Текст книги "Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии"

Автор книги: Кирилл Иванов

Соавторы: Артем Балякин,Сергей Тараненко
сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

Итак, риски

Разумный риск – самая похвальная сторона человеческого благоразумия.

Джордж Сэвил Галифакс

Итак, мы определили основные понятия, вокруг которых пойдет разговор о рисках, связанных с нанотехнологиями, и шире – с технологическим развитием и ожидаемой сменой технологического уклада, т. е. того, что ожидают от нанотехнологий как многочисленные эксперты – специалисты различных дисциплин и направлений, так и все мы.

При этом мы уже договорились, что риски нанотехнологического развития могут быть разными. Среди них риски собственно технологические, риски экологические, экономические, социальные, политические, и наконец, риски системные.

Но перечисления недостаточно: все это требует – пусть краткого – предварительного пояснения.

Технологические риски достаточно разнообразны. Прежде всего применение технологий всегда связано с риском того, что что-то опасно, что-то может пойти не так. Технологические процессы могут быть нарушены, возможно их катастрофическое развитие. Трубы газопроводов не должны взрываться, самолеты и автомобили – сталкиваться, страховочные альпинистские веревки – обрываться, но все это и многое другое происходит. Наша задача сделать наши технологии безопасными в том смысле, чтобы это происходило как можно реже.

Нанотехнологии столь разнообразны, что с ними может быть связано большинство традиционных производственных рисков, присущих современному производству. Но нанотехнологии – это технологии в «превосходном» качестве, ведь и в области традиционных технологий мы их применяем затем, чтобы получить больший эффект. Значит и риски могут быть значимее.

Необходимо сразу договориться: с оценкой риска не все так просто. Во-первых, есть риск как вероятность того, что произойдет нежелательное. А во-вторых, есть степень этого риска – тот результат, который получится, когда нежелаемое все же произойдет. В развитии нанотехнологий явно наметился тренд по снижению вероятности нежелательного. Но одновременно с этим могут расти риски, измеренные как степень или тяжесть последствий.

Технологические риски также связаны с возможностью наших неверных оценок, просчетов, наконец, просто с недостаточностью знания. Квантовый мир – важный источник возможных неверных оценок. Здесь нас может подвести обыкновенный здравый смысл. Но и недостаток знаний, который у нас в последнее время «в достатке», – также немаловажный фактор. Авторы несколько лет назад давали рецензию на проект федерального закона «Технический регламент по безопасности устройств и систем, предназначенных для производства, хранения, транспортировки и использования водорода», а тема водородной энергетики тесно связана с нанотехнологиями. В проекте данного закона за безопасное количество водорода было предложено считать один килограмм. Но это оченьмного! Ведь водород легкий. Один килограмм взрывчатки – разве мало? Один килограмм водорода – это почти 30 килограмм в тротиловом эквиваленте! Заметим, что цена за незнание может быть еще выше, чем непреднамеренная детонация 30 килограмм взрывчатки.

Примером тому является так называемый «человеческий» фактор, когда хочется чего-нибудь покрутить, поэкспериментировать, улучшить, как это было более четверти века назад в Чернобыле, или когда хочется сэкономить на регламентных работах, как это имело место относительно недавно на Саяно-Шушенской ГЭС. Фактор-то, конечно, «человеческий», но источником риска являются сами технологии.

Технологический риск и «человеческий» фактор – братья-близнецы. Если есть розетка, пальцы туда кто-нибудь обязательно сунет. И это справедливо от промышленности до бытового уровня.

К технологическим можно также отнести риски, которые мы назвали системными и о которых речь пойдет в конце книги.

Экологические риски настолько на слуху, что ошибочно принимаются как очевидные. Вот, ясно же, что атомная энергетика – источник возможных экологических бед. Многим ясно: зеленым, обывателю, как ни странно, нефтяным магнатам. А вот то, что обычная угольная электростанция (настоящая, а не придуманная альтернатива атомной энергетике) является активным источником радиоактивного заражения большой площади, – факт старательно замалчиваемый.

