Энергия. История человечества

Энергия. История человечества
ОтложитьЧитал
000
Скачать
Поделиться:

В своей выдающейся книге лауреат Пулитцеровской премии Ричард Роудс рассказывает о событиях и достижениях, которые легли в основу всех революционных переходов в энергетике и транспорте: от животной силы и гидроэнергии – к паровой машине, от двигателя внутреннего сгорания – к электромотору. Исследуя направления развития технической мысли и уроки, которые извлекло человечество в процессе покорения сил природы, Роудс дает ответ на вопрос, как нам удалось произвести преобразования и обратить заложенные в них возможности себе во благо. Логическим итогом блестящего обзора ключевых событий истории энергетики за четыре столетия становится панорама нынешнего энергетического ландшафта, в том числе производство энергии из возобновляемых источников и вопросы ядерной энергетики. В изложении прослеживается тесная взаимосвязь с такими темами, как риск глобального потепления и стремительный рост численности населения Земли, которая к 2100 году должна достигнуть десяти миллиардов человек. Книга предназначена для всех, кого заботит влияние человека на окружающую среду и будущее мира.

«Нынешние дебаты [об изменениях климата] почти не затрагивают богатейшего человеческого аспекта истории – истока современных энергетических проблем. Одна из целей, которые я ставил перед собой, когда писал “Энергию”, состоит в заполнении этого пробела – людьми, событиями, датами, местами, методами, примерами, аналогиями, поражениями и победами – для оживления дискуссии и прояснения возможных решений». (Ричард Роудс)


В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

Полная версия

Отрывок
Лучшие рецензии на LiveLib
80из 100RedEyes

Нужно признать, что Роудс ограничивается четырьмя столетиями, то есть процесс, например, приручения огня первобытными людьми, или инженерные успехи греков и римлян остаются за скобками. Современность с её надеждами на возобновляемые источники энергии и электрокарами тоже выпадает из рассмотрения, но даже с этими оговорками вас ждет интереснейший рассказ о том, как одни источники энергии сменяли другие. Речь идет об энергии в разных её проявлениях – мы думаем об энергии как о том, что позволяет двигаться машинам и механизмам, но и освещение задало изобретателям достаточно работы. Так что если вы, читая, спотыкаетесь об упоминания газовых рожков – тут у вас будет возможность разобраться досконально, что же это было такое. На меня очень большое впечатление произвела глава о том, как востребован был китовый жир, как масштабен и жесток был китобойный промысел (еще один привет Моби Дику). Вроде бы паровые локомотивы, телеграф, разные опыты с электричеством – и такая дикость. Пожалуй, нам повезло, что киты как вид вообще уцелели в этой бойне. Впрочем, в книге Роудса еще много интересного – об угле, смоге, автомобилях на спирте, первой нефтяной скважине, о надеждах на ядерную энергетику, и т.д. Рекомендую – хотя одной книги для такой темы, как энергетика, точно недостаточно.

80из 100PavelMozhejko

«Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечном пространстве с непостижимой скоростью. Всё вокруг вращается, движется – всё энергия. Перед нами грандиозная задача – найти способы добычи этой энергии». (Никола Тесла)


Примерно миллион лет назад по африканской саванне неуверенной походкой перемещалось существо, очень напоминающее человека. Совсем недавно в этом месте прошла гроза и недалеко дымилось подпаленное молнией одинокое дерево. Рядом с природным пожаром лежала обгоревшая туша предка антилопы. Огонь вселял ужас в одинокого путника, но и голод был не менее убедителен. Обгоревшее мясо оказалось приятным на вкус, а огонь, если не приближаться к нему очень близко, согревал. Существо вязло в руки длинную ветку, один из концов которой еще горел. Так, предок человека понял, что он может унести огонь с собой. Через некоторое время он научиться добывать его сам, а постоянно поддерживаемое пламя посреди первобытного жилища, станет гарантией тепла, защиты от хищников, и более вкусной и легко пережёвываемой пищи…

Выше описан один из наиболее правдоподобных с точки зрения современной науки сценариев обретения человечеством своего первого энергоресурса – горящей древесины. И не важно, звали ли то древнее существо Прометеем или как-то иначе, мы должны быть ему благодарны за ту цивилизацию, которую видим вокруг себя в XXI веке. Именно с этого шага начался долгий путь человечества по освоению ресурсов своей планеты.

