Последней из ведущих экономик, совершившей переход от фитомассы к углю, стала китайская, где процесс был отсрочен бесконечными кризисами XX века. Они начались с падения империи в 1911 году, продолжились длинной гражданской войной между коммунистами и Гоминьданом (1927–1936, 1945–1950) и вторжением Японии (1933–1945). После этого пришли десятилетия маоистских экономических экспериментов, результатом которых стал крупнейший в мире голод (1958–1961) и безумная Культурная революция (1966–1976). Поэтому растительное топливо в Китае стало поставлять меньше половины первичной энергии только в 1965 году; к 1983-му его доля упала ниже 25 %, и к 2006 году – ниже 10 % (Smil 2010а).
От древесного угля к коксу
Замещение древесного угля металлургическим коксом при выплавке чугуна принадлежит, без сомнения, к величайшим техническим инновациям современности, поскольку оно привело к двум фундаментальным изменениям. Прекратилась зависимость индустрии от дерева (следовательно, отпала необходимость размещать производство в лесистых регионах) и появилась возможность использовать домны большего размера (тем самым, увеличилась производительность). Кроме того, это был переход к куда более качественному металлургическому топливу.
Пиролиз (деструктивная дистилляция) каменного угля – нагревание битуминозного угля (с низким содержанием пепла и серы) в отсутствие кислорода – позволяет получить почти чистую углеродную матрицу с низкой условной плотностью (0,8–1 г/см3), но высокой плотностью энергии (31–32 МДж/кг), которая также куда лучше сопротивляется сжатию, чем древесный уголь, и поэтому может выдерживать больший вес железной руды и известняка в более высоких домнах (Smil 2016).
Кокс применяли в Англии уже в начале 1640-х годов для сушки солода (уголь не годился, поскольку при его сгорании выделяются сажа и оксиды серы), но его металлургическое использование началось только в 1709 году, когда Абрахам Дерби (1678–1717) ввел эту практику в Колбрукдейле. Коксование могло обеспечить практически неограниченный объем прекрасного металлургического топлива, но процесс был затратным и дорогим, и его широкое применение началось только после 1750 года (Harris 1988; King 2011). Английские металлурги первой половины XVIII века не последовали примеру Дэрби немедленно в основном потому, что приходилось держать низкую цену на металл в чушках, чтобы конкурировать со шведским импортом. Как только рыночная ситуация улучшилась в середине 1750-х годов, англичане тут же начали строить новые домны на коксе, и к 1770 году с помощью кокса изготавливалось 46 % британского железа (King 2005). Это эпохальное изменение прекратило невыносимое давление на древесные ресурсы, ощущавшееся как в Великобритании (см. примечание 4.22), так и на континенте: например, в 1820 году 52 % лесных территорий Бельгии использовались для производства металлургического древесного угля (Madureira 2012).
В Америке в первой половине XIX века ситуация не была столь суровой (см. примечание 4.23), и к 1840 году весь чугун в США все еще выплавлялся на древесном угле, но последующее развитие индустрии привело к быстрому переходу сначала на антрацит, затем на кокс, который стал доминирующим к 1875 году. Поколениями кокс производили очень затратным способом в круглых ульевых печах (Sexton 1897; Washalski 2008). Радикальное улучшение наступило только с внедрением коксохимических печей: они позволяли забирать богатые СО на топливо, химикалии (деготь, бензол, толуол) – для использования в качестве материалов, и сульфат аммония – в качестве удобрения. Использование таких устройств началось в Европе в 1881 году, в США – в 1895-м; их модернизированные версии до сих пор остаются главной опорой современного коксования (Hoffmann 1953; Mussatti 1998).
