Эрнст Вайцзеккер - Фактор четыре. Затрат — половина, отдача — двойная
Гиперавтомобили
Гораздо более радикальная стратегия — сконструировать автомобиль заново в соответствии с философией «гиперавтомобиля» (см. раздел 1.1).
В США автомобильная промышленность и прямо или косвенно связанные с ней отрасли составляют одну десятую по числу занятых и по уровню потребительских расходов и одну седьмую валового национального продукта. Они потребляют приблизительно 70 % свинца, 60 % резины, ковровых покрытий и ковкого чугуна, 40 % инструментов и платины, 34 % железа, около 20 % алюминия, цинка, стекла и полупроводников, 14 % стали и 10 % меди. За последние десятилетия потребление материалов для производства автомобилей изменялось довольно медленно: с 1984 по 1994 г., например, средний американский автомобиль стал на 1 % тяжелее и изменился по «массовому составу» только на У/о, в основном за счет перехода со стали на цветные металлы и полимеры. Но с появлением сверхлегких гибридных гиперавтомобилей большая часть громадных материальных потоков в автомобильной промышленности быстро претерпела бы глубокие изменения.
Гиперавтомобили скоро станут весить примерно в 3 раза меньше, чем сегодняшние автомобили, сделанные из стали, благодаря переходу к использованию полимерных композиционных материалов. Согласно обстоятельному исследованию Института Рокки Маунтин (Ловинс и др., 1996), даже очень ранняя, демонстрационная и не оптимизированная конструкция гиперавтомобиля для четырех-пяти пассажиров, в которой применяется двигатель внешнего сгорания с водяным охлаждением мощностью в 20 кВт (15л. с.), металл-гид-ридная буферная батарея на основе никеля весом 50 кг, застекление, кондиционирование воздуха с охлаждением и другие доступные технологии, легко могла бы весить на две трети меньше, чем средний американский автомобиль выпуска 1994 г. — по самым скромным подсчетам, 521 кг вместо 1439 кг. Разработанная ИРМ структура массы со 110 позициями, основанная на сопоставлении с существующими изделиями и опытными образцами, приводит к выводу, что такой гиперавтомобиль по сравнению со средним американским автомобилем выпуска 1994 г. мог бы содержать приблизительно:
• вдвое больше композиционных материалов и других полимеров,
• на одну восьмую больше меди,
• на 92 % меньше железа и стали,
• на треть меньше алюминия,
• на две трети меньше резины,
• на четыре пятых меньше платины и нетопливных жидкостей.
Эта ранняя конструкция ориентирована на максимальное применение металлов. Альтернативные электрические буферные аккумуляторы и силовые установки, которые, как ожидалось, будут широко распространены в конце 90-х годов, вытеснили бы около трех пятых металлов, в том числе железо, никель и сплав гидрида металла, половину алюминия и значительную долю стали. (По сравнению с автомобилями, выпускаемыми сегодня, использование железа и стали могло бы тогда сократиться не на 92 %, а на 96 % или более). Эти и другие усовершенствования позволили бы также уменьшить общий вес машины до 400 кг. Медь использовалась бы умеренно, примерно как сегодня, то же относится к платине. Небольшие, но важные ниши на рынке могли бы завоевать некоторые специфические металлы, например, магний и титан, но в целом металлы в конструкции были бы вытеснены современными полимерами.
Привело бы увеличение использования современных композитов — пластичных смол, армированных сверхпрочным углеродным волокном, — к значительному расширению пластмассовой промышленности? Отнюдь нет. Автомобили сегодня потребляют 7 % полимеров, производимых странами ОЭСР, 5 % мирового производства и 3 % полимеров, производимых в США. Более того, доля полимеров и композиционных материалов достигает 8 % (в США) или 9 % (в среднем по всему миру) от веса обычной автомашины и, может быть, 20–30 % от объема остальных материалов, из которых она изготовлена. Однако эти 8 % сегодняшнего автомобиля составляют в среднем 111 кг пластмассы и композитов, что уже превышает вероятный общий вес (равный примерно 100 кг) самой конструкции гиперавтомобиля, кузова и закрывающихся элементов (дверей, крышек капота и багажника), за исключением крепящихся деталей и узлов, относящихся к отделке интерьера и карданной передаче. Это также больше половины общего веса (примерно равного 227 кг) полимеров и композиционных материалов, использованных в первых моделях гиперавтомобиля. Учитывая сказанное, перевод всей автомобильной промышленности США на гиперавтомобили повысил бы суммарное использование полимеров только на 3 %, что меньше обычных темпов ежегодного увеличения выпуска продукции. Однако масштабы промышленности, производящей передовые композиционные материалы (годовой оборот которой в 1995 г. составлял около 10 миллиардов долларов), возросли бы на порядок, а пока незначительное производство углеродного волокна — в несколько сотен раз.
