An einem kühlen, bewölkten Sonntagmorgen in Spruce Pine, North Carolina, kommt Alex Glover frisch aus der Kirche und lässt sich auf die Plastikbank eines McDonald's-Standes gleiten. Er kramt durch seinen Rucksack und holt einen Plastiksandwichbeutel mit weißem Pulver heraus. "Ich hoffe, wir werden nicht verhaftet", sagt er. "Jemand könnte auf die falsche Idee kommen."
Glover ist ein kürzlich pensionierter Geologe, der jahrzehntelang in den Hügeln und Mulden der Appalachen, die diese winzige Stadt umgeben, nach wertvollen Mineralien gesucht hat. Er ist ein kleiner, runder Mann mit einer kleinen ovalen Brille, einem hübschen weißen Schnurrbart und passenden Haaren, die unter einer Jeep-Baseballkappe geklemmt sind. Er spricht mit einer mittelstarken Aussprache, die die erste Silbe hervorhebt und einige Vokale spannt, so dass wir CAWWfee trinken, während er erklärt, warum diese abgelegene Gegend für den Rest der Welt so enorm wichtig ist.
Fichtenkiefer ist kein wohlhabender Ort. Die Innenstadt besteht aus einem riesigen Bahnhof auf der anderen Straßenseite, der sich aus mehreren Blöcken zweistöckiger Backsteingebäude zusammensetzt, darunter ein lange geschlossenes Kino und mehrere leere Schaufenster.
Die bewaldeten Berge, die es umgeben, sind jedoch reich an allen Arten begehrenswerter Gesteine, von denen einige für ihre industrielle Nutzung geschätzt werden, andere für ihre reine Schönheit. Aber das Mineral in Glovers Tasche - schneeweiße Körner, weich wie Puderzucker - ist heutzutage bei weitem das wichtigste. Es ist Quarz, aber nicht irgendein Quarz. Wie sich herausstellt, ist die Fichtenkiefer die Quelle des reinsten natürlichen Quarzes - einer Art unberührten Sandes -, der jemals auf der Erde gefunden wurde. Diese ultrahohe Ablagerung von Siliziumdioxidpartikeln spielt eine Schlüsselrolle bei der Herstellung des Siliziums, das zur Herstellung von Computerchips verwendet wird. In der Tat gibt es eine ausgezeichnete Chance, dass der Chip, mit dem Ihr Laptop oder Mobiltelefon funktioniert, aus Sand aus diesem obskuren Appalachen-Backwater hergestellt wurde. "Es ist eine Milliarden-Dollar-Industrie hier", sagt Glover mit einem hupenden Lachen. „Ich kann es nicht sagen, wenn ich hier durchfahre. Du würdest es nie erfahren."
Sand hat im 21. Jahrhundert mehr denn je an Bedeutung gewonnen. Dies ist das digitale Zeitalter, in dem die Jobs, in denen wir arbeiten, die Unterhaltung, mit der wir uns ablenken, und die Art und Weise, wie wir miteinander kommunizieren, zunehmend vom Internet und den Computern, Tablets und Handys bestimmt werden, die uns mit dem Internet verbinden. Nichts davon wäre möglich, wenn es keinen Sand gäbe.
Die meisten Sandkörner der Welt bestehen aus Quarz, einer Form von Siliziumdioxid, auch als Kieselsäure bekannt. Hochreine Siliziumdioxidpartikel sind die wesentlichen Rohstoffe, aus denen wir Computerchips, Glasfaserkabel und andere Hightech-Hardware herstellen - die physischen Komponenten, auf denen die virtuelle Welt läuft. Die Menge an Quarz, die für diese Produkte verwendet wird, ist im Vergleich zu den Bergen, die für die Beton- oder Landgewinnung verwendet werden, winzig. Aber seine Auswirkungen sind unermesslich.
Über den Autor
Vince Beiser ist ein preisgekrönter Schriftsteller, dessen Arbeiten unter anderem in WIRED, Harper's, The Atlantic, Mother Jones und Rolling Stone erschienen sind. Als Absolvent der University of California in Berkeley lebt er in Los Angeles.
Der mineralogische Reichtum von Spruce Pine ist das Ergebnis der einzigartigen geologischen Geschichte der Region. Vor etwa 380 Millionen Jahren befand sich das Gebiet südlich des Äquators. Die Plattentektonik drängte den afrikanischen Kontinent nach Ostamerika und zwang die schwerere ozeanische Kruste - die geologische Schicht unter dem Wasser des Ozeans - unter den leichteren nordamerikanischen Kontinent. Die Reibung dieses kolossalen Mahlens erzeugte Hitze, die 2000 Grad Fahrenheit überschritt und das Gestein schmolz, das zwischen 9 und 15 Meilen unter der Oberfläche lag. Der Druck auf dieses geschmolzene Gestein drückte große Mengen davon in Risse und Spalten des umgebenden Wirtsgesteins, wo es Ablagerungen von sogenannten Pegmatiten bildete.
