Жертвами подрывных инноваций пали многие крупные компании. История энергетической сферы изобилует подобными примерами, как в сфере добычи энергоресурсов, так и в процессе их преобразования в энергию, ее потребления на производстве или в быту. Зачастую новации были продиктованы бурным развитием технологий в других областях человеческой деятельности, таких как автомобилестроение, коммуникации, создание новых производственных процессов или материалов и т. д. В свое время само использование электричества в быту стало подрывной инновацией, вытеснившей многие иные способы обеспечения жилья энергией. Так, в 1908 г. электрифицированы были лишь 10% американских домохозяйств, но уже в 1928 г. их доля достигла 64%, а к 1958 г. -- 99% [UniversityofOxford, n.d.].
В «информационном» XXI в. наиболее впечатляющие технологические разработки так или иначе связаны с накоплением и анализом больших массивов информации -- «больших данных» [Миловидов, 2017]. Эти технологии создают дополнительный спрос на энергоресурсы. В 2007 г. Летиция Сушон (Laetitia Souchon) с коллегами проанализировали феномен «энергетического айсберга», заключающегося в том, что потребление электроэнергии инфраструктурой информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) (интернет-серверы, базовые станции мобильных сетей, дата-центры, системы бесперебойного снабжения энергией и т. д.) существенно превышает энергозатраты на поддержание работы конечных устройств (персональные компьютеры, мобильные телефоны) [Souchon et al.,2007]. В целом до 2/3 потребляемой энергии может приходиться на инфраструктуру. По оценкам группы шведских исследователей под руководством Йенса Малмодина (Jens Malmodin), в 2007 г. суммарное потребление энергии используемыми в мире ИКТ, включая инфраструктуру и конечные устройства, составило 1286 Твт-ч в год [Malmodin et al.,2010]. Оценки и прогнозы других авторов позволяют сделать вывод о дальнейшем росте потребления энергии в связи с растущей информатизацией общества [Hilty, Aebischer,2015].
Дополнительное давление на ожидаемый рост энергопотребления в мире оказывает распространение таких технологий, как социальные сети и криптовалюты. С 2011 по 2016 г. спрос на энергию сети Facebookвырос с 532 до 1830 Гвт-ч (0.5--1.8 Твт-ч), т. е. более чем втроеРежим доступа: https://www.statista.com/statistics/580087/energy-use-of-facebook/, дата обращения 07.07.2018.. При сохранении текущих темпов роста энергопотребления в 2050 г. социальная сеть может потреблять свыше 10 Твт-ч электроэнергии. Еще более впечатляющим оказывается рост энергопотребления майнеров биткоина. По данным портала Digiconomist, только за год с февраля 2017 г. по июль 2018 г. энергозатраты, связанные с эмиссией (май- нингом) и обращением этой криптовалюты, возросли с 9.6 до 71 Твт-ч, приблизившись к совокупному энергопотреблению такой страны, как Чили. Этот уровень эквивалентен 1.7% потребления электроэнергии в США, 7.5% -- России, 12.4% -- Германии или 29.9% -- АвстралииРежим доступа: https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption, дата обращения 07.07.2018..
Ответом на столь радикальное развитие информационного общества и рост энергопотребления могут стать лишь научные исследования и разработки (ИиР) принципиально новых технологий энергоснабжения. Однако вопреки логике объемы их финансирования имеют ярко выраженную цикличность, связанную с изменениями конъюнктуры рынка энергоресурсов (рис. 2) и свидетельствующую об отсутствии в большинстве стран мира сколь-либо долгосрочной стратегической научной политики в этой области. Вместе с тем если рассматривать структуру государственных инвестиций в науку в целом, то, к примеру, в США в 2006-2016 гг. удельный вес финансирования энергетических ИиР возрос с 6.67 до 9.33%. Эту динамику можно сопоставить с увеличением удельного веса расходов на аэрокосмические исследования -- с 4.79 до 8.64% [NSF, 2018], доля которых в общем объеме средств, выделяемых государством на науку, намного (кратно) отстает от затрат на интеллектуальную деятельность в военной сфере.
Циклический характер финансирования ИиР в энергетике сопровождается структурными сдвигами в их тематике и направленности. По данным Международного энергетического агентства, удельный вес расходов на ИиР за период 1974-2017 гг. снизился с 75 до 19% в атомной энергетике и остался на прежнем уровне 8-9% в сегменте ископаемых топлив. Доля затрат на ИиР, связанных с энергоэффективностью, выросла с 4 до 23%, а в сферах возобновляемых источников энергии и ее аккумуляции -- с 3 до19% и с 2 до 9% соответственно. При этом с 8 до 20% увеличилась доля затрат на междисциплинарные исследования [IEA, n.d.], тогда как уровень финансирования таких, казалось бы, подрывных энергетических инноваций, как топливные элементы или водородная энергетика, остается весьма скромным -- менее 3%.
