Наше светлое технологическое будущее лежит на дне океана

В марте 1968 года советская подводная лодка Гольф II с ядерными баллистическими ракетами взорвалась и затонула в полутора тысячах морских миль к северо-западу от Гавайских островов. С этого начался проект AZORIAN.

Потенциальная выгода проекта AZORIAN в случае успеха была колоссальной. Но 1750-тонная субмарина опустилась на глубину пять тысяч метров, и потребовался массивный корабль, который смог бы ее вытащить. Поэтому наняли Говарда Хьюза на строительство 200-метрового судна.

По легенде, Хьюзу понадобилось добывать марганцевые конкреции — такие камешки размером с картошку, которые в природе образуются на абиссальных равнинах (глубоководных равнинах океанических котловин и впадин краевых морей) — с помощью его холдинговой компании Summa Corporation. Миллиардер-промышленник строит невероятный новый корабль, чтобы найти сокровища на дне морском. Звучит правдоподобно.

«Только представьте: ЦРУ создало целую линию исследований марганцевых конкреций».

Шли годы и десятилетия, и частные компании начали обнаруживать, что марганцевые конкреции содержат огромное количество редкоземельных металлов — неблагородных элементов, которые работают в наших смартфонах, компьютерах, оборонных системах и технологиях экологически чистой энергии. Наши потребности в этих элементах безграничны, но наземные источники очень ограничены. И вот спустя сорок лет после заговора, который придумало ЦРУ, мы находимся на грани подводной золотой лихорадки. Однажды, если получится, мы получим доступ к огромным резервам редкоземельных элементов на дне океана.

«Морское дно может обеспечить всеми необходимыми редкоземельными элементами, — говорит Джон Уилтшир, директор Гавайской подводной исследовательской лаборатории. — Все технологии, необходимые для этого, пребывают в той или иной форме развития».

Но как бы нам ни хотелось, разработка морского дна на предмет добычи редкоземельных металлов будет очень непростой. Как и проект AZORIAN, она будет сопряжена с техническими трудностями и огромными рисками.

Сам термин «редкие земли» немного неверный. Семнадцать химически сходных элементов — включая 15 лантаноидов, скандий и иттрий — довольно распространены в земной коре. Церия больше, чем свинца, и даже наименее распространенных редкоземельных элементов в сотни раз больше золота.

По часовой стрелке от черной кучки: празеодим, церий, лантан, неодим, самарий и гадолиний

Но из-за своих геохимических свойств, редкоземельные элементы не склонны к образованию металлически богатых руд, которые делают добычу экономически целесообразной. Некоторые минералы вроде бастназита могут содержать до нескольких процентов оксидов редкоземельных металлов. Чаще редкоземельные элементы встречаются разбросанными при очень малых концентрациях. Чтобы их достать, измельчают огромные объемы пород, а затем подвергают физическому разделению, воздействию едких кислот и тепла. Это дорогостоящий, трудоемкий процесс и он производит несправедливо большое количество радиоактивных отходов.

Мы добываем редкоземельные элементы не потому, что это легко, а потому что они нужны нам. «Технологический сектор полностью зависим от этих элементов, — говорит Алекс Кинг, директор Института важных материалов. — Их роль уникальна».

Существует бесчисленное множество способов, которыми эти металлы делают наши технологии быстрее, легче, надежнее и эффективнее. Взять, к примеру, европий, используемый в качестве красного люминофора в электронно-лучевых трубках и ЖК-дисплеях. Килограмм европия стоит 2000 долларов и никакой альтернативы нет. Или эрбий, который выступает лазерным усилителем в оптоволоконном кабеле. 1000 долларов за килограмм — и никакой альтернативы, заменителя. Иттрием посыпают тепловое покрытие реактивных двигателей летательных аппаратов для защиты других металлов от сильной жары. Неодим — это рабочая лошадка в высокопроизводительных магнитов, которые имеются почти в каждом жестком диске, звуковом динамике, генераторе ветротурбины, беспроводных электроинструментах и двигателях электромобилей.

Список можно продолжать долго. Препараты для лечения рака. МРТ-машины. Регулирующие стержни ядерного реактора. Линзы камер. Сверхпроводники. Редкоземельные элементы имеют важное значение для такого длинного списка технологий, что их дефицит, по мнению Совета по природным ресурсам, «окажет значительное негативное влияние на качество нашей жизни».

Такая реальность беспокоит правительства крупных стран, в том числе США. Они полностью зависят от импорта редкоземельных металлов. И большая часть этого импорта идет из Китая.

В течение многих десятилетий американская компания Molycorp производила большую часть редкоземельных элементов в мире на шахте в Маунтин-Пасс, штат Калифорния. Но к середине 1980-х годов во внутренней Монголии и на юге Китая были обнаружены огромные залежи этих металлов. За счет дешевой рабочей силы и практически безо всякого экологического регулирования, китайские горнодобывающие компании смогли заткнуть за пояс американскую промышленность в 1990-х — начале 2000-х годов. В 2002 году Molycorp остановила свою горнодобывающую деятельность. К 2010 году Китай контролировал 97% рынка.