Первые коксовые домны были такой же высоты (около 8 м) и такого же объема (менее 17 м3), как их современницы на древесном угле, но к 1810 году домны на коксе уже достигали в среднем около 14 м высоты и объема более 70 кубометров). После 1840 года Лотиан Белл (1816–1904), ведущий британский металлург, предложил новую конструкцию, и к концу XIX века домны были почти 25 м высотой и имели внутренний объем в 300 м3 (Bell 1884; Smil 2016). Крупные домны, способные на большую производительность (менее 10 т/день для лучшей домны на древесном угле против более 250 т/день для коксовой домны к 1900 году), обеспечили резкий рост производства чугуна с всего лишь 800 тысяч тонн в 1750 году до около 30 Мт в 1900-м. Этот рост заложил основу для развития после 1860-х годов современной стальной промышленности и предоставил ключевой материал для индустриализации (Smil 2016).
Паровые двигатели
Паровой двигатель стал первым новым первичным движителем, освоенным после внедрения ветряных мельниц, которое произошло на 800 лет ранее. Он был первым практичным, экономичным и надежным преобразователем химической энергии угля в механическую энергию, первым неодушевленным первичным движителем, работающим на ископаемом топливе, а не на почти мгновенной трансформации солнечного излучения. Первые двигатели начала XVIII века обеспечивали только возвратно-поступательное движение, подходящее для откачки жидкости, но уже до 1800 года появились новые конструкции, позволившие получать более практичное вращательное движение (Dickinson 1939; Jones 1973). Несомненно, освоение таких устройств имело большое значение для глобальной индустриализации, урбанизации и развития транспортной системы, и о воздействии паровой машины на все эти процессы не раз писали (von Tunzelmann 1978; Hunter 1979; Rosen 2012).
Коммерциализация и распространение паровых двигателей продвигались медленно, на то и другое ушло более века, и даже во время их быстрого развития, после 1820 года, они еще конкурировали (как уже упоминалось в главе 4) с водяными мельницами и турбинами. Использование паровых двигателей устранило некоторые разновидности одушевленного труда (откачка воды из шахт, многочисленные производственные задачи), но тотальная зависимость от труда человека и животных сохранялась на протяжении всего XIX века. Подобные обстоятельства привели к пересмотру широко распространенного мнения, что внедрение парового двигателя равнялось процессу, который называют, хотя и не совсем верно, индустриальной революцией.
Доминирующее понимание той эпохи как времени глобальных экономических и социальных перемен (Ashton 1948; Landes 1969; Mokyr 2009) не раз подвергалось сомнению со стороны тех, кто воспринимает революцию как ограниченный, даже локальный феномен. Технические перемены затронули лишь некоторые отрасли (текстильную, черную металлургию, транспорт) и оставили прочие сектора экономики в нетронутом состоянии до середины XIX века (Crafts and Harley 1992). Некоторые критики идут еще дальше, утверждая, что перемены были столь малы по сравнению с масштабом всей экономики, что сам термин «индустриальная революция» является ошибочным (Cameron 1982) и что вся Британская индустриальная революция не более чем миф (Fores 1981).
Если говорить точнее, то британские данные показывают: связывать экономический рост в XIX веке в первую очередь с паром будет слишком смело (Crafts and Mills 2004). Несмотря на паровые двигатели, «британская экономика была большей частью традиционной еще 90 лет после 1760 года» (Sullivan 1990, 360), и «типичный британский работающий человек в середине XIX века был вовсе не оператором машины на фабрике, а традиционным ремесленником или разнорабочим или домашним слугой» (Musson 1978, 141). Но оценка становится более понятной, когда мы рассматриваем процесс в терминах общего потребления энергии: его колоссальный рост – валовая величина для Англии и Уэльса (Wrigley 2010) – составляла около 117 ПДж в 1650–1659 годах, 231 ПДж столетием позже, и 1,83 ЭДж в 1850–1859 годах, то есть, потребление увеличилось примерно в 15 раз за 200 лет – сделал возможным экспоненциальный рост экономики, и, без сомнений, паровой двигатель был ключевым механическим толкачом индустриализации и урбанизации.