Es dauerte ungefähr 100 Millionen Jahre, bis das tief vergrabene geschmolzene Gestein abgekühlt und kristallisiert war. Dank der Tiefe, in der es begraben war, und dem Mangel an Wasser, in dem all dies geschah, bildeten sich die Pegmatite fast ohne Verunreinigungen. Im Allgemeinen bestehen die Pegmatite aus 65 Prozent Feldspat, 25 Prozent Quarz, 8 Prozent Glimmer und den restlichen Spuren anderer Mineralien. Inzwischen hat sich die Platte unter den Appalachen im Laufe von 300 Millionen Jahren nach oben verschoben. Das Wetter erodierte das freiliegende Gestein, bis die harten Formationen von Pegmatiten in der Nähe der Oberfläche zurückblieben.
Die amerikanischen Ureinwohner haben den glänzenden, funkelnden Glimmer abgebaut und für Grabdekorationen und als Zahlungsmittel verwendet. Amerikanische Siedler begannen im 19. Jahrhundert, in die Berge zu sickern und ihren Lebensunterhalt als Bauern zu bestreiten. Ein paar Goldsucher versuchten sich im Glimmergeschäft, wurden aber von der steilen Berggeographie gebremst. „Es gab keine Flüsse, keine Straßen, keine Züge. Sie mussten das Zeug auf dem Pferderücken herausholen “, sagt David Biddix, ein ungepflegter Amateurhistoriker, der drei Bücher über Mitchell County geschrieben hat, wo Spruce Pine sitzt.
Die Aussichten der Region verbesserten sich ab 1903, als die South and Western Railroad Company beim Bau einer Linie von Kentucky nach South Carolina eine Spur in die Berge einschnitt, ein Serpentinenwunder, das sich 20 Meilen hin und her schlängelt, um aufzusteigen nur 1.000 Fuß. Als diese Arterie nach außen endlich geöffnet war, begann sich der Bergbau zu beleben. Einheimische und Wildhüter gruben Hunderte von Schächten und offenen Gruben in den Bergen des sogenannten Spruce Pine Mining District, einem Landstrich von 40 x 16 km, der sich über drei Grafschaften erstreckt.
Glimmer wurde früher für Holz- und Kohleofenfenster sowie für die elektrische Isolierung in der Vakuumröhrenelektronik geschätzt. Mittlerweile wird es hauptsächlich als Spezialadditiv in Kosmetika und Dingen wie Dichtungsmassen, Dichtungsmassen und Trockenbau-Fugenmassen verwendet. Während des Zweiten Weltkriegs boomte die Nachfrage nach Glimmer und Feldspat, die in den Pegmatiten der Region in enormer Menge vorkommen. Wohlstand kam zu Fichtenkiefer. Die Stadt hat sich in den 1940er Jahren vervierfacht. Zu seiner Blütezeit hatte Spruce Pine drei Kinos, zwei Billardhallen, eine Bowlingbahn und zahlreiche Restaurants. Täglich kamen drei Personenzüge durch.
Gegen Ende des Jahrzehnts sandte die Tennessee Valley Authority ein Team von Wissenschaftlern nach Spruce Pine, um die Bodenschätze des Gebiets weiterzuentwickeln. Sie konzentrierten sich auf die Geldmacher, Glimmer und Feldspat. Das Problem war, diese Mineralien von den anderen zu trennen. Ein typisches Stück Fichten-Pegmatit sieht aus wie ein Stück seltsamer, aber verlockender Bonbons: Meist milchig weißer oder rosafarbener Feldspat, eingelegt mit glänzendem Glimmer, besetzt mit klarem oder rauchigem Quarz und hier und da mit dunkelrotem Granat und anderem gesprenkelt Farbige Mineralien.
Die Einheimischen gruben jahrelang einfach die Pegmatite aus und zerkleinerten sie mit Handwerkzeugen oder rohen Maschinen, wobei sie den Feldspat und den Glimmer von Hand abtrennten. Der übrig gebliebene Quarz galt als Müll, der bestenfalls als Bausand verwendet werden konnte und mit größerer Wahrscheinlichkeit zusammen mit den anderen Abfällen weggeworfen wurde.
In Zusammenarbeit mit Forschern des Minerals Research Laboratory der North Carolina State University im nahe gelegenen Asheville entwickelten die TVA-Wissenschaftler eine viel schnellere und effizientere Methode zur Abtrennung von Mineralien, die Schaumflotation. "Es hat die Branche revolutioniert", sagt Glover. "Es hat die Entwicklung von einer Einzelbranche mit wenigen Klicks zu einer Branche mit großen multinationalen Konzernen vollzogen."
Bei der Schaumflotation wird das Gestein durch mechanische Brecher geleitet, bis es zu einem Haufen gemischter Mineralkörner zersetzt wird. Sie entleeren diese Mischung in einen Tank, geben Wasser hinzu, um eine milchige Aufschlämmung zu erhalten, und rühren gut um. Fügen Sie als nächstes Reagenzien hinzu - Chemikalien, die an die Glimmerkörner binden und sie hydrophob machen, dh, sie möchten kein Wasser berühren. Leiten Sie nun eine Luftsäule durch die Gülle. Die Glimmerkörner haben Angst vor dem Wasser, das sie umgibt, und halten die Luftblasen wie wild fest. Sie werden bis zum oberen Ende des Tanks befördert und bilden einen Schaum auf der Wasseroberfläche. Ein Schaufelrad streift den Schaum ab und leitet ihn in einen anderen Tank, in dem das Wasser abgelassen wird. Voilà: Glimmer.
