Закат эпохи пара, часть 2: нефть, и всё, что после

<< До этого: Закат эпохи пара, часть 1: Внутреннее сгорание

В середине XIX века появилась новая индустрия, основанная на переработке нефти. Люди использовали нефть с глубокой древности, а вполне возможно, что даже и с доисторических времён. Даже в естественном её виде, в котором она обычно встречается в природе, в лужах густой битумной смолы, эта липкая воспламеняющаяся субстанция может служить замазкой, средством для бальзамирования, смазкой, оружием, и лекарством. Ещё одной формой месторождений нефти, которую реже использовали, но тоже давно известной, были места, где жидкая нефть просачивалась на поверхность из глубин. Реку «Ойл-Крик» [англ. «нефтяная притока»] в Пенсильвании назвали так, потому что эта субстанция собиралась в лужицах у берегов, и её собирали, и продавали в качестве «лекарства от всего» ещё по меньшей мере с XVIII века. Но до середины XIX века нефть редко использовали в качестве источника топлива для тепла и света.[1]

Нефть: продукт поисков решений

Почему же столько времени ушло на то, чтобы люди начали использовать эту субстанцию, этот краеугольный камень промышленного общества XX и XXI веков, в качестве источника энергии? Тому было несколько препятствий. Первое — химическое: не было очевидно, как извлекать топливо из сырой нефти, а знания и технологии, необходимые для проведения перегонки, не появились до XIX века. Второе – промышленное: переработать нефть в лаборатории, это одно дело, а заниматься этим на масштабах, необходимых для появления государственного или международного рынка, это другое. Последнее – логистическое: гудрон, (или битум, или асфальт) много весят (их приходилось добывать, а не просто выкачивать наружу), и их тяжело перерабатывать. На поверхность нефть просачивалась в небольших количествах, и учитывая тогдашние геологические познания, не было причин подозревать, что просачивалась она из крупных жидких подземных резервуаров, а также не было очевидных способов добраться до этих резервуаров, даже если они и существовали.

К середине XIX века в Северной Америке и Европе уже имелись средства для преодоления всех этих препятствий, нужно было только приложить достаточно усилий. Европейцы ещё в начале века начали строить крупные химические заводы, в первую очередь для производства соды. Примерно в 1860 году химическая промышленность начала массовое производство синтетических органических соединений, в первую очередь красителей, которые извлекались из смолистых остатков, остающихся после варки угля для получения осветительного газа. В тот же период знания в области химии быстро развивались, отчасти из-за растущей коммерческой ценности. Тем временем соледобытчики создали бурильную технику, необходимую для бурения глубоких скважин, с помощью которой они добывали подповерхностный рассол[2].

Но для применения этих инструментов всё ещё требовалась причина. Причина оказалась достаточно простой: древнее заклинание «да будет свет». Как мы уже видели, XIX век породил постоянно растущую потребность в освещении. Современность с её презрением к природным ритмам прочно вошла в культуру Европы и Северной Америки. Городской газ обеспечил освещение по требованию в городских общественных местах и таунхаусах, но даже бедняки и те, кто жил вдали от городской суеты, уже не считали, что заход солнца означает конец рабочего дня и начало отдыха, а слабый свет свечи уже не казался им достаточным.

Китовый жир был в то время осветительной жидкостью высшего сорта. Он излучал чистый, яркий свет, но стоил в Соединённых Штатах до 2,50 доллара за галлон. Поскольку оставшиеся киты исчезали во всех уголках океанов под ударами гарпунов сотен Ахавов, можно было ожидать, что цены на жир будут только расти. Лампы, горящие на животном жире или растительном масле, могли подойти для освещения, если не было ничего другого, но самым популярным дешёвым заменителем жира, стоившим всего 50 центов за галлон, был камфен, сделанный из древесной смолы и спирта. Летучий камфен, однако, горел очень легко, что было чревато смертельными пожарами и даже взрывами. Кроме того, он обладал довольно неприятным запахом[3].

Абрахам Геснер, канадский врач, геолог-любитель и химик, первым придумал, как превратить нефть в полезный источник света. В 1849 году он перегонкой добыл каменноугольное масло из битума, добытого из огромного озера смолы в Тринидаде. Он назвал эту нефть керосином: «керос» от воска (из-за его твёрдой формы, похожей на воск) и «-ин», чтобы сослаться на знакомый камфен [англ. сamphene — kerosene]. Уже через десять лет он открыл завод в Нью-Йорке, производящий пять тысяч галлонов своего осветительного масла в день, конкурируя с десятками других компаний, выпускающих аналогичную продукцию[4].

