Экоцивилизация. Путь перемен ради жизни

Запер человека

В застенки фабрик, в шахты под землей,

Запачкал небо угольною сажей,

Луч солнца – копотью,

И придушил в туманах

Расплесканное пламя городов.

(Максимилиан Волошин «Пар», 1922 г.)

Паровой двигатель Уатта быстро нашел применение в самых разнообразных отраслях производства. Немецкий философ Карл Ясперс описывал это событие как «великий исторический перелом в развитии техники», который обеспечил переход к массовому промышленному производству широкого ассортимента товаров. Были созданы «машины, автоматически производящие продукты потребления. То, что раньше делал ремесленник, теперь делает машина. Она прядет, ткёт, пилит, стругает, отжимает, отливает; она производит весь предмет целиком. Если раньше сто рабочих, затрачивая большие усилия, выдували несколько тысяч бутылок в день, то теперь машина, обслуживаемая несколькими рабочими, изготовляет в день 20 000 бутылок»[21 - Ясперс К. «Истоки истории и её цель». М., 1994.] писал философ Карл Ясперс в работе «Истоки истории и её цель» (1948 г.).

Широкое применение паровых двигателей на фабриках и горно-металлургических заводах, а так же развитие парового транспорта позволило человечеству справиться с очередным кризисом. Начавшаяся в середине XIX века промышленная революция стала разрешением противоречия между темпами прироста населения и развитием производительных сил человечества. Это противоречие было описано Томасом Мальтусом в 1798 году в «Очерке о законе народонаселения». Мальтус отмечал, что многие родившиеся люди не смогут выжить вследствие недостатка необходимых для жизни предметов, в первую очередь – пищи. Но благодаря повышению производительности труда при машинном производстве, необходимых для жизни товаров стало хватать на всех, причём иногда даже стало случаться их перепроизводство.

Промышленная революция существенно преобразила структуру социума, образ жизни и род занятий людей. Технический прогресс стал главной движущей силой общественного развития. Появились новые социальные группы: промышленники, инженеры, фабричные рабочие. Переход к промышленному производству товаров привёл к тому, что главную роль в обществе стал играть класс промышленников-капиталистов, оттеснивший от государственного управления устаревшее сословие дворян-землевладельцев.

Паровой двигатель также позволил создать новые виды транспорта. В 1803 г. английский механик Ричард Тревитик организовал регулярный маршрут «парового дилижанса» из Лондона в Пэддингтон и обратно. Американец Роберт Фултон в 1807 году открыл регулярные рейсы по перевозке пассажиров и грузов между Нью-Йорком и Олбани, используя пароход «Клермонт», оснащённый паровым двигателем конструкции Уатта мощностью 20 л.с., который специально изготовили и доставили в Америку из Англии.

В 1825 году в Англии была запущена первая железная дорога общего пользования, построенная между городами Стоктон и Дарлингтон. Для перевозки пассажиров и грузов использовался локомотив «Ракета», сконструированный и построенный инженером Джорджем Стефенсоном. С этого момента началось бурное строительство железных дорог по всему миру. В табл. 2.4 приведены данные о развитии сети железнодорожного транспорта в XIX – ХХ веках.

Таблица 2.4. Рост протяжённости железных дорог в мире[22 - Сотников Е. А. «Железные дороги мира из XIX в ХХI век». М., 1993.]

В 1877 г. немецкий инженер Николаус Август Отто получил патент на четырёхтактный бензиновый двигатель, конструкция которого до сих пор является основой для современных двигателей внутреннего сгорания. В 1886 г. Карл Бенц продемонстрировал на Рингштрассе в немецком Мангейме трёхколесную повозку, на которую он установил двигатель Отто. Так был создан прототип современного автотранспорта.