Der verbleibende Feldspat, der Quarz und das Eisen werden vom Boden des Tanks abgelassen und durch eine Reihe von Trögen in den nächsten Tank geleitet, wo ein ähnlicher Vorgang durchgeführt wird, um das Eisen herauszuschwimmen. Wiederholen Sie diesen Vorgang mehr oder weniger, um den Feldspat zu entfernen.
Es war der Feldspat, der in der Glasherstellung verwendet wird, der zuerst Ingenieure der Corning Glass Company in die Region lockte. Zu diesem Zeitpunkt galten die Quarzreste noch als unerwünschte Nebenprodukte. Aber die Ingenieure von Corning, die immer auf der Suche nach hochwertigen Materialien waren, die in den Glasfabriken zum Einsatz kommen sollten, bemerkten die Reinheit des Quarzes und begannen, ihn ebenfalls zu kaufen. Sie brachten ihn mit der Eisenbahn nach Norden zu Corning in Ithaca, New York, wo er sich befand wurde in alles von Fenstern zu Flaschen verwandelt.
Eine der größten Errungenschaften von Spruce Pine Quartz in der Glaswelt kam in den 1930er Jahren, als Corning einen Auftrag zur Herstellung des Spiegels für das größte Teleskop der Welt erhielt, der vom Palomar Observatory in Südkalifornien in Auftrag gegeben wurde. David O. Woodbury schreibt in The Glass Giant of Palomar, dass für die Herstellung des 200-Zoll-Spiegels mit 20 Tonnen in einem riesigen Ofen, der auf 2700 Grad Fahrenheit erhitzt wurde, Berge von Quarz geschmolzen werden mussten.
Sobald der Ofen heiß genug war, fingen drei Besatzungen von Männern an, Tag und Nacht rund um die Uhr durch eine Tür an einem Ende Sand und Chemikalien einzuschlagen. Die Zutaten schmolzen so langsam, dass nur vier Tonnen pro Tag hinzugefügt werden konnten. Nach und nach breitete sich der feurige Teich über den Boden des Ofens aus und stieg allmählich zu einem weißglühenden See auf, der 50 Fuß lang und 15 Fuß breit war. “Das Teleskop wurde 1947 im Observatorium installiert. Seine beispiellose Kraft führte zu wichtigen Entdeckungen über die Zusammensetzung der Sterne und die Größe des Universums selbst. Es ist noch heute in Gebrauch.
Spruce Pine-Quarz, das für dieses Teleskop von Bedeutung war, sollte bald eine weitaus wichtigere Rolle einnehmen, als das digitale Zeitalter begann.
Mitte der 1950er Jahre, Tausende von Kilometern von North Carolina entfernt, begann eine Gruppe von Ingenieuren in Kalifornien, an einer Erfindung zu arbeiten, die das Fundament der Computerindustrie werden sollte. William Shockley, ein bahnbrechender Ingenieur bei Bell Labs, der an der Erfindung des Transistors mitgewirkt hatte, war aufgebrochen, um eine eigene Firma in Mountain View, Kalifornien, zu gründen, einer verschlafenen Stadt, etwa eine Stunde südlich von San Francisco, in der Nähe, in der er aufgewachsen war. Die Stanford University war in der Nähe, und General Electric und IBM hatten Einrichtungen in der Gegend sowie eine neue Firma namens Hewlett-Packard. Aber das Gebiet, das zu der Zeit als Santa Clara Valley bekannt war, war noch immer hauptsächlich mit Aprikosen-, Birnen- und Pflaumenplantagen gefüllt. Es würde bald unter einem neuen Spitznamen viel bekannter werden: Silicon Valley.
Zu dieser Zeit erwärmte sich der Transistormarkt rasant. Texas Instruments, Motorola und andere Unternehmen konkurrierten um die Entwicklung kleinerer, effizienterer Transistoren, die unter anderem in Computern eingesetzt werden können. Der erste amerikanische Computer, ENIAC genannt, wurde während des Zweiten Weltkriegs von der Armee entwickelt. Es war 100 Fuß lang und 10 Fuß hoch und lief auf 18.000 Vakuumröhren.
Transistoren, winzige elektronische Schalter, die den Stromfluss steuern, boten eine Möglichkeit, diese Röhren zu ersetzen und diese neuen Maschinen noch leistungsfähiger zu machen, während sie gleichzeitig ihren Platzbedarf für Tumore verringern. Halbleiter - eine kleine Klasse von Elementen, einschließlich Germanium und Silizium, die Elektrizität bei bestimmten Temperaturen leiten und bei anderen blockieren - sahen aus wie vielversprechende Materialien für die Herstellung dieser Transistoren.
