Алюминий: ценный материал
«Используйте другой металл вместо расплавленного железа».
« Медь? - переспросил Морган
«Нет, это все еще слишком тяжело! Я могу вам предложить кое-что получше».
«Что тогда?» спросил мэр.
«Алюминий!» - ответил Барбикен.
«Алюминий?» - хором воскликнули трое коллег президента.
Жюль Верн выбрал алюминий для постройки космического корабля для полета на Луну. В его книге “С Земли на Луну”, написанной в 1865 году, легкость и прочность были причинами выбора этого серебристо-белого металла.
Профили из экструдированного алюминия
Этот химический элемент, представленный символом Al, номером 13 в периодической таблице Менделеева, с атомным весом 26,98, отличается не только своей удивительной легкостью, но и высокой электрической и теплопроводностью. Кроме того, при воздействии окисляющей среды на поверхности образуется оксидная пленка, которая защищает ее от коррозии. Он податлив и пластичен, что облегчает его обработку, и, кроме того, он гибкий, немагнитный и негорючий.
Алюминиевые сплавы можно найти повсюду: в консервных банках, в автомобильных колесных дисках, в электропроводке, в самолетах, в упаковке для пищевых продуктов, в пакетиках с лекарствами, в тюбиках зубной пасты.
Это один из наиболее часто используемых материалов в мире и третий по распространенности в земной коре, на долю которого приходится 8% ее состава, и тем не менее история алюминия началась совсем недавно.
В природе он не встречается в чистом виде, его можно найти в большом количестве минералов, однако он всегда сочетается с другими элементами, от которых его нелегко отделить. Первым человеком, которому это удалось, был датский ученый Ханс Кристиан Эрстед, которому в 1825 году удалось получить несколько капель путем восстановления хлорида алюминия alcl₃ амальгамой калия и ртути.
Легенда гласит, что Наполеон III был одним из первых пользователей алюминиевых столовых приборов, изготавливавшихся исключительно для его личного использования: гостям приходилось довольствоваться золотыми приборами.
Ситуация начала меняться в 1886 году, когда французский ученый П.Л. Эруль и его американский коллега Ч.М. Холл запатентовали метод производства, состоящий в электролизе оксида алюминия с интервалом в несколько часов и независимо друг от друга. Несколько лет спустя, в 1894 году, австрийский химик К.Й. Байер запатентовал химический процесс извлечения оксида алюминия из боксита, минерала, открытого в 1821 году геологом Пьером Бертье в провансальской деревне Ле-Бо. Сочетание этих двух процессов, в сочетании с развитием производства электроэнергии, потрясло алюминиевую промышленность, что привело к стремительному спросу на этот металл, который сегодня используется повсеместно. В Соединенных Штатах в 1884 году было произведено 60 килограммов алюминия по той же цене, что и серебро. Сегодня серебро стоит в 260 раз дороже алюминия, и только в 2017 году было произведено 63,4 миллиона килограммов. Это невероятное количество было получено с помощью процесса Холла-Эрула, процесса Байера (88,6 миллиона килограммов глинозема в 2017 году) и с помощью бокситовых рудников (215 миллионов килограммов в 2017 году).
Однако у этой умопомрачительной истории успеха есть и темная сторона: ее воздействие на окружающую среду. Для производства 1 тонны первичного алюминия требуется 4 тонны бокситов, 0,5 тонны электродов и 14 000 кВт*ч энергии. Извлечение одного килограмма глинозема из бокситов может привести к образованию до 2 килограммов отходов.
Во всем мире ежегодно производится не менее 90 миллионов тонн. Эти промышленные отходы имеют специфическое название: Красный шлам (или бокситовые хвосты). Это высокощелочные отходы, и их нелегко утилизировать, так как они представляют опасность для экосистемы, что делает их трудоемкие процессы обработки и хранения также весьма спорными. Для сокращения этих остатков был разработан ряд процессов, но они оказались неприемлемыми с экономической точки зрения и, кроме того, просто приводят к образованию дополнительных отходов. С точки зрения энергии воздействие столь же поразительно: для производства банки объемом 33 кл (16 граммов) потребляется более 1000 кДж энергии, что равно количеству, необходимому для поддержания горения 10-ваттной лампы в течение примерно 30 часов.
К счастью, алюминий, в отличие от пластика, может перерабатываться бесконечно и на 100% пригоден для вторичной переработки. Более того, примерно 75% алюминия, произведенного с 1988 года по сегодняшний день (примерно миллиард тонн), все еще используется. Это означает, что первичное производство алюминия (состоящее в извлечении полезных ископаемых из земной коры, переработке их с помощью запатентованных процессов 21 века и возвращении остатков в природу) может быть заменено циклическим процессом, что означает, что оно развивается за счет собственного производства без необходимости “извлекать ингредиенты” из окружающей среды и без образования отходов.
Сегодня переработка алюминия – это реальность: она охватывает 20% мирового производства, а в Италии, ведущем производителе в Европе и третьем по величине в мире, переработка означает, что можно восстановить 47 800 тонн, то есть 70% того количества, что есть на рынке. Что касается энергии, то ее количество, необходимое для вторичного производства, на 95% ниже, чем для первичного производства. Банка из переработанного алюминия экономит столько энергии, сколько необходимо для работы телевизора в течение трех часов.
А переработка его, в свою очередь, приводит к экономии еще большего количества энергии: вам нужно 3 банки для создания стеклянных рам, 37 для кофемашины, 130 для самоката, 800 для велосипеда. Этот изобретательный и позитивный цикл можно повторять до бесконечности. С самого начала производство алюминия, представляющее опасность для окружающей среды, стало примером, демонстрирующим преимущество циклического производства: системы, в которой с самого начала неорганические материалы предназначены для повторного использования в последующих производственных циклах, не вступая в контакт с биосферой.