Кроме того, природу беречь надо – факт! Но вот ведь интересно, согласились ли мы жить в девственно нетронутой природе? Человек – уж так он устроен – все время переделывает мир под себя: осушает болота и выводит бедняг-комаров, включая переносчиков малярии, а дай ему волю – изведет и энцефалитного клеща, как он извел бубонную чуму и тиф. А эти представители живого мира прекрасно чувствовали себя еще не так давно – в темные века. Вообще, с «экологией» не все ясно. Распространенное и активно распространяемое представление об экологии как о защите Мира от Человека – просто удивительно. Наши базовые представления антропоцентричны, или, проще говоря, человекоцентричны. Мы даже называем это эмоционально окрашенным термином – «гуманизм». А экология у нас – удивительное исключение.

Однако, несмотря на разнообразные протесты и препоны, мы будем продолжать конструировать нашу среду обитания «под себя». И нанотехнологии – следующий шаг в этом направлении. Просто мы должны «не гадить» и убирать за собой, бережно относиться к ресурсам и т. д. И самое главное, внимательно следить за рисками – уж слишком часто нам доводилось напортачить. Пестицид ДДТ, применяемый ранее в сельском хозяйстве, уже нашли в печени пингвинов. Озоновые дыры, как считают эксперты, – во многом следствие выброса парниковых газов и фреона, ранее применявшегося в холодильниках. Нанотехнологические новации, скорее всего, не избегут общей судьбы – какой-нибудь гадостью что-нибудь обязательно засорим. Но это опять «человеческий» фактор, но уже совсем в ином виде – наше коллективное, порой безответственное, поведение. Ведь чтобы «не бросать бычки на пол», не обязательно бросать «курить».

С развитием нанотехнологий обязательно связаны и экономические, и социальные риски. Появление новых технологий – это далеко не всегда совершенно новое. Зачастую это замена старого. Такие технологии называют замещающими, и с ними связаны наиболее очевидные риски. Вот есть у вас кислотное производство в автомобильной промышленности. Четыре города на него работают. И вдруг придумали новое покрытие, и кислотное травление, с которым так долго боролись экологи, больше не нужно. Вместе с четырьмя крупными городами. Так собственно совсем недавно и было: место действия – американская автопромышленность.

Последний пример показывает: экономические и социальные риски в условиях технологических перемен непосредственно связаны со структурными. Пока в муках родов нового технологического уклада структура экономики трещит по швам, экономическая и социальная ткани неизбежно нарушаются как минимум до тех пор, пока не установится новая структура экономики, а часто и за этими пределами.

Здесь же и политические риски, куда же без них. Даже Интернет и социальные сети их порождают. А как новые технологические возможности скажутся на балансе экономической мощи государств, как скажутся на военных и смежных с ними возможностях – тема серьезного разговора.

Все риски, перечисленные и не перечисленные нами, могут проявиться одновременно, совокупно, обостряя друг друга. Риски так переплетаются, что в сущности мы имеем дело с новым риском – риском нарушения или изменения системы или ее принципиальной незаконченности, недостаточности.

Итак, риски.

ЧАСТЬ I
НАНО ВОКРУГ

Глава 1
Коварная прочность1.1. Голова или хвост?

Желание избежать ошибки – вовлекает в другую.

Квинт Гораций Флакк

Когда исчезнет то, что зло сейчас, немедленно наступит то, что зло завтра.

Фазиль Искандер

Устранение факторов, способных привести к нежелательному исходу, обнаруживает новые такие факторы.

