Используя богатые запасы, мы создали общества, которые трансформируют беспрецедентные количества энергии. Эта трансформация повлекла за собой колоссальный прогресс в сельскохозяйственной продуктивности и рост урожайности; ее первыми результатами стали быстрая индустриализация и урбанизация, за ними последовали расширение транспортной сети и увеличение скорости транспорта, а затем еще более впечатляющий рост наших информационных и коммуникационных возможностей. Комбинация этих трендов обеспечила долгие периоды быстрого экономического роста, результатом которого стало настоящее процветание, повышение качества жизни для большинства населения земного шара, и в конечном итоге появление новой, высокоэнергетической сервисной экономики.
Но использование столь беспрецедентной мощности повлекло за собой много беспокоящих последствий, и его результатом стали изменения, которые при дальнейшем углублении могут грозить основам современной цивилизации. Урбанизация стала ведущим источником изобретательства, технического прогресса, роста стандартов жизни, объемов информации и скорости коммуникации, но она же является ключевым фактором разрушения окружающей среды и ужасающего неравенства доходов. Политические импликации неравного распределения энергетических ресурсов имеют как внутри-, так и межнациональные последствия, которые варьируются от регионального дисбаланса до существования коррупционных, часто нетолерантных или откровенно насильственных режимов.
Современное высокоэнергетичное оружие увеличило разрушительную силу на порядки, если сравнивать с доиндустриальными временами, и современные военные конфликты ведут к гораздо большему числу жертв не только в армии, но и среди гражданского населения. Развитие ядерного оружия первый раз в истории создало возможность если не уничтожить, то серьезно покалечить цивилизацию в целом. И в то же время некоторые из хуже всего контролируемых средств современной агрессии не требуют управления сконцентрированной энергией, поскольку они полагаются на хорошо зарекомендовавшие себя методы индивидуального террора. Но даже если современная цивилизация гарантированно избежит крупномасштабного ядерного конфликта, ее существование не будет стабильным. Определенно самой серьезной проблемой является широко распространенная деградация окружающей среды. Быстрые изменения в этой области происходят из-за извлечения и конверсии как ископаемого топлива, так и неископаемых энергий, растущей промышленности, быстрой урбанизации, экономической глобализации, истребления лесов, неправильных практик в сельском хозяйстве.
Кумулятивный эффект этих изменений ушел далеко за пределы локальных и региональных проблем, он достиг уровня дестабилизации биосферы в целом, и тут в первую очередь стоит отметить сравнительно быстрое глобальное потепление. Современная цивилизация произвела настоящий прорыв в использовании энергии и обеспечила контроль человека над неодушевленными энергиями ранее немыслимого уровня. Эти достижения сделали ее освобождающей и конструктивной, но в то же время дискомфортно ограничивающей, разрушающей и во многих отношениях саморазрушительной. Все эти изменения обеспечили продолжительный экономический рост и появление ожиданий, что этот процесс, питаемый постоянными инновациями, не закончится никогда, хотя на самом деле его продолжение вовсе не гарантировано.
Беспрецедентная мощность и ее использование
Рост потребления энергии, даже прерванный двумя мировыми войнами и худшим в истории экономическим кризисом (в 1930-х годах), шел с беспрецедентной скоростью в первые семь десятилетий двадцатого века. После этого случилось замедление, вызванное тем, что ОПЕК в 5 раз увеличила цены на нефть между октябрем 1973-го и мартом 1974 года, но замедление произошло бы и так, поскольку абсолютные величины повышались слишком быстро, чтобы поддерживать рост, возможный при более низких агрегированных уровнях. Но (при более низком темпе) громадные количественные изменения продолжились, и они сопровождались новыми и заметными качественными выигрышами. Лучшие компиляции глобальных статистических данных показывают постоянный экспоненциальный рост производства ископаемого топлива с того времени, когда началась его крупномасштабная добыча в девятнадцатом веке (Smil 2000а, 2003, 2010а; ВР 2015; рис. 6.1).
