Энергия и цивилизация

Когда бензиновые двигатели с искровым зажиганием уже вышли на дорогу к коммерческому успеху, Рудольф Дизель (1858–1913) предложил совершенно иной способ зажигания, и запатентовал его в 1892 году (Diesel 1913). В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр и воспламеняется самопроизвольно при высокой температуре, которая возникает при степени сжатия в 14–24, по сравнению с 7-10 в бензиновом двигателе Отто. Этот процесс требует большей массы двигателя и меньшей скорости, но дизели изначально более эффективны. Даже во время первых сертификационных тестов новой машины в феврале 1897 года прототип имел эффективность выше 25 % (по сравнению с 14–17 % для лучших бензиновых движков того времени). К 1911 году значение достигло 41 %, и сейчас лучшие дизельные машины немного превосходят 50 %, то есть они в два раза эффективнее бензиновых сородичей (Smil 2010b). Кроме того, они используют более тяжелое и дешевое топливо: дизель примерно на 14 % тяжелее бензина (820–850 г/л против 720–750 г/л), а плотность энергии на единицу массы у них одинакова, что значит – энергетическая плотность дизельного двигателя на объем, почти 36 МДж/л, будет на 12 % выше.

Дизель принял решение создать более эффективную машину внутреннего сгорания уже во время учебы в университете, и в декабре 1892 года он в конечном итоге (после двух отказов) получил патент на «двигатель внутреннего сгорания, характеризующийся тем, что в цилиндре чистый воздух… столь сильно сжат поршнем, что полученная температура находится много выше температуры воспламенения топлива… и добавление топлива… происходит так постепенно, что сгорание имеет место без значительного роста температуры или давления, поскольку поршень движется наружу и сжатый воздух расширяется…» (Diesel 1893а, 1).

Как упоминалось, по патенту нельзя было построить работающий двигатель; второй патент выдали в 1895 году, и Дизель получил практическую помощь от Генриха фон Буца (1833–1918), генерального директора Maschinenfabrik Augsburg, ведущего инженерного предприятия страны, и от магната стальной отрасли Фридриха Альфреда Круппа (1854–1902), оба вложили достаточно денег, чтобы получить работающую машину. Официальный сертификационный тест с двигателем в 13,5 кВт состоялся 17 февраля 1897 года, он показал полезную эффективность в 26,2 % и максимум давления в 34 атмосферы, одну десятую от оригинальной спецификации Дизеля (Diesel 1913). К осени того же года эффективность удалось поднять до 30,2 %, и это значило, что Дизель изготовил лучший двигатель, воплотил свою мечту, но социальное влияние двигателя оказалось совсем не таким, как надеялся его создатель (примечание 5.8).

Коммерциализация нового двигателя шла более медленно, чем изначально предполагалось, менее 300 штук было продано до конца 1901 года (Smil 2010b). В 1903-м первое судно на дизеле, маленький нефтяной танкер «Вандал», начал ходить по Волге и Каспийскому морю; в 1904-м первая электростанция на дизеле открылась в Киеве, и французская Aigrette стала первой подводной лодкой, приводимой в движение дизелем. Но большой успех пришел только в феврале 1912 года, когда датская Selandia (грузопассажирское судно в 6200 тонн водоизмещением) стала первым океанским кораблем с дизельным двигателем. За год до смерти в середине 1912 года, Дизель писал «Появилось новое слово в морских кругах: дизель. Нам нужен только дизель… так говорят повсеместно» (Diesel 1937, 421).

И все же быстрый успех двигателей внутреннего сгорания – проникших в самолеты, дорожный транспорт и корабли, начавших заменять тягловых животных в сельском хозяйстве на Западе – не завершил эпоху пара. Другой первичный движитель обрел коммерческую значимость в конце XIX века, и его дальнейшее развитие определило промышленный прогресс века двадцатого. Этим изобретением стала паровая турбина, быстро нашедшая себе место в производстве электричества во все больших и больших объемах.