6779-1 (Цивилизация богов. Прогноз развития науки и техники в 21-м столетии), страница 7

В ближайшей перспективе при помощи нанотехнологий планировалось производить каталитические матрицы повышенной сложности, с появлением которых ожидался прорыв в технологиях синтеза сложных химических соединений. Каталитические матрицы повышенной сложности являлись мини-фабриками, производящими конечный продукт путем последовательного осуществления каталитических реакций при минимальных энергетических затратах.

На общем фоне сложных задач, возлагаемых на технологии молекулярной сборки, несколько в стороне осталась сборка конструкционных материалов из неорганических соединений. Потребность промышленности в подобных материалах была очень большой и требовала налаженного крупнотоннажного производства. Это требование наложило свой отпечаток на технологические решения, реализуемые в технологиях молекулярной сборки конструкционных материалов в больших объемах. На многих предприятиях в различных отраслях промышленности были построены автоматические линии большой производительности, производящие материалы и готовые детали, которые обладали свойствами близкими к теоретически возможным свойствам. Множество технологий молекулярной сборки, основанных на избирательном выделении элементов из растворов и газовых смесей, обменных химических реакциях, физических эффектах, применялись для изготовления особо важных деталей в авиастроении, космостроении, автомобилестроении, станкостроении и других отраслях.

Параллельно быстрыми темпами развивалась каталитическая химия, также использующая методы молекулярного воздействия, берущие свое начало от катализаторов-прототипов естественного происхождения. Катализаторы заняли подобающее им достойное место в химическом производстве. С их помощью удалось на порядок снизить энергетические потребности химии по сравнению с началом века и примерно в сто раз уменьшить загрязняющие окружающую среду выбросы. Правда, эти цифры были усредненными. Не все производства в мире соответствовали уровню последних научных достижений и технологических решений. Множество стран третьего мира вынуждены были содержать и дотировать неконкурентоспособные химические производства исходя из экономических и политических соображений, чтобы обеспечить занятость среди населения, и сохранить существующий экономический уклад.

Совершенствование катализаторов происходило без оглядки на социальные и политические проблемы некоторых государств, согласно законам развития сложных технических систем. На практике уже использовались разнообразные несложные катализаторы, способствующие оптимальному прохождению той или иной конкретной химической реакции. Было разработано также несколько десятков более сложных катализаторов, позволяющих реализовать последовательно две и более химических реакций. Усилия ученых и технологов были направлены на получение эволюционирующих катализаторов. Такие катализаторы предназначались для производства сложных химических соединений в технологических пространствах малых объемов. В процессе функционирования, в зависимости от условий среды они предсказуемо изменяли свои каталитические свойства, причем этим процессом можно было управлять.

Влияние общественного мнения на решение экологических проблем было весьма значительным. Любые новации в области улучшения земной экологии находились под пристальным вниманием общественности. Появление новых технологий позволило приступить к созданию безотходных производств. Концепция безотходного производства базировалась на идее, согласно которой любые промышленные отходы есть не что иное, как сырье для производства полезных материалов и веществ. В рамках этой концепции было построено несколько безотходных химических производств, имеющих замкнутый цикл и не загрязняющих окружающую среду. Главную роль в реализации концепции безотходного производства сыграли катализаторы последовательного действия, которые являлись новейшими разработками. Это были сложные химические соединения, имеющие несколько каталитических центров, каждый из которых активировался при установлении определенных параметров рабочей среды. Эти новейшие инструменты нанотехнологий можно было назвать молекулярными роботами, выполняющими запрограммированные функции. В отличие от компьютерных программ, разработанных человеком с нуля, катализаторы последовательного действия реализовывали готовые программы, отобранные из множества потенциальных программ, созданных самой Природой. Проектирование катализаторов последовательного действия являлось трудоемким занятием, поскольку требовало учета изменений молекулярной структуры катализатора в зависимости от параметров рабочей среды. Несмотря на огромную вычислительную мощность компьютерной сети, успехи в этом направлении были единичными. Однако это было приоритетное направление, поскольку оно способствовало уменьшению вредного влияния цивилизации на окружающую среду. В ближайшее время совершенствование катализаторов последовательного действия обещало привести к технологическому прорыву во многих отраслях производства.

