giovanni1313

Categories:

Энергия и постиндустриальное общество. Часть 1

Когда разговор заходит о постиндустриальной экономике, в фокусе неизменно оказываются новые, яркие и захватывающие понятия и тренды: эра знаний, дигитализация и виртуализация, роботы и ИИ, на худой конец — продолжающееся разрастание сферы услуг. Действительно, всё это важнейшие черты экономики будущего, и внимание к ним вполне объяснимо.

А вот про трансформацию в новом мире старых укладов — промышленности, энергетики —  вспоминают достаточно редко. Хотя, на мой взгляд, значимость и степень предстоящих изменений в этих секторах должны вызывать не меньший интерес. Более того, именно прогресс в этих «базовых» укладах будет определять успешность всего построения постиндустриального мира.

Карикатурист Кирк Андерсон (картинка выше) демонстрирует нам очень ясное понимание  сути новой экономики — получше, чем у иных титулованных экспертов. Но все нюансы сложных экономических концепций одной карикатурой порой не объяснить. Да и ради формата пришлось пожертвовать точностью некоторых деталей. Так что если вы хотите разобраться с ролью энергии в постиндустриальном обществе глубже, чем на уровне карикатур — придется читать дальше.

А начать следует с самых основ. Почему мы разделяем траекторию экономического развития на три главных этапа: аграрный, индустриальный и постиндустриальный? На каждом из этапов для общества на первый план выходил тот или иной ресурс для развития. Сначала это было продовольствие (плодородные земли и стада животных). В индустриальную эпоху — средства производства, машины и оборудование. В постиндустриальную — знания и инструменты обработки информации.

Говоря экономическим языком, менялась ценность этих ресурсов. А ценность, в свою очередь, определяется спросом на благо (прямая зависимость) и его доступностью (обратная зависимость — чем более распространено благо, тем меньше его ценность). Поскольку речь пока идет о наиболее фундаментальных благах, спрос можно принять условно постоянным и сосредоточиться на доступности. Ведь именно ограниченность ресурсов является краеугольным принципом, на котором базируется экономическая наука.

Посмотрим на предыдущий этап. Чем был обусловлен переход к индустриальной экономике? Начало применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве (2-я пол. 19 века) и его механизация (нач. 20 века) резко увеличили урожайность и производительность труда в секторе. Это, в свою очередь, значительно увеличило доступность с/х продуктов для общества. И — как следствие — снизило их относительную ценность.

Хорошо, тогда что необходимо для перехода к постиндустриальной экономике? Для такого перехода необходимо значительно ослабить ресурсные ограничения в промышленном производстве. Да, это в итоге будет означать снижение значения промышленности в жизни общества. Но это снижение значения будет достигнуто не путем «отказа от промышленности», деиндустриализации — как порой уверяют некоторые одиозные личности. Напротив, постиндустриальный мир — мир “безлимитной промышленности“, а не мир, в котором промышленность исчезла.

Различные тренды новой экономики работают на преодоление тех или иных ресурсных ограничений. Например, роботизация призвана снизить потребность в трудовых ресурсах. Исследования новых материалов направлены на замещение дефицитного природного сырья. Но ключевая роль, основополагающая роль в устранении промышленных пределов падает на энергетику — именно в ее возможности упираются и прогресс в роботизации, и внедрение перспективных материалов, и большинство других путей развития постиндустриальной экономики.

И поскольку мир будущего — это мир “безлимитной промышленности“, он требует энергетического изобилия, а не энергетического аскетизма. Впрочем, говоря об ограничениях, в случае с энергией мы уже не можем признать спрос постоянным. И если, тем или иным образом, потребность общества в энергии снизится — ресурсные ограничения ослабнут, и её ценность для общества уменьшится, что будет полностью отвечать критериям перехода к постиндустриальной экономике

Но насколько реалистичен такой «минималистский» вариант решения проблемы? Давайте порассуждаем о том, в какую сторону будут меняться энергетические потребности новой экономики. Начав с конкретных ее элементов и процессов и постепенно переходя к более общим принципам.

Сперва приведем самую «железную» конкретику: результаты эмпирических исследований по динамике потребления энергии в современных странах. Поверхностный поиск только за последние месяцы дал несколько работ (1, 2, 3), в которых подробно и убедительно показывается несостоятельность предположения об экономическом росте без роста энергопотребления.