Но производство осветительных средств на основе смолы всегда было ограничено сложностью добычи и транспортировки тяжёлого сырья из ограниченных, часто отдалённых мест его происхождения. Группа северо-восточных бизнесменов во главе с Джорджем Бисселлом, нью-йоркским юристом и человеком, разбирающимся во всяких тонкостях, убедилась, что жидкое каменное масло решит эту проблему и станет альтернативой китовому жиру такого же качества по гораздо более низкой цене. Так Ойл-Крик стал центром восточной «золотой лихорадки». Бисселл и его коллеги убедили химика из Йельского университета Бенджамина Силлимана попробовать перегнать нефть, добытую из реки, в эффективный источник освещения, что он и сделал в 1855 году. Потребовалось ещё четыре года, чтобы группа нашла полезную землю в Ойл-Крик, пробурив семьдесят футов через коренные породы с помощью тех же методов, которые использовались для бурения скважин на солёную воду. Тогда, наконец, и начался нефтяной бум[5].

Осветительное средство, которое Силлиман извлёк из сырой нефти, также получило название «керосин», из-за сходства с экстрактом смолы Геснера. Он стал более дешёвой, чистой и яркой альтернативой китовому жиру. В 1860-х годах возникла целая индустрия по добыче, транспортировке и сжиганию этого керосина, а в 1870-х годах она перешла под растущее господство компании «Стандарт ойл» Джона Рокфеллера. Затем появилось электрическое освещение: потенциальная угроза для нефтяного бизнеса, как и для газового. До тех пор пока электричество оставалось в плотных городских центрах, оно было скорее проблемой для газа, чем для керосина, учитывая преимущество последнего в портативности. Но появление на рубеже веков электрических сетей дальнего действия изменило ситуацию. Чтобы провести электричество в каждый город в богатых странах мира, потребуются огромные капиталовложения в течение многих лет, но это был лишь вопрос времени. Нефтяные магнаты искали нового покупателя для своего продукта, пока электрическое освещение не превратило его в нишевое топливо, полезное только для жителей сёл и отдалённых потребителей[6].

Нефть и двигатель внутреннего сгорания: симбиоз

Удобно было то, что пока добытчики и переработчики нефти искали новых покупателей для своего продукта, производители двигателей внутреннего сгорания искали в нефти новый источник топлива. Осветительный газ был удобным источником топлива в городах, где уже имелась инфраструктура в виде газопроводов, но пока их двигатели зависели от этого газа, они не могли продавать его в сельские мастерские.

Более того, двигатель внутреннего сгорания, не требующий ни топки, ни котла, ни бака для воды, обладал огромным потенциалом в качестве лёгкого мотора для движущегося транспорта: он мог, наконец, воплотить в жизнь мечту о самодвижущейся повозке, о которой грезили со времён Никола Кюньо и даже раньше, но которую никто не мог реализовать с помощью громоздких паровых машин.

Попытки использовать более портативное жидкое топливо начались в 1870-х годах: надёжный и привычный керосин стал одной из возможностей. Но ещё более привлекательным был летучий новичок — бензин: лёгкий дистиллят нефти, который до сих пор не имел коммерческой ценности. Жидкое углеводородное топливо должно было смешиваться с воздухом перед тем, как попасть в цилиндр, — этот процесс называется карбюрацией, и более лёгкий бензин испарялся и впрыскивался в карбюратор быстрее, чем более тяжёлое топливо. Несколько эффективных бензиновых карбюраторов были изобретены в середине 1880-х годов в Дойце (родине двигателей Отто), в компании Карла Бенца «Benz & Cie» и в новой мастерской Даймлера и Майбаха, которые вместе покинули Дойц в 1882 году, чтобы заняться разработкой небольших портативных двигателей[7].