Beim Start von Shockley begann eine Schar junger Doktoranden jeden Morgen damit, Brennöfen bis zu Tausenden von Grad zu befeuern und Germanium und Silizium zum Schmelzen zu bringen. Tom Wolfe beschrieb die Szene einmal im Esquire-Magazin: „Sie trugen weiße Laborkittel, eine Schutzbrille und Arbeitshandschuhe. Als sie die Ofentüren öffneten, liefen seltsame Streifen von orangefarbenem und weißem Licht über ihre Gesichter… Sie senkten eine kleine mechanische Säule in die Gänsehaut, so dass sich am Boden der Säule Kristalle bildeten. Sie zogen den Kristall heraus und versuchten, ihn mit einer Pinzette in den Griff zu bekommen. Dann steckten sie ihn unter ein Mikroskop und schnitten ihn mit Diamantschneidern andere Sachen, in winzige Scheiben, Oblaten, Chips; In der Elektronik gab es keine Namen für diese winzigen Formen. “
Shockley war überzeugt, dass Silizium das vielversprechendere Material ist, und verlagerte seinen Fokus entsprechend. „Da er bereits das erste und bekannteste Halbleiterforschungs- und -herstellungsunternehmen hatte, haben alle, die mit Germanium gearbeitet hatten, aufgehört und auf Silizium umgestellt“, schreibt Joel Shurkin in seiner Biografie von Shockley, Broken Genius. "In der Tat würden wir ohne seine Entscheidung von Germanium Valley sprechen."
Shockley war ein Genie, aber in jedem Fall war er auch ein mieser Chef. Innerhalb weniger Jahre hatten mehrere seiner talentiertesten Ingenieure ihr eigenes Unternehmen gegründet, das sie Fairchild Semiconductor nannten. Einer von ihnen war Robert Noyce, ein entspannter, aber brillanter Ingenieur, der erst Mitte 20 war, aber bereits für sein Know-how mit Transistoren berühmt war.
Der Durchbruch gelang 1959, als Noyce und seine Kollegen einen Weg fanden, mehrere Transistoren auf einen einzigen fingernagelgroßen Splitter aus hochreinem Silizium zu pressen. Fast zeitgleich entwickelte Texas Instruments ein ähnliches Gadget aus Germanium. Noyces war jedoch effizienter und dominierte bald den Markt. Die NASA entschied sich für Fairchilds Mikrochip für das Weltraumprogramm, und der Umsatz stieg bald von fast nichts auf 130 Millionen US-Dollar pro Jahr. 1968 verließ Noyce das Unternehmen, um eine eigene Firma zu gründen. Er nannte es Intel und es dominierte bald die aufstrebende Industrie programmierbarer Computerchips.
Intels erster kommerzieller Chip, der 1971 herauskam, enthielt 2.250 Transistoren. Die heutigen Computerchips sind oft mit milliardenschweren Transistoren bestückt. Diese winzigen elektronischen Quadrate und Rechtecke sind das Gehirn unserer Computer, des Internets und der gesamten digitalen Welt. Google, Amazon, Apple, Microsoft, die Computersysteme, die die Arbeit vom Pentagon bis zu Ihrer lokalen Bank unterstützen - all dies und vieles mehr basiert auf Sand, der als Siliziumchips wieder hergestellt wird.
Das Herstellen dieser Chips ist ein teuflisch komplizierter Prozess. Sie benötigen im wesentlichen reines Silizium. Die geringste Verunreinigung kann ihre winzigen Systeme aus dem Gleichgewicht bringen.
Silizium zu finden ist einfach. Es ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Es kommt praktisch überall vor, wo es mit Sauerstoff zu SiO2, auch Quarz genannt, gebunden ist. Das Problem ist, dass es in reiner, elementarer Form niemals auf natürliche Weise vorkommt. Das Abtrennen des Siliziums ist sehr aufwändig.
Schritt eins ist die Verwendung von hochreinem Quarzsand, wie er für Glas verwendet wird. (Manchmal wird auch Stückquarz verwendet.) Dieser Quarz wird dann in einem leistungsstarken Elektroofen gestrahlt, wodurch eine chemische Reaktion entsteht, bei der ein Großteil des Sauerstoffs abgetrennt wird. Sie haben also das sogenannte Siliziummetall, das zu 99 Prozent aus reinem Silizium besteht. Für High-Tech-Anwendungen ist das jedoch bei weitem nicht gut genug. Silizium für Sonnenkollektoren muss zu 99, 999999 Prozent rein sein - sechs Neunen nach dem Komma. Computerchips sind noch anspruchsvoller. Ihr Silizium muss zu 99, 99999999999 Prozent rein sein - elf Neuner. "Wir sprechen von einem einsamen Atom von etwas, das unter Milliarden von Silizium-Gefährten kein Silizium ist", schreibt der Geologe Michael Welland in Sand: The Never-Ending Story.
Um dorthin zu gelangen, muss das Siliciummetall mit einer Reihe komplexer chemischer Prozesse behandelt werden. In der ersten Runde wird das Siliciummetall in zwei Verbindungen umgewandelt. Eines ist Siliciumtetrachlorid, das der Hauptbestandteil ist, der zur Herstellung der Glaskerne von Lichtleitfasern verwendet wird. Das andere ist Trichlorsilan, das zu Polysilicium weiterbehandelt wird, einer extrem reinen Form von Silicium, die später zum Hauptbestandteil von Solarzellen und Computerchips wird.