Особенно красноречивые выводы делают швейцарские ученые В. Моро и Ф. Вуи (ссылка №3). По их расчетам, величина нетто-импортированной «овеществленной энергии», т. е. в виде поступивших из-за рубежа товаров, составила 81%(!) от официальных цифр энергопотребления Швейцарии. Другими словами, почти половина необходимой обществу энергии применена в других (в основном развивающихся) странах. Это показывает масштабы маскировки истинных «аппетитов» развитых стран.

Швейцария. График из работы "Decoupling energy use and economic growth: Counter evidence from structural effects and embodied energy in trade".

Таким образом, в глобализованном мире с развитой международной торговлей рассмотрение энергопотребления в масштабе отдельных стран теряет смысл, по крайней мере, без учета экспортно-импортных товарных потоков.  

Но всё это итоги недавних лет, а что же нас ждёт в будущем? Начнем с сельского хозяйства. Футурологи сходятся во мнениях, что оно будет развиваться в сторону концепции «растительных фабрик» - рукотворных высокопроизводительных комплексов с искусственными климатом и освещением. И эта концепция прекрасно вписывается в парадигму постиндустриального мира с его преодолением ограничений материального мира, в данном случае — в его естественно-природной ипостаси.

Естественно, подобные комплексы будут требовать значительно больших затрат энергии — как на строительство, так и на эксплуатацию — чем традиционное возделывание сельхозугодий. Но и более традиционные подходы к сельскому хозяйству продолжают эволюционировать в сторону роста потребления энергии. Например, это углубление механизации, с переходом к внедрению робототехники. А также распространение систем искусственного орошения и опреснительных установок.

Опреснительная станция "Сорек", Израиль

Потенциал распространения энергоэффективных технологий в рамках подхода «точное земледелие» тоже имеется (например, снижение расхода удобрений), но вряд ли вклад этого фактора будет решающим. Более глубокий генетический инжиниринг, скорее всего, будет ориентироваться на критерий урожайности, а не на критерий энергоэффективности — в рамках неизменного уже много веков магистрального направления на интенсификацию сельского хозяйства. Это тоже может повысить энергетические запросы сектора.

Добывающая промышленность. Какие изменения здесь предстоят в новом экономическом укладе, декларирующем избавление от сырьевой зависимости в какой бы то ни было форме? Тезис о том, что постиндустриальная экономика является «постресурсной» (подразумеваются природные ресурсы), конечно, как уже было сказано выше, не следует интерпретировать как исчезновение нужды в сырье. Речь опять о доступности: прогресс в технологиях должен обеспечить исключительную дешевизну исходных материалов.

Этого можно добиться несколькими путями. Один из них — применение новых материалов, для которых сильно снижается или вовсе исчезает потребность в дефицитных элементах. Это означает, что материальные потребности общества должны в основном закрываться распространенными элементами: H, C, N, O, Al, Si, Fe и т. п.

Образцы керамик, разрабатываемых для использования в термоядерном реакторе DEMO

Материалы, отвечающие этим требованиям, найдены уже сегодня: это многие виды керамик и композитов на основе керамики, материалы с углеродными наноструктурами и полимеры нового поколения. Все перечисленные группы являются крайне энергоёмкими в производстве, порой на порядки превосходя традиционно используемые материалы.  

Так, на производство 1 кг одностенных углеродных нанотрубок затрачивается от 140 до 880 гигаджоулей — скажем, для 1 кг меди это значение составляет 60 мегаджоулей. Безусловно, сегодняшние технологии производства новых материалов не назовёшь продвинутыми, и есть большой резерв по снижению энергозатрат. Тем не менее, исходя из объективных особенностей перечисленных материалов, трудно ожидать, что они смогут приблизиться к традиционным по энергетическим издержкам.

Ожидать, что человеческая мысль найдет более удобные альтернативы для всей таблицы Менделеева, тоже было бы чрезмерным оптимизмом (по крайней мере, если речь идет о не слишком далеком будущем). Поэтому есть и другой, в чем-то более простой путь устранения ресурсных проблем: экстенсивный. Путь привычный: он означает, что человечество должно вовлекать в оборот большее число месторождений. Мирясь с тем, что их качество (доступность и концентрация нужных элементов) существенно уступает нынешнему. Полагаю, вы уже догадались, что это автоматически означает существенный рост энергоёмкости процессов добычи и обогащения. Выходит, и здесь рост энергетики является «ключом», открывающим дверь в постресурсное будущее.