Примерно две трети массы гиперавтомобиля составят комплектующие, добавляемые к сделанному из композиционных материалов кузову без покраски и грунтовки. Большинство из них будет аналогично сегодняшним, но значительно меньших размеров и намного легче. Однако многие компоненты с устранением таких элементов, как управление мощностью, тормоза, оси, трансмиссия, сцепление, муфта, дифференциалы, генератор переменного тока, стартер и т. д., исчезнут совсем. Силовая установка на первом этапе могла бы быть двигателем внутреннего сгорания, приблизительно в 10–25 раз меньших размеров, чем сегодняшние, но вскоре, вероятно, ему на смену пришел бы другой двигатель — с умеренными (двигатель Стирлинга или газотурбинный) или принципиальными отличиями (на топливных элементах или термофотогальванический, без движущихся частей). Электрическое буферное аккумуляторное устройство первоначально будет выполнять функции нетоксичной, подлежащей переработке никелевой металл-гидридной батареи, которая примерно в 3 раза тяжелее, чем обычная свинцовая стартерная аккумуляторная батарея в сегодняшних автомобилях, весящая около 14 кг. Но вскоре ее, вероятно, заменит углеродно-волоконный супермаховик (предшественник которого — отпрыск британских центрифуг для обогащения урана — появился на рынке в конце 1995 г.) или ультраконденсатор весом 10–20 кг, или, быть может, даже тонкопленочная литиевая батарея весом всего лишь 5 кг. В любом случае устройство не будет содержать свинца, а лишь очень малое количество какого-либо металла.
Гиперавтомобилям потребуется на порядок меньше жидкостей, чем сегодняшним автомобилям (в основном останутся лишь топливо, расход которого уменьшится примерно в 10 раз, и жидкость для омывания лобового стекла). В хорошо продуманных гиперавтомобилях будут устранены 6–8 из 14 видов жидкостей, необходимых сейчас и нередко частично или полностью попадающих в окружающую среду. Так, использование моторного масла с его бензолом, примесями тяжелых металлов и другими загрязняющими веществами будет сокращено в значительной степени или сведено к нулю, что даст большую выгоду, поскольку средний американский автомобиль потребляет 22 литра такого масла в год. Кроме того, сильно сократятся или совсем не будут использоваться топливно-масляные присадки (для очистки двигателя, продления срока службы или пуска в холодную погоду), дистиллированная вода для аккумуляторных батарей, антифриз (плюс вода с антикоррозионными добавками или, в некоторых случаях, промывающими веществами в обогревателе), тормозная жидкость, жидкость для гидроусилителя рулевого управления, смазки, различные жидкие и твердые смазочные материалы и хладоагент для воздушного кондиционера.
Примерно 12–13 из 21 основной категории регулярно заменяемых механических узлов тоже исчезли бы или служили столько, сколько автомобиль. Остальная часть деталей и узлов значительно уменьшилась бы в размерах и реже требовала замены. Материалы, которые были бы сокращены или сведены к нулю, в зависимости от деталей используемой силовой установки, включают в себя приводные ремни (для вентилятора радиатора и водяного насоса, генератора переменного тока, компрессора кондиционера, насоса гидроусилителя руля, воздушного насоса для рециркуляции выхлопных газов и т. д.);
шланги (для воздуха, хладоагента, топлива, масла, охлаждающей жидкости и вакуума); стартерные аккумуляторные батареи; детали сцепления; зубчатые ремни привода; лампочки (десятки на машину); тормозные колодки; воздушные и масляные фильтры; свечи зажигания. Кроме того, значительно уменьшились бы поток запасных частей, частота и объем ремонта кузова, а в связи с этим — загрязнение окружающей среды.
Что касается самих автомобилей, то каждый год в Северной Америке более 10 миллионов машин, или 94 % всех используемых автомобилей, разбираются на части, затем три четверти из них идут на переработку (что составляет 37 % стального металлолома США) и одна четверть закапывается в землю в виде гетерогенной и иногда токсичной измельченной смеси (которая обычно состоит из 42 % волокна и 19 % полимеров). Перерабатываемые металлы эквивалентны по тоннажу примерно всей стали и одной трети цветных металлов, из которых ежегодно изготавливаются новые автомобили (хотя на практике переработанная сталь разбавляется другим металлоломом, который меньше загрязнен медью, и затем повторно используется главным образом как конструкционный материал). Автомобильная пластмасса пока обычно не подвергается переработке, хотя новые немецкие и шведские технологии, сокращающие количество и улучшающие маркировку полимеров, могут изменить эту ситуацию в Северной Америке, как они это сделали в Европе. Однако гиперавтомобили устранили бы стальной кузов и большую часть металлических узлов, стоимость лома которых сейчас вкладывается в переработку.