Седьмой закон Мерфи

Нанотехнологии начинаются с материалов, как, впрочем, и все в привычном нам мире, – мире, начиная с древних шумеров, построенном на технологиях. Ведь если мы сделали какую-то материальнуювещь, то она обязательно сделана из материала. Много раньше мы строили и делали наши инструменты из дерева и камня. Потом настала эпоха меди и бронзы. Ее сменил век железа и стали, при котором мы научились делать механизмы. Алюминий и алюминиевые сплавы, а также титан позволили нам развить авиацию, штурмовать космос. Наш прогресс – это во многом прогресс материалов.

Конечно, в современную эпоху – эпоху информационных технологий – может последовать серьезное возражение, ранее не имевшее место. Спрашивается: из какого материала сделана компьютерная программа? А ведь она так же важна и полезна, как и любая материальная вещь! Она настолько полезна, что ее можно продать, и объем продаж таких программ давно превысил соответствующий объем для многих вполне материальных вещей, например мебели.

Действительно, в современном мире все сильней становится представление о нематериальных ценностях и активах: будь то вполне «осязаемая» программа или совершенно эфемерный гудвилл – репутация той или иной фирмы, товарного знака, бренда, оцененная в деньгах. Говорят даже об экономике знаний как о новом этапе нашей технологической цивилизации. Знания – вот истинная ценность, которую стоит производить, а они нематериальны. Все это отчасти верно. Но представьте себе, что мы начали обменивать знания на знания, не производя ничего другого. Будет ли это экономикой?

Однако и знания мы сохраняем на материальномносителе. Сначала были глина и клинопись, потом папирус и иероглифы, затем пергамент и буквы, бумага и печать [13]13
  Авторы не приводят действительную историческую последовательность событий. Это лишь иллюстрация общего принципа.


[Закрыть]. Сегодня – это компьютерная память, которая благодаря нанотехнологиям становится все более емкой и надежной. Развитие наших знаний тесно связано с материальными возможностями по их хранению и передаче.

Здесь уместно вспомнить простенький анекдот.

Заспорили как-то Интернет и Компьютерная программа – кто главнее. Интернет кипятится:

– Ты, Программа, без меня ничего не передашь и не получишь. Где ты возьмешь данные для своей работы?

Программа возмущена:

– Да без меня какая же передача данных: кто запрос отправит, кто по полочкам все разложит?

– Глупости, – отвечает Интернет.

Тут пришло Электричество. Грустно улыбнулось… и всех выключило.

Мораль проста: даже если мы и не видим материального основания – оно непременно есть. Оно лежит в основе всего. Наш мир – это, прежде всего, мир материалов, по крайней мере сегодня. Без материального носителя нет программы: будь то электронный диск, микросхемы памяти компьютера или флеш-устройства. Да и работа всех электронных устройств – от хранилищ информации до процессоров – требует такого материального основания, как производство энергии. С появлением «нематериальных» вещей наш мир стал еще более материальным, чем раньше.

Правда, многие материалы стали другими. Появились совсем новые материалы, неизвестные и не используемые ранее, как, например, нанокомпозиты на основе фуллеренов или дендримеров, молекулярных конструкций, придуманных и синтезированных человеком. Кроме того, многие старые материалы приобрели новые качества, да такие, что мы вправе считать их совсем другими материалами. Такое случилось, например, с металлами. Действительно, мы не отказались от металлов. Однако теперь мы стали их специально обрабатывать – наноструктурировать. Мы можем наноструктурировать сам металл, его тело. Но чаще мы покрываем его специальными нанопокрытиями, чтобы сделать материал тверже, уменьшить трение, обеспечить его биологическую совместимость, т. е. для разных целей и по разным основаниям.

