Энергия. История человечества

Ричард Роудс, 2018

В своей выдающейся книге лауреат Пулитцеровской премии Ричард Роудс рассказывает о событиях и достижениях, которые легли в основу всех революционных переходов в энергетике и транспорте: от животной силы и гидроэнергии – к паровой машине, от двигателя внутреннего сгорания – к электромотору. Исследуя направления развития технической мысли и уроки, которые извлекло человечество в процессе покорения сил природы, Роудс дает ответ на вопрос, как нам удалось произвести преобразования и обратить заложенные в них возможности себе во благо. Логическим итогом блестящего обзора ключевых событий истории энергетики за четыре столетия становится панорама нынешнего энергетического ландшафта, в том числе производство энергии из возобновляемых источников и вопросы ядерной энергетики. В изложении прослеживается тесная взаимосвязь с такими темами, как риск глобального потепления и стремительный рост численности населения Земли, которая к 2100 году должна достигнуть десяти миллиардов человек. Книга предназначена для всех, кого заботит влияние человека на окружающую среду и будущее мира. «Нынешние дебаты [об изменениях климата] почти не затрагивают богатейшего человеческого аспекта истории – истока современных энергетических проблем. Одна из целей, которые я ставил перед собой, когда писал “Энергию”, состоит в заполнении этого пробела – людьми, событиями, датами, местами, методами, примерами, аналогиями, поражениями и победами – для оживления дискуссии и прояснения возможных решений». (Ричард Роудс) В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

Посвящается Айзеку Роудсу

Предисловие

Сейчас вы отправитесь в четырехсотлетнее путешествие в компании некоторых из самых интересных и творческих из когда-либо живших людей. Эти люди — ученые, изобретатели и инженеры, и их произведения не всегда связывают с их именами. Но именно они придали миру, в котором мы живем, его вид — будь то во благо или во вред. По большей части, я считаю, во благо — и мне кажется, что вы, совершив это путешествие вместе с ними, согласитесь со мной. По меньшей мере вы узнаете, что́ они сделали, почему и как. Для меня было неожиданностью — а иногда настоящим шоком — узнать, сколь многие из их историй оказались забыты. Ряд источников, которые я использую, чтобы рассказать о них, — это исторические и биографические материалы двухсотлетней, а то и большей давности. Это старые книги и документы, но истории, изложенные в них, звучат совершенно по-новому.

Кто же эти герои? Среди них по меньшей мере один писатель — Уильям Шекспир, но он выступает здесь не в роли драматурга, а в роли совладельца «Театра» — самого первого в Лондоне. Во времена нехватки древесины в окрестностях Лондона он и его партнеры разобрали (а землевладелец утверждал, что украли) свой театр по бревнышку и перевезли его на другой берег Темзы, чтобы построить в злачном Саутуарке, рядом с площадкой для травли медведей, другой, более вместительный театр — «Глобус».

Это француз Дени Папен, стремившийся спасти бедняков от голода: изобретенная им пароварка проложила дорогу к созданию паровой машины.

Это, разумеется, Джеймс Уатт, шотландец, давший нам саму паровую машину, но также и его предшественник, Томас Ньюкомен: его огромная, неуклюжая атмосферная паровая машина существовала до изящных усовершенствований Уатта.

Я видел машину Ньюкомена, воссозданную в Англии, — в один из тех немногих дней в году, когда хранители ее запускают. Это сооружение размером с дом, поглощающее огромное количество угля (а уголь сейчас недешев, и именно поэтому машину так редко включают). Я забросил в топку ковш угля и поговорил с вышедшим на пенсию инженером, который управлял машиной. Я спросил: «Какое оборудование требуется для ее обслуживания?» — и он, ухмыльнувшись, поднял огромную кувалду. Машина Ньюкомена, вся состоящая из труб и кривошипов, часто выходит из строя, и кувалдой ее загоняют обратно в строй.