Это не очевидно на первый взгляд, но на протяжении сотен тысяч лет, вплоть до XVII века сжигание древесины было основным источником света, тепла и технологических процессов. На огне человек готовил пищу, выплавлял металлы, варил лекарственные отвары, печами и каминами обогревал свои жилища. Конечно, в хозяйстве значительную долю занимала живая, мускульная сила как одомашненных животных, так и самого человека. Не стоит забывать и про первые попытки оседлать реки и ветра. Но основным ресурсом все еще являлся лес.

Про это ничего не сказано в книге «Энергия. История человечества» американского историка, писателя, автора многочисленных книг по истории развития науки и технологий Ричарда Роудса. Свое повествование он начинает с самого конца XVI века, когда Уильям Шекспир запланировал перенос деревянного здания своего театра, чтобы сэкономить подорожавшие материалы, а на смену древесине начал приходить новый ресурс – уголь…

***

Собираясь читать книгу про историю энергетики, ожидаешь увидеть путь, проходящий через очевидные переходные точки: уголь – пар – электричество – нефть – природный газ – ядерное топливо – зеленая энергетика. Действительно, все они присутствуют в книге Роудса, но вот только сама структура книги вызывает некоторые вопросы. Во-первых, нас ждет описание в основном промышленности и науки Великобритании и Северной Америки, можно сказать чуть шире: Западной Европы и США, и потому присутствие в заголовке фразы «история ЧЕЛОВЕЧЕСТВА» выглядит в некоторой степени спорным. Во-вторых, книга Роудса это набор хоть и последовательных, но часто как будто уводящих в сторону статей об изобретениях, технологиях и процессе их внедрения в экономику и промышленность. Посудите сами: «переезд» театра Шекспира, «пароварка» Папена, сезонная миграция птиц, сушка пивного солода, добыча соли для пищевой промышленности, поиски ароматизации воздуха королевского двора, мальтузианство – все это на первый взгляд мало соответствует теме выработки энергии. Каждая глава интересна сама по себе, и книга изобилует интересными фактами, но разброс тем усложняет выделение общей структуры, пока… пока не прочитаешь последнюю главу, которая все ставит на свои места. И раз автор почему-то не пожелал начать с нее свою книгу, что сделало бы ее намного лучше, то начну с нее свою рецензию я.

***

Дело в том, что вся книга «Энергия. История человечества» выросла из графика итальянского физика и аналитика Чезаре Маркетти, демонстрирующего циклы развития и упадка энергоресурсов:


«Приведенный ниже график замены мировых первичных энергоресурсов – один из результатов исследования Чезаре Маркетти. Португальский политолог Луиш де Соуза, написавший в 2007 г. рецензию на работу итальянского физика, объясняет: „Этот график показал одну очень важную вещь: все энергетические источники промышленного века, выходя на рынок, следуют сходным тенденциям. За 40–50 лет источник энергии увеличивает свою долю рынка с 1 % до 10 %, а у источника энергии, которому в конце концов удается занять половину рынка, уходит на это около столетия, считая от того момента, [когда] его доля доходит до 1 %“.

Почему же внедрение новых источников энергии происходит так медленно? Ответ Маркетти на этот вопрос важен: дело в том, что общество – система обучающаяся. Она работает на основе культурной диффузии – передачи идей от одного человека к другому – во многом так же, как распространяется эпидемическое заболевание. Изобретение новой технологии – только начало. Для «Модели Т» Генри Форда потребовались заправочные станции. Заправочным станциям требовался бензин; бензин производится из нефти; нефть еще предстояло найти; для ее переработки нужны были нефтеперегонные заводы; для доставки нефти на нефтеперегонные заводы и бензина в города, в которых ездили автомобили, понадобились трубопроводы. Людям пришлось отказаться от верховых лошадей и конных экипажей, начать покупать автомобили, учиться их водить – и так далее. Когда на смену пуговицам появились застежки-молнии, некоторые возражали против этого новшества, потому что считали, что молнии греховны: с ними легче раздеваться. <…>

Общество – не просто обучающаяся система; оно также развивается волнами технологических замен, происходящих через более или менее правильные интервалы длительностью по полвека. Одна из задач этой книги – придать графику Маркетти повествовательное измерение, начиная со времен Шекспира».

Ричард Роудс в своих главах отмечает различные этапы цикла использования того или иного энергоресурса: когда возникли технологии, которые позволяют его использовать, что послужило росту популярности энергоресурса и росту эффективности его использования, к каким последствиям это привело, что пришло на смену… С этой точки зрения, есть несколько важных переходных этапов, которым автор дает краткие, но емкие характеристики, а сама история энергетики через дополнительные звенья, выстраивается в сплошную и логичную цепь. Давайте рассмотрим эти этапы подробнее.