Jeder dieser Schritte kann von mehr als einem Unternehmen ausgeführt werden, und der Materialpreis steigt bei jedem Schritt stark an. In diesem ersten Schritt kostet 99 Prozent reines Siliziummetall etwa 1 US-Dollar pro Pfund. Polysilicium kann das 10-fache kosten.
Der nächste Schritt ist das Abschmelzen des Polysiliziums. Aber Sie können dieses exquisit raffinierte Material nicht einfach in einen Kochtopf werfen. Kommt die Siliziumschmelze mit der geringsten Menge der falschen Substanz in Kontakt, kommt es zu einer verderblichen chemischen Reaktion. Sie benötigen Tiegel aus einer Substanz, die sowohl die zum Schmelzen von Polysilicium erforderliche Hitze verträgt als auch eine molekulare Zusammensetzung, die es nicht infiziert. Diese Substanz ist reiner Quarz.
Hier kommt Quarz aus Fichtenkiefer ins Spiel. Es ist die weltweit wichtigste Rohstoffquelle für die Herstellung der Quarztiegel, in denen Polysilicium in Computerchip-Qualität geschmolzen wird. Ein Brand im Jahr 2008 in einer der größten Quarzfabriken in Spruce Pine hat die Versorgung des Weltmarktes mit hochreinem Quarz zeitweise fast zum Erliegen gebracht und Schauer in der Branche ausgelöst.
Heute dominiert ein Unternehmen die Produktion von Fichtenquarz. Unimin, ein 1970 gegründetes Unternehmen, hat nach und nach Spruce Pine-Minen aufgekauft und Wettbewerber aufgekauft. Bis heute beliefern die Quarzbetriebe des Unternehmens in North Carolina die meisten hoch- und hochreinen Quarze der Welt. (Unimin selbst ist jetzt eine Abteilung des belgischen Bergbaukonzerns Sibelco.)
In den letzten Jahren gelang es einem anderen Unternehmen, dem einfallsreichen Unternehmen mit dem Titel Quartz Corp, einen kleinen Anteil am Spruce Pine-Markt zu übernehmen. Es gibt nur sehr wenige Orte auf der Welt, an denen hochreiner Quarz hergestellt wird, und viele andere Orte, an denen Unternehmen nach mehr suchen. Aber Unimin kontrolliert den Großteil des Handels.
Der Quarz für die Tiegel muss ebenso wie das Silizium, das sie produzieren, fast absolut rein sein und so gründlich wie möglich von anderen Elementen befreit werden. Fichtenquarz ist zunächst hochrein und nach mehreren Schaumflotationsrunden noch reiner. Einige der Körner können jedoch noch eine interstitielle kristalline Kontamination aufweisen - Moleküle anderer Mineralien, die an die Quarzmoleküle gebunden sind.
Das ist frustrierend häufig. „Ich habe Tausende von Quarzproben aus der ganzen Welt ausgewertet“, sagt John Schlanz, Chefingenieur für Mineralienverarbeitung im Minerals Research Laboratory in Asheville, ungefähr eine Stunde von Spruce Pine entfernt. "Nahezu alle von ihnen haben Verunreinigungen in den Quarzkörnern eingeschlossen, die man nicht herausbekommen kann."
Einige Fichte Pine Quarz ist auf diese Weise fehlerhaft. Diese Körner werden für Bunker aus hochwertigem Strandsand und Golfplatz verwendet - vor allem für die salzweißen Fallen des Augusta National Golf Club, der Austragungsort des legendären Masters Tournament. Ein Golfplatz in den ölgetrunkenen Vereinigten Arabischen Emiraten importierte 2008 4.000 Tonnen dieses Sandes, um sicherzustellen, dass seine Sandfänger ebenfalls Weltklasse waren.
Der allerbeste Fichtenkiefernquarz hat jedoch eine offene Kristallstruktur, was bedeutet, dass Flusssäure direkt in die Kristallmoleküle injiziert werden kann, um verbleibende Spuren von Feldspat oder Eisen aufzulösen und die Reinheit noch weiter zu steigern. Die Techniker gehen noch einen Schritt weiter, indem sie den Quarz bei hohen Temperaturen mit Chlor oder Salzsäure umsetzen und ihn dann einem oder zwei weiteren geheimen Schritten der physikalischen und chemischen Verarbeitung unterziehen.
Das Ergebnis ist das, was Unimin als Iota-Quarz vermarktet, dem Industriestandard für Reinheit. Der Iota-Grundquarz besteht zu 99, 998 Prozent aus reinem SiO2. Es wird verwendet, um Dinge wie Halogenlampen und Photovoltaikzellen herzustellen, aber es ist nicht gut genug, um solche Tiegel herzustellen, in denen Polysilicium geschmolzen ist. Dafür benötigen Sie Iota 6 oder das Spitzenprodukt Iota 8, das eine Reinheit von 99, 9992 Prozent aufweist - das heißt, auf eine Milliarde SiO-Moleküle kommen nur 80 Moleküle Verunreinigungen. Iota 8 verkauft für bis zu 10.000 US-Dollar pro Tonne. Normaler Bausand am anderen Ende der Sandwaage kostet ein paar Dollar pro Tonne.