Добыча угля выросла в 100 раз, с 10 Мт до 1 Гт, между 1810 и 1920 годами; она достигла 1,53 Гт в 1950 году, 4,7 Гт в 2000-м и 8,25 Гт в 2015 году, и только потом начала уменьшаться до 7,9 в 2015-м (Smil 2010с; ВР 2016). Добыча сырой нефти выросла в 300 раз, с менее 10 Мт в конце 1880-х до свыше 3 Гт в 1988 году; в 2000 году она составила 3,6 Гт и почти 4,4 Гт в 2015-м (ВР 2016). Производство природного газа выросло в 1000 раз, с менее 2 Гм3 в конце 1880-х до 2 Тм3 к 1991 году, оно составило 2,4 Тм3 в 2000 году и 3,5 Тм3 в 2015-м. На протяжении XX века глобальное извлечение ископаемой энергии выросло в 14 раз в терминах агрегированной энергии.
Рисунок 6.1. Производство трех принципиальных видов ископаемого топлива: в целом и годовая добыча для крупнейших производителей. Основано на данных из United Nations Organization (1956), Smil (2010a) и BP (2015)
Но лучший способ продемонстрировать экспансию состоит в том, чтобы выразить ее в терминах полезной энергии, реально произведенного тепла, света и движения. Как мы уже видели, ранние способы конверсии ископаемого топлива были очень неэффективными (менее 2 % для ламп накаливания, менее 5 % для паровых локомотивов, менее 10 % для тепловой генерации электричества, менее 20 % для маленьких угольных печей), но усовершенствование угольных котлов и печей вскоре удвоило эффективность, и в этой области до сих пор остается потенциал для движения вперед. Жидкие углеводороды, сжигаемые для домашнего отопления, а также с промышленными целями и для генерации энергии, конвертируются с более высокой эффективностью, и только бензиновые двигатели внутреннего сгорания в пассажирских автомобилях сравнительно неэффективны. Сжигание природного газа в топках, котлах или турбинах отличается высокой эффективностью, обычно она превосходит 90 %, и таковы же показатели конверсий первичного электричества.
Вследствие этого в 1900 году средняя взвешенная эффективность глобального использования энергии была не выше 20 %, к 1950-му – выше 35 %, и к 2015 году глобальное среднее конвертации ископаемого топлива и первичного электричества достигло 50 % от общей коммерческой потребляемой мощности. Международное агентство по энергии (IEA 2015а) считает, что в 2013 году мировое производство составило 18,8 Гт в нефтяном эквиваленте, а окончательное потребление – 9,3 Гт в нефтяном эквиваленте, с самыми высокими потерями в тепловой генерации энергии и на транспорте, что предсказуемо. Особенно примечательным выглядит тот факт, что в ключевом секторе потребления, домашнем отоплении, население целых стран совершило переход к полной эффективности на протяжении нескольких десятилетий (примечание 6.1).
Примечание 6.1. Эффективность домашнего отопления
Менее чем за 50 лет я успел пожить в домах, которые обогревались четырьмя разными видами топлива, и видел, как эффективность конверсии этого ключевого энергетического процесса утроилась (Smil 2003). В конце 1950-х годов, в деревне, окруженной лесами, на чешско-баварской границе, мы обогревали наш дом, как и большинство соседей, дровами. Отец заказывал уже спиленную и лишенную ветвей ель или пихту, и мне приходилось летом колоть дрова, чтобы получился готовый материал для печи (а также более тонкая растопка) и складывать их под навесом, чтобы они высохли. Эффективность нашей дровяной печи была не выше, чем 30–35 %. Когда я учился в Праге, все энергоемкие операции – отопление, приготовление пищи, генерация энергии – зависели от лигнита, а угольная печка в моей комнате, в бывшем монастыре, здание которого отличалось толстыми стенами, имела эффективность около 45 %. После переезда в США мы сняли верхний этаж пригородного дома, он обогревался нефтью, которую привозили в цистерне и сжигали в котле с эффективностью не более 60 %. Наш первый дом в Канаде имел газовый котел с эффективностью 65 %, и когда я спроектировал новый, суперэффективный дом, то поставил котел с показателем 94 %, а потом заменил на другой, дающий 97 %.