***

Нехватка древесины в конце XVI века, особенно вокруг таких крупных городов, как Лондон, вынуждает искать альтернативные источники, которым в первую очередь становится т.н. «морской уголь», уголь, добываемый «с поверхности» в неглубоких карьерах на морских побережьях (отсюда и название).


«Проблему с топливом решала дешевая альтернатива: можно было жечь каменный уголь – „морской“ или „карьерный“, как называли его елизаветинцы, чтобы отличить от угля древесного. Исходно словом coal (уголь) называли любые тлеющие куски топлива; отсюда появились названия char-coal (букв. „жженый уголь“) для обожженной древесины, а также sea coal („морской уголь“) или pit coal („карьерный уголь“) для ископаемого топлива в зависимости от того, откуда его добывали: из естественных выходов на мысах над морем – или из-под земли. В 1577 г., в статье, опубликованной в елизаветинском сборнике „Хроники Холиншеда“, Харрисон отмечал, что Центральная Англия уже переходит на ископаемое топливо: „Что касается угольных шахт, они настолько изобильны в северной и западной частях нашего острова, что их хватило бы и для всего английского королевства“. Уголь служил кузнецам уже многие столетия. Его использовали и мыловары; и обжигальщики, готовя в своих печах негашеную известь для штукатурки; и солевары, когда выпаривали морскую воду в открытых железных чанах – долго, тратя огромную массу угля: так получали соль, необходимую для хранения пищи в эпоху, еще не знавшую холодильной техники».Поверхностный уголь быстро истощается и приходится рыть глубокие шахты. Каменный уголь постепенно становится альтернативой древесному (середина XVII века):


«Еще много десятилетий англичане в основном обогревали углем дома. Новое топливо еще не приспособили для полезной работы. Жечь его до́ма было просто; применять в промышленном производстве – трудно и сложно. В домах вполне хватало лишь очагов с дымоходами. Промышленность требовала изменений в самой химии угля. Тем временем спрос возрастал, и вскоре поверхностные выходы „морского угля“ истощились. До сих пор уголь получали из карьеров, выкопанных под открытым небом. Теперь его начали добывать из все более глубоких шахт с туннелями, и углекопы, проникая все глубже под землю, достигли водоносных горизонтов. Иные шахты осушали при помощи дренажных стоков, но шахты, слишком глубокие для дренажа, заполнялись водой, и их приходилось забрасывать. Простые технологии помогли перейти с древесины на уголь, когда оскудели английские леса. Но теперь уголь предъявлял новые требования – и обещал награду тем, кто придумает, как их удовлетворить».Интересно, что «подземный» каменный уголь считался в то время чем-то неприличным, его называли «навозом дьявола» (черный, горит, дымит). Поэты (Чосер, Милтон) отражали суеверные страхи перед глубокими разработками недр в своих произведениях.

Шахты постоянно затапливались грунтовыми водами, затрудняя выработку. Требовался эффективный метод откачки воды. И тут как раз пришелся кстати паровой двигатель, выросший из той самой «пароварки» Папена:


«Это [прямое] действие не ограничено, – писал он Лейбницу, – в отличие от всасывания». Папен хотел сказать, что его двигатель работал в двух режимах: (1) под давлением расширяющегося пара и (2) в режиме разрежения или всасывания, – используя силу атмосферного давления для заполнения частичного вакуума. В фазе прямого действия в цилиндр заливали немного воды, вставляли поршень, опускали его до соприкосновения с водой; после на цилиндр навинчивали крышку с отверстиями, а под ним разжигали огонь. Превратившись в пар, вода толкала поршень вверх, а затем его удерживал на месте подпружиненный шток. Когда огонь гасили, цилиндр остывал, и пар, бывший внутри его, конденсировался обратно в воду, и там, где он находился прежде, создавалась пустота. Шток отводили, и поршень, говоря словами Папена, мог «подвергнуться давлению всей тяжести атмосферы» – и шел вниз, снова заполняя цилиндр. Если поршень соединялся с коленчатым валом, то оба хода поршня – подъем под давлением пара и спуск под давлением атмосферы – удавалось обратить в полезную работу, например накачать воду или обеспечить вращение лопастного колеса судна. Папен понимал, что совершенный им переход к непосредственному применению давления пара – это революция. Состояние дорог в ту эпоху, полагал он, вероятно, не позволило бы использовать паровые повозки, «но что касается перемещений по воде, я тешу себя мыслью, что мог бы довольно быстро решить эту задачу, если бы смог найти бо́льшую поддержку».

