Как мир в ближайшем будущем будет добывать и использовать энергию.

Страсти вокруг строящейся в Беларуси атомной электростанции не утихают. С завидной регулярностью в СМИ и соцсетях появляются «сенсационные» материалы, якобы доказывающие экономическую нецелесообразность строительства БелАЭС. Предлагается то построить вместо неё «экологичный» ветропарк, то солнечные электростанции. Всякий раз такие предложения не выдерживают предметной критики, человека, вооружённого простейшим калькулятором и элементарными знаниями физики на уровне средней школы. Но, на самом деле, вопрос гораздо более широкий, чем кажется на первый взгляд: мы должны понять, имеет ли атомная энергетика перспективы или же является технологией «вчерашнего дня». Но если верно последнее, то что идёт на смену атомной энергетике? Возобновляемые источники (те самые ветряки и СЭС)? Радиоизотопные источники энергии? Или что-то другое?

Этим материалом мы открываем цикл публикаций, посвящённых теории технологических укладов. Вместе с читателем попытаемся понять, в каком укладе мы живём сейчас и каким будет следующий. Ведь именно связка «энергетика — двигатель — материал» полностью определяет лицо эпохи.

Особая важность Белорусской АЭС для настоящего и будущего Союзного государства определяется не только текущими экономическими и политическими выгодами, которые её строительство несёт Союзу, но и её значением как зримого проявления развития союзной атомной энергетики в целом. Дело в том, что на настоящем этапе развития мировой цивилизации весь её дальнейший прогресс зависит именно от овладения полноценной атомной энергетикой, и это не преувеличение. Для того чтобы понять, почему это так, придётся обратиться к теории.

Технологические уклады: традиционная версия

Существует теория технологических укладов. Технологический уклад — это «совокупность взаимосвязанных производств, имеющих общий технический уровень и сопряжённых с ним технологий, развивающихся синхронно». Это определение не идеально, так как далеко не всегда развитие производств оказывается именно «синхронным» (вернее, смотря что понимать под синхронностью), но в целом адекватно отражает понятие. Часто (но не всегда) считается, что каждый уклад связан с определённым «кондратьевским циклом» в экономике.

Представление о технологических укладах, как и временные границы между ними, варьируется от теории к теории, но основная идея сохраняется.

Первый технологический уклад, начавший развиваться в конце XVIII века, проявил себя в развитии текстильной промышленности — это была первая механизированная отрасль в мировой экономике. Он был основан на энергии воды и ветра, на водном парусном транспорте и на дереве и камне (и кирпиче — «искусственном камне») как конструктивных материалах. Если сказать коротко, то первый технологический уклад — это «вода и ветер — парус и мускульная сила — дерево и камень». Энергия текущей воды и ветра использовалась для приведения в действие машин. Парус — двигатель, использующий тот же ветер, — стал основой водной транспортной системы. Основой сухопутной транспортной системы оставалась мускульная сила человека и животных. Дерево и камень — основные материалы. В связи с тем, что на суше использовать парус невозможно, сухопутный транспорт по-прежнему основывался на конной тяге и по этой причине оказывался намного дороже водного.

Нидерландская бурлачка, ок. 1900 г. Несмотря на то, что эпоха первого технологического уклада завершилась в первой половине XIX века, мускульная сила не только животных, но и человека использовалась на транспорте ещё долго.

Второй технологический уклад, активно развивавшийся с 1830-х годов, представлял собой принципиально новый шаг: при нём началась механизация уже всех основных отраслей. В это время осваивается технология паровой машины. Основным энергоносителем становится каменный уголь, основным материалом — чугун, основным двигателем — паровой двигатель. Это период механизации промышленности и, самое главное, создания механизированной континентальной транспортной системы. Прежде для доставки промышленных грузов зачастую приходилось прокапывать каналы для барж (в частности, так делалось в Англии). Теперь же ситуация радикально поменялась. Появление принципиально новых видов сухопутного транспорта усилило позиции континентальных держав (в том числе Российской империи). В этот период происходит бурное развитие чёрной металлургии и связанных с ней отраслей промышленности, прежде всего транспортной.