Благодаря большей энергоёмкости жидкого топлива и возможности повышения эффективности его сгорания путём распыления в цилиндрах, двигатель внутреннего сгорания в промышленности и на транспорте начал вытеснять паровые машины, требовавшие для своей работы больших объёмов угля. Изобретение двигателя внутреннего сгорания так же обусловило появление воздушного транспорта, когда Орвилл и Уилбур Райты в 1903 г. установили бензиновый двигатель на сконструированный ими аэроплан.

Дальше наращивать энерговооруженность техносферы позволило широкое применение электричества в промышленности и в городской среде, начавшееся в первой половине XIX в. Электричество как явление было известно ещё с древнейших времён – Фалес Милетский (624 – 547 гг. до н.э.) называл в своих трудах «электризацией» способность янтарной палочки, потёртой рукой, притягивать лёгкие волокна шерсти. Путь к практическому использованию силы электрического тока проложило в 1821 г. открытие британским учёным Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции – принципа преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Он же в 1831 г. разработал первый электрогенератор, приводимый в движение вручную. В 1842 г. первый в мире электроагрегат, состоявший из генератора постоянного тока малого напряжения, приводимого в движение паровой машиной, был установлен на промышленном предприятии в Бирмингеме (Англия) для питания гальванической ванны[23 - Ристхейн Э. М. «Введение в энерготехнику». Таллинн, 2008.].

Усовершенствование в 1834 г. русским физиком Б. С. Якоби электродвигателя постоянного тока и изобретение электрических источников света потребовали создания распределительных сетей, подающих электричество от одного генератора сразу нескольким промышленным предприятиям или большому числу ламп в сети уличного освещения. В 1882 г. в США и Англии было одновременно запущено несколько тепловых и одна гидроэлектростанция (ГЭС), предназначенных для создания небольших промышленных и городских электросетей.

К 1887 г. в США было построено более 100 тепловых электростанций, питавших линии постоянного тока, снабжавшие электричеством промышленные предприятия и системы городского освещения по схеме, запатентованной Томасом Эдисоном. При расширении таких электросетей выявился главный недостаток постоянного тока – большие потери мощности при передаче напряжения на большие расстояния по протяженным проводам. Однако некоторые небольшие линии постоянного тока, построенные Эдисоном в городских кварталах Нью-Йорка, функционируют до сих пор.

В 1886 г. компания Джорджа Вестингауза ввела в эксплуатацию ГЭС переменного тока в Грейт-Баррингтоне (штат Массачусетс, США). Генерация переменного тока высокого напряжения позволила передавать электричество с минимальными потерями на сотни километров по линиям электропередачи и с помощью понижающих трансформаторов создавать разветвлённую сеть электрических линий меньшего напряжения для распределения электричества между множеством потребителей.

В 1889 г. русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский, приглашенный на должность главного инженера в немецкий концерн «АЕG», усовершенствовал асинхронный электродвигатель переменного тока, ранее изобретённый Н. Тесла, предложив использовать трёхфазную схему электропитания и электропередачи. Трёхфазные электрические сети и асинхронные электродвигатели получили самое широкое распространение в техносфере, принципиально не изменившись и до нашего времени.

ХХ век – борьба за энергию

Так человек не в силах удержать

Неистовства машины: рычаги

Сгибают локти, вертятся колеса,

Скользят ремни, пылают недра фабрик,

И, содрогаясь в непрерывной спазме,

Стальные чрева мечут, как икру,

Однообразные ненужные предметы

(Воротнички, автомобили,

Граммофоны) —

Мильонами мильонов, – затопляя

Селенья, области и страны —

Целый мир,

Творя империи,

Захватывая рынки, —

И нет возможности

Остановить их ярость,

Ни обуздать разнузданных рабов.

(Максимилиан Волошин «Машина», 1922 г.)

В табл. 2.5 представлены данные о мировом росте энергетики, последовавшем за промышленной революцией середины XIX века.

Таблица 2.5. Мощность мирового энергопотребления

во второй половине XIX века и в ХХ – начале XXI века[24 - Кулагин В. А. «Прогноз развития мировой энергетики». ИНЭИ РАН. М., 2015.]

