Энергия и цивилизация - читать онлайн книгу. Автор: Вацлав Смил cтр.№ 72

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).

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).

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.