Энергия и цивилизация - Вацлав Смил

В ранних мусульманских государствах появились инновации в области водоподъемных машин и ветряных мельниц, и морская торговля много выиграла от эффективного использования треугольного паруса. Но у них не было никаких радикальных инноваций в области топлива, металлургии и упряжи для животных. Только средневековая Европа, заимствуя одновременно у Китая, Индии и мусульманских стран, положила начало движению вперед во множестве важных областей. Что в самом деле ставит европейские средневековые общества особняком в области использования энергии – это растущая зависимость от кинетической энергии воды и ветра. Эти потоки обеспечивали работу все более сложных машин и беспрецедентную концентрацию мощности для разных целей. Ко времени первых великих готических соборов самые большие водяные колеса давали до 5 кВт, эквивалент более трех человек. Задолго до эпохи Ренессанса некоторые регионы континента стали зависеть от воды и ветра, сначала в обмолоте зерна, затем в черной металлургии и в изготовлении одежды, и эта зависимость также внесла вклад в развитие и распространение многих навыков, связанных с механизмами.

Поздняя средневековая и ранняя современная Европа, таким образом, была местом расширяющихся инноваций, но, как свидетельствуют отчеты путешественников того времени, посетивших Поднебесную Империю, общие технические достижения Китая выглядели более впечатляющими. Но путешественники не могли знать, как скоро все изменится. К концу XV века Европа вступила на дорогу ускоряющегося прогресса и экспансии, в то время как в утонченной китайской цивилизации началась долгая техническая и социальная инволюция. Западное техническое превосходство позволило быстро преобразовать европейские общества и начать колонизацию других материков.

К 1700 году уровни типичного использования энергии в Китае и Европе, а следовательно, и среднее материальное изобилие, выглядели по большому счету одинаковыми. К середине XVIII века доход строительных рабочих в Китае был примерно таким же, как у их «коллег» в менее развитых странах Европы, но находился далеко позади относительно лидирующих экономик континента (Allen et al. 2011). Затем прогресс в Европе набрал скорость. В терминах энергии он проявился в комбинации роста урожаев, металлургии на коксе, лучшей навигации, нового оружия, улучшения торговли и в постоянных экспериментах. Исследователи утверждают (Pomeranz 2002), что этот взлет был связан не столько с общественными институтами, отношениями или демографией в основных экономических регионах Европы и Китая, сколько с удачным расположением залежей угля и с очень разными взаимосвязями между районами добычи и их соответствующими перифериями, а также с внедрением инноваций.

Другие считают, что основания этого успеха были заложены еще в Средние века. Благоприятное воздействие христианства на технический прогресс в общем (включая идею о достоинстве ручного труда), и стремление средневекового монашества к самообеспеченности в частности были важными составляющими успеха (White 1978; Basalla 1988). Даже те ученые, которые ставят под сомнение важность этих связей (Ovitt 1987), признают, что монашеская традиция, которая поддерживала фундаментальное достоинство и духовную пользу труда, была позитивным фактором. В любом случае, к 1850 году наиболее экономически развитые районы Китая и Европы принадлежали к двум разным мирам, и к 1900 году они были разделены огромным разрывом в производительности: потребление энергии в Западной Европе по крайней мере в четыре раза превышало среднее значение для Китая.

Период очень быстрого развития после 1700 года начался благодаря нескольким гениальным изобретениям. Но величайшие успехи XIX века были достигнуты в результате тесной взаимосвязи между расширением научного и технического знания с одной стороны, и коммерциализацией новых изобретений – с другой (Rosenberg and Birdzell 1986; Mokyr 2002; Smil 2005). Энергетические основания прогресса XIX века включали развитие паровых двигателей и их широкое распространение в качестве как стационарных, так и мобильных первичных движителей, плавку железа с помощью кокса, крупномасштабное производство стали, начало генерации электричества и появление двигателей внутреннего сгорания. Масштабы и скорость этих изменений были обусловлены сочетанием энергетических инноваций с новыми методами химического синтеза и улучшением организации производства на фабриках. Активное развитие новых видов транспорта и телекоммуникаций тоже имело важное значение как для наращивания производства, так и для развития национальной и международной торговли.

К 1900 году аккумуляция технических и организационных инноваций обеспечила западному миру, к которому присоединилась новая сила в виде США, контроль над беспрецедентной долей глобальной энергии. С долей населения лишь 30 % от общего количества, западные страны потребляли около 95 % ископаемого топлива. На протяжении XX века западный мир увеличил общее потребление энергии почти в 15 раз. Неизбежно его доля потребления энергии снизилась, но к концу столетия Запад (ЕС и Северная Америка) с населением менее 15 % от глобального потреблял почти 50 % всей первичной коммерческой энергии. Европа и Северная Америка оставались ведущими потребителями топлива и электричества на душу населения и сохраняли техническое лидерство. Экономический рост Китая изменил абсолютные рейтинги: страна стала крупнейшим потребителем энергии в мире в 2010 году, к 2015-му она на 32 % опережала США, но потребление на душу населения составило всего треть от среднего в США (ВР 2016).

Другие грубые приближения возможны в описании долгосрочных паттернов потребления первичной энергии в Старом Свете (рис. 7.3). В Великобритании уголь заменил дерево в XVII веке, во Франции и Германии дерево быстро потеряло важность после 1850 года, а в России, Италии и Испании биологическое топливо оставалось все еще доминирующим в XX веке (Gales et al. 2007; Smil 2010a). Когда базовая энергетическая статистика доступна, то можно количественно оценить переходы и различить длинные волны замещений (Smil 2010а; Kander, Malanima and Warde 2013). В глобальных терминах это можно сделать с достаточной точностью с середины XIX века (рис. 7.3). Скорости замещения были низкими, но, учитывая разнообразие всяческих факторов, можно только удивляться, насколько одинаковыми.

Моя реконструкция глобальных энергетических переходов показывает, что уголь (замещая древесину) достиг 5 % мирового рынка около 1840 года, 10 % к 1855-му, 15 % к 1865-му, 20 % к 1870-му, 25 % к 1875-му, 33 % к 1885-му, 40 % к 1895-му, и 50 % к 1900 году (Smil 2010а). Отрезки времени в годах, которые проходили между этими вехами: 15-25-30-35-45-55-60. Интервалы для нефти (замещавшей уголь), которая добралась до 5 % глобальных поставок в 1915 году, были практически теми же самыми: 15-20-35-40-50-60 (нефть никогда не достигала 50 %, и сейчас ее доля уменьшается). Природный газ достиг отметки в 5 % от общих первичных поставок в 1930 году, и 25 % – через 55 лет, то есть, ему потребовалось значительно больше времени, чем углю или нефти. Схожее протекание трех глобальных переходов – уходило два или три поколения, или 50–75 лет, чтобы новый ресурс отвоевал значительную долю на глобальном энергетическом рынке – выглядит достойным внимания, поскольку три вида топлива требовали различных технологий производства, распределения и конверсии, и поскольку масштаб замещения был очень различным. Переход от 10 до 20 % для угля потребовал годового роста потребления менее чем на 4 ЭДж, а тот же переход для природного газа – примерно 55 ЭДж/год (Smil 2010а). Два наиболее важных фактора, которые позволяют объяснить сходство в скорости перехода – предпосылки для громадных инфраструктурных инвестиций и инерция материально воплощенных энергетических систем.