И тогда Китай начал играть мускулами. Сперва ввел квоты на экспорт редкоземельных элементов, ограничив поддержку мира. В сентябре 2010 года спор о морской границе побудил китайское правительство временно приостановить весь экспорт редкоземельных металлов в Японию. Эти события отразились и на международном рынке. Цены на «редкие земли» взлетели, поскольку технологические компании начали забивать запасы, чтобы защитить себя от возможного будущего срыва поставок. Экономист Пол Кругман осудил американских политиков за то, что те позволили Китаю заполучить «монопольное положение, которое даже в самых смелых снах не снилось нефтяным тиранам Ближнего Востока».

Мировое производство редкоземельных элементов с 1950 по 2000 год: Китай в лидерах

Шесть лет спустя опасения по поводу власти над «редкими землями» в Китае оказались необоснованными. Страх побудил другие страны наращивать собственное производство редкоземельных металлов и ослабить хватку Китая. В конце 2014 года Всемирная торговая организация вынесла решение против Китая из-за неправильной торговой практики, вынуждая правительство полностью отменить квоты на редкоземельные элементы. Цены резко упали.

Тем не менее страх перед будущей нехваткой редкоземельных элементов возымел длительный эффект на политику США, что побудило Министерство энергетики вливать миллионы в исследования на тему сокращения использования «редких земель» и восстановления их из уже существующих продуктов. Некоторые отрасли отказались от них — Tesla не использует редкоземельные элементы в своих батареях или двигателях — но в некоторых отраслях это пока не представляется возможным. И спрос на эти металлы будет только расти.

«В экономике, где использование редкоземельных элементов растет, нельзя просто свернуть с пути», говорит Кинг. «В конце концов, придется открывать новые шахты».

В мрачных казематах американского разведывательного сообщества царила напряженная атмосфера. Стояло лето 1974 года, и после шести лет подготовки операция по спасению подводной лодки подходила к кульминации. Hughes Glomar Explorer, 36000-тонный корабль, спроектированный для подъема целой подлодки, был уникальным в своем роде. Специальные двери распахивались ниже ватерлинии прямо посреди океана. Трехкилометровая система выдвижных свай, оснащенных клешневым захватом, должна была опустить на морское дно и захватить советское судно.

Hughes Glomar Explorer

Операция стала сплошным разочарованием. Когда подлодку поднимали на поверхность, она развалилась на две части. Две трети обломков, включая ядерные ракеты и военно-морские кодовые книги погрузились обратно на морское дно. Помимо тел шести военно-морских офицеров СССР, непонятно, что еще мог вытащить Hughes Glomar Explorer. Как рассказал Gizmodo Уилтшир, «есть по меньшей мере три версии того, как разворачивалась эта история. Мы никогда не узнаем точно, сколько чего они достали».

ЦРУ задумало вторую миссию по спасению подлодки. Но прежде чем она получила одобрение (если бы получила), репортер Джек Андерсон, который шел по следу проекта AZORIAN, сорвал покровы с истории на национальном телевидении. Очень скоро история появилась на первых страницах Los Angeles Times, Washington Post и The New York Times.

Последующие миссии восстановления были отменены, но Ocean Minerals Company, консорциум во главе с Lockheed Martin, который разрабатывал технологии горнодобывающих работ для восстановления подлодки, провел следующие несколько лет, управляя Hughes Glomar Explorer вокруг зоны Кларио-Клиппертон — квадрата в 3,5 миллиона кв. миль в восточной части Тихого океана — и проводя эксперименты по глубоководной добыче ресурсов.

«Горнодобывающее оборудование для океана, построенное ЦРУ, на самом деле работало, — говорит Уилтшир. — Ocean Minerals Company решила добывать марганцевые конкреции и работала с судном до начала 1980-х годов». Эти экспедиции привлекли внимание к богатствам на дне океана, ряд других госучреждений и частных компаний начал спонсировать собственные усилия по разработке глубоководных районов океана.

Марганцевая конкреция

С 1960-х годов горнодобывающие компании привлекали марганцевые конкреции по большей части из-за никеля, меди и кобальта. Но со временем геологи узнали, что эти камни также содержат редкоземельные оксиды, в том числе дорогие и очень редкие. «Все крупные наземные месторождения в мире представлены почти исключительно легкими редкоземельными элементами, — говорит Джим Хайн, специалист по океаническим минералам в Геологической службе США. — В отложениях на дне океана процент тяжелых редкоземельных элементов выше. Это основное отличие».