Зависимость энергоёмкости добычи меди от концентрации металла в руде. График из работы "Decreasing Ore Grades in Global Metallic Mining: A Theoretical Issue or a Global Reality?" (ссылка в абзаце выше)

Обрабатывающая промышленность. В постиндустриальной экономике этот сектор ожидает самая значительная трансформация. Как и в сельском хозяйстве (да и в добывающей промышленности), роботизация станет одним из главных трендов. Замена людей на роботов неизбежно ведет к росту потребления энергии.

Но одной только этой заменой дело не ограничится — меняться будут сами подходы к производственным процессам. Возьмем аддитивные технологии (в просторечии «3Д-печать»). Это направление прекрасно соответствует требованиям, предъявляемым постиндустриальной экономикой: индивидуализация продукта и мгновенная реакция на запрос потребителя.

Такое соответствие имеет свои издержки — в том числе и энергетические. И вновь разрыв с традиционным подходом является существенным: наиболее экономичные аддитивные процессы требуют в 5-15 раз больше энергии. Величина этого разрыва в будущем должна уменьшиться, но сам факт его наличия неизбежно вытекает из принципов аддитивного производства. И те выгоды, которые оно может предложить — уменьшение материалоёмкости, сокращение логистических цепочек — скорее всего, не смогут перевесить эту энергетическую «гирю».

3D-принтер Sciaky EBAM 300

Можно назвать и другие факторы, способные обеспечить экономию энергопотребления. Это резервы повышения энергоэффективности в традиционных процессах обработки и базовых отраслях. А также отсутствие необходимости в освещении и кондиционировании помещений чисто роботизированных производств. Эффект от всего этого вряд ли будет достаточно велик, чтобы сравниться с вышеперечисленными трендами.

Если смотреть шире, рост уровня благосостояния всегда ведет к росту материального потребления. И достигнуть уровня насыщения, как это произошло с продуктами питания и сельским хозяйством, в случае с промтоварами гораздо сложнее. Напротив, господствующие установки общества потребления в постиндустриальных реалиях диктуют отношение к товару как к «впечатлению», а его (товара) утилитарные свойства становятся такими же нерелевантными, как и многие другие аспекты материального мира. Постоянный поиск новых «впечатлений» должен стать неиссякаемым источником спроса на произведенные блага.

Кроме того, вне зависимости от степени распространения тех или иных подходов к производству, тренд на индивидуализацию продуктов будет вытеснять экономику масштаба. Основополагающие принципы экономики масштаба остаются неизменным: чем крупнее серия выпущенных продуктов, тем ниже затраты — это справедливо и для энергетических затрат. Суть постиндустриального перехода как раз в том, что затраты, связанные с материальным производством, перестают играть значимую роль: важно лишь наиболее полное удовлетворение потребителя, которое невозможно без учета его индивидуальных особенностей.

Доля стандартных и индивидуализированных продуктов на рынке США. График из работы "The Factory in the Post-industrial Era, Variety Instead of Flexibility: Mass Customization: the Production System of the Future" (ссылка в предыдущем абзаце).

Транспорт. Именно для этого сектора вызовы, которые несет мощнейший тренд виртуализации экономики и общества, будут самыми серьезными. И наиболее уязвимы здесь пассажирские перевозки. Массовое распространение удалённой работы и миграция значительной части сферы услуг в онлайн может сократить потребность в перевозке людей на порядки. В развитых странах сокращение перевозок уже началось: так, в США их уровень на душу населения в 2015 находился на значениях конца 1980-ых:

Ситуация с грузоперевозками менее однозначная. С одной стороны, если мы принимаем тезис о росте материального потребления, объем подлежащих транспортировке товаров также будет расти. С другой стороны, связываемая с аддитивными технологиями масштабная децентрализация производства будет означать сокращение как длины логистической цепочки от сырья до готового продукта, так и расстояния от места производства до потребителя. Последние обстоятельства могут уменьшить итоговый путь на порядки.

Общий вектор на глобализацию, связываемый с развитием общественных отношений, в данном случае никак не поддержит транспортный сектор. Материальная сфера постиндустриальной экономики будет достигать автономии на всё более и более мелких пространственных масштабах. Этот кажущийся парадокс легко объясним. Сфера материального производства и оборота попросту станет слишком малосущественной для развития, а территориальная специализация в эпоху безграничных коммуникаций потеряет всякий смысл.

