Есть такой известный популяризатор науки и вообще знания Вацлав Смил. У него есть масса книг на самую разную тематику. Особенно интересует его тема энергии. До сей поры его книги меня не привлекали в силу того, что рассчитаны в основном на неискушённого читателя. Но недавно он выпустил очень занятную книженцию, посвящённую неудавшимся открытиям.
Изобретение и инновация. Краткая история хайпа и неудачи.
Во вводной главе Вацлав порадовал меня здравым взглядом на историю. Он корректно указал, что недостаток инноваций в производстве ширпотреба стал одним из факторов, приведшим к развалу СССР. Китайское руководство не повторяло ошибок советских лидеров. Экономика КНР выросла в 14 раз на волне массового применения хорошо известных устройств и практик. Тысячи иностранных компаний, начиная с крупных ТНК, привнесли в страну своё ноу-хау (в этом помогло правительство, принуждавшее создавать совместные предприятия с местными фирмами). О чём не рассказывали – то можно было узнать путём обратного инжиниринга. Подобной дорогой шли в своё время и Япония с Южной Кореей, но они смогли сделать свои экономики изобретательными. Изобретательности китайским фирмам всё ещё не хватает, если посмотреть на список ведущих технологических компаний. Единственным исключением служит пока Huawei.
Но хватит об истории. Обратимся к технике. Автор посвятил свою книгу изобретениям, которые не оправдали наших надежд. В первой части собраны те вещи, которые вначале нашли широкое распространение, но от которых впоследствии пришлось по тем или иным причинам отказаться.
Этилированный бензин
У двигателей внутреннего сгорания есть одно неприятное свойство: спонтанная детонация. По уму топливо должно воспламеняться лишь при подаче искры после фазы сжатия. Однако бензино-воздушная смесь имеет свойство детонировать до того, как до неё дойдёт фронт пламени от искры. В результате двигатель гремит, работает с перебоями и выходит из строя. Способность сопротивляться детонации при повышении давления – важнейшая характеристика бензина, которая характеризуется... октановым числом, конечно. Чем больше в бензине октана (восьмиатомных цепочек углерода) – тем стучит двигатель. Стопроцентный изооктан практически не детонирует вообще. Потому его взяли за эталон. Бензин с октановым числом 95, например, ведёт себя так же, как и 95% смесь изооктана с гептаном.
Это сейчас у нас на любой заправке можно найти прекрасный выбор бензинов, подходящих для любого двигателя. А на заре автомобильной эры это было проблемой. И решать её можно было тремя способами. Можно было ограничить сжатие в двигателе (ниже 4,3:1). Таким путём пошёл Генри Форд со своей знаменитой Т-моделью, которая имела 3,98:1. Второй способ – использовать более качественное топливо. И третий: найти подходящую присадку. У первого способа низкий КПД и как следствие высокий расход топлива. Гораздо проще было найти вещество, которое бы снизило октановое число при добавлении его в бензин низкого качества. Такое вещество было хорошо известно уже сотню лет назад: это алкоголь, то есть обычный этиловый спирт. Но у него есть три но: он дороже бензина, его не так много, а главное – его добывали в основном из зерна или сахарного тростника, которые лучше бы использовать по прямому назначению.
Поиском занялся изобретатель электростартера Чарльз Кеттеринг вместе со своим коллегой Томасом Миджли. В начале 1921 года они обратили внимание на синтез оксихлорида селена в университете штата Висконсин. Это вещество подавало надежды, но было слишком токсичным. Селен заменили сначала на олово, затем на свинец – и вуаля: встречайте тетраэтилсвинец (ТЭС)!
Это вещество впервые синтезировал немец Лёвиг ещё в 1853 году, не найдя ему коммерческого применения. А вот Дженерал Моторс (GM), на кого работали Кеттеринг и Миджли, он пришёлся вполне ко двору.
А как же третий способ – использовать качественный бензин? Неужели GM не знали о нём? Знали, конечно, но продолжали утверждать, что альтернативы ТЭС нет. Причина – цена и удобство, позволявшие сохранить контроль над производством в руках компании. Они договорились до того, что отрицали вред ТЭС для здоровья, несмотря на общеизвестную токсичность соединений свинца. Кеттеринг настаивал на названии бензина «этилированным», а не «освинцованным». Они натолкнулись на противодействие ведущих экспертов по здравоохранению, которые критиковали опубликованные отчёты по безвредности ТЭС. В Вашингтоне была созвана конференция, на которой промышленные лоббисты называли тетраэтилсвинец «подарком Господа», веществом, необходимым для поддержания промышленного развития страны. Им жёстко отвечали врачи, указав на незавидную репутацию свинца. Производство ТЭС поставили на паузу. Но не навсегда, а до выхода в свет независимого исследования, которое протестировало всего 252 человека на протяжении всего семи месяцев. Исследование не нашло причин для запрета, но посоветовало изучать ТЭС и дальше. Новых исследований никто не заказал, а ТЭС разрешили добавлять в количестве, не превышающим 3 грамма на галлон бензина.
В результате степень сжатия топлива в двигателе удалось поднять вдвое, существенно подняв его эффективность. Это разогнало поршневую авиацию, реактивная пришла её на смену лишь после Второй мировой. Но бензин не остался без дела: топливо стали жечь миллионы автомобилей массового пользователя. За три послевоенных десятилетия только лишь американские двигатели внутреннего сгорания выбросили в окружающую среду 4,7 миллионов тонн свинца.
К тому времени медики уже хорошо знали о вреде, который не ограничивался лишь теми, кто по роду занятий контактировали с ТЭС. Даже в малых дозах свинец замедлял рост, вызывал поведенческие расстройства и негативно влиял на умственное развитие детей. Одним из источников были свинцовые краски, которые в США запретили в 1977 году. Свинец из бензина долго никого не волновал. Зато волновал фотохимический смог над городами. Вот от него-то и захотели избавиться. И сделать это решили путём пропуска выхлопных газов через платиновый катализатор, который портился в присутствии свинца. Это и послужило приговором для ТЭС. Если в 1970 году всего 3% американского бензина было неэтилированным, то к 1991 году его доля выросла до 95% в результате ограничительных мер. Не замедлили проявиться положительные эффекты для здоровья детей, которые и лучшие анализы сдавали, и читать раньше научались. Последовали запреты в других странах, последним стал Алжир в 2021 году. ТЭС был заменён вначале МТБЭ, а затем и этанолом или бензиновыми смесями с высокой долей ароматики. Последние тоже не то, чтобы улучшают здоровье, потому в Штатах в основном пользуются этанолом.
Вот так жажда наживы поборола опасения за здоровье. Главными пострадавшими в этой истории стали миллионы детей, изо дня в день дышавшие выхлопными газами. Если вы выросли в период с двадцатых по девяностые – вы из их числа.
Эта история как-то прошла мимо внимания широкой публики, а жаль. В России этилированный бензин запретили лишь в 2002 году, тоже без громких фанфаров. Кто знает, может когда-нибудь разрешат снова под каким-нибудь благовидным предлогом.