Даймлер и Майбах хотели создать лёгкий двигатель общего назначения, который можно было бы одинаково хорошо использовать как в мастерской, так и в мобильном автомобиле. Для этого им нужно было получить больше лошадиных сил при меньшем весе, чем у обычного стационарного двигателя, и самый простой способ добиться этого — вращать двигатель быстрее, создавая гораздо больше оборотов в минуту (об/мин) (обычный двигатель Отто работал при 100 об/мин или меньше). Это, в свою очередь, потребовало нового механизма зажигания: в типичных двигателях того времени использовалось пламя зажигания, которое зажигалось при каждом цикле работы двигателя от постоянного запального огня, а затем снова гасло. Этот механический процесс был слишком медленным для нужных Даймлеру и Майбаху скоростей, поэтому их двигатель Standuhr (названный так, потому что он напоминал часы с вертикальным маятником) вместо этого использовал для зажигания горячую металлическую трубку, выступающую в цилиндр. Пламя снаружи цилиндра поддерживало температуру трубки, достаточную для воспламенения топливно-воздушной смеси в нужный момент такта сжатия (чем сильнее сжата смесь, тем легче она воспламеняется). С горячей трубой, поверхностным карбюратором и водяным охлаждением Standuhr достигал 650 оборотов. В сентябре 1886 года один такой двигатель можно было увидеть на прогулке по владениям Даймлера – его установили на карету, и он обеспечивал мощность около одной лошадиной силы[8].

Бенц, напротив, решил создать автомобиль, от начала и до конца сконструированный как моторное транспортное средство, взяв за основу шасси велосипедную раму и новый двигатель, разработанный специально для этого автомобиля. Он использовал электрическое, а не зажигание с горячей трубкой: более безопасный подход, чем горячая труба, и потенциально более точного управляемый, но привередливый с точки зрения технологии батарей, доступной в то время. Он не достиг тех же оборотов двигателя, что и Даймлер, но зато создал работающий автомобиль[9].

В последующие годы Даймлер, Бенц и другие изобретатели (в основном из Германии, Франции, Великобритании и США) постоянно совершенствовали конструкцию автомобиля внутреннего сгорания, заимствуя черты из схем как Даймлера, так и Бенца, и внося множество других конструктивных усовершенствований (включая улучшения, сделавшие электрическое зажигание гораздо более надёжным), чтобы примерно к 1900 году создать нечто узнаваемое в качестве прототипа современного автомобиля. Этот новый рынок нефти в качестве топлива для автомобилей, а не источника света, был небольшим, но многообещающим, и в последующие десятилетия его ожидал (осмелюсь сказать) взрывной рост.

Дизель

Бензиновые двигатели создали новый рынок лёгких самодвижущихся транспортных средств — автомобилей, а позже и самолётов, — но не вытеснили паровые двигатели в роли тягачей на пароходах и локомотивах. Паровой туман, окутывавший порты и вокзалы на протяжении всего XIX века, уничтожил другой род двигателей внутреннего сгорания.

Огненный поршень, простое, но гениальное устройство для разжигания огня, использовался в Юго-Восточной Азии и на близлежащих островах на протяжении многих веков — никто точно не знает, как долго. Он состоит из полого деревянного цилиндра, в который плотно вставляется подходящий поршень. На конце поршня имеется небольшая ниша, в которую помещается легковоспламеняющийся материал. При быстром нагнетании воздуха в цилиндр, сжатие воздуха быстро нагревает его, воспламеняя материал. Огненные поршни появились в Европе в середине XIX века и часто использовались, как и электрический пистолет Вольта, в научных демонстрациях. Принцип их работы послужил основой для нового рода двигателей внутреннего сгорания, известного нам по имени его изобретателя Рудольфа Дизеля[10].

Детство Дизеля прошло в скитаниях: он родился в 1858 году в Париже у родителей, происходивших из Аугсбурга в Баварии, был ненадолго сослан в Лондон из-за антигерманских настроений, вызванных франко-прусской войной, потом вернулся с семьёй в Париж, а в 1873 году переехал к двоюродным братьям в Аугсбург, где поступил в промышленную гимназию. Вероятно, именно в Аугсбурге Дизель стал свидетелем демонстрации огненного поршня со стеклянными стенками, открывающими волшебный момент воспламенения. Неужели вид этой искры зажёг в глубинах сознания юного Дизеля концепцию нового типа двигателя? Вряд ли: свой знаменитый двигатель он создал лишь через двадцать лет. Но он достаточно хорошо помнил это событие и считал его достаточно важным, чтобы спустя годы рассказать о нём своим детям[11].