Необходимость наращивания электрической мощности техносферы вызвала бум гидроэнергетики в начале ХХ века. ГЭС символично называли электростанциями «белого угля», подчёркивая их чистоту, резко отличающуюся от грязи и копоти тепловых электростанций. Если к 1890 г. в США и Канаде насчитывалось 45 ГЭC, то в начале XX только в США было построено более 200 гидроэлектростанций, в том числе и на Ниагарском водопаде. В Европе гидроэлектростанции сооружались на реках Изер и Рейн (Германия), на реке Рона (Франция), на реке Аар (Швейцария), на реках Швеции и Норвегии.

Несмотря на то, что установка ГЭС представляет собой сложную и масштабную инженерную задачу, так как на водных объектах необходимо сооружать капитальные гидротехнические сооружения – плотины и дамбы, в результате чего образуются огромные водохранилища, страны, обладающие значительными гидроэнергетическими ресурсами, форсировали ввод новых электростанций.

Крупные ГЭС вводились в эксплуатацию на протяжении всего ХХ века. В США в 1939 г. была введена в эксплуатацию самая крупная в то время ГЭС «Гувер» на реке Колорадо, а в 1942, 1958 и 1971 г. – ГЭС на реке Колумбия. Крупные электростанции строились так же в Венесуэле на р. Карони (в 1960 г. и 1978 г.), в Египте на р. Нил (Асуанская ГЭС, 1970 г.), в Мозамбике на р. Замбези (1975), в Иране на р. Карун (1976 г.), в Бразилии на р. Парана (1974), р. Паранаиба (1980 г) и на р. Токантинс (1984 г.). В России и СССР к 1935 г. по плану ГОЭЛРО было построено 10 гидроэлектростанций, в том числе – ДнепроГЭС. С 1935 г. по 1981 г. на Волге было последовательно построено 7 крупных ГЭС, в результате чего река превратилась в каскад искусственных водохранилищ с полностью регулируемым гидрологическим режимом. Кроме того, в СССР были построены крупные электростанции на р. Ангара (Братская ГЭС – 1966 г. и Усть-Илимская – 1980 г.), на р. Енисей (Красноярская ГЭС – 1972 г. и Саяно-Шушенская ГЭС – 1989 г.). В настоящее время крупные электростанции продолжают строиться в Китае на реке Янцзы (ГЭС Удундэ и Байхэтань).

Но вводимых мощностей вновь было недостаточно для дальнейшего роста мировой индустрии, требовавшей всё больше и больше энергии. В 1957 – 1958 г. в мире сложилось противоречие между ростом потребления энергии и энергоресурсов и темпами увеличения объёмов их производства. Последовавшая в середине XX века научно-техническая революция (НТР) заключалась в широком использовании знаний и техники во всех сферах деятельности человека, в первую очередь – направленных на получение энергии. НТР не только помогла преодолеть надвигающийся энергетический кризис за счет промышленного использования ядерной энергии, но и придала большую общественную значимость людям умственного труда.

Первый и самый сильный энергетический кризис начался в 1973 году. Мировое промышленное производство сократилось примерно на 20%, правительствам многих стран с целью экономии энергии пришлось сократить количество рейсов на авиалиниях, урезать время теле- и радиовещания, ограничить движение автотранспорта на дорогах.

Энергетический кризис не был катастрофическим для человечества – благодаря фундаментальным и прикладным научным исследованиям, в конце 50-х годов ХХ века инженерами уже были разработаны типовые проекты, построены и эксплуатировались первые небольшие атомные электростанции (АЭС). В 1976 г. в мире началось одновременное строительство 44 новых ядерных энергоблоков – абсолютный рекорд за всю историю атомной энергетики. К 1979 г. энергетический кризис был успешно преодолён – в экономически развитых странах доля электроэнергии, вырабатываемой на АЭС приблизилась к 20%, а во Франции составила даже 80% от всего объёма энергопотребления.

Бурный рост техносферы

В пучинах вод стальные рыщут рыбы,