Третий технологический уклад начал развиваться с конца XIX века (с 1880-х). Он основывался на широком применении электрической энергии и повсеместном внедрении электротехники. Электрический двигатель становится основой транспортной системы. Добывается электричество либо путём сжигания органического топлива (тепловая энергия преобразуется в механическую, а та — в электрическую), либо — это принципиальная инновация — с помощью ГЭС (механическая энергия движения водных масс преобразуется в электрическую). Основной континентальный транспорт — электрифицированные железные дороги. Основной материал — сплавы, в первую очередь сталь в разных вариантах (позже широкое распространение получают дюраль и другие сплавы алюминия, но это уже переходный этап к следующему укладу). Можно отметить, что формально основными энергоносителями по-прежнему остаются вода (как при первом технологическом укладе) и уголь (как при втором). Принципиальное различие в том, что появление возможности преобразования энергии в электрическую форму радикально повысило возможности манипулирования ею. Теперь стало возможно быстро перебрасывать энергию на большие расстояния, легко переводить её в химическую и световую форму. В этот период создаются энергосистемы общегосударственного масштаба. Прежде нечто отдалённо подобное существовало только в сфере морского транспорта (система угольных баз Британии на всех морях), но там возможности «манёвра энергией» были весьма ограничены.

Именно на этой фазе происходит превращение Российской империи в Советский Союз. К третьему технологическому укладу исходно принадлежала вся советская техносфера (с момента реализации плана ГОЭЛРО).

Четвёртый технологический уклад начал проявляться в 1930–40-х гг. Он основывался на широком внедрении технологии двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и органической химии. Основные отрасли промышленности на первоначальном этапе — автомобилестроение и всё с этим связанное (в том числе конвейерное производство, впервые внедрённое в широких масштабах на автомобильных заводах). Именно в связи с этим происходит резкий рост потребления нефти и развитие нефтехимии. Основной энергоноситель — нефть. Двигатель — ДВС. Основным материалом становятся пластмассы и некоторые лёгкие сплавы. Это вновь существенно меняет облик цивилизации. На лидирующие позиции выходят Соединённые Штаты, также хорошие позиции имеют «традиционные» развитые страны Западной Европы, некоторые страны Восточной Азии и Советский Союз. Иногда считается, что и развитие атомной энергетики тоже относится к четвёртому технологическому укладу.

Пятый технологический уклад развился в конце XX века, начиная примерно с 1980-х. Считается, что он основан на технологии микроэлектроники и ряда других смежных отраслей — по интернет-технологии включительно. Ему соответствует либо атомная энергия, либо некие неназываемые «новые источники энергии» (в этом случае подразумевается, что атомная энергия принадлежала к четвёртому укладу). Под «новыми» могут подразумеваться почти любые энергоисточники — от газа до «зелёной энергетики».

Шестой технологический уклад должен начинать развиваться уже сейчас, а доминировать он станет с 2030-х. Обычно считается, что он будет основан на нано- и биотехе и каких-то невнятных энергоисточниках, под которыми практически всегда понимаются возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Пятый технологический уклад описан неточно!

Слабость описанной схемы очевидна: что касается первых четырёх технологических укладов, то они легко описываются чеканной формулой, включающей источник энергии (в первую очередь), а также основу транспортной системы (основной двигатель) и базовый материал.

Почему формула именно такова, вполне понятно. Новый источник энергии резко повышает возможности цивилизации: дело не только в его мощности, но и в «гибкости» — возможности распределять энергию по всем направлениям, концентрируя её на нужных участках.

Важность же технологий транспорта иногда недооценивается. В этой связи следует помнить, что именно развитие транспортной системы в своё время вообще превратило аграрную цивилизацию в индустриальную или, что то же самое, создало предпосылки для превращения феодальной общественно-экономической формации в капиталистическую. Именно развитие транспортных коммуникаций позволило перейти от натурального хозяйства к товарному. Разумеется, для людей всегда было очевидно, что в каждом конкретном месте создавать с нуля всё необходимое для жизни не всегда выгодно: выращивать теплолюбивые культуры лучше на юге, металлические изделия целесообразно производить там, где больше руды, и т. п. Однако длительное время росту разделения труда мешала именно транспортная недостаточность.

Когда эта проблема была решена, специализация и разделение труда стали расти очень быстро. Произошло это на протяжении «долгого XVI столетия» (1492–1640 гг., от начала Великих географических открытий до Английской революции). В результате рабство в Америке или «второе издание крепостничества» в Восточной Европе вовсе не были тем рабством и крепостничеством, которые существовали в Античности и в Средневековье соответственно: теперь латифундии и поместья производили товары для нужд рынка, а не жили натуральным хозяйством, как крупные землевладения Средних веков.

