Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы

Для ветрогенератора нужны бетон и сталь. Чтобы придать стали дополнительную прочность, в нее добавляют молибден и покрывают цинком, чтобы она не ржавела. Линии электропередач изготавливают из алюминия и меди. Лопасти необходимо делать из прочного, но легкого материала, обычно это пластик, армированный стекловолокном, а в центре – пенопласт или бальзовое дерево. Лопасти крепят сталью к машинному отделению, центральной части генератора, где движение преобразуется в электричество. Здесь находятся мощные магниты, которые в лучших современных турбинах делают из сплава железа, бора и неодима – одного из 17 химических элементов, которые получили название «редкоземельные»[264].

Редкоземельные элементы

В реальности редкоземельные элементы встречаются в земной коре не так уж редко[265]. Так как мало какие геологические процессы эффективно их собирают, добыть их зачастую трудно. У неодима и его братишек – самария, гадолиния, диспрозия и празеодима – электроны расположены так, что эти элементы бесценны для магнитов и других электронных компонентов. Никому не удалось обнаружить другие химические элементы, работающие столь же качественно.

Руда с редкоземельными элементами, как правило, содержит смесь нескольких из них, а с химической точки зрения они ведут себя абсолютно одинаково. Поэтому необходимо много воды, химикатов и труда, чтобы отделить их друг от друга. То же самое касается и переработки, поскольку эти химические элементы всегда применяются в сплавах, обычно в маленьких количествах по сравнению с остальными составляющими. Например, по всей вероятности, вы обнаружите неодим в динамике вашего мобильного телефона[266]. Этот химический элемент придется отделить примерно от 60 других, чтобы использовать уже в других целях. Задача непростая, но технологии добычи и отделения редкоземельных элементов дешевым и безопасным способом постоянно развиваются.

Если в мире начнется активное строительство ветрогенераторов, увеличится нагрузка на поставки неодима и родственных ему элементов[267]. На сегодняшний день в производстве редкоземельных элементов полностью доминирует Китай. У Бразилии – вторые по величине в мире доказанные запасы, однако страна еще не развернула сколько-нибудь масштабную добычу[268]. Если эти критически важные элементы будут производить лишь несколько стран, могут возникнуть проблемы.

Под плоскими и плодородными сельскохозяйственными угодьями Улефосса в Телемарке находится, вероятно, крупнейшее в Европе месторождение редкоземельных элементов[269]. Комплекс Фен (такое он носит название) имеет особую с точки зрения геологии историю. Это одно из немногих в мире мест, где вулканы выбросили на поверхность лаву с высоким содержанием углерода. Как правило, когда лава добирается до поверхности, углерод из породы исчезает. Поэтому в вулканической породе по большей части содержатся кремний и кислород. Содержащая углерод лава образуется тогда, когда расплавленная порода на большой скорости пробивается от магмы до поверхности Земли. Это случилось примерно 580 миллионов лет назад под той территорией, где сегодня расположен Телемарк. По пути наверх теплая, содержащая углерод жидкость промыла покрывшуюся трещинами земную кору и забрала ряд химических элементов, среди которых и редкоземельные, сейчас столь высоко ценящиеся[270]. Сегодня комплекс Фен изучают с целью выяснить, можно ли добыть эти ресурсы – и если да, то как именно. Возможно, в ближайшем будущем неодим из Телемарка окажется в ветрогенераторах по всему миру?

Электричество в тихой зимней ночи

Я как раз устанавливаю солнечные панели на крышу собственного дома, но, даже когда они займут свое место, я буду зависеть от гидроэлектростанций, чтобы делать все то, для чего нам дома нужно электричество. Значительную часть года солнце светит, только когда мы на работе. Когда мы печем хлеб и включаем посудомоечную машину, на улице темно.

В Норвегии электричество вырабатывают благодаря энергии воды: можно открыть и перекрыть воде путь к турбинам, чтобы получить именно столько энергии, сколько нужно в данный момент. Большинство других стран получают электричество из ископаемых источников энергии. Если все эти страны променяют уголь и газ на солнце и ветер, хватит ли нам электричества в безветренную зимнюю ночь?

Если вы решите получать все электричество от солнечной панели с крыши и ветрогенератора на заднем дворе, вы станете рабом погодных колебаний. Не помешает подключиться к установке в соседнем городе. Вдруг ветер там дует чаще, чем у вас. Если мы протянем линии электропередач по всей Европе, в какой-то из точек всегда должен дуть ветер, чтобы обеспечить необходимым ресурсом всех. И мощные компьютеры смогут с помощью прогнозов погоды предсказать, сколько электричества выработается во всех элементах сети в каждый момент времени и на основе имеющихся исторических данных о потреблении энергии, чтобы переместить электричество туда, где оно необходимо.