Энергия и цивилизация

То, что спрос на энергию продолжит расти – трюизм, но никто из нас не в силах предвидеть, как он повлияет на мир, полный экономического неравенства и тревоги по поводу глобального состояния окружающей среды. В прогнозах и сценариях нет недостатка, но история энергетического прогресса показала, что никто не предвидел, по какому пути она пойдет на самом деле (Smil 2003). В этом разделе я обозреваю и подвожу итоги основных тенденций, которые определили распространение, совершенствование и трансформацию добычи, обработки и доставки ископаемого топлива, продвижение в освоении невозобновляемых и возобновлямых источников энергии, изменения композиции и эффективности механических первичных движителей. Но прежде чем я углублюсь в детали, я должен указать на несколько общих моментов, которые характеризовали производство ископаемого топлива, электричества и распространение первичных движителей.

Добыча ископаемого топлива после 1900 года характеризовалась тремя заметными тенденциями. Во-первых, глобальное расширение добычи угля и производства углеводородов подняло годовое извлечение ископаемого углерода, грубо, в 20 раз между 1900 и 2015 годами: от 500 Мт в 1900-м до 6,7 Гт столетием позже и до 9,7 Гт в 2015 году (Olivier 2014; Boden and Andres 2015); чтобы выразить эти суммы в терминах CO₂

, их нужно умножить на 3,67. Поскольку распределение ископаемого топлива неравномерное, то рост его добычи неизбежно привел к появлению по-настоящему глобальной торговли легко транспортируемой сырой нефтью и к росту экспорта как угля, так и природного газа (как через трубопроводы, так и с помощью танкеров, перевозящих сжиженный природный газ). Но более пристальный взгляд открывает некоторые важные оговорки и исключения, ведь глобальный рост поглотил многие сложные особенности в разных странах, в числе которых было и уменьшение, и полное прекращение добычи топлива.

Во-вторых, многочисленные технические достижения были самыми важными стимулами этой экспансии, приведшей к более дешевой и продуктивной добыче, перевозке и обработке топлива, и они же снизили степень специфического загрязнения (и в одном замечательном случае даже способствовали уменьшению абсолютных выбросов в глобальном масштабе). В-третьих, произошел очевидный сдвиг в сторону топлива высокого качества, то есть от угля к сырой нефти и природному газу, процесс, который имел результатом сравнительную декарбонизацию (рост соотношения Н: С) в глобальной добыче ископаемого топлива, хотя абсолютный уровень выбросов CO₂ в атмосферу продолжает расти, несмотря на несколько лет небольшого падения. Соотношение Н: С при сжигании дерева варьируется, но не превышает 0,5, для угля оно составляет 1,0, для бензина и керосина 1,8 и 4,0 для метана, главного компонента природного газа.

Если сравнивать содержание энергии, то высокоуглеродное топливо (дерево и уголь) обеспечивали 94 % мировой энергии в 1900 году, 73 % в 1950-м, но только 38 % в 2000-м (Smil 2010а). В результате средняя величина углеродоемкости на мировом рынке ископаемого топлива продолжает падать: если выразить ее в терминах углерода на единицу глобальной тотальной первичной энергии, то она упала с почти 28 кг С/ГДж в 1900 году до менее чем 25 в 1950-м и чуть более 19 в 2010 году, грубо говоря, произошло падение на 30 %. Затем, по причине того, что Китай начал резко наращивать добычу угля, показатель немного вырос в первое десятилетие нового века (рис. 5.12). Глобальные выбросы углерода от сжигания ископаемого топлива выросли с 534 Мт в 1900 году до 1,63 Гт в 1950-м, 6,77 Гт в 2000-м, и 9,14 Гт в 2010 году (Boden, Andres and Marland 2016).

Производство электричества комбинировало технологические усовершенствования с масштабным пространственным расширением, и в случае последнего процесс удивительным образом затянулся даже в США и до сих пор далек от завершения во многих бедных странах. Начался он с небольших локальных энергетических сетей и двигался в сторону их увеличения: в Европе они покрыли целый континент, Россия обладает очень обширной сетью, с 1990 года Китай построил множество линий большой протяженности, и среди высокоразвитых экономик только у США и Канады нет интегрированной на национальном уровне сети. Последняя трансформация, повлиявшая на отрасль – появление ветровой турбины, солнечных батарей и солнечных электростанций. Эти новые возобновляемые источники энергии (в противоположность гидроэлектричеству, старой форме возобновляемой генерации) часто активно продвигаются и субсидируются, и объемы производства постоянно растут; но присущая им изначально прерывистость и низкая эффективность ставят нетривиальные проблемы на пути их интеграции в глобальную сеть.

Рисунок 5.12. Декарбонизация поставок первичной энергии на глобальном уровне, 1900–2010 годы. Основано на данных из Smil (2014b)

Уголь