فناوری‌های بنیادی و پیشرانه‌های دگرگونی قرن بیستم

یکی از مهم‌ترین تحولات قرن بیستم آن بود که کیفیت سازمان‌های صنعتی و اجتماعی را دگرگون کرد. اما دگرگونی در ساختار سازمان‌های صنعتی و اجتماعی بدون دستیابی به فناوری‌های جدید ممکن نبود.

قرن بیستم درکنار تغییرات ساختاری، پدیده‌های جدیدی را به دنیا معرفی کرد. سوخت و انرژی، موتورهای توربین گازی، نفت، الکتریسیته، نیروی هسته‌ای، بهبود صنعت آهن و فولاد، مصالح ساختمانی، پلاستیک، الیاف مصنوعی، لاستیک مصنوعی، فناوری‌های دارویی و بهداشتی، غذا و کشاورزی، مهندسی شهرسازی، حمل‌ونقل، ارتباطات، فناوری‌های نظامی، فناوری فضایی و رایانه‌ها از جمله پدیده‌هایی هستند که در این قرن معرفی یا دستخوش دگرگونی و پیشرفت بسیار شدند.

تاریخ این قرن در هر کدام از این زمینه‌ها نمونه‌های ارزشمندی از تلاش برای بهسازی و پیشرفت را در خود دارد. آنچه امروز در سال‌های نخست از دهه سوم قرن بیست‌ویکم پیرامون خود می‌بینیم، ریشه در پدیده‌ها، پیشرفت‌ها و ناکامی‌های فردی و گروهی قرن بیستم دارد.

اما مهم‌ترین ویژگی قرن بیستم، نه دسترسی به منابع معدنی و مواد جدید، بلکه گسترش دانش و همگانی شدن آن است که بستر پویا و شتابانی برای نوآوری و تبدیل شدن دیدگاه‌های نوین به محصولات/ خدمات گسترده همگانی را ایجاد کرده است. با این حال شناخت پیشرانه‌های دگرگونی در قرن بیستم و فناوری‌های بنیادین آن به درک مناسب از روندهای جاری و آینده کمک می‌کند.

سوخت و نیرو
تا پیش از موفقیت‌های سال 1945، هیچ نوآوری اساسی در زمینه سوخت و نیرو وجود نداشت، گرچه برخی پیشرفت‌های چشمگیر در روش‌های برگرفته از قرن گذشته بروز کرده بود. یک پیشرفت برجسته از این دست، ساخت موتور احتراق داخلی بود که برای رفع نیازهای وسایل نقلیه جادهای و هواپیماها پیوسته بهبود می‌یافت.

موتوری که سوخت‌های نفت سنگین را می‌سوزاند، توسط رودولف دیزل در دهه 1890 اختراع شد و برای خدمت به‌عنوان منبع تولید نیروی زیردریایی در جنگ جهانی اول توسعه یافت. سپس خود را با نیازهای حمل‌ونقل جاده‌ای سنگین و تراکتورهای کشاورزی سازگار کرد.

علاوه بر این تغییراتی که موتور بخار یافت و برای اهداف تخصصی مانند موتورهای هوایی به جای موتور رفت‌وبرگشتی از توربین گازی استفاده شد، از اهمیت نسبی برخوردار است. روشن است این سازگاری تا سال 1945 چندان ادامه پیدا نکرده بود. نخستین هواپیمای جت در پایان جنگ وارد خدمت شد. نظریه توربین گاز دست‌کم از دهه 1920 درک شده بود و در سال 1929 سر فرانک ویتل که بعدتر دوره مربی‌گری پرواز را در نیروی هوایی سلطنتی گذراند، آن را با اصل رانش جت در موتور ترکیب کرد.

ویتل یک سال پس از آن گواهی ثبت اختراع خود را گرفت. اما برای یک دهه به دلیل کمبود منابع و به‌ویژه نیاز به ساخت آلیاژهای فلزی جدید که بتواند در برابر دماهای بالای ناشی از کارکرد موتور مقاومت کند، ساخت یک موتور توربین گاز رضایت‌بخش عقب افتاد. پس از تولید آلیاژ نیکل کروم این مشکل حل شد و کار در آلمان و بریتانیا پس از رفع تدریجی سایر مشکلات ادامه یافت. به این ترتیب آنها با به‌کارگیری موتور جت در هواپیمای جنگی به برتری نظامی دست یافتند.

موتور توربین گاز
توربین گازی بر این پایه استوار شده که فشرده‌سازی و سوزاندن هوا و سوخت در محفظه احتراق و استفاده از اگزوز جت در این فرایند موجب واکنشی می‌شود که موتور را به جلو می‌راند. اگزوز موتور جت در شکل توربو که پس از جنگ جهانی دوم توسعه یافت، محوری را به حرکت درمی‌آورد که دارای یک پروانه معمولی بود.

یک موتور توربین گازی با ورود هوا از طریق روتور توربین، کار فشرده‌سازی را انجام می‌داد. گرچه توربین گاز برای کاربرد در حمل‌ونقل جاده‌ای، ریلی و دریایی آزمایش شده بود، اما به جز حمل‌ونقل هوایی مزایای آن تا کنون به گونه‌ای نبوده که رقیبی برای موتورهای سنتی شود.

نفت
تا آنجا که به موضوع سوخت مربوط است، توربینهای گاز قادر به سوزاندن بخش میانی نفت تصفیه‌شده (نفت سفید یا پارافین) هستند؛ ولی گرایش عمومی به گسترش کاربرد آن، موجب افزایش وابستگی کشورهای صنعتی به تولیدکنندگان نفت خام شد. به این ترتیب نفت خام به یک ماده با ارزش اقتصادی بسیار زیاد و دارای اهمیت سیاسی بین‌المللی تبدیل شد. پالایش نفت نیز با پیشرفت‌های فناوری مهمی همراه شد.

پالایش نفت تا قرن بیستم یک فرایند خطی و ساده بود که در جریان آن روغن گرم می‌شد تا تبخیر شود و بخش‌های مختلف به طور جداگانه تقطیر شود. جدا از پیشرفت‌ها در طراحی سکوها و عرضه دستگاه‌های تولید با جریان ثابت پیوسته، نخستین پیشرفت بزرگ در این حوزه در سال 1913 رخ داد و آن معرفی روش فعال‌سازی حرارتی بود.

در این فرایند بخش‌های سبک‌تر پس از تقطیر تحت فشار قرار می‌گرفت تا در نتیجه مولکول‌های سنگین به مولکول‌های سبک‌تر تبدیل شود و بنابراین بازدهی باارزش‌ترین سوخت، بنزین یا گازوئیل را افزایش دهد. کشف این توانایی برای تولید محصولات نفت خام متناسب با بازار، آغاز واقعی صنعت پتروشیمی است. در سال 1936 با معرفی روش فعال‌سازی کاتالیزوری صنعت پتروشیمی بیشتر تقویت شد. به این ترتیب با استفاده از کاتالیزورهای مختلف در فرایند تولید، ابزارهایی برای دست‌کاری بیشتر مولکول‌های مواد خام هیدروکربنی ساخته شد.

پلاستیک‌های مدرن در همین بستر توسعه یافت و تولید آنها در این ساختار دنبال شد. فرایندهای پتروشیمی تا پایان جنگ جهانی دوم به اندازه‌ای کارآمد شد که تولید در صنعت پتروشیمی بدون مواد زائد انجام شود.