Получив образование в Аугсбурге, Дизель поступил на инженерный факультет Мюнхенской политехнической школы (основанной «безумным» королём Людвигом II и известной сейчас как Мюнхенский технический университет). Там он с отвращением узнал, насколько термодинамически неэффективными были паровые двигатели, питавшие индустриальное общество; он увлёкся работами Карно и задумался о том, как воспроизвести идеальный тепловой двигатель Карно, чтобы преобразовывать тепло угля непосредственно в работу «без посредников». Он также встретил важного наставника, Карла фон Линде, профессора машиностроения, специализировавшегося на холодильных машинах[12].

После колледжа Дизель с помощью своего наставника занялся холодильным бизнесом; в течение 1880-х годов он работал во Франции, продавая холодильное оборудование и патентуя собственные машины для производства льда, одновременно трудясь над решением загадки теплового двигателя. Став ещё одной жертвой соблазнительных рассуждений о том, что проблема парового двигателя заключается в паре, Дизель создал двигатель, в котором в качестве рабочей жидкости использовался бы аммиак. Он представил своё творение на Всемирной выставке 1889 года в тени новой величественной башни Эйфеля. Больших восторгов не последовало: это был не тот двигатель Дизеля, который мы знаем сегодня. Эта выставка также ознаменовала конец его жизни во Франции; в условиях нарастания антинемецких настроений Дизель в 1890 году переехал в Берлин[13].

На той же выставке Дизель мог увидеть трёхколёсный Patent-Motorwagen Бенца и двигатель Standuhr Даймлера и Майбаха. Возможно, не случайно именно в это время он отказался от своего аммиачного двигателя и разработал идею нового типа двигателя внутреннего сгорания, который достиг бы новых высот эффективности за счёт «экстремального сжатия обычного воздуха». Как это должно было работать? Его целью было достижение идеального цикла Карно путём поддержания постоянной температуры в камере сгорания. Его концептуальный четырёхтактный двигатель должен был сжимать воздух до поразительных 250 атмосфер, доводя его температуру до 900 градусов Цельсия. Топливо не могло предварительно смешиваться с воздухом в камере, как в бензиновом двигателе, поскольку в этом случае оно воспламенялось бы слишком рано. Вместо этого он впрыскивал топливо в тот момент, когда поршень достигал мёртвой точки в цикле сжатия. Тогда топливо воспламенялось бы мгновенно, как материал для растопки в огненном поршне, двигая поршень назад и отдавая всё своё тепло на расширение воздуха до первоначального объёма, без потерь на стенки. Дизель подал заявку на патент этой идеи в 1892 году[14].

Проблема заключалась в 250 атмосферах. Для его современников это была абсурдная цифра; как отмечает один из биографов Дизеля, «насколько было известно в 1892 году, давление такой величины возникало только в вулканах и бомбах». Дизель рассчитывал получить помощь в создании двигателя от своего хорошего друга Генриха Буца, главы баварского завода Maschinenfabrik Augsburg, но Буц не хотел иметь с ним ничего общего, пока Дизель не согласился снизить требуемое давление примерно до сорока атмосфер, и тогда Буц согласился построить экспериментальный двигатель[15].

Дизелю и его коллегам из Maschinenfabrik Augsburg потребовалось два года, чтобы заставить этот экспериментальный двигатель работать целую минуту подряд, и ещё три года (до начала 1897 года), чтобы получить действительно пригодный для использования двигатель. Самой сложной инженерной задачей была топливная форсунка, которая должна была добавлять нужное количество топлива в нужное время в течение менее чем одной сотой секунды в цилиндр, давящий на форсунку под давлением, значительно превышающим атмосферное. Бензин не годился в качестве топлива для дизельных двигателей, потому что его сгорание начиналось слишком рано: его летучесть, которая была преимуществом для облегчения смешивания с воздухом в двигателе Отто, здесь стала препятствием. Керосин и другие более тяжёлые масла работали хорошо, в качестве альтернативы рассматривались растительные масла и даже угольная пыль[16].