Это было время реализации еще одной экологической концепции – повсеместного применения саморазрушающихся после выполнения своих функций материалов. Работа любых промышленных предприятий, согласно представлениям этой концепции, не должна была приводить к накоплению долговременных отходов. Для выполнения этого требования необходимо было создать условия для саморазрушения отходов и их разложения на простые составляющие. На практике процесс саморазрушения отходов производства невозможно было реализовать со стопроцентным эффектом, но даже первые несовершенные технологии способствовали уменьшению количества свалок промышленных отходов, и препятствовали образованию новых. Некоторые технологии изготовления саморазрушающихся материалов были разработаны ранее, однако их применение требовало значительных денежных вложений в модернизацию производства, что не всегда могло быть осуществлено. Кроме этого свою негативную роль сыграло мнение многих специалистов, считающих, что превращать отработанные материалы в простые соединения все равно, что бросать деньги на ветер. Гораздо эффективнее появляющиеся отходы собирать и перерабатывать. Однако такие специалисты предлагали бороться с последствиями, а не с причинами загрязнения окружающей среды. Причинами являлось массовое производство материалов чуждых земной биосфере, и непредсказуемое поведение человека при выполнении им задач по сбору бытовых и промышленных отходов. К сожалению, общий культурный уровень человечества был все еще низок, что препятствовало реализации многих проектов, требующих сознательного и скрупулезного исполнения, в частности проектов по сбору и переработке различных отходов в планетарном масштабе. Ликвидация долговременных накоплений отходов в принципе решала проблему загрязнения окружающей среды и не требовала присутствия человеческого фактора.

В последние годы в области производства саморазрушающихся материалов заработали экономические законы, понятные всем. Уменьшение себестоимости производимой химической продукции и внедрение новейших технологий синтеза химических соединений, позволили поставить производство саморазрушающихся материалов на крепкий фундамент финансовой прибыли. Основную долю производимой продукции составляла саморазрушающаяся тара и упаковка, в первую очередь по причине повсеместного и массового ее применения. Наряду с этим предпринимались попытки оптимизировать состав и структуру отходов целого ряда производств, с целью сделать их способными к быстрому разрушению в естественных природных условиях. Это были попытки подхода к решению проблемы с неожиданной, противоречащей логике, стороны, попытки идти от следствия к причине, от разработки универсального набора саморазрушающихся отходов к изменению технологий, продуцирующих эти отходы. Необходимо заметить, что попытки эти обгоняли время, и носили во многом академический и волевой характер.

Объединение компьютерных моделей химических веществ в единую базу данных породило новые возможности для виртуального моделирования и отработки «под ключ» химических технологий. Для этого было произведено усложнение химического уровня «единого пространства виртуального моделирования». Усложнение заключалась в учете дополнительных физических параметров, которые не являлись существенными при построении моделей отдельных молекул, но имели существенное значение при моделировании технологий. Кроме этого, объединение химического и физического уровней являлось значимым шагом в эволюции компьютерного моделирования, шагом к универсализации «единого пространства виртуального моделирования». Конструирование и отработка химических технологий в «едином пространстве виртуального моделирования» требовали все большей вычислительной мощи компьютеров. Существовали миллиарды возможных сочетаний физических параметров, каждый из которых определял миллионы вариантов практического исполнения поставленной задачи. И даже практика использования при решении сложных задач свободных компьютерных мощностей величиной до одного миллиарда Терафлоп, ставшая привычной и повседневной, не всегда приводила к своевременному получению оптимального решения. Неявной, скрытой причиной этого являлось физическое устройство микромира, с присущими ему законами неопределенности, обязательный учет которых и порождал астрономическое число вариантов, требующих тщательного изучения. Несмотря на существующие трудности, ученые прогнозировали, что уже в скором будущем конструирование и отработка любых химических технологий будет вестись в «едином пространстве виртуального моделирования».