*Паровая машина Дени Папена

Многие инженеры начали усердно работать над усовершенствованием паровых машин. Самой распространенной была машина Ньюкомена, эффективность которой была обеспечена одной случайностью:


«Революционный прорыв произошел совершенно случайно, когда Ньюкомен еще работал с моделями и не построил полномасштабной машины. Как рассказывает Тривальд, в латунном цилиндре был „дефект“ – запаянное отверстие, которое снова открылось, и холодная вода, когда ее наливали снаружи, „хлынула в цилиндр и мгновенно сконденсировала пар, создав такое разрежение, что… воздух… с огромной силой надавил на поршень, вследствие чего его цепь разорвалась и поршень проломил дно цилиндра, а также крышку небольшого котла. Растекшаяся во все стороны горячая вода убедила… наблюдателей, что они открыли силу несравнимо более мощную, чем все до тех пор известное в природе, – во всяком случае, никто никогда не подозревал, что ее можно получить таким образом“. Это случайное открытие метода впрыска холодной воды стало ключом к успеху машины Ньюкомена. Изобретатель добавил в свою конструкцию резервуар для холодной воды (холодная вода поступала из него по трубке и впрыскивалась внутрь цилиндра). При наличии впрыска холодной воды машина Ньюкомена могла совершать около 12 рабочих циклов в минуту и выкачивать воду с глубины в десятки метров». <…> Да, по нынешним стандартам эта система оказалась бы примитивной, и к тому же она требовала частого регулирования, но работала она при этом довольно хорошо. Уголь брали прямо на шахте, стоил он дешево, и машины Ньюкомена откачивали воду из британских угольных рудников на протяжении более чем двухсот лет».

Теперь шахты осушались с помощью паровых машин. Это позволило увеличить объемы добычи каменного угля. В шахтах еще до середины XIX века трудились целыми семьями, включая маленьких детей и женщин. Уголь стал основным сжигаемым ресурсом. Доказательством тому был смог над любым крупным городом того времени.


«Уголь и его дым – как и лошади и их выделения – были повседневной чертой, исчезнувшей из современной жизни зрелого промышленного общества. Достаточно хорошее представление о вредоносной завесе угольного дыма, застилавшей на рубеже веков крупные города Британии и США, можно получить, взглянув на нынешний Пекин. Это напоминает нам, что общество сначала развивается и лишь потом, когда наиболее насущные потребности его граждан будут удовлетворены, занимается устранением загрязнений. В 1893 г., когда в Чикаго шла Всемирная выставка, власти временно перевели производство электроэнергии на нефтяное топливо (подававшееся по трубопроводу из Лаймы, штат Огайо), чтобы уменьшить дымовое загрязнение на ее территории. Так закрывал заводы и Пекин, хоть в какой-то мере устраняя дым в дни летних Олимпийских игр 2008 г».Использование паровых машин потребовало усовершенствования самого слабого их места – паровых котлов. Они постоянно взрывались. Был нужен более прочный металл. И ключевую роль в спасении Англии (и мира) от недостатка качественного железа сыграло пиво!


«Железо долгие годы добывали из руды и очищали с использованием угля древесного, а не каменного, потому что сера, содержащаяся в каменном угле, делала железо хрупким. Но древесины всегда не хватало, и рост британской промышленности замедлялся. В то же время рынок был переполнен каменным углем, и в промышленности его применяли разве что для кипячения – например при выпаривании соли или окрашивании тканей. Британская промышленность росла, и оказалось, что во всей Британии попросту не хватит леса, чтобы удовлетворить спрос на железо. И британские изобретатели и предприниматели целый век бились над непростой задачей: как плавить железо при помощи каменного угля?

Долгожданный переворот в этой области совершил усердный предприниматель-квакер Абрахам Дарби, сын фермера, родившийся в деревне близ города Дадли. Сперва Дарби служил в подмастерьях у фабриканта, делавшего дробилки для солода, а в 1700 г. открыл в Бристоле собственное дело. Солод, ключевой ингредиент в пивоварении, получают, вымачивая хмель в воде, пока он не прорастет: при этом активизируются ферменты, благодаря которым крахмалы, присутствующие в зерне, преобразуются в сахара. Чтобы прервать этот процесс, проросшее зерно высушивают в печах, а получившийся солод дробят в порошок и смешивают с непророщенным зерном для ферментации. В 1702 г. Дарби основал в Бристоле еще и медеплавильный завод, где впервые начал выплавлять латунь на каменном угле, и примерно в то же время открыл там литейный цех для отливки в песке железных котлов; в 1707-м он получил патент на эту технологию. В 1709 г. Дарби перенес свое литейное производство в Колбрукдэйл, деревню на реке Северн возле Дадли, приблизительно в 130 км к северу от Бристоля. Там он начал разрабатывать метод подготовки каменного угля для выплавки железа путем коксования: уголь пережигали в печи, почти не допуская кислорода, – так он очищался от серы и других примесей, которые могли бы придать железу хрупкость. Впоследствии об этом изобретении писала вдова сына Дарби, Авия, сравнивая его с сушкой солода».Вот как взаимосвязаны древесина, уголь и железо в промышленности:


«Осваивая технологию, Дарби и его потомки постепенно замещали древесный уголь каменным. Плавка железа на каменном угле позволила британской промышленности выбраться из тупика, созданного нехваткой древесины, как отмечала в 1673 г. Авия Дарби: „Если бы не свершились эти открытия, железное дело… сошло бы на нет, ибо древесина для изготовления угля стала чрезвычайно скудной, и помещики [владевшие лесами] подняли цены на кордовый лес непомерно высоко – настолько, что купить его стало поистине невозможно. Однако, когда взамен его стали применять каменный уголь, спрос на уголь древесный весьма снизился, и через несколько лет, как я полагаю, использовать его и вовсе перестанут“. К началу XIX в. железо по большей части заменило дерево в промышленном производстве и строительстве».Следующим шагом усовершенствований стали паровые машины Уатта двойного действия. Этот принцип позволял им помимо возвратно-поступательного движения еще и вращать валы. Они в корне поменяли английскую промышленность:


«Там, где Уатт ворчал и жаловался, Болтон решительно действовал; когда Уатт предложил для начала продать Болтону эксклюзивные права на производство паровых машин только для графств Уорикшир, Стаффордшир и Дербишир, тот ответил фразой, с тех пор прославленной в веках: „Меня не интересует производство только лишь для трех графств; зато мне было бы очень интересно производить для всего мира“. Болтон лоббировал в парламенте продление срока действия патента Уатта, и патент продлили до 1800 г. Затем появились машины Болтона и Уатта: их приводил в движение уже один только пар; их оснащали автоматическими заслонками; они могли вращать вал, регулировать мощность пара на выходе… Новые паровые машины не только выкачивали воду из шахт: с их помощью раздували огонь в литейных печах, крутили прядильные станки, мололи зерно, чеканили медали и монеты – и фабрики освобождались от энергетических и географических ограничений, связанных с гужевой тягой и водной энергией. В начале XVIII в. каменный уголь уже давал Британии половину всей потребляемой энергии; к началу XIX столетия его доля превысила 75 % и продолжала расти. У этих благ оказалась и непредвиденная изнанка: воздух становился все грязнее – и от того, как дымил уголь, сгорающий в быту и в промышленности, и от процессов, использующих паровые машины».

*Болтон и Уатт обсуждают производство паровых машин на заводе в Сохо

Таким образом мы приходим к царству угля и паровых машин:


«Прекращение действия патента Уатта [1800 г.] позволило другим изобретателям исследовать возможности применения пара на транспорте. Сначала появился каменный уголь, и им стали отапливать дома, заменив все более дорожавшее дерево. Затем спрос на уголь, добываемый у водных путей, заставил рыть все более глубокие шахты и проникать под водоносные горизонты. Шахты затапливало водой, и ее приходилось откачивать, а это вскоре стало не по силам ни людям, ни животным. Помогли атмосферные двигатели, показавшие, сколь эффективно пар может заменить труд животных и человека. В 1781 г. появилась паровая машина двойного действия Болтона и Уатта – пар поочередно подавался в ней по разные стороны от поршня, который не только толкал, но и тянул – благодаря чему стало возможным добиться кругового движения, и предприниматели смогли строить свои фабрики вдали от рек, приводивших их в действие прежде. „Первые семьдесят лет своего существования, – подтверждает Галлоуэй, обращаясь к метафоре Кольриджа, – паровой великан умел лишь одно: чертить прямую линию. Теперь его научили новой мысли, а именно – чертить окружность, и это прибавление к его репертуару стало бесконечно ценным для всего мира“.Изобретение парового двигателя создало экономику ископаемых ресурсов и общество потребления:


«Америке, население которой насчитывало 5,3 млн человек – всего лишь половину населения Британии, – новое поколение двинулось на запад в фургонах, запряженных лошадьми. Реки молодой страны стали ее дорогами: в ней применение пара началось с пароходов. Британия же, извергающая пар и исчерченная каналами, обратилась не к фургонам и не к водному транспорту, а к железным дорогам. „С появлением паровой машины уголь стал давать не только тепловую энергию, но и механическую, и получать их было одинаково просто, – пишет историк экономики Эдвард Ригли. – Это устранило последнее препятствие к применению энергии ископаемого топлива во всех основных производительных процессах“. <…> Возникла экономика, основанная на ископаемом топливе, и это дало импульс к началу эпохи потребления».