Неудивительно в связи с этим, что именно транспортные технологии являются ключевыми для индустриальной цивилизации. Основной транспортный энергоноситель — всегда «кровь экономики» (по крайней мере, если он в дефиците, если дефицита нет, то лимитирующим фактором развития становится дорожное строительство — борьба с «хроническим склерозом транспортных артерий»).

Таким образом, вся структура индустриальной экономики определяется тремя пунктами: энергетической первоосновой, транспортными технологиями и доминирующим материалом. Итак, первый технологический уклад — это «вода — ветер — парус — дерево». Второй технологический уклад — это «уголь — паровой двигатель — чугун». Третий — это «электричество — электрифицированные железные дороги — сплавы». Четвёртый — это «нефть — двигатель внутреннего сгорания — пластмассы». Можно заметить, что в каждом случае появляется не просто набор отдельных технологий, но именно внутренне взаимосвязанный технологический комплекс.

Например, понятно, что парус — это просто форма использования энергии ветра (одной из основных при первом укладе). При переходе ко второму укладу широкое внедрение технологии коксования каменного угля и ряда новаций в металлургии позволило на порядок удешевить производство чёрных металлов. Только благодаря этому чугун смог стать основным конструктивным материалом. И только активное использование угля и чугуна одновременно позволило создать паровую машину, пригодную для пуска в крупную серию. А также создать небольшую паровую машину, адаптированную для использования в качестве двигателя на транспорте.

То же самое в случае третьего технологического уклада: именно начало активного использования электричества позволило создавать крупные энергосистемы общегосударственного масштаба. Благодаря этому только и могли появиться электрифицированные железные дороги. Кроме того, именно благодаря использованию электричества появилась металлохимия нового поколения, основанная на электролизе. Она позволила внедрить не только стальные сплавы (многие легирующие добавки для которых производились с использованием электричества), но и сплавы алюминия и других цветных металлов (алюминий же добывается исключительно электролизом).

Что касается четвёртого технологического уклада, то вполне естественно, что введение в технологический оборот больших объёмов нефти, необходимых для широкого внедрения двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере резко облегчило развитие нефтехимии в частности и органической химии в целом. Это позволило начать тот «век пластмасс», который во многом продолжается и сейчас.

А вот для пятого и тем более шестого технологических укладов выявить подобный комплекс взаимосвязанных технологий невозможно: развитие микроэлектроники никак принципиально не повлияло на транспортную систему и энергетическую первооснову цивилизации.

Говорить о том, что именно новые технологии обработки информации, к которым в конечном счёте сводятся микроэлектроника и смежные технологии, сами по себе создают новый уклад, как-то странно: до сих пор ведь каждый новый технологический уклад означал революцию в любой сфере, в том числе и в области хранения и обработки информации. Можно выявить соответствующий каждому из укладов оптимальный способ распространения информации.

Например, первому технологическому укладу соответствует пресса (ежедневные газеты). Её появление было связано с совершенствованием технологии книгопечатания. Второму технологическому укладу соответствует первый телеграф. Третьему — телефон и радио. Четвёртый технологический уклад породил цветное многоканальное телевидение.

Ну да, пятый технологический уклад породил микроэлектронику, интернет и всё, что с этим связано. Но где же сопутствующее рывку в развитии информационных технологий развитие энергетических и транспортных технологий?

То же самое можно сказать о других второстепенных направлениях: каждый технологический уклад означал шаг вперёд в них. Например, технологии полёта. Максимальное достижение первого технологического уклада — монгольфьеры. Второго — дирижабли. Третьего — поршневая авиация. Четвёртого — реактивная авиация и первые космические полёты (химические ракеты-носители). А что соответствует пятому?

Одним словом, вполне очевидно, что пятый технологический уклад в настоящее время недостроен: мы — человечество — не завершили переход к нему. У нас от пятого технологического уклада имеются соответствующие ему информационные технологии… но всё остальное осталось прежним.

Мир застрял между двумя технологическими укладами

Для более полного понимания мысленный эксперимент: могло ли получиться так, что, к примеру, произошло бы неполное построение, скажем, третьего или четвёртого уклада? Так, что уже существовала бы информационная оболочка от следующего уклада, а всё остальное осталось прежним? Скажем, возможно ли было (хотя бы теоретически) цветное телевидение в мире с уровнем технологий межвоенного периода? Можно ли представить себе радио и телефон в условном Лондоне Диккенса и Конан Дойля или в России Достоевского и Чехова? В принципе, да: электричество было известно, металлы выплавлять умели. Да, подобный суперхайтек был бы достаточно дорогим удовольствием, но всё же это не кажется чем-то принципиально невозможным. Тут возникает другой вопрос: можно ли себе представить, чтобы люди освоили электричество в достаточной степени для того, чтобы создать радиопередатчики и приёмники, и при этом не использовали практически те же технологии в промышленности?

