Эрнст Вайцзеккер - Фактор четыре. Затрат — половина, отдача — двойная

Ездить на автомобиле означает больше, чем перемещать свое тело. Вы также перемещаете автомобиль массой в тонну или более. Кроме того, большие материальные потоки движутся только для его изготовления. Группа Фридриха Шмидта-Блеека считает, что в последовательных процессах добычи, аффинажа (получения высокой чистоты) и транспортировки металла, производства пластмассы и стекла, а также сборки машины перемещается более 1520 тонн различных материалов. Один десятикилограммовый каталитический конвертер, содержащий несколько граммов платины, требует перемещения материалов весом более двух тонн, поскольку для получения каждой крупицы платины необходимо переместить очень много породы и переработать много руды. Но сконструировав автомобиль заново в расчете на низкую материалоемкость, более высокий срок службы и пониженный расход топлива, можно добиться «фактора четыре» в сокращении MIPS.

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.