Однако, помимо решения «глобальных» транспортных проблем, новая экономика создает проблемы локальные. Виртуализация неизбежно поднимает вопрос «последней мили» в доставке товаров потребителям. Эта проблема подобна проблеме с эффектом масштаба в индивидуализированном производстве: чем меньше груз и больше разнообразие маршрутов, тем выше издержки на доставку. Разве что в случае с транспортом энергозатраты намного более чувствительны к этому фактору.

График из работы "Life Cycle Comparison of Traditional Retail and E-commerce Logistics for Electronic Products: A Case Study of buy.com" (ссылка в предыдущем абзаце)

Есть и еще один очень важный момент: скорость. Дело в том, что информационный мир будет формировать у общества довольно высокую планку ожиданий по быстроте отклика на их запросы и предоставления новых «впечатлений». Реальному, физическому миру такой же быстроты не достичь никогда — но он будет к этому стремиться. Именно поэтому такой смысл приобретает территориальная автономия по материальным товарам, и именно поэтому стоит ожидать резкого увеличения скоростей перевозки.

Этот тезис еще более справедлив и для пассажирского транспорта. Для примера опять возьмем США: в отличие от наземных, объем авиаперевозок на душу населения сейчас восстановился до максимальных (предкризисных) значений. Технологические предпосылки для роста скоростей есть. Это автоматизация пилотирования автомобилей, развитие высокоскоростных поездов и доступной малой авиации.

В целом рост скорости передвижения влечет за собой рост энергозатрат, однако разные виды транспорта имеют существенно различающуюся энергоэффективность. Дать суммарную оценку разнонаправленному влиянию перечисленных выше факторов на потребление энергии сектором вряд ли возможно с достаточной точностью. Всё же, учитывая потенциал изменений для каждого из них, я бы склонялся к значительному нетто-сокращению энергопотребления в транспорте. 

Строительство и жилой сектор. Один из самых бесспорных трендов в движении к постиндустриальному обществу — переход к субурбанистическому типу расселения. И как писал еще в 1982 г. Й. ван Тиль, «именно энергия задает для нас наиболее фундаментальные возможности и ограничения по использованию городской, пригородной и сельской местности». Пространственная протяженность и подходы к застройке для субурбанистической модели диктуют более высокие энергетические затраты на строительство жилья и инфраструктуры, а также их содержание, по сравнению с городами. Потенциал для роста субурбии остается значительным: например, в США здесь проживает только 53% населения.

Тема роста средней площади жилья выглядит более любопытной. С одной стороны, до сих пор повышение уровня жизни вело к увеличению этого показателя. Вот график для США (обе оси в логарифмическом масштабе):

Если смотреть на послевоенную зависимость, 1% роста душевого ВВП давал 0,45% роста жилплощади. Но параллельно меняется и удельное энергопотребление жилья. Вновь посмотрим на США:

С 1985 по 2011 оно упало на 10%, что даёт нам средний темп минус 0,4% в год. При этом эпизоды падения этого показателя явно связаны с периодами взлета цен на энергоносители. И резервы роста энергоэффективности в жилом секторе, безусловно, еще имеются.

Этих резервов должно хватить и на осуществление концепции «умного дома», насыщенного электроникой и разнообразными устройствами, и на сервисных домашних роботов. Но более амбициозную идею — о расширении пространств с контролируемым климатом (крытые площади, улицы и т. п.) - уже не осуществить без значительного роста энергопотребления.

Один из проектов для г. Дубаи

Перечисленные факторы будут актуальны на разных временных горизонтах, и на ближнем отрезке самый значительный вклад в динамику могут внести энергосберегающие технологии. Позже, с исчерпанием их возможностей, очень многое будет зависеть от траектории развития и конкретных форм виртуализации.

Но за пределами жилого сектора её эффект однозначно будет очень велик. Потребность в строительстве офисов и административных зданий, торговых центров и образовательных учреждений в пределе может полностью исчезнуть. Доля таких зданий в общем объеме строительства составляет порядка 20%. Добавим к этому спад пассажирского автомобильного трафика, что снизит требования к пропускной способности дорог.

Продолжение: >> Часть 2 >>

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your IP address will be recorded