In seinem Haus zeigt mir Glover etwas Iota unter dem Mikroskop. Die gezackten kleinen Scherben sind durch die Linse des Instruments (selbst aus einem viel weniger reinen Quarzsand hergestellt) glasklar und hell wie Diamanten.
Unimin verkauft diesen ultrahochreinen Quarzsand an Unternehmen wie General Electric, die ihn schmelzen, spinnen und zu einer Art Salatschüssel aus milchigem Glas verschmelzen: dem Tiegel. „Man kann mit Sicherheit sagen, dass die überwiegende Mehrheit dieser Tiegel aus Fichtenquarz besteht“, sagt Schlanz.
Das Polysilicium wird in diese Quarztiegel gegeben, eingeschmolzen und zum Schleudern gebracht. Dann wird ein etwa bleistiftgroßer Silizium-Impfkristall hineingesenkt, der sich in die entgegengesetzte Richtung dreht. Der Impfkristall wird langsam zurückgezogen und hinter sich gezogen, was jetzt ein einziger riesiger Siliziumkristall ist. Diese dunklen, glänzenden Kristalle mit einem Gewicht von etwa 220 Pfund werden als Barren bezeichnet.
Die Barren werden in dünne Scheiben geschnitten. Einige werden an Solarzellenhersteller verkauft. Barren von höchster Reinheit werden hochglanzpoliert und an einen Chiphersteller wie Intel verkauft. Es ist eine florierende Multi-Milliarden-Dollar-Industrie im Jahr 2012.
Der Chiphersteller druckt Muster von Transistoren auf den Wafer unter Verwendung eines als Photolithographie bezeichneten Prozesses. Kupfer wird implantiert, um diese Milliarden von Transistoren zu integrierten Schaltkreisen zu verbinden. Sogar ein winziges Staubteilchen kann die komplizierten Schaltkreise des Chips zerstören. Dies alles geschieht in einem sogenannten Reinraum, in dem Reiniger die Luft tausende Male sauberer halten als in einem Operationssaal eines Krankenhauses. Die Techniker tragen eine weiße Uniform, die alles bedeckt und liebevoll als Hasenanzug bezeichnet wird. Um sicherzustellen, dass die Wafer während der Herstellung nicht verunreinigt werden, werden viele der Werkzeuge, die zum Bewegen und Manipulieren verwendet werden, wie die Tiegel, aus hochreinem Quarz hergestellt.
Die Wafer werden dann in winzige, unglaublich dünne viereckige Chips geschnitten - Computerchips, das Gehirn Ihres Mobiltelefons oder Laptops. Der gesamte Prozess erfordert Hunderte von präzisen, sorgfältig kontrollierten Schritten. Der dabei entstehende Chip ist mit Sicherheit eines der kompliziertesten von Menschenhand hergestellten Objekte auf der Erde, das jedoch mit dem häufigsten Material auf der Erde hergestellt wurde: einfachem Sand.
Die Gesamtmenge an hochreinem Quarz, die jedes Jahr weltweit produziert wird, wird auf 30.000 Tonnen geschätzt - weniger als die Menge an Bausand, die in den USA stündlich produziert wird. (Und selbst Bausand ist sehr gefragt; es gibt einen blühenden Schwarzmarkt.) Nur Unimin weiß genau, wie viel Fichtenzirbenquarz produziert wird, da hier keine Produktionszahlen veröffentlicht werden. Es ist eine Organisation, die für ihre Geheimhaltung bekannt ist. „Fichtenkiefer war früher eine Tante-Emma-Operation“, sagt Schlanz. „Als ich dort zum ersten Mal gearbeitet habe, konnte man einfach in eine der Operationen gehen. Sie könnten einfach über die Straße gehen und sich ein Gerät ausleihen. “
Heutzutage erlaubt Unimin nicht einmal Mitarbeitern des Mineralienforschungslabors, sich in den Minen oder Verarbeitungsbetrieben aufzuhalten. Auftragnehmer, die für Reparaturarbeiten herangezogen werden, müssen Geheimhaltungsvereinbarungen unterzeichnen. Wann immer möglich, erklärte Vizepräsident Richard Zielke kürzlich in Gerichtsakten, teilt das Unternehmen die Arbeit auf verschiedene Auftragnehmer auf, damit niemand zu viel lernen kann.
Aus demselben Grund kauft Unimin Geräte und Teile von mehreren Anbietern. Glover hat von Auftragnehmern gehört, denen in den Verarbeitungsbetrieben die Augen verbunden sind, bis sie in dem Bereich ankommen, in dem sie arbeiten, und von einem Mitarbeiter, der vor Ort entlassen wurde, weil er jemanden ohne Erlaubnis hereingebracht hat. Er sagt, das Unternehmen erlaube seinen Mitarbeitern nicht einmal, mit denen ihrer Konkurrenten in Kontakt zu treten.