На первый взгляд, концентрация редкоземельных элементов в марганцевых конкрециях — порядка 0,1% — может показаться слишком низкой, чтобы окупиться коммерчески. Но по словам Майка Джонстона, генерального директора Nautilus Minerals, занимающейся разработкой океанских недр, редкоземельные элементы можно экстрагировать наряду с другими ценными рудами.

«Эти породы, по сути, выступают марганцевой губкой, пропитанной кучей других металлов, — рассказал Джонстон. — Чтобы извлечь другие металлы, нужно разорвать связи, химически или воздействием высоких температур. После этого, теоретически можно извлечь каждый металл, в том числе и редкоземельный».

На сегодняшний день глобальная редкоземельная промышленность производит чуть более 100 000 тонн металлов в год. В одной только зоне Кларион-Клиппертон, по оценкам, находится 15 миллионов тонн редкоземельных оксидов, запертых в марганцевых конкрециях.

Вопрос, конечно же, не в том, что на дне океана имеются эти элементы. Вопрос в том, можно ли их добывать так, чтобы такой бизнес имел смысл.

Прошло сорок лет с тех пор, как проект AZORIAN положил начало глубоководной горнодобывающей промышленности. Мы не только обнаружили потенциальное состояние в марганцевых конкрециях, но и множество других соблазнительных ресурсов, в том числе сульфидные месторождения, образованные подводными вулканами, и глубоководные железомарганцевые корки, которые тоже содержат редкоземельные элементы.

Но пока ни одна компания не начала разрабатывать морское дно в коммерческих целях.

Открытый океан — это уже не Дикий Запад. С момента первого отплытия Hughes Glomar Explorer, ООН приняла Конвенцию о море, чтобы регулировать промышленность в открытом море. В результате группа под названием Международный орган по морскому дну (ISA) несет ответственность за разграничение зон глубинных горных работ на море и выдачу скупых разрешений в международных водах.

На сегодняшний день более десятка компаний получили лицензии на исследование залежей марганцевых конкреций в зоне Кларион-Клиппертон, но никто пока не получил разрешения на фактическую добычу. Сначала ISA должен подготовить правила, чтобы разработка морских недр не превратилась в шоу по метанию каловых масс, которое начинается, когда люди получают в свои руки новый кусок сырья Земли.

Многих экологов прямо-таки ужасает перспектива того, как голодные до прибыли корпорации начнут скрести, рыть и вырубать хрупкую экосистему морского дна в поисках ценных металлов. «Речь идет о 100-процентном нарушении экологических условий в искомой области, — говорит Уилтшир. — И поскольку эти отложения тонкие, область будет большой».

Мы думаем о глубоком океане как о холодной водяной пустоши, но марганцевые конкреции и другие богатые металлами недра изобилуют рыбой и морскими беспозвоночными. Эта живность, как правило, географически ограничена и не любит нарушения условий своего пребывания. Морской биолог Крейг Смит в 2013 году отмечал, что организмам, живущим в зоне Кларион-Клиппертон могут потребоваться тысячи или миллионы лет, чтобы оправиться от последствий добычи полезных ископаемых.

Опасения, поднятые Смитом и другими, побудили ISA вырезать обширную полосу из этой зоны — порядка 550 000 квадратных миль — для долгосрочного сохранения. Но защищенная вода тоже может почувствовать последствия добычи полезных ископаемых. Поднятый осадок, питательные вещества и даже токсичные металлы в процессе добычи могут снизить качество воды, повлиять на пелагических рыб и морских млекопитающих.

Помимо экологических проблем, у потенциальных шахтеров будет еще одна проблема: огромный финансовый риск.

Несмотря на то, что технологии по разработке морского дна развиваются — Nautilus Minerals планирует добывать первые сульфидные месторождения на морском дне в 2018 году — наша способность сбора марганцевых конкреций остается ограниченной. У нас пока нет горнодобывающих систем, способных буксировать тысячи тонн породы на поверхность с глубины в 3000 метров. Пока никто не ответил на вопрос: как добывать этот материал?

Любой компании, которая решится на этот шаг, придется хорошо потратиться на R&D и на исследования, областей дна, в которых конкреции наиболее концентрированы. Это как добывать полезные ископаемые на астероидах. Эксперты считают, что глубоководная разработка полезных ископаемых в океане неизбежна.

Сорок лет назад правительство США вложило сотни миллионов в смелую инициативу поднять часть военной техники со дна океана. Отважатся ли частные компании на такой же шаг, чтобы получить доступ к ценным редкоземельным металлам. Ставки не так высоки, как во времена, когда две сверхдержавы были на грани ядерной войны. Но в будущем могут вырасти. На планете больше 7 миллиардов людей, которые все больше хотят иметь доступ к технологиям. Поскольку общество переходит от ископаемого топлива к более чистым источникам энергии и более тихим транспортным средствам, спрос на «редкие земли» и другие экзотические металлы будет только расти.

Опубликовано на сайте: 2016-05-03