Машины Ньюкомена устанавливали у устьев шахт, чтобы откачивать из них воду. Они оказались настолько непроизводительными, что их не получалось сделать передвижными. Более производительная машина Уатта могла быть компактнее — достаточно компактной, чтобы поставить ее на колеса и отвозить уголь по рельсам от шахты к реке, где его грузили на баржи и отправляли в Лондон. Потом кому-то пришла в голову идея, что так можно возить не только уголь, но и людей: так возникли пассажирские железные дороги, быстро охватившие всю Англию. Появились они и в Америке, но там на протяжении большей части XIX в. жгли дрова, что позволило провести железные дороги вдалеке от угольных шахт и в конце концов соединить противоположные точки континента.

В число героев XX в. вошел Арье Хаген-Смит, голландский специалист по ароматическим маслам, преподававший в Калифорнийском технологическом институте (Калтехе) в Пасадине. Однажды в 1948 г. к нему в лабораторию, забитую в этот момент спелыми ананасами — там шла работа по конденсации их тропического аромата из воздуха, — пришли озабоченные государственные чиновники. Они попросили его выполнить ту же работу с ужасным лос-анджелесским смогом. Хаген-Смит убрал ананасы, открыл окно и закачал в лабораторию тысячу кубических футов (ок. 28300 л) пропитанного смогом воздуха. Прогнав воздух через фильтр, охлаждавшийся жидким азотом, он соскреб с него несколько капель вонючего коричневого налета, провел химический анализ и объявил, что налет состоит из автомобильных выхлопов и атмосферных выбросов близлежащих нефтеперерабатывающих заводов. В отличие от старого, часто смертельно опасного, «дымного тумана» (само слово smog — соединение слов smoke и fog^[1]), отравлявшего крупные города, когда в них жгли уголь, это новое вещество образовывалось прямо в воздухе, наподобие бинарного ядовитого газа. Катализатором этой реакции, придававшей воздуху оттенок сепии, служил солнечный свет.

Нефтяным компаниям эта информация была ни к чему. Химики этих компаний высмеяли анализ Хаген-Смита. Они объявили всему миру, что не обнаружили никакой подобной реакции. Но это лишь раззадорило упрямого голландца. Вернувшись к лабораторным исследованиям, он продемонстрировал, что роскошное оборудование, используемое химиками нефтяных компаний, не позволяло выяснить, как формируется смог. Сам же Хаген-Смит измерял, как озон, содержащийся в смоге, разрушает резиновые ленты, нарезанные из старых автомобильных камер, и выделял компоненты, сочетание которых отравляло воздух, на своем оборудовании для анализа состава ананасов. Затем в дело вмешались власти, и начался процесс очистки воздуха Лос-Анджелеса.

В этой книге много таких историй. Однако она не сводится лишь к ним. Ее серьезная цель — исследование истории энергии и выявление тех дилемм, с которыми мы сталкиваемся сегодня в связи с проблемой глобальных изменений климата. Те, кто работает в области энергетики, считают, что мы воспринимаем энергию как некую данность. Они говорят, что она интересует нас только в приложении к насосу или розетке на стене. Возможно, когда-то так оно и было. Сейчас это точно не так. Изменения климата стали крупной политической проблемой. Большинство из нас осознает это — все в большей степени — и беспокоится о них. Они затрудняют работу коммерческих компаний. Они кажутся столь же мрачной апокалипсической угрозой существованию нашей цивилизации, какой был в годы холодной войны ужас ядерного уничтожения.

Однако многие чувствуют себя исключенными из обсуждения этой проблемы. Литература по изменениям климата по большей части ориентирована на специалистов; дебаты о них понятны лишь посвященным. Разговор сосредоточен на нынешнем положении дел и мало касается человеческого прошлого — многовекового опыта, доставшегося человечеству дорогой ценой. Однако сегодняшние проблемы — это наследие исторических преобразований. Дрова сменились углем, уголь потеснила нефть, а теперь и уголь, и нефть уступают место природному газу, атомной энергии и возобновляемым источникам. Движители (системы, непосредственно преобразующие энергию в движение) прошли путь от животной и гидравлической тяги к паровым машинам, затем к двигателям внутреннего сгорания, генераторам и электромоторам. Мы многому научились, решая связанные с этим задачи, освоили такие переходы и сумели обратить предоставляемые ими возможности себе во благо.