Es war schwer, sich Glovers Geschichten anzuschauen, weil Unimin nicht mit mir sprach. Im Gegensatz zu den meisten großen Unternehmen gibt es auf der Website keinen Ansprechpartner für einen Pressesprecher oder einen Vertreter der Öffentlichkeitsarbeit. Mehrere E-Mails an ihre allgemeine Anfrageadresse blieben unbeantwortet. Als ich die Unternehmenszentrale in Connecticut anrief, schien die Frau, die den Anruf entgegennahm, vom Konzept eines Journalisten, der Fragen stellen wollte, verwirrt zu sein.
Sie hat mich für ein paar Minuten in die Warteschleife gelegt und mir dann mitgeteilt, dass das Unternehmen keine PR-Abteilung hat. Wenn ich aber meine Fragen faxe (faxe!), Kann sich jemand bei mir melden. Irgendwann habe ich mich mit einer Führungskraft von Unimin in Verbindung gesetzt, die mich gebeten hat, ihr meine Fragen per E-Mail zu senden. Ich habe es so gemacht. Die Antwort: „Leider sind wir zum jetzigen Zeitpunkt nicht in der Lage, Antworten zu geben.“
Also habe ich den direkten Ansatz versucht. Wie alle Bergbau- und Verarbeitungsanlagen für Quarz in der Region ist auch das Unimin Schoolhouse Quartz Plant in einem Tal inmitten dicht bewaldeter Hügel von einem Zaun mit Stacheldraht umgeben. Sicherheit ist nicht gerade auf dem Niveau von Fort Knox, aber die Botschaft ist klar.
An einem Samstagmorgen schaue ich mir mit David Biddix die Anlage an. Wir parken gegenüber dem Tor. Ein Schild weist darauf hin, dass der Bereich videoüberwacht ist und weder Waffen noch Tabak drinnen erlaubt sind. Sobald ich ein paar Fotos machen wollte, tauchte eine matronenhafte Frau in einer Wachmannuniform aus dem Torhaus auf. "Watcha doin '?", Fragt sie im Gespräch. Ich lächle sie freundlich an und sage ihr, dass ich Journalistin bin und ein Buch über Sand schreibe, einschließlich der Bedeutung des Quarzsandes in dieser Einrichtung. Sie nimmt das alles skeptisch auf und bittet mich, Unimins Büro am folgenden Montag anzurufen, um die Erlaubnis zu erhalten.
"Klar, das mache ich", sage ich. „Ich möchte nur mal einen Blick darauf werfen, solange ich hier bin.“„Nun, bitte mach keine Fotos“, sagt sie. Es gibt nicht viel zu sehen - ein paar weiße Sandhaufen, ein paar Metalltanks, ein rotes Backsteingebäude in der Nähe des Tors - also stimme ich zu. Sie stolpert wieder hinein. Ich stecke meine Kamera weg und ziehe mein Notizbuch heraus. Das bringt sie gleich wieder raus.
„Du siehst nicht aus wie ein Terrorist“- sie lacht entschuldigend - „aber heutzutage weißt du es nie. Ich bitte dich zu gehen, bevor ich mürrisch werde."
"Ich verstehe", sage ich. „Ich möchte nur ein paar Notizen machen. Und überhaupt, das ist eine öffentliche Straße. Ich habe das Recht, hier zu sein."
Das missfiel ihr wirklich. "Ich mache meinen Job", schnappt sie. "Ich mache meins", erwidere ich.
„Also gut, ich mache mir auch Notizen“, erklärt sie. „Und wenn etwas passiert.. Sie lässt die Konsequenzen unklar, geht zu meinem Mietwagen, notiert das Autokennzeichen und fragt auf dem Beifahrersitz nach dem Namen "Mein Begleiter". Ich möchte Biddix nicht in Schwierigkeiten bringen, also lehne ich höflich ab, springe ein und fahre los.
Wenn Sie wirklich ein Gefühl dafür haben möchten, wie eifrig Unimin seine Geschäftsgeheimnisse hütet, fragen Sie Tom Gallo. Er arbeitete für die Firma und hatte dann jahrelang sein Leben ruiniert.
Gallo ist ein kleiner, schlanker Mann in den Fünfzigern, der ursprünglich aus New Jersey stammt. Er zog nach North Carolina, als er 1997 von Unimin eingestellt wurde. An seinem ersten Arbeitstag wurde ihm eine Vertraulichkeitsvereinbarung ausgehändigt. Er war überrascht, wie restriktiv es war und hielt es nicht für fair. Aber da war er, draußen in Spruce Pine, mit all seinen Besitztümern in einem fahrenden Lastwagen. Sein Leben in New Jersey war bereits hinter sich gelassen. Also unterschrieb er es.
Gallo arbeitete 12 Jahre für Unimin in Spruce Pine. Als er ging, unterzeichnete er einen Wettbewerbsverbot, der es ihm untersagte, fünf Jahre lang für einen der Wettbewerber des Unternehmens im Geschäft mit hochreinem Quarz zu arbeiten. Er und seine Frau zogen nach Asheville und gründeten ein handwerkliches Pizzageschäft, das sie Gallolea nannten - seinen Nachnamen plus den eines Freundes, der ihn ermutigt hatte.
