Заправляясь на бензоколонке или поворачивая газовый кран, большинство из нас редко обращает внимание на то, насколько зависима энергетическая инфраструктура от стали. Все звенья в цепи доставки энергии, включая разведку, добычу и очистку горючих полезных ископаемых и генерирование электроэнергии, во многом основаны на использовании железа. Но надежность добывающей техники и трубопроводов определяется не только его прочностью. Если бы «Тандер Хорс» была изготовлена из чистого железа, атомы которого легко скользят друг по другу, то она рухнула бы под тяжестью собственного веса. Прочность стали зависит от правильного баланса между железом и углеродом. Чистое железо отличается мягкостью, но углерод перестраивает пространственную решетку его атомов, в результате чего они утрачивают способность скользить друг по другу. Так и создается твердая сталь [26]. Но добавьте слишком много углерода, и получился в чугун, очень хрупкий и легко разбивающийся при ударе.
Веками сталь производилась в малых количествах с помощью дорогостоящих технологий, не допускающих масштабного применения. Но в 1856 г. случайное открытие английского изобретателя Генри Бессемера привело к созданию процесса, позволяющего соблюдать баланс между углеродом и железом в промышленном производстве. Это изобретение, используемое и в наши дни, оказало огромное влияние на развитие современной сталелитейной промышленности. Подобно многим новациям в металлургической промышленности, бессемеровский процесс возник из потребности в совершенствовании вооружений [27]. В 1854 г. Бессемер встретился с Наполеоном III, желавшим иметь более качественный металл для улучшения технических характеристик своей артиллерии. Для Бессемера, по его собственным словам, это стало «искрой, воспламенившей одну из величайших революций. Я непрерывно думал о том, как повысить качество железа для производства пушек» [28].
Все произошло летом 1856 г. Как-то раз Бессемер открыл дверцу экспериментальной печи с наддувом и заметил в ней несколько кусочков чугуна (железа с высоким содержанием углерода), лежавших у края печи. Они не плавились. Должно быть, температура недостаточно высока, подумал он и увеличил подачу горячего воздуха. Через полчаса Бессемер с удивлением обнаружил: кусочки чугуна с виду никак не изменились. Он взял кочергу, чтобы столкнуть их в ванну для расплавленного металла, но обнаружил, что они представляют собой тонкие скорлупки из чистого железа, из которого полностью удален углерод. Случайно оказалось, что подаваемый в печь воздух обдувал кусочки раскаленного чугуна, повышая температуру и удаляя из них углерод. Внешний источник тепла всегда считался необходимым, чтобы поддерживать в печи достаточно высокую температуру и не допустить застывания расплавленного железа. А вдруг, подумал Бессемер, направляя холодный воздух на расплавленный металл, удастся превратить весь хрупкий чугун в чистое железо?
В результате он построил другой экспериментальный конвертер с шестью трубками под днищем камеры для подачи воздуха. Он открыл вентили, и воздух начал продуваться через расплавленный чугун. Бессемер так описывает то, что произошло потом: «Все шло как обычно примерно десять минут. Но вскоре произошло быстрое изменение; фактически весь кремний оказался полностью поглощен, и кислород, соединяясь с углеродом, создавал все усиливающиеся потоки искр, после чего последовало несколько несильных взрывов, сопровождавшихся выбросами в воздух расплавленного шлака и металла, и мой аппарат превратился в подобие настоящего вулкана в состоянии активного извержения. Никто не мог подойти к конвертеру, чтобы перекрыть подачу воздуха» [29].
Когда извержение утихло, Бессемер слил расплавленный металл в форму. Металл остыл и превратился в прочный стержень. Он взял плотницкий топор и трижды ударил по стержню. Каждый раз топор глубоко проникал в мягкий металл, но не разбивал его вдребезги, как можно было ожидать в случае с хрупким чугуном. Бурная химическая реакция поддерживала высокую температуру в конвертере, делая ненужной подачу тепла извне. В результате образовывалась новая разновидность железа с низким содержанием углерода – так называемая бессемеровская сталь [30].
Новаторская технология Бессемера лежит в основе современных методов выработки стали. Получаемый с ее помощью материал не только более прочный, упругий и ковкий, чем мягкая сталь. Он и производится намного быстрее, а главное, дешевле. Традиционный процесс производства стали предполагает медленное нагревание вместе с древесным углем и занимает десять дней. Стоимость полученной таким образом тонны стали составляла более 50 фунтов (около 6 тыс. долл. по пересчету на сегодня [31]). Новая технология позволила вдесятеро удешевить процесс. До нее сталь была настолько дорогой, что могла использоваться лишь для изготовления небольших, имеющих высокую ценность предметов (мечи, ножи и некоторые инструменты). Зато теперь корабли, мосты, железнодорожные рельсы, паровые котлы и многие механизмы создаются из дешевой, прочной стали, имеющейся в изобилии. Даже простой гвоздь можно теперь сделать быстро и дешево, без длительного и тяжелого процесса ковки [32].
Бессемеровский процесс вскоре быстро распространился по всему миру. Альфред Крупп одним из первых приобрел лицензию; к 1867 г. он имел 18 конвертеров и лидировал на европейском континенте в производстве бессемеровской стали [33]. Производство возросло особенно заметно, когда новая технология начала применяться в США. В 1892 г. Америка довела выпуск стали до 4 000 000 тонн в год. В статье, опубликованной в Times в 1893 г., утверждалось: стоимость золота, добытого за три года во всех рудниках мира, равняется стоимости бессемеровской стали, выплавленной за год.
Бессемер был не просто специалистом по выплавке стали, но и настоящим изобретателем, инженером и бизнесменом [34]. Он верил, что сделал открытие благодаря тому, что не следовал традиционным способам изготовления железа. Утверждение, что подача холодного воздуха может очистить расплавленное железо от углерода, не вызывая его застывания, многим казалось несерьезным.
Но самое раннее и самое прибыльное изобретение Бессемера касалось не железа. Однажды старшая сестра попросила его помочь украсить альбом с рисунками тюльпанов и хризантем, которые разводил их отец. Тогда он отправился в магазин, расположенный в лондонском районе Клеркенвелл, чтобы заказать «золотой пудры», в действительности бронзовой. Придя на следующий день за покупкой, он был крайне удивлен высокой ценой в семь шиллингов (около 40 долл. в нынешних деньгах) за унцию. Бессемер был уверен, что сможет придумать более дешевый способ изготовления порошка, и добился цели, не имея никакого опыта. Успех обеспечил ему уверенность в своих силах и финансовые средства для работы изобретателя и инженера. Как вспоминал позднее сам Бессемер, просьба сестры оказалась «чревата чрезвычайно важными для меня последствиями; она фактически изменила всю мою жизнь, сделав возможным и огромное изменение в производстве железа и стали во всем мире» [35].
Прессы для выжимания сока из сахарного тростника, плавильные печи на солнечной энергии и станки для шлифовки бриллиантов также находились в сфере изобретательских интересов Бессемера. Поскольку устремления его разума обуздывались практицизмом бизнесмена, то он основывал свои изобретения на простом правиле: создавать продукты, которые хотели бы иметь потребители, но меньшей цены и более высокого качества, чем уже существующие.