Двигатель 1897 года не был идеальным тепловым двигателем, о котором мечтал Дизель, но при КПД 26 % (включая тепловые и механические потери) он превосходил всех своих конкурентов: типичный бензиновый двигатель Отто имел КПД около 15 %. Из-за необходимости выдерживать высокое давление в камере и отдельного насоса для подачи топлива в форсунки он был тяжёлым и громоздким по сравнению с двигателями Отто, но огромная степень сжатия позволяла ему выдавать высокую мощность на низких оборотах, что было очень важно для преодоления динамики при запуске тяжёлой техники или при трогании с места. В долгосрочной перспективе двигатели Дизеля также окажутся более долговечными и надёжными, чем их бензиновые аналоги[17].

Теперь Дизель и Буц имели нечто гораздо более близкое к коммерческому двигателю, и вскоре они заключили лицензионные соглашения на строительство двигателей в Шотландии, Франции и Германии, включая соглашение с Deutz, лидером немецкого рынка двигателей внутреннего сгорания. Адольфус Буш, пивной магнат из Сент-Луиса, приобрёл эксклюзивные права на производство дизелей в США за миллион немецких марок, а Эммануил Нобель (племянник Альфреда) получил аналогичные права во «всей России» за 800 000 марок[18].

Благодаря высокой степени сжатия, обеспечивающей высокий крутящий момент при низких оборотах, дизельные двигатели стали использоваться в тяжёлых условиях эксплуатации: на судах, тракторах, в электротранспорте (в Киеве использовали дизельное топливо для трамвайной системы) и, в конце концов, в поездах. Каждое применение приносило свои проблемы, для преодоления которых требовалось новое изобретательское творчество: например, размер и вес ранних дизельных двигателей, а также невозможность включить задний ход делали их непригодными для использования на кораблях; в то время как дизель-электрические локомотивы (в которых использовались электродвигатели, питаемые электроэнергией от дизеля) преодолевали сложные проблемы механической передачи, связанные с непосредственным подводом дизельной энергии ко всем колёсам локомотива. Преодолевать эти препятствия пришлось не Дизелю, а другим людям, что позволило дизельному двигателю продолжать наращивать мощность и находить новые применения на протяжении десятилетий. В 1911 году швейцарская производственная фирма Winterthur построила дизель с цилиндром диаметром в один метр, который выдавал около 2 000 лошадиных сил. В следующем году с большим успехом дебютировал десятитысячетонный датский грузовой корабль Selandia, который «…перевозил грузы быстрее, дальше и чище, чем паровые суда, расходуя меньше топлива и не делая остановок для бункеровки». В 1934 году пароход Pioneer Zephyr установил новый рекорд времени на маршруте Денвер — Чикаго на дизель-электрической тяге, развив среднюю скорость 124 км/ч [19].

Дальнейшая жизнь Дизеля-человека была менее счастливой, чем жизнь его двигателя. Будучи гордым изобретателем, его уязвляла критика инженеров, которые подчёркивали, как мало он внёс в создание дизельного двигателя в его многочисленных полезных формах. Расточительный в деньгах, он, казалось, был вынужден жить так, будто его средства неисчерпаемы, а не просто значительны. Будучи пацифистом, он был обеспокоен растущей воинственностью европейских держав в первые годы двадцатого века. К числу своих друзей Дизель относил Чарльза Парсонса, прославившегося паровыми турбинами. Когда они вместе обедали в доме Дизеля в июне 1913 года, «…турбины Парсонса мощностью 56 000 киловатт устанавливались на пять британских линкоров класса «Королева Елизавета»… а пары сверхлёгких 1250-киловаттных двигателей Дизеля устанавливались на подводные лодки U-19 — U-23, первые подводные лодки немецкого флота, работающие на дизельном топливе». Несколько месяцев спустя, в возрасте 55 лет, сломленный и потерявший все деньги Дизель бросился в море с палубы парохода «Дрезден»[20].

Газовые турбины

К концу первой трети двадцатого века ситуация для эпохи пара выглядела всё более мрачной. На новых рынках легковых и грузовых автомобилей и самолётов его потеснили бензиновые двигатели, на нижнем конце энергетического спектра — простые в использовании двигатели внутреннего сгорания, а доля пара в железнодорожной и морской энергетике неуклонно сокращалась, и у пара оставался последний, непокорённый бастион. Среди источников электроэнергии по-прежнему преобладали паровые и гидроэлектрические системы, работающие на угле. Вплоть до 1930-х годов они практически делили между собой мировое производство электроэнергии, причём уголь имел тенденцию занимать большую долю[21].