Приложение GoogleTrends Режим доступа: https://trends.google.com/trends/, дата обращения 27.07.2018.позволяет оценить наиболее популярные среди пользователей интернета темы. Здесь специальные запросы соседствуют с самыми общими, такими как «новая энергия» (newenergy)
Рис. 2. Динамика государственных расходов на ИиР в энергетике и среднегодовые цены на нефть (ОПЕК) за период 1977-2017 гг.
Источник: расчеты автора по данным [IEA, n.d.; Statista, 2018].
или «энергетическая эффективность» (energyefficiency). И если первая оказалась наиболее популярной (60 баллов из 100 возможных) среди жителей Новой Зеландии, Колумбии, Италии, Индонезии, Пакистана и Польши, то второй (41 балл) чаще интересуются на Шри-Ланке, в Саудовской Аравии, Гонконге, Португалии, Финляндии и ЮАР, а на всем наблюдаемом с 2004 г. интервале популярность этого запроса снизилась с 64 до 24 баллов. Стремительно снижалась популярность запросов «топливные элементы» (fuelcells) -- с 86 баллов в 2004 г. до 9 баллов в июне 2018 г. Однако в Дании, Японии, Мексике, Тайване, Египте и Иране интерес к данной проблематике остается высоким. Популярность запроса по другой потенциально подрывной технологии -- «хранение и накопление энергии» (energystorage)-- выросла с 14 до 20 баллов, преимущественно в Южной Корее, Чехии, Иране, Таиланде, Египте и Португалии. Наконец, внимание к технологиям сбора кинетической энергии при работе различных механизмов и движении человека (energyharvesting) пока не очень высокое (всего 3 балла) и отмечается в основном в Южной Корее, Тайване, Иране, Малайзии и Японии. Иными словами, выявить возникновение чего-то принципиально нового характер поисковых запросов пока не позволяет.
Назад в будущее?
Первые автомобили использовали технологии парового двигателя и электрической тяги. В 1896 г. на первых в США автогонках победил автомобиль с электродвигателем, а с 1897 г. началось их серийное производство [Smil,2010]. Спустя несколько лет инициатива перешла к автомобилям с двигателями внутреннего сгорания -- не только в силу их скорости и мощности, но прежде всего благодаря более эффективному масштабированию серийного выпуска, цепочек поставок комплектующих и в конечном счете массовому конвейерному производству, позволившему снизить себестоимость и значительно нарастить прибыль. Сегодня мир, вооруженный современными, гораздо более амбициозными технологиями, вновь возвращается к идее электромобилей. С 2040 г. сразу несколько стран планируют полностью прекратить выпуск автомобилей на двигателях внутреннего сгорания. Рассмотрим факторы, способные существенно подорвать веру в электромобиль в среднесрочной перспективе.
Производство автомобилей в целом и электрических в частности -- крайне энергоемкий процесс. В 2010 г. ученые Аргоннской национальной лаборатории США (ArgonneNationalLaboratory) провели ревизию совокупных объемов энергии, затрачиваемой в ходе полного цикла производства автомобилей за последние 30 лет [Sullivanetal.,2010]. В период 1972-2010 гг. этот показатель варьировал в диапазоне 13.5-52.8 ГДж (3.75х10-6 -- 14.7х10-6 Твт-ч). Собственная оценка авторов исследования лежит в тех же пределах -- 33.92 Гдж (9.42х10-6 Твт-ч). По их же расчетам, количество энергии, затрачиваемой при создании электромобиля, составляет 50.73 Гдж (14.09х10-6 Твт-ч), т. е. производственный цикл автомобилей на двигателе внутреннего сгорания оказывается более энергоэкономичным. Представленные расчеты можно дополнить данными о потреблении энергии при эксплуатации автомобилей, например, в течение 10 лет. В случае автомобилей с двигателями внутреннего сгорания совокупные энергозатраты могут достигать 247 ГДж (68.6х10-6 Твт-ч), а для электромобилей -- 187 ГДж (51.94х10-6 Твт-ч), т. е. разница на десятилетней дистанции немногим превосходит 30%Режим доступа: https://www.quora.com/How-much-energy-is-required-to-build-an-electric-car, дата обращения 23.05.2018., а на двухлетней отсутствует вовсе, и это без учета множества дополнительных обстоятельств, которые могут склонить чашу весов в ту или другую сторону за несколько лет. Так, по оценкам оксфордских специалистов, энергия, которая необходима для зарядки аккумулятора разработанного компанией Teslaтяжелого электрогрузовика Semi, эквивалентна поребляемой 4000 средних частных домов [WEF, 2017].
Дополненные прогнозами роста годовых продаж автомобилей, представленные оценки позволяют датировать наступление новой эры автопроизводства 2040 г., когда производственные энергозатраты, по подсчетам автора, достигнут 1130 Твт-ч для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и 704 Твт-ч -- для электромобилей. После прекращения производства первых вторым предстоит занять соответствующую рыночную долю. В итоге годовое потребления энергии может достичь уровня 1600-2800 Твт-ч (примерно 240 млн т в нефтяном эквиваленте), что в 2.3-3.8 раза превосходит текущие совокупные масштабы потребления всех участвующих в автопроизводстве смежников. Значительный рост энергопотребления в результате массового перехода на электромобили всех типов и моделей, весьма вероятно, приведет к дополнительному спросу на традиционные источники энергии.