Нынешние дебаты почти не затрагивают богатейшего человеческого аспекта истории — истока современных энергетических проблем. Одна из целей, которые я ставил перед собой, когда писал «Энергию», состоит в заполнении этого пробела — людьми, событиями, датами, местами, методами, примерами, аналогиями, поражениями и победами — для оживления дискуссии и прояснения возможных решений.

В борьбе с энергетическими проблемами жили и умирали люди, процветали и разорялись компании, становились мировыми державами и приходили в упадок государства. В это повествование вплетено множество историй отдельных людей, и в число его героев входят многие исторические деятели четырех столетий: Елизавета I, Яков I, Джон Ивлин, Абрахам Дарби, Бенджамин Франклин, Томас Ньюкомен, Джеймс Уатт, Джордж Стефенсон, Гемфри Дэви, Майкл Фарадей, Герман Мелвилл, Эдвин Дрейк, Ида Тарбелл, Джон Дэвисон Рокфеллер, Генри Форд, Энрико Ферми, Хайман Риковер, угольные магнаты старой Пенсильвании и нефтяные магнаты Калифорнии и Саудовской Аравии — и это лишь немногие, самые известные из них.

В этой истории участвуют целые океаны китов, тела которых давали жир, освещавший весь мир. Со дна ручья сочится нефть, и профессор химии из Йеля задумывается, как ее использовать. Лошади заваливают города смердящим навозом, причиняя все больший вред здоровью жителей, а когда им на смену приходят автомобили, сельское население стремительно нищает — кому теперь нужен выращиваемый им корм для лошадей? Изобретение дуговой сварки становится толчком к строительству трубопроводов для транспортировки природного газа. Рождение ядерной энергетики знаменуется уничтожением двух японских городов: почти несмываемым пятном на ее репутации.

Само глобальное потепление, о котором за век тревожных наблюдений свидетельствуют все новые и новые факты, порождает столкновение идеологий и корыстных интересов — и масштабы этого столкновения сравнимы с библейскими. Энергия ветра, изобильная энергия солнечного света, огромные запасы угля и природного газа борются за господство в бурном мире, население которого к 2100 г. должно возрасти до десяти миллиардов. Его бо́льшую часть составляют жители Китая и Индии, двух самых населенных стран мира, только сейчас переходящих от выживания к процветанию и соответствующему расходованию запасов энергии. Энергии хватит на всех, но справится ли Земля с отходами ее потребления?

В этой книге вы почти не найдете рецептов. В каждом веке свои проблемы и свои возможности — запланированные или неожиданные, но в любом случае слишком сложные, чтобы вывести из них простую мораль. Зато вы найдете в ней примеры, которые я старался изложить настолько полно, насколько это было в моих силах. Речь идет о том, как люди снова и снова сталкивались с одной и той же фундаментальной задачей — извлечь жизненную силу из сырья этого мира. Каждое изобретение, каждое открытие, каждое усовершенствование вело к возникновению новых проблем, и именно через такие непрерывные преобразования мы и пришли к нынешнему положению вещей. Воздух стал чище, мир стал более мирным, и среди нас все больше тех, кто достигает процветания. Но в то же время воздух все больше нагревается. Например, в августе 2015 г. на севере Ирана зарегистрировали увеличение индекса тепловой нагрузки^[2] до 165°F (74 °C). Пусть эти важные исторические сведения помогут нам найти дорогу в будущее. У меня есть дети и внуки. Я надеюсь и верю, что мы найдем эту дорогу.

Примечания

1

Соответственно «дым» и «туман» (англ.). — Здесь и далее, если не указано иное, постраничные примечания переводчика.

2

Heat Index — показатель, выражающий то, как действует на человека сочетание параметров микроклимата, в первую очередь температуры и влажности.