Энергия и цивилизация

Но общество, использующее ископаемое топливо только как заменитель традиционной фитомассы – иначе говоря, сжигающее его неэффективным способом для получения света и тепла, – выглядело бы просто более богатой версией Европы или Китая XVIII века. Переход на ископаемое топливо повлек за собой два класса фундаментальных количественных улучшений, их аккумуляция и комбинация заложили энергетические основы современного мира. К первому классу относятся изобретение, развитие и в конечном итоге повсеместное распространение способов конвертации ископаемого топлива: с помощью новых первичных движителей, поначалу – парового двигателя, потом двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины и газовой турбины, – а также разработка новых процессов трансформации сырого топлива, включая производство металлургического кокса из угля, очищение сырой нефти для получения различных жидкостей и иных материалов и применение углеводородов как базы для процессов химического синтеза.

Второй класс изобретений использовал ископаемое топливо для производства электричества, совершенно нового типа коммерческой энергии. Любое твердое, жидкое или газообразное топливо можно было сжечь, высвободившееся тепло пустить на превращение воды в пар, а пар использовать для вращения турбогенераторов и производства электричества. Но с самого начала эпохи генерации электричества мы также использовали кинетическую энергию воды, и в значительно большем масштабе. Гидроэлектричество, таким образом, можно классифицировать как первичное электричество (в противоположность тому, что получено после сгорания топлива); позже к этой категории добавилось электричество с геотермальных электростанций, с ядерных электростанций и (самое недавнее прибавление) с больших ветровых турбин и фотоэлементов, концентрирующих солнечное излучение.

Долгосрочный тренд очевиден: мы превращаем постоянно растущую долю ископаемого топлива в термальное электричество и расширяем возможности первичной генерации энергии, и все по той причине, что электричество – самый удобный, гибкий и чистый с точки зрения использования вид современной энергии.

В первой части этой главы я опишу многие ключевые моменты перехода от растительного топлива и одушевленных источников энергии к ископаемому топливу и неодушевленным первичным движителям. Во второй части я прослежу технический прогресс, который привел к сочетанию эффективности, надежности и доступности энергии, характеризующему современное высокоразвитое общество.

Великий переход

В некоторых странах ископаемое топливо использовалось, пусть и в сравнительно малых количествах, за столетия до того, как оно начало массово вытеснять растительное топливо и одушевленный труд. Уголь и природный газ в Китае и каменный уголь в Англии – самые известные примеры. Китайцы применяли уголь в малом промышленном масштабе во времена династии Хань (206 до н. э. – 220 н. э.); в Англии, Уэльсе и Шотландии было много мест, где уголь выходит на поверхность, добывать его легко, и этим занимались где-то со времен Рима, где-то (чаще всего) – со Средних веков.

Но, как было замечено (Nef 1932, 12), «До шестнадцатого века каменный уголь едва ли сжигали, даже в семейных очагах на кухнях, на расстояниях больших, чем миля или две от его выхода на поверхность, и даже внутри этой территории его использовали только бедняки, которые не могли купить себе дерева».

Каменный уголь был, как правило, доминирующим видом ископаемого топлива в то время, когда Европа совершала свой переход. Самое известное исключение двигало одну из самых влиятельных экономик на заре современной эпохи: на протяжении XVII и XVIII веков голландский Золотой век состоялся благодаря в основном собственному торфу. Объемы его добычи хорошо показаны исследователями (De Zeeuw 1978): оценивается, что из 175 тысяч гектаров торфяников в Нидерландах только 5 тысяч остались более или менее нетронутыми. В США и Канаде переход тоже начался с каменного угля, но в отличие от Европы, эти две страны раньше и быстрее перешли на нефть и природный газ (Smil 2010а). Схожим образом Россия оказалась одним из пионеров крупномасштабной коммерческой добычи нефти, а позже извлекла преимущество из колоссальных запасов природного газа.