Следующий этап развития энергетики – железные дороги:


«Нехватка леса вынудила англичан перейти на сжигание каменного угля. Когда они стали добывать уголь со все больших глубин, их шахты начали затопляться, что побудило их изобрести машины для откачки воды. Подъем воды огнем, как они называли этот процесс – им нравился этот образ, – показал, что тепловую энергию можно преобразовать в энергию механическую. А раз тепловая энергия могла откачивать воду – может быть, она сумеет и вращать колеса? Она сумела – и стала вращать их на мельницах, на заводах, на обычных дорогах (довольно неуклюже) и на дорогах железных – с невообразимой силой и скоростью. И это изменило почти всё – сначала в Англии, затем в Америке, а там и по всему миру».Паровые локомотивы, товарные и пассажирские вагоны, сеть железнодорожных дорог изменили логистику товаров и материалов. Теперь можно было перевозить больше грузов за меньшее время. Отказавшись от конной тяги, инженеры изменили и само железнодорожное полотно. Теперь не было необходимости оставлять между рельсами дорожку для лошади, а значит, можно было укладывать полноценные шпалы, что в свою очередь, позволяло пускать по пути более груженые составы. Стоит еще сказать и о том, что на момент появления паровых локомотивов, ничто не двигалось быстрее них.


«Мы, быстрее перемещаясь, ускорим и темп нашей жизни, оставив позади медленный растительный мир, стремительно обгоняя и животных, и друг друга, и видеть мы будем больше, но в то же время – меньше; во всяком случае, видеть мы станем иначе. А значит, живя в ускоренном темпе, мы примем механическое – те самые машины, которые увеличили скорость наших перемещений и изменения мира. „От запада до востока, – заключает Уокер, – и от севера до юга распространится и разрастется механистический принцип, философия XIX в. Мир получил новый импульс“.

Закончилась первая часть книги «Сила» и началась вторая «Свет». Она посвящена нефти, газу и электричеству. И начнем мы с соли. Соль – важнейший продукт, сохраняющий свою актуальность многие столетия.


«Наши предки использовали соль не только в качестве пищевой приправы. Домашние холодильники появились лишь в 1920-х гг., а прежде сохранить продукты, в частности мясо, позволяла разве что засолка. И именно потому „соляные налоги“ взимались столетиями: как без соли хранить еду?»Неудивительно, что именно соляные скважины стали прообразом скважин нефтяных.


«Как и при поиске угольных пластов в прежние времена, для бурения соляных скважин существовало два способа. Скважину либо пробивали, по трудоемкой старинной технологии, пружинящим шестом, либо пробуривали долотом, подвешенным к вышке и приводимым в действие небольшой паровой машиной (на рис. пружинящая штанга)».

Известно, что долгое время нефти не предавали большого значения. В лучшем случае она использовалась для смазки и аптекарями. В тоже время, людям всегда был нужен хороший источник света в темное время суток. Особенно эта проблема было острой в больших городах. Для освещения использовались самые разные материалы: живица (смола сосны), китовый жир, природный газ. Именно последний, сосед нефтяных месторождений, послужил причиной роста разработки мест залегания нефти и природного газа. Более того, постепенно был раскрыт состав нефти, и выделены ее полезные составляющие, такие, как битум и керосин.

Первые нефтяные скважины Эдвина Дрейка появились в Пенсильвании в середине XIX века. Иногда нефть вытекала прямо на поверхность земли, но в случае глубоких скважин, она фонтанировала. Сразу же возникла проблема транспортировки нефти, что в свою очередь спровоцировало поиски метода изготовления качественных труб:


«Даже успешный паводковый сплав не гарантировал доставки нефти. Часто не менее трети ее терялось из-за течей в бочках еще до начала сплава; еще треть вытекала при сплаве по реке Аллегейни до Питтсбурга. При таких ограниченных и ненадежных транспортных средствах нефть не особо грозила отрасли каменноугольного масла: к 1860 г. предприятия по его перегонке увеличили объем своей продукции до 262500 баррелей в год. Все начало меняться в 1861 г. В апреле, тогда же, когда Пьер Густав Тутан де Борегар, бригадный генерал армии Конфедерации, обстрелял федеральные войска, защищавшие форт Самтер в Южной Каролине, и тем самым положил начало Гражданской войне, на Ойл-Крике забила первая фонтанирующая скважина. <…> В 1863 г. появились трубопроводы для перекачки нефти от скважин к железной дороге. Трубы делались разного калибра, от двух до шести дюймов (5–15 см); нефть перетекала самотеком или под воздействием паровых насосов. Прежде нефть возили только фургонами – и теперь возчики пробивали трубы кирками и поджигали вытекавшую нефть. Но так продолжалось недолго: в конце концов против них выставили вооруженную охрану, и они ушли из здешних мест – летом 1866 г., за одну только неделю, уехали 1500 человек».Нефть сразу начала дорожать…


«Еще до этого все предприятия по перегонке каменноугольного масла, выпускавшие керосин, сменили сырье, перейдя с дорогого кеннельского угля на гораздо более дешевую нефть – она стоила менее доллара за галлон. Никаких точных данных о росте производства сырой нефти во время Гражданской войны не сохранилось, но Гидденс нашел красноречивые косвенные свидетельства в росте налоговых сборов, которые федеральное правительство получало с переработанной нефти: за последнюю треть 1862 г. они составили около 237000 долларов, за 1863 г. – 1,2 млн долларов, за 1864-й – 2,3 млн, а за 1865-й – 3,05 млн. <…> Одновременно с этим война задушила три других крупных источника лампового топлива. Союз устроил блокаду портов Юга, не давая отправлять живицу на северные перегонные заводы, а потому на Севере стал быстрее распространяться керосин, производимый из нефти. К тому же федеральное правительство непродуманно ввело новый акциз, сделавший производство зернового спирта нецелесообразно дорогостоящим. И наконец, корабли Конфедерации вели хищническую охоту не на китов, а на китобойные суда, и почти полностью уничтожили китоловство».

В это же время совершены ключевые открытия в области электричества и магнетизма. Сначала, это были примитивные и ненадежные аккумуляторы (вольтов столб), и первые попытки электроосвещения (дуга Дэви), но потом две стихии (электричество и магнетизм) были объединены одним законом. Более того, благодаря открытию М. Фарадея, электромагнетизм удалось увязать с механической энергией:


«Электричество порождало магнетизм, а магнетизм порождал электричество. Эти две силы действительно оказались одной мощной, невидимой силой – электромагнетизмом. Благодаря этому серьезнейшему доказательству Фарадей завоевал уважение научного мира. Кроме того, оно открыло путь к устойчивому производству электрического заряда в любых количествах и без необходимости в батареях. Генератор Фарадея с его медным диском был простой динамо-машиной, первым примером механизма, ставшего затем обычным элементом автомобилей и других машин. Он позволял преобразовать механическую работу в электроэнергию. Такую работу могла совершать рука, вращающая рукоятку. Или паровая машина. Или водопад».Следствием дальнейшего развития науки об электромагнетизме и использование последнего в машинах и быту, стала т.н. «война токов» и появление гидроэнергетики. Как известно, победил переменный ток Вестингауза (против приверженца постоянного тока Т. Эдисона), который можно было с меньшими потерями переправлять на большие расстояния. В это же время американские инженеры задумались о том, как использовать колоссальные запасы потенциальной и кинетической энергии вод Ниагарского водопада. Постепенно, освещение городских улиц газом стало уступать место электрическим лампочкам.


«Ниагарская электростанция официально начала выдавать энергию 25 августа 1895 г. – прежде всего на близлежащий алюминиевый завод. Уже через год ее передавали за пределы Буффало – в Нью-Йорк, лежащий на расстоянии 600 км. К 1905 г. Ниагара производила 10 % всей электроэнергии в Соединенных Штатах. Когда в 1904 г. начал работать второй машинный зал, мощность Ниагарской электростанции достигла 100000 лошадиных сил – такой же была совокупная мощность, которая вырабатывалась тогда во всех остальных Соединенных Штатах. Переменный ток победил в „войне токов“. Даже Эдисон, хоть и неохотно, стал делать машины для его производства. Электромоторы большие и малые, вплоть до моторчиков для швейных машинок, шли на смену валам и ремням, малоэффективно передававшим энергию от паровых машин. В сельской местности все еще читали при свете керосиновой лампы и готовили на керосине, но в городах всего мира уже включался электрический свет».

