Мы живем в эпоху величайшего парадокса: нам постоянно твердят, что ископаемое топливо — это зло, которое вот-вот закончится, но при этом миллиарды людей отчаянно нуждаются в доступной и надежной энергии. Нефтяной век подходит к концу, и это факт, который мы не можем игнорировать. Добыча нефти, скорее всего, резко сократится в течение двух десятилетий и прекратится к концу XXI века. Вопрос не в том, кончится ли нефть (ее запасов, вероятно, хватит еще надолго), а в том, когда человечество перестанет зависеть от нее, потому что появятся лучшие, более чистые технологии.
Сегодня мы напуганы климатическими катастрофами, но подлинная угроза для человечества — это нефтяная зависимость и необходимость восстановления планеты. Если однажды цивилизация начнет "перезагружаться" после серьезного катаклизма, она будет вынуждена перейти на "зеленое" хозяйствование. Но, давайте будем честны: на рынке альтернативные источники энергии (Солнце и ветер) сегодня дают всего около 3–4% мировой энергии. Ископаемое топливо — это природно накопленная, концентрированная и изобильная энергия, которую мы научились использовать с фантастической эффективностью.
Смогут ли чистые источники энергии, которые сейчас кажутся спасением, потянуть на себе вес всей цивилизации? Это не просто технологический вызов, это проверка наших физических ограничений.
Когда я смотрю на громадные ветряки, которые крутятся почти беззвучно, я чувствую надежду. Ветровая энергия — возобновляемый, экологически чистый источник. За последние десятилетия стоимость энергии ветра снизилась настолько, что в некоторых ветреных местах она уже конкурирует с углем. Для небольшой изолированной общины, которая хочет наладить локальную электросеть в постапокалиптическом мире, соорудить ветряк из подручных материалов — вполне реально.
Но дьявол, как всегда, кроется в масштабе.
Ветер — это энергия, которая не поддается контролю, она прерывиста. Ветряные турбины работают, только когда дует ветер, и их коэффициент использования (полезное время работы) редко превышает 35%. А когда нет ветра, что происходит? Мы должны иметь резервные мощности, которые можно быстро включить. Сегодня такой резерв — это в основном электростанции на ископаемом топливе (природный газ). Получается, «зеленая» ветряная энергия — это, по сути, паразит, который увеличивает общую стоимость и снижает надежность системы.
Кроме того, ветряки ужасно материалоемки. Для их производства нужны огромные объемы стали (до 500 тонн на турбину), цемента и пластика (эпоксидные и полиэфирные смолы). Ирония в том, что все эти материалы, от стали для башни до смазки для редуктора, производятся с использованием жидкого ископаемого топлива. И пока мы не начнем производить все из возобновляемых источников, наша цивилизация в своей сути будет зависеть от нефти и газа.
И наконец, экология. Сторонники чистой энергии часто не живут рядом с турбинами и не слышат, как они шумят. А те, кто живет, знают: ветряки могут уничтожать перелетных птиц и летучих мышей. Более того, ветровые и солнечные фермы обладают низкой удельной мощностью, то есть занимают гигантские территории. Например, самая известная солнечная электростанция в Калифорнии занимает в 450 раз больше земли, чем атомная. Чтобы США полностью перешли на возобновляемые источники, понадобится от 25% до 50% всей территории страны. Вы готовы отдать под лопасти и панели территорию размером с Техас, чтобы получить 10% электроэнергии? Я — нет.
Энергия воды — это классика, которая с нами со времен водяных колес. Это, по сути, солнечный свет, который природа накопила в форме потенциальной энергии, подняв воду на высоту. Гидроэлектростанции (ГЭС) невероятно ценны: они надежны, проверены временем, имеют низкие эксплуатационные расходы и высокую мощность. ГЭС обеспечивают более 6% всей мировой энергии, и это самый большой источник возобновляемой энергии сегодня. В Норвегии, Парагвае, Албании и других странах ГЭС покрывают большую часть потребностей в электричестве.
Но у воды есть жесткие границы.
Во-первых, она привязана к географии. Не у всех есть быстрые реки или подходящие ущелья для строительства плотин. Гидроэнергетика уже использовала большинство подходящих мест в развитых странах. И хотя в Африке и Азии есть потенциал для четырехкратного увеличения мощности, строительству часто мешают «зеленые» активисты, выступающие против крупномасштабных плотин из-за их воздействия на реки и природу.