Es war eine schwierige Aufgabe. Das Pizzageschäft war nie ein großer Geldverdiener, und es wurde bald mit einer Klage wegen seines Namens von der E. & J. Gallo Winery belegt. Gallo gab Tausende von Dollars für den Kampf gegen den Anzug aus - es ist immerhin sein Name -, entschied aber schließlich, dass der vorsichtige Kurs darin bestand, den Namen des Unternehmens aufzugeben und zu ändern. Die fünfjährige Wettbewerbsverbotsfrist war zu diesem Zeitpunkt abgelaufen. Als ein kleines Start-up-Unternehmen, I-Minerals, anrief, um Gallo einen Beratungsauftritt anzubieten, nahm er das gerne an. I-Minerals veröffentlichte eine Pressemitteilung, in der es um die Einstellung und das Know-how von Gallo ging.
Das war ein großer Fehler. Unimin reichte umgehend eine Klage gegen Gallo und I-Minerals ein und warf ihnen vor, sie hätten versucht, Unimins Geheimnisse zu stehlen. "Es gab keinen Anruf, keine Unterlassungsverfügung, keine Untersuchung", sagt Gallo. "Sie reichten auf der Grundlage einer Pressemitteilung einen 150-seitigen Schriftsatz gegen mich ein."
In den nächsten Jahren gab Gallo Zehntausende Dollar für den Kampf gegen den Anzug aus. "So erschrecken Milliardenunternehmen die Menschen", sagt er. „Ich musste Geld aus meinem 401 (k) nehmen, um mich gegen diese völlig unbegründete Klage zu verteidigen. Wir hatten Angst, wir würden unser Haus verlieren. Es war furchterregend. Sie können sich nicht vorstellen, wie viele schlaflose Nächte meine Frau und ich hatten. «Sein Pizzageschäft brach zusammen. „Als Unimin Klage einreichte, waren wir gerade über die Gallo-Sache hinweggekommen. Es war der Vorschlaghammer, der dem Kamel den Rücken gebrochen hat. Wir hatten fünf Jahre daran gearbeitet. Es war mehr, als wir emotional, psychologisch und finanziell bewältigen konnten. “
Unimin verlor schließlich den Fall, legte Berufung beim Bundesgericht ein und ließ ihn schließlich fallen. I-Minerals und Gallo konterten Unimin getrennt und nannten ihre Klage einen Missbrauch des Gerichtsverfahrens, das darauf abzielte, einen potenziellen Konkurrenten zu schikanieren. Unimin erklärte sich schließlich bereit, eine nicht genannte Summe zu zahlen, um die Klagen zurückziehen zu lassen. Gemäß den Bedingungen des Vergleichs kann Gallo die Details nicht offenlegen, sagt aber bitter: "Wenn Sie von einem großen Unternehmen verklagt werden, verlieren Sie, egal was passiert."
Bei allem Reichtum, der in der Spruce Pine-Gegend aus dem Boden kommt, bleibt nicht viel davon dort. Heute sind die Minen alle im Besitz ausländischer Unternehmen. Sie sind hoch automatisiert, daher brauchen sie nicht viele Arbeiter. "Jetzt sind vielleicht 25 oder 30 Leute in einer Schicht, anstatt 300", sagt Biddix. Die anderen Arbeitsplätze in der Region verschwinden. "Wir hatten hier sieben Möbelfabriken, als ich ein Kind war", sagt er. „Wir hatten Strickereien, in denen Blue Jeans und Nylons hergestellt wurden. Sie sind alle weg."
Das mittlere Haushaltseinkommen in Mitchell County, wo sich Spruce Pine befindet, liegt knapp über 37.000 USD und damit weit unter dem nationalen Durchschnitt von 51.579 USD. Zwanzig Prozent der 15.000 Einwohner des Landkreises, von denen fast alle weiß sind, leben unterhalb der Armutsgrenze. Weniger als jeder siebte Erwachsene hat einen Hochschulabschluss.
Die Leute finden Wege, um durchzukommen. Glover hat ein Nebengeschäft, in dem Weihnachtsbäume auf seinem Grundstück wachsen. Biddix lebt davon, die Website eines nahe gelegenen Community College zu betreiben.
Eine der wenigen neuen Beschäftigungsquellen sind mehrere riesige Rechenzentren, die in der Region eröffnet wurden. Von dem billigen Land angezogen, haben Google, Apple, Microsoft und andere Technologieunternehmen Serverfarmen innerhalb einer Autostunde von Spruce Pine eröffnet.
In gewisser Weise hat sich der Quarz von Spruce Pine geschlossen. "Wenn Sie mit Siri sprechen, sprechen Sie mit einem Gebäude hier im Apple Center", sagt Biddix.
Ich ziehe mein iPhone heraus und frage Siri, ob sie weiß, wo ihr Silikonhirn herkommt.
"Wer, ich?", Erwidert sie das erste Mal. Ich versuche es noch mal.
