В то время как общее производство всех ископаемых энергий выросло в 14 раз на протяжении XX века, постоянный прогресс эффективности дал нам в 30 раз больше полезной энергии, чем было доступно в 1900 году. В результате богатые страны, где ископаемое топливо преобладало уже к 1900-му, сейчас получают в два или даже в три раза больше полезной энергии на единицу первичного поступления, чем столетие назад, и поскольку традиционные энергии биотоплива конвертировались с очень низкой эффективностью (<1 % для света, <10 % для тепла), то бедные страны, где современные энергии начали доминировать только на протяжении второй половины двадцатого века, теперь получают от пяти до десяти раз больше на единицу первичного поступления, чем сто лет назад. Если перевести все на душу населения – с населением в 1,65 миллиарда в 1900 году и 6,12 миллиарда в 2000-м – то глобальный рост в поставках полезной энергии будет более чем восьмикратным, но эта цифра прячет значительные национальные различия (больше об этом будет сказано в этой главе позже, в дискуссии об экономическом росте и стандартах жизни).
Рисунок 6.2. Глобальная добыча ископаемого топлива превзошла общие поставки энергии традиционной биомассы перед самым концом XIX века (слева). Рост полезной энергии был более чем двукратным по сравнению с ростом общих первичных поставок (справа). Основано на данных из United Nations Organization (1956) и Smil (1983,2010а)
Другой способ оценить агрегированный размер современных потоков энергии – сравнить их с традиционными, как в абсолютных, так и в относительных показателях. Лучшие оценки демонстрируют, что потребление растительного топлива поднялось с 700 Мт в 1700 году до примерно 2,5 Гт в 2000-м. Это дает приблизительно 280 Мт и 1 Гт в нефтяном эквиваленте, менее чем учетверение за три века (Smil 2010а). За то же самое время добыча ископаемого топлива поднялась с менее 10 Мт до 8,1 Гт в нефтяном эквиваленте, то есть примерно в 800 раз (рис. 6.2). В терминах валовой энергии глобальные поставки биотоплива и ископаемого топлива были почти одинаковыми в 1900 году (оба примерно 22 ЭДж); к 1950-му ископаемое топливо давало примерно в три раза больше энергии, чем дерево, пожнивные остатки и навоз; и к 2000 году разница была почти в восемь раз. Но с учетом реально потребленной, полезной энергии разница к тому же году достигла 20 раз.
Всплески в использовании энергии подняли уровень среднего потребления на душу населения на беспрецедентную высоту (рис. 6.3). Энергетические потребности кочевых обществ определялись в основном добычей пищи, их годовое потребление в среднем составляло не выше 5–7 ГДж на человека. Высокие культуры древности добавили медленно растущий расход энергии на лучшие убежища и одежду, на транспорт (приводимый в движение энергией пищи, фуража и ветра) и некоторое количество производства (на древесном угле в первую очередь). Египет времен Нового царства потреблял не более 10–12 ГДж на душу населения, моя лучшая оценка для ранней Римской империи – около 18 ГДж на человека (Smil 2010с). Ранние индустриальные общества с легкостью удвоили традиционное использование энергии на душу населения. Большая часть этого роста приходилась на производство на каменном угле и новые средства транспорта. Среднее по Европе оценивается (Malanima 2013b) как около 22 ГДж на душу населения в 1500 году, затем наблюдалась стагнация на уровне 16,6-18,1 ГДж на человека до 1800 года.
После этого появилась уже упомянутая разница между индустриальными странами и теми, чья экономика так и осталась в основном аграрной. Оценки для Англии и Уэльса показывают (Kander 2013), что среднее потребление выросло с 60 ГДж на душу населения в 1820 году до 153 ГДж на душу в 1910-м, а в Германии показатель за то же время увеличился в пять раз (с 18 до 86 ГДж на душу населения), но зато в Италии рост составил всего 20 % (с 10 до 22 ГДж на душу). Для сравнения, средняя величина в США поднялась с менее 70 ГДж до около 150 ГДж на душу населения между 1820 и 1910 годами (Schnurr and Netschert 1960). Столетием позже все богатые европейские страны превысили 150 ГДж на душу населения, а США – 300 ГДж на душу, и по мере того как росло среднее потребление, изменялся его состав (рис. 6.3).
В кочевых обществах пища была единственным источником энергии; мои оценки показывают, что пища и фураж составляли около 45 % всей энергии в ранней Римской империи (Smil 2010с). В доиндустриальной Европе их доля колебалась от 20 до 60 %, но в 1820 году среднее было уже не более 30 %; к 1910-му – менее 10 % в Великобритании и Германии. К 1960-м годам энергия фуража уменьшилась до пренебрежимо малой величины, а на пищу осталось 2–3% общего потребления энергии в наиболее обеспеченных обществах, где ведущие роли стали принадлежать промышленному, транспортному и домашнему использованию топлива и электричества (рис. 6.3). Потребление электричества на душу населения выросло на два порядка в богатых странах, к 2010 году оно составило около 7 МВт/г. в Западной Европе и 13 МВт/г. в США. Контрасты между энергетическими потоками, находящимися под прямым контролем человека, впечатляют ничуть не меньше.
Рисунок 6.3. Сравнение типичного годового потребления энергии на разных стадиях человеческой эволюции. Большой рост абсолютного потребления сопровождался ростом долей энергии, предназначенных для домашнего хозяйства, промышленности и транспорта. Все данные до XIX века являются приближениями, основанными на 5 тН (1994; 2010с) и Malanima (2013а); более поздние цифры взяты из национальных статистических источников
Когда в 1900 году фермер на Великих равнинах держал поводья шести больших лошадей во время вспашки пшеничного поля, он контролировал – прикладывая значительные физические усилия, сидя на стальном сиденье, часто в облаке пыли – не более 5 кВт одушевленной энергии. Столетием позже его праправнук, расположившийся в кондиционированной кабине трактора, без усилий направлял больше 250 кВт мощности дизельного двигателя. В 1900 году машинист, ведущий угольный локомотив с вагонами по трансконтинентальному маршруту со скоростью около 100 км/ч, повелевал около 1 МВт пара, максимальной мощностью, которую давала ручная подача угля (Bruce 1952; рис. 6.4). К 2000 году пилот «Боинга-747», идущего по межконтинентальному маршруту на высоте 11 км, мог использовать автопилот большую часть путешествия, а четыре газовых турбины давали до 120 МВт мощности и скорость 900 км/ч (Smil 2000а).
Рисунок 6.4. Управление паровозом конца XIX века (вверху) и пилотирование реактивного «Боинга» (внизу). Два пилота контролируют на два порядка больше мощности, чем машинист и его помощник в локомотиве. Локомотив взят из VS archive, кокпит «Боинга» с http://wallpapersdesk.net/wp-content/uploacls/2015/08/293l_boeing_747.jpg