Во-вторых, хранение энергии (аккумуляция) воды — это огромный вызов. Сегодня 99% всех систем хранения энергии в мире приходится на гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Воду ночью перекачивают наверх, а днем спускают, чтобы получить электричество. Это требует не только перепада высот (что недоступно мегаполисам вроде Шанхая или Карачи), но и неизбежно ведет к потере четверти энергии.
Даже приливная энергия, которую можно предсказать с точностью часового механизма и которая имеет колоссальный потенциал, не может быть панацеей, поскольку, как показывает простейший физический расчет, использование этой силы, вероятно, усилит замедление вращения Земли.
Биомасса — это топливо нашей первой цивилизационной волны. Когда-то 98% всей первичной энергии мира давали дрова, навоз и солома. В постапокалиптическом сценарии лес, который быстро захватит заброшенные города и поля, станет простым и доступным топливом. Даже сейчас в бедных странах люди по-прежнему используют древесный уголь, потому что электричество слишком дорого.
Проблема в том, что, как только мы пытаемся масштабировать биомассу до уровня промышленной цивилизации, мы сталкиваемся с жестокой реальностью. Биомасса экономически эффективна только тогда, когда ее не нужно специально выращивать. Как только мы начинаем культивировать энергетические культуры (кукурузу, мискантус, сою), нам требуются огромные площади земли, вода, удобрения и, конечно, машины на ископаемом топливе для обработки этих полей.
В мире, где нужно накормить миллиарды людей, использование сельскохозяйственных угодий для производства биотоплива создает конфликт между энергией и продовольствием. Мы не можем просто так отдать под биотопливную ферму территорию размером с Техас, если хотим продолжать есть.
Хотя современная наука разрабатывает "бионефть" из генетически модифицированных водорослей с фантастической эффективностью, которая может производить в 10 000 галлонов топлива с акра в год, чем кукуруза, эти технологии все еще находятся на стадии лабораторий. А пока, мы видим, что даже этанол, произведенный из кукурузы, выделяет вдвое больше парниковых газов, чем бензин, если учитывать все затраты, включая изменение землепользования.
Отдача энергии на затраченные средства (топливо для выращивания) у биомассы крайне низкая по сравнению с углем или нефтью. Это делает невозможным поддержание нашей высокоэнергетической, индустриальной цивилизации, которая потребляет в десятки раз больше "машинных калорий", чем пищевых.
Похоже, что романтические идеи о «зеленой нирване», которую обеспечат Солнце, Ветер и Батареи, — это тщательно сконструированная фантазия. Это не значит, что мы обречены. Это значит, что нам нужно быть реалистами, а не идеалистами.
Во-первых, физику не обманешь: без огромных и экономически эффективных систем хранения энергии (которые сегодня не существуют), прерывистые источники, такие как ветер и солнце, не смогут заменить ископаемое топливо в масштабе, необходимом для функционирования современного общества. Цена аккумуляторов, которая падает, — это постепенный, а не радикальный прогресс. Для четырехчасового резервного питания электросети США нам потребовалось бы аккумуляторов на $894 миллиарда. Для недельного запаса — в десятки раз больше.
Во-вторых, мы должны перестать относиться враждебно к тем источникам, которые могут обеспечить высокую плотность энергии. Я говорю об атомной и гидроэнергетике. Ядерная энергия, например, обладает всеми преимуществами ископаемого топлива (естественное хранение, концентрация, изобилие), но в гораздо большей степени. Уран в миллион раз более концентрирован, чем нефть.
Будущее, скорее всего, будет гибридным, беспорядочным, с постоянными колебаниями цен и технологическими прорывами, которые придут не с той стороны, откуда мы их ждем. Но одно ясно: если цивилизация хочет выжить и развиваться, она должна научиться распоряжаться энергией, а не просто надеяться, что ветер подует, когда нам нужно зарядить наш электромобиль.
Что же, когда нефтяной век окончательно уступит место веку энергии звезд и атомов, сможем ли мы наконец сосредоточиться на ценности человеческого общения и творчества, а не на бесконечном материальном росте? Или жесткие физические законы загонят нас обратно, заставят мерзнуть и голодать, как это было до открытия угля?