Единая база компьютерных моделей химических веществ пополнялась за счет моделей все более сложных по своей структуре и строению химических соединений. Так уж получилось, что в единой базе объединились результаты работы двух наук – химии и генетики, имеющих дело с объектами разного уровня сложности. Даже химия органического синтеза, изучающая сложные вещества на базе углерода, имела дело с молекулами на два-три порядка более простыми, чем белковые молекулы живых организмов. Поэтому, единая база данных изначально формировалась как состоящая из двух больших групп компьютерных моделей. Первая группа включала в себя модели молекул неорганических и несложных органических соединений. Вторая группа, объединившая в себе модели белковых молекул и других химических соединений, присущих живым организмам, по уровню сложности была несопоставима с первой группой. Различия в сложности двух групп моделей, определялись различием в сложности строения неорганических соединений и строения молекул, свойственных биологическим формам жизни.

Из множества возможных вариантов эволюции материи от неживых форм к Разуму, человечеству до сих пор был известен только один, остальные все еще оставались тайной за семью печатями. Поэтому технологии компьютерного моделирования, как ожидалось, в скором времени позволят приступить к моделированию нереализованных вариантов эволюции материи, от простых химических соединений к сложным формам, свойственным живым и самоорганизующимся системам. А пока что технологии компьютерного конструирования и моделирования в основном были направлены на разработку химических соединений разной степени сложности, необходимых медицине и промышленности. К концу третьего десятилетия удалось создать компьютерные модели и синтезировать в лабораторных условиях несколько достаточно сложных органических соединений с заданными свойствами – катализаторов, ферментов и других специализированных веществ. Дальнейшее усложнение объектов виртуального химического конструирования, требовало опережающей постановки целей, и как ни странно, теоретических и философских концепций создания иных форм жизни и путей развития цивилизации.

Одной из наиболее удачных разработок ученых стало создание семейства ранее несуществующих в природе фотокаталитических соединений, способных повторить процесс фотосинтеза, отшлифованный Природой, казалось бы, до совершенства, с более высоким коэффициентом полезного действия. Причем, каждый вид этих соединений максимально эффективно использовал энергию электромагнитного излучения определенной длины волны. При всей своей схожести с растительным хлорофиллом, представляющим достижения Природы в области фотокатализа, создание новых фотокаталитических соединений стало великим достижением человеческой мысли. Впервые была показана на практике возможность улучшения фундаментальных решений Природы, отшлифованных миллионами лет эволюции.

Спектр использования новых разработок был весьма широким. Фотокаталитические соединения применялись в сельском хозяйстве, энергетике и промышленности, а также в разработках генной инженерии. Например, одной из перспективных областей применения новых фотокаталитических соединений было создание искусственных микроорганизмов, способных производить кислород и органическое вещество на поверхности Марса и в верхних слоях атмосферы Венеры. Также важным фактором являлось то, что новые фотокаталитические соединения могли гармонично заменить хлорофилл в большинстве земных растений, не затрагивая при этом всю цепочку сложившихся биохимических реакций, то есть на практике была доказана возможность улучшения метаболизма земных растений путем замены молекул хлорофилла искусственными соединениями. Принудительное изменение метаболизма земных растений в планетарном масштабе, по прогнозам ученых, могла привести к изменению климата, состава атмосферы, видового состава биосферы, то есть несла в себе многие черты природной катастрофы. Поэтому, применение искусственных соединений для улучшения метаболизма земных организмов находилось под строгим контролем специальных служб. Главной их задачей и заботой было не допустить несанкционированное распространение искусственных соединений.

Целенаправленная многолетняя работа, направленная на получение веществ и материалов с заданными свойствами, привела вначале к теоретическим разработкам, а несколько позже к практическому получению новых классов химических соединений. Они стали основой новых материалов имеющих свойства, ранее не встречающиеся в природе. Так появились на практике некоторые материалы с уникальными свойствами, например имеющие аномально низкое трение в широком диапазоне температур, или обладающие чрезвычайно большой теплопроводностью, или, напротив, имеющие колоссальную теплоемкость. При разработке таких материалов ученые ориентировалось на достижение теоретически возможных свойств вещества, без устали преодолевая возникающие трудности.