Свежий воздух зависел от технологии производства стальных труб, по которым транспортировали природный газ, используемый вместо угля:


«В первые десятилетия XX в. все американские города ненадолго смогли насладиться чистым воздухом. Но в дни обеих мировых войн даже от тех ограниченных мер по устранению дыма, которые удалось осуществить городам, пришлось отказаться ради увеличения промышленного производства. Лишь после Второй мировой войны, когда развитие трубопроводов позволило транспортировать природный газ на дальние расстояния, воздух наконец очистился».***

Надвигалась эпоха автомобилей. Ей Ричард Роудс открывает заключительную третью часть своей книги «Новые огни». В начале автомобильной эры выбор бензина, как основного топлива, был еще не очевиден.


«В 1896 г. по дорогам Соединенных Штатов ездили всего лишь около трехсот автомобилей, причем самых разнообразных. <…> Некоторые из них работали на электрической или паровой тяге. Другие, оснащенные двигателями внутреннего сгорания, использовали самые разные виды топлива – бытовой газ, бензин, спирт, керосин, ламповую горючую жидкость или их смеси. Какое топливо и какой тип двигателя станут преобладающими, еще не определили. Лидером по продажам в Соединенных Штатах в 1898 г. стал „Паровик Стэнли“ (Stanley Steamer). Два года спустя, отмечает историк Руди Волти, „из 4192 автомобилей, произведенных в Соединенных Штатах в 1900 г., 1681 был паровым, 1575 – электрическими, и только 936 использовали двигатели внутреннего сгорания“.

Коренной перелом произошел чуть позже с окончательным выбором бензина в роли автомобильного топлива (уход от возобновляемых ресурсов в транспорте):


«Замена лошади на автомобиль сделала фермеров беднее. „Используя энергию, получаемую из бензина, вместо лошадей, потреблявших вместо топлива зерно и сено, – писал в 1938 г. специалист по экономике сельского хозяйства, – мы лишили фермера рынка для культур, которыми были засеяны многие миллионы акров“. Это был непредвиденный эффект, но фермеры потеряли важный источник дохода, а весь мир – возобновляемые ресурсы. Их сменило ископаемое топливо, а сколько его залегало в глубинах, к чему вело его использование – этого никто не знал. Однако все могло быть иначе. В 1906 г., когда федеральное правительство отменило старый налог времен Гражданской войны, не позволявший спирту конкурировать с керосином, спиртовое топливо вернулось на рынок и 30 лет, считая с начала XX в., боролось с бензином за роль автомобильного горючего».Остальная часть рецензии (и цитатника), а также впечатления от издания по ссылке ниже (интересного много и все не влезло):

https://telegra.ph/pavelmazheikabooksreview–282-2-iz-2-09-05***

Как писалось выше, книга Ричарда Роудса изобилует интересными фактами из истории науки и инженерного дела. Некоторыми из них я делюсь в иллюстрированном ЦИТАТНИКЕ по ссылке ниже (в конце рецензии).

Интересно и то, что в книге американца дважды упоминаются белорусы. В первом случае это уроженец Беларуси, американский экономист Саймон Кузнец, автор т.н. «экологической кривой Кузнеца», а во втором случае – Председатель Верховного Совета Белоруссии (1991—1994) Станислав Шушкевич, который в интервью автору поделился своими воспоминаниями о Беларуси во время аварии на ЧАЭС. Подробнее в ЦИТАТНИКЕ.

***

80из 100odvis

С точки зрения исторического экскурса в развитие энергии в мире ( с 17 в. до текущего времени) книга довольно интересна. Каждый из разделов посвящен тому или иному виду источников энергии (дерево, уголь, нефть, газ, атомная энергия).Большая часть книги посвящена развитию паровой энергии в Великобритании и газо/нефтедобычи в США. Читателю иногда приходиться «пробираться» сквозь детальное описание отличий между паровыми двигателями различных моделей, особенностями освещения угледобывающих шахт, этапами разработки автомобильного топлива. В книге часто встречаются схемы устройств или воспроизведены визуальные материалы (картины, гравюры, фотографии), связанные с описываемым. В конце каждой главы приведены ссылки на использованные источники.К недостаткам книги можно отнести то, что не уделено внимание другим возобновляемым источникам энергии, кроме атомной, о которой у автора есть отдельные книги.Наука, технологии и процветание, рожденное ими, вовсе не угрожают цивилизации, а будут поддерживать наше существование в будущем. Это единственные из институтов, до сих пор созданных человеком, которые неизменно учатся на своих ошибках.

Оставить отзыв

Рейтинг@Mail.ru