Но вспомним развитие транспорта. К середине XIX века совершенствование технологий парового двигателя позволило создать первые эффективные автомобили — с паровым двигателем. Да, они существенно уступали по всем характеристикам более поздним автомобилям с ДВС, но всё-таки они были и постепенно получали распространение. Однако почему-то даже в самых развитых странах продолжали активно строить железные дороги и паровозы, а вот механизированные повозки для городских условий широкого применения не получили. Но почему, это ведь практически то же самое?

Dudgeon Steam Wagon 1853. Один из множества однотипных проектов паромобилей середины XIX века.

Основная причина — психологическая инертность, «футурошок»: люди попросту боялись выпускать аналоги паровозов на улицы городов, где всё-таки люди ходят (различие между тротуаром и проезжей частью тогда было очень условным, да и имелось не везде). Лошадей не боялись, а вот автомобилей — да. Достаточно вспомнить британские правила второй половины XIX века для механических экипажей (Locomotive Act от 1865 г.): перед каждой самоходной машиной на расстоянии около 50 метров должен идти человек с красным флагом и сигнальной дудкой. Спускать пар со свистком было запрещено (мол, это пугает лошадей), а скорость на городских дорогах не должна была превышать… 2 мили в час (около 3,2 км/ч)! Понятно, что, получи в таких условиях англичане XIX века хоть современный ДВС во всём его величии, с такими правовыми нормами толку бы им от этого не было никакого.

Одним словом, при определённых условиях вполне возможно было опережение/отставание в становлении технологий нового уклада — скорее по психологическим, социальным или политическим причинам, нежели по собственно техническим.

Этот фактор — психологический — нельзя недооценивать. Как известно, механический «компьютер» — «дифференциальная машина» Ч. Бэббиджа — был придуман ещё в начале XIX века. Но сама идея таких машин была слишком новаторской. Нечто аналогичное интернету на уровне технологии телефона и факса (рубеж третьего и четвёртого укладов) уже можно было создать. Но весь вопрос был в целеполагании: не было самой концепции, а не технических возможностей (впрочем, нечто похожее на интернет и блогосферу фигурирует уже в фантастическом романе В. Ф. Одоевского «4338-й год» , написанном в 1830-х гг.).

Конечно, с точки зрения нашего «технического здравого смысла», мир «Диккенс + радио» выглядел бы очень странно. Ну вот и наша цивилизация, с точки зрения потомков, будет смотреться примерно так же. Примерно как англичане XIX века, пускавшие человека с флагом перед автомобилем.

Сосуществование технологий соседних технологических укладов хорошо знакомо и нашей эпохе: «апгрейд» всей техносферы разом — дело дорогостоящее и не всегда быстро окупающееся. Например, транспортная система, соответствующая четвёртому технологическому укладу, то есть основанная на двигателе внутреннего сгорания и автомобильном транспорте, из всех крупных стран развилась только в Соединённых Штатах Америки: именно там после «Великого Рельсового Погрома» 1956–1970 гг. автотранспорт стал абсолютно доминировать. В других странах — в Европе, в Советском Союзе — по-прежнему ключевую роль продолжали играть электрифицированные железные дороги. Следует признать, что американская транспортная система объективно лучше: издержки в ней минимальны, после «погрома» система расселения в США стала оптимизироваться в соответствии с теорией Кристаллера (то есть уровень транспортного комфорта граждан вырос), но издержки перехода на неё были столь велики, что под силу были только мировому экономическому гегемону. Это не говоря уже о том, что подобный переход требует радикального роста потребления нефтепродуктов.

Заброшенный вокзал в г. Баффало, США: результат «Великого Рельсового Погрома» 1956–1970 гг.

Таким образом, вполне вероятно, что наш мир просто «завис» между четвёртым и пятым (а отчасти даже третьим и шестым) технологическими укладами. Но что же в связи с этим делать? Что необходимо предпринять для того, чтобы перейти к полноценному пятому укладу и возобновить развитие? Об этом поговорим в следующем материале.