Действительно, покрытие может сильно изменить свойства материала – это давно известно, но мы часто не обращаем на это внимания. Мало кто догадывается, что алюминиевая посуда ядовита. Мы в ней готовим, иногда в ней храним продукты (что, правда, не рекомендуется). В чем же дело, почему никто до сих пор не отравился? Все дело как раз в покрытии. Алюминий, или его сплав, такой как дюралюминий, всегда покрыт окисной пленкой. Не специально. Она образуется сама – на воздухе. Окисная пленка не ядовита и прочна. Алюминий надежно изолирован от наших продуктов. А если вы все же поцарапали кастрюлю – новая пленка на воздухе образуется практически мгновенно. Но вот если вы поцарапаете такую кастрюльку в, вакууме или в инертной атмосфере и будете в ней готовить пищу (конечно, если это будет возможно), то результат будет крайне неожидан – ваша кастрюля начнет растворяться в супе (точнее – в воде) с бурлением пузырьков выделяющегося водорода от разложения воды. (Кто на уроках химии в школе бросал в воду калий и наблюдал, как он «горит» в воде, знает, о чем идет речь.) Увидев все это, вы вряд ли рискнете попробовать варево. И правильно – токсично!

Подчеркнем: когда мы имеем дело с материалом (например, трогаем его руками или храним в нем продукты), мы имеем дело не с ним, а с его поверхностью. А это не одно и то же! Алюминий – тот же калий, только покрыт прочной оксидной пленкой, и его не приходится хранить в пузырьке под слоем керосина.

Нанотехнологии – это в том числе и технологии изменения свойств материалов за счет изменения его поверхности. Мы либо изменяем структуру поверхности, ее строение, либо наносим на поверхность тончайшие слои чего-то другого. И свойства материала на поверхности меняются, причем зачастую принципиально. Поэтому с нанотехнологиями мы получаем что-то вроде алюминиевой кастрюли, только наоборот. В кастрюле мы были хорошо знакомы с поверхностью, но плохо знали, что скрывается под ней. А в нанотехнологиях мы можем иметь дело с вполне знакомыми материалами, поверхность которых – что-то совсем другое. И у нас есть шанс обмануться. Представьте, что мы держим в руках привычную, как нам кажется, вещь, например резец для обработки сверхтвердых материалов, думаем, что это – привычная нам сталь, свойства которой нам хорошо знакомы. А это и сталь и не сталь! Нет, «внутри» она такая же, а вот поверхность стали уже нечто совсем другое – ведь именно этого мы добивались, изменяя ее свойства, например твердость. Но где гарантия, что мы не изменили – ненамеренно – и других свойств поверхности? Впору писать этикетки-напоминания, как это теперь часто делают: «Внимание: привычный нам материал может нас обмануть».

И действительно, мы можем не ожидать от него опасности. Ведь многие из нас держали сверла в руках и знают – это вполне безопасно, не надо только руки сверлить! Конечно, сверла, покрытые специальным покрытием, как правило, безопасны. Но в этом «как правило» и скрыт наш риск. Если все делать «по инструкции», вряд ли стоит ожидать каких-нибудь неприятностей, кроме какой-нибудь специфической аллергической реакции. Но мы не роботы. Обязательно что-нибудь придумаем и попробуем, например просверлить магниевый сплав [14]14
  Авторы из общих соображений, хотя и не пробовали, предполагают, что при тех режимах обработки, которые используют для наноструктурного режущего инструмента (высокие скорости обработки), можно устроить неплохой фейерверк.


[Закрыть].

Итак, наноматериалы таят в себе опасность. Привычные нам вещи становятся не тем, что мы привыкли от них ожидать. Наш «опыт» может нас подвести. Только мы не всегда знаем как, где и когда!

Появление новых материалов всегда таило в себе опасность. Человечество уже сталкивалось с подобной проблемой. Во второй трети XX в. в нашу жизнь стремительно ворвались синтетические материалы органической химии. Корпус и клавиатура компьютера, на котором писалась эта книга, как раз и сделаны из таких материалов. Это пластики или пластмассы. Данные материалы оказались нам крайне полезны. Они хорошо обрабатываются – деталь или изделие можно вылить или формировать за счет высокой температуры, а не точить, как это мы делали с металлами. Они оказались хорошими изоляторами, никого сегодня не удивляет оплетка электропроводов из такого материала. Некоторые из них оказались достаточно прочны, чтобы делать прочные вещи. Но… Этих «но» – множество.