Переход на электромобили станет вызовом для добывающей промышленности и производителей аккумуляторов. Изготовление одного аккумулятора электромобиля требует от 5 до 15 кг кобальта, адекватной замены которому пока не найдено, хотя такие исследования ведутся [Felter,2018]. Мировые разведанные запасы кобальта оцениваются в 25 млн т, а с учетом океанического дна -- в 120 млн т. Впрочем, производители ориентируются на данные Геологической службы США (U.S. GeologicalSurvey), согласно которым в 2017 г. официально подтвержденные и промышленно разрабатываемые запасы составляли 7.1 млн т. Текущий ежегодный уровень добычи в 110-120 тыс. т к 2026 г. может достичь 190 тыс. т [USGS, 2018], т. е. при 150 тыс. т среднегодовой добычи кобальтовые ресурсы будут исчерпаны к 2064 г., или через 24 года после того, как мир предположительно пересядет на электромобили.
Борьба за месторождения кобальта уже началась и отразилась в росте цен на него. Сегодня 60% этого металла добывает Демократическая Республика Конго (ДРК) в сотрудничестве с Китаем, обеспечивающим полный цикл кобальтодобычи вплоть до переработки. Это позволяет некоторым экспертам говорить о доминировании китайской «цепи поставок», подталкивающем ряд стран, прежде всего Германию, к поиску альтернативных поставщиков. Россия не входит в число главных мировых производителей кобальта -- его отечественные запасы сравнительно невелики. Однако согласно перечню критического сырья стран ЕС, утвержденному Европейской комиссией в 2017 г., Россия значится основным поставщиком этого металла в ЕС с долей 91%. Конкуренцию ей может составить Финляндия, где возросшие рыночные цены позволили начать добычу кобальта в 2017 г., благодаря чему самообеспеченность ЕС в нем достигла 32% [EuropeanCommission, 2017].
В описанных условиях путь к полной электрификации автотранспорта будет сложным и противоречивым, порождающим вопросы не только к энергоэффективности производства, но и к его социально-политическим аспектам, таким как эксплуатация труда рабочих на кондолезских рудниках или загрязнение атмосферы металлургическими предприятиями. Не исключены также передел сырьевых рынков и иные системные риски, влю- чая экологические. Серьезным вызовом остается низкая эффективность возобновляемой энергетики. Полезный КПД электрогенерации достигает наибольших значений -- до 90% -- в гидроэнегретике, тогда как в ходе генерации электричества при сжигании ископаемых видов топлива (угля, нефти и газа) потери энергии превышают 60%Режим доступа: https://flowcharts.llnl.gov, дата обращения 22.07.2018.. Впрочем, альтернативная энергетика не предлагает принципиальных решений. Эффективность ветрогенерации пока еще составляет не более 37%, солнечной энергетики -- менее 20%, переработки биомассы -- чуть более 35%. Наилучшие показатели среди альтернативных видов энергетики -- у топливных элементов. Их эффективность в зависимости от типа используемых носителей (например, расплавленный карбонат) достигает 57%, что даже несколько выше газогенерации (55%). Топливные элементы эффективнее угля (40-45%) и нефтепродуктов (37%)Режим доступа: http://bxhorn.com/power-generation-efficiency/, дата обращения 11.08.2018., хотя и не радикально. Объем инвестиций, необходимых для развития этой технологии, внутренняя норма доходности проектов и затраты на установку оборудования могут свести на нет всякую выгоду от нее.
Сколь бы тенденциозным ни выглядел этот вывод, но ископаемым видам топлива пока нет адекватной по затратам и эффективности альтернативы. Мировые запасы нефти, газа и угля конечны, но достаточны для обеспечения очередного технологического рывка. Дальнейшие перспективы туманны и требуют усилий по геологоразведке, развитию технологий добычи полезных ископаемых, повышению эффективности используемых ресурсов (не экономии, а роста производительности генерации). Разработка существующих резервов сама по себе может дать импульс технологическим преобразованиям. Вместе с тем использование этих ресурсов способно преобразовать всю технологическую цепочку. Например, полная замена автомобилей внутреннего сгорания на электромобили при сохранении угля в качестве основного энергетического ресурса в восприятии будущих поколений останется не более чем лицемерием.
Концепция устойчивого развития предполагает отказ от традиционных ресурсов в пользу более дорогих и менее эффективных альтернатив. Возможно, прав Дэвид Грэбер, призывающий покончить с засильем бюрократии, не только поглощающей значительную долю созидаемой производительным трудом добавленной стоимости, но и создающей собственный образ будущего, который на определенном этапе может разойтись с интересами всего человечества [ОтаеЬет, 2018].