. Материалы международной конференции. Т. 1. Томск: Изд-во ТГУ, 2000.
8. Матье Л. Сбережем Землю. М.: Прогресс, 1985.
9. Николис И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986.
10. Осипов А.И. Термодинамика вчера, сегодня, завтра. // Соросовский образовательный журнал, 1999, N 4-5.
11. Паршенков С.А. Промышленные загрязнения // Природа, 1991, N 5.
12. Пригожин И. От существующего к возникающему. М.: Наука, 1985.
13. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986.
14. Реймерс Н.Ф. Концептуальная экология. Надежды на выживание человечества. М.: Россия Молодая, 1992.

Назад