Все мы знаем о вреде «китайских» игрушек. Нет, конечно, дело не в том, что эти игрушки произвели именно в Китае – стране с великой культурой – или на подпольном заводике в подмосковном городе Долгопрудный – городе с высокими научными и технологическими традициями. Просто среди возможных материалов, удобных для производства игрушек, оказались материалы, со временем или под воздействием света «стареющие». Старение – это процесс разложения материала с выделением вредных, часто ядовитых, продуктов распада. И именно из этих материалов недобросовестный производитель производит детские игрушки, а недобросовестный продавец их продает. И добавим: недобросовестная мама уступает тормошащему ее ребенку, поддаваясь детскому «ну, мама, купи…». Повторимся – дело не в том, что игрушки «китайские». Дело в том, что большая часть производителей, продавцов и – что часто упускают из виду – покупателейво всем мире недобросовестна! И добросовестными они становятся с огромным трудом. Ведь производителю выгодно взять дешевый и удобный материал. Продавцу удобно продать относительно недорогую игрушку – ведь выглядит она вполне качественной. Покупателю дорогая игрушка была бы вообще не по карману. Да и думает он совсем не о том, что детям нужны другиеигрушки – не те, которые ему навязывают реклама и продавцы.

Вот и ответьте теперь сами на вопрос: а почему с наноматериалами будет иначе? Неужели и производитель, и продавец, и покупатель будут другими: обуреваемыми чувством ответственности и не стремящимися к выгоде за счет других? Конечно, когда мы делаем ракеты, мы более ответственны [15]15
  Оказалось, что и здесь – в отсутствии должного контроля – картина та же. Сегодня СМИ сообщают о выявленных случаях производства деталей для ракетоносителей на «заводах в сарайчиках».


[Закрыть]. Но вдруг дело и до «игрушек» дойдет!

Удивительно, но именно пластики демонстрируют нам и обратную сторону этой проблемы. Обратная сторона – это наша попытка избавиться от недостатков, в данном случае – от способности пластиков разлагаться. Вот мы разработали материалы, которые не разлагаются от солнечного света (а это действительно так). Пусть они дороже, сложнее в использовании, т. е. частью преимуществ, которых мы добивались, мы поступились. И приняли меры, чтобы «вредные» материалы не применяли – запретили их использование, тщательно следим за тем, чтобы никто не применял разлагающиеся пластики. Но хорошо ли это? Как оказалось, вовсе нет. К сожалению, это привело нас к новой проблеме – проблеме «пластиковых пакетов».

Массовое производство пластиковых пакетов, которые нам бесплатно или за небольшие деньги представляют магазины при покупках, – отличительная черта нашего времени. Ушли в прошлое авоськи и хозяйственные сумки – их сменил его величество одноразовыйпластиковый пакет. И действительно, зачем нам носить свою сумку, ведь это же неудобно.

Но вот беда. Пакетов стало так много, что они составили значительную часть нашего мусора – а мусор «одноразовым» не бывает. Тем более что такой пакет разлагается очень и очень долго. Ведь мы его таким сделали: он должен быть безопасным с точки зрения выделения вредных примесей, тех самых вредных примесей, за которые мы ругали «китайские» игрушки – мы же в него пищевые продукты кладем. И, естественно, лишь на то время, которое нам нужно, чтобы сходить в магазин: никто не говорит о том, что при долгом разложении в итоге токсичных веществ выделится меньше.

И накапливаются наши пакеты, загрязняя планету, – там, где мы их нечаянно обронили или беспечно бросили, там, куда их принесло ветром или прибило прибоем. Лежат себе у реки, на лесной полянке, на пляже и не разлагаются. Лежат и на полигонах – так застенчиво мы называем громадные отвалы свозимого мусора. Уж нет в живых того, кто бросил пакет, а «напоминание» о нем живет – тот мусор, который он оставил своим потомкам. Ведь не банановая шкурка – не гниет.

