Читать книгу Ключевые идеи книги: Как на самом деле устроен мир. Научный гид по нашему прошлому, настоящему и будущему. Вацлав Смил - Smart Reading, Ольга Ганкова - Страница 4

Изобрести не значит внедрить

Человек стал главным видом на Земле, потому что научился использовать внешние источники энергии.

Несколько сотен тысяч лет назад мы научились добывать огонь – и стали использовать его энергию для приготовления пищи, обеспечения комфорта и безопасности. Около 10 тысяч лет назад мы приручили процесс фотосинтеза – научились выращивать растения, которые употребляем в пищу.

Примерно 9000 лет назад одомашнили скот и переложили на животных работу, которую изначально делали силой своих мышц.

Затем последовали: парус (5000 лет назад), водяное колесо (2000 лет назад), ветряная мельница (более 1000 лет назад). Однако вплоть до начала XVII века более 90 % всей полезной механической энергии человек получал от живой силы (людей и животных), а всю тепловую энергию – от сжигания растительного сырья (дерева, соломы, древесного угля или высушенного навоза).

Энергетическая революция произошла около 1620 года на Британских островах, где впервые начали использовать в качестве топлива ископаемые углеводороды – конкретно каменный уголь. К 1700 году 75 % тепловой энергии в Британии получали от сжигания ископаемого топлива. Это обеспечило стране лидирующие позиции в мире на протяжении всего XIX столетия. В Англии появились и первые паровые машины. Но переход на новые источники энергии происходил медленнее, чем можно предположить. К 1850 году в Британии и Северной Америке паровые машины, водяные и ветряные мельницы обеспечивали лишь около 15 % всей энергии, а ископаемое топливо – 7 %. Большую часть работы по-прежнему делали животные и люди.

В 1880-х годах появились гидротурбины. Затем человек научился использовать геотермальную энергию, а после Второй мировой войны – атомную, а также получать электричество из солнечных батарей и ветрогенераторов. И все же к 2020 году более половины всей энергии человечество получает от сжигания ископаемых углеводородов – главным образом угля и природного газа. 12 % всей энергии мы по-прежнему получаем, сжигая дерево и солому, а 5 % – от мускульной силы животных.

Нам нужно все больше энергии

Современный мир и наш образ жизни – результат нарастающего потребления энергии.

В течение XX века суммарное потребление энергии выросло в 40 раз[1]. В сравнении с 1800 годом сегодня мы тратим в 3500 раз больше энергии. И темпы роста увеличиваются: с 1950 по 2020 год потребление энергии из ископаемого топлива и первичного электричества на человека выросло в США в два раза, в Японии – в четыре, а в Китае – в 120 раз. И оно продолжает расти.

Энергия – это трансформация

Энергия – единственная настоящая универсальная валюта, без которой невозможны ни движение планет, ни жизнь простейших микроорганизмов. Она существует в различных видах и приносит пользу в момент трансформации (энергия солнца преобразуется в биомассу растений благодаря фотосинтезу, энергия ископаемого топлива – в кинетическую энергию в процессе сжигания и т. д.).

В истории человечества освоение все новых видов трансформации энергии тоже связано с прорывами: например, замена паровых и дизельных локомотивов электрическими сделала железнодорожные перевозки быстрее, чище и экономичнее. Проблема в том, что многие замены на деле оказываются слишком дорогостоящими, сложными и/или недостаточно эффективными.

Невозможно заменить двигатель внутреннего сгорания в самолете ядерным реактором – потому что не существует достаточно легкого реактора, который можно поднять в воздух. Очень сложно заменить атомную электростанцию, которая генерирует электричество примерно 95 % времени, ветряками и солнечными батареями, которые эффективно работают, соответственно, 45 и 25 % времени (в Германии, где не так уж много солнца, и вовсе 12 %).

Германия – страна, которая за 20 лет в 10 раз увеличила объем энергии из возобновляемых источников (ветра, солнца и воды). Объем вырабатываемой чистой энергии вырос с 11 до 40 %. Но из-за постоянно растущей потребности в энергии потребление углеводородов при этом удалось снизить всего на 6 %. Это мировой рекорд, и если Германии удастся его повторить, то к 2040 году зависимость этой страны от углеводородов снизится… до 70 %.

Жидкие углеводороды – кровь нашей цивилизации

Из всех общедоступных видов топлива именно жидкие углеводороды, произведенные из сырой нефти (бензин, авиационный керосин, дизельное топливо, остаточная тяжелая нефть), имеют самую высокую плотность энергии и подходят для всех видов транспорта. Кроме того, их, по сравнению со многими другими источниками энергии, гораздо проще производить, хранить и транспортировать к потребителям. Немаловажно и то, что переработка нефти дает побочные вещества, без которых немыслимо существование целых отраслей:

▶ смазочные материалы (для турбин, всевозможных двигателей и т. п.) – годовое потребление более 120 мегатонн;

▶ асфальт (покрытие дорог и крыш) – более 100 мегатонн в год;

▶ другие продукты, жизненно необходимые для современного производства: этан, пропан и бутан, разнообразные синтетические волокна, смолы, клеи, красители, краски и покрытия, моющие средства и пестициды.

В период между 1950 и 1973 годами (когда страны ОПЕК впервые резко подняли цены на нефть) ВВП западноевропейских стран утроился, а ВВП США – удвоился на фоне пропорционально растущего потребления нефти. Когда нефть подорожала, экономический рост прекратился: падение составило 90 % за два года. Мы долго выбирались из этой ямы: лишь в 1995 году производство нефти восстановилось до уровня 1979 года. Но нефть навсегда потеряла лидирующие позиции в энергетике – теперь это место занял природный газ.

Электричество – тоже из углеводородов

Электричество – лучший вид энергии для освещения. На нем работает практически весь современный сервис, от эскалаторов и лифтов до конвейеров с товарами на складах гигантов электронной коммерции. В ряде стран бурно развивается скоростной транспорт, основанный на электричестве. И даже самый простой современный автомобиль, который питается бензином или дизельным топливом, имеет от 20 до 40 маленьких электрических моторчиков. Без электричества немыслим современный город, который пьет воду, поставляемую электронасосами, и современный дом с бытовой техникой, а часто и отоплением. Электричество питает все гаджеты, которые связывают нас друг с другом и обрабатывают информацию.

Как и в случае с углеводородами, потребность в электричестве постоянно растет: с 1970 до 2020 года она увеличилась в пять раз.

При этом лишь 18 % мировой энергии приходится на электричество. И две трети всего вырабатываемого объема генерируется на основе ископаемых углеводородов (еще 16 % дают ГЭС и 7 % – солнечные и ветряные электрогенераторы).

Надолго ли нам хватит углеводородов?

При сохранении уровня добычи 2020 года запасов каменного угля человечеству хватит на 120 лет, нефти и газа – на 50. Благодаря совершенствованию разведки и добычи эти ресурсы будут увеличиваться. Значит, дефицит углеводородов нам не грозит.

Однако из-за глобального потепления все громче звучат голоса, призывающие к полному отказу от углеводородов (декарбонизации) в каком-нибудь году, который оканчивается на 0 или на 5. При этом максимально эффективную энергетику – атомную – собираются развивать только Китай, Индия и Южная Корея. А о таком чистом и достаточно эффективном инструменте, как гидроэлектростанция, кажется, и вовсе позабыли.