Пластики как новые, искусственные материалы демонстрируют нам ту принципиальную сложность, которая связана с созданием неестественных, чуждых природе, материалов, а такими и являются все наноматериалы. Избегая одной проблемы, мы тут же становимся жертвами другой. Обязательно! Эту ситуацию образно можно назвать дилеммой «головы и хвоста»: голову выдернул – хвост увяз, хвост выдернул – голова увязла, т. е. пластики или не разлагаются, или травят нас удушливыми газами. Авторы не утверждают, что эта дилемма неразрешима в принципе. Просто на ее решение нужно время, нужно затратить усилия, другие ресурсы и немало. Пройдет 40 лет и более, и возможно, проблема перестанет быть столь острой. Тот, кто помнит запах первых отечественных болоньевых курток шестидесятых (сегодняшние «китайские» игрушки по этому «параметру» все же здорово не дотягивают), тот понимает, насколько мы сегодня успешны в решении этой проблемы. Но это не отменяет самой проблемы относительно новых материалов – как сегодня, так и на длительную перспективу.

В подтверждение можно привести еще один пример.

Пластики применяются для изоляции. И там, «где есть электричество», их применяют для обеспечения безопасности людей. Этого требуют нормы электробезопасности. Однако многие из пластиков горят. И их применение запрещено, но уже другими нормами – противопожарными. Выход, казалось бы, прост: применить пластик, который не горит, благо такие пластики есть. Но пластики не горят за счет содержания в них фтора – все, что могло бы гореть, связано с фтором; а фтор – более сильный окислитель, чем кислород, вот пластик и не горит в 21 %-й кислородной атмосфере. Но этот, так сказать, выход – классическая демонстрация нашей дилеммы «голова-хвост». Гореть-то он не горит. Но вот, если что горит рядом, а гореть всегда есть чему, – он хорошо разлагается от температуры соседнего горения. И выделяет фтор и его ядовитые соединения! От огня при пожаре вы, может, и не погибнете, а вот от дыма, содержащего соединения фтора, – наверняка! И эти материалы также запрещены противопожарными нормами. Получается, что по одним нормам вы должны покрыть металлические проводящие поверхности пластиком – чтобы током не «шарахнуло», по другим – пластики применить нельзя: одни горят, другие травят. Этот казус не решен и сегодня. За пожарную безопасность нового здания проектировщик вынужденно берет ответственность на себя – в надежде, что пожара не будет. А пожарные знают – не так страшен огонь, как дым. Берегитесь дыма – вот лейтмотив современного пожарного дела.

Итак, наш опыт, касающийся появления принципиально новых, не встречающихся ранее в природе материалов, говорит нам в отношении нанотехнологий следующее.

Во-первых, будь осторожен, не доверяй своему опыту, наш опыт – обманщик (вот ведь как интересно получилось, ранее мы, прежде всего, полагались именно на опыт). То, что кажется привычным и понятным, таковым не является.

Во-вторых, в погоне за столь желаемыми преимуществами и новыми возможностями, которые нам дают новые материалы, основанные на новых технологиях, всегда полезно помнить принцип: хвост вытащил – голова увязла. Решенная сегодня проблема – обязательно источник новой.

А в сумме: главный риск применения новых материалов в том, что риска мы часто и не видим. А он есть! Обязательно. Следи за хвостом!

Краткая таблица рисков

Риск опыта – «привычные и знакомые» материалы могут быть не тем, к чему мы привыкли.

Риск незнания – поведение новых материалов может быть неожиданным и иметь непредсказуемые последствия.

Риск добросовестности – новые материалы служат источником возможного недобросовестного поведения как производителя, так и потребителя.

Риск преодоления риска – решая одну проблему, порождаешь другую.