Но сгорание нанесло паровому топливу последний удар, хотя и долгожданный. Побочным эффектом операций по добыче нефти был выброс большого количества углеводородного газа, который называли природным газом в отличие от давно существующего синтетического угольного газа. В некотором смысле это был самый лёгкий нефтяной дистиллят из всех, предварительно отделённый в недрах земли и выпущенный из скважины, как огромное, долго хранившееся скопление кишечных газов.

Как и другие виды метеоризма, природный газ рассматривался нефтяной промышленностью в основном как нежелательное неудобство. Но к 1880-м годам технология трубопроводов стала достаточно совершённой, чтобы доставлять газ из скважин в близлежащие города, где он мог обеспечить свет и тепло с более чистым горением и большей плотностью энергии, чем угольный газ. Во время раннего нефтяного бума в США в Аппалачах и на Среднем Западе природный газ пришёл в Питтсбург из скважины Хеймейкер, расположенной примерно в двадцати милях к востоку от города. Первоначально пробурённая в поисках нефти, скважина Haymaker оставалась заброшенной и горела в течение четырёх лет, прежде чем её удалось приручить и подключить к сети. Природный газ поступал в Чикаго из скважин к юго-востоку, которые дали название Газовому городу, штат Индиана. Затем, придя, газ снова ушёл, поскольку северные газовые месторождения иссякли[22].

Ситуация радикально изменилась, когда в начале XX века на Юго-Западе разразился второй американский нефтегазовый бум. Старатели обнаружили триллионы кубических футов природного газа под ногами в Луизиане и Техасе. Это создало огромный дисбаланс спроса и предложения между южными производителями, «сжигающими или просто выбрасывающими в атмосферу сотни миллионов кубических футов в день природного газа», и северными городами, жаждущими чистого и дешёвого источника тепла[23].

Огромные капиталовложения в 1920-30-е годы наконец-то исправят этот дисбаланс. Группа инвесторов, среди которых был Сэмюэл Инсулл, наиболее известный как король электрической системы Чикаго, объединила свои ресурсы для строительства массивного трубопровода из Техаса в Чикаго. Газопровод длиной почти в тысячу шестьсот километров и диаметром в 60 см мог транспортировать газ со скоростью 6 миллионов кубических метров в день, что в десять раз превышало пропускную способность неработающих уже линий, которые когда-то снабжали Чикаго из газовых месторождений Индианы. Недавно разработанная технология электрической контактной сварки дала возможность строить эту линию, соединяя секции труб вместе без единого шва, что позволяло ей транспортировать газ под высоким давлением без утечек[24].

Для жителей холодного Среднего Запада это было очень хорошо, но для парового хозяйства это не имело никакого значения. Некоторые районы Юго-Запада сжигали газ вместо нефти или угля на своих электростанциях — почему бы и нет, когда его так много, — но это был просто другой способ получения пара.[25] Но, как мы знаем, газ можно было сжигать и внутри двигателя, а новый, очень эффективный и мощный тип двигателя внутреннего сгорания как раз должен был появиться на сцене.

Учитывая, что водяные колёса должны были освободить место для водяных турбин, а паровые поршни — для паровых турбин, появление турбин внутреннего сгорания (обычно их называют газовыми, хотя они могут сжигать и жидкое топливо) выглядит как неизбежность. Идея долго и трудно вынашивалась, однако, во многом из-за постоянных высоких температур, которым подвергались движущиеся части, и которые могли выдержать только новые жаропрочные сплавы. Основная идея заключается в том, чтобы непрерывно сжигать топливо внутри турбины и использовать полученный в результате этого горячий газ, а не пар, для вращения лопастей турбины и получения энергии. Часть тепла также отводится на привод компрессора, который непрерывно нагнетает свежий воздух в камеру сгорания.

В начале XX века было построено несколько стационарных турбин, в основном в Швейцарии, но мощный толчок газотурбинным технологиям дало интенсивное развитие авиадвигателей перед и во время Второй мировой войны. В 1930-х годах Фрэнк Уиттл в Великобритании и Ганс-Иоахим фон Охайн в Германии разработали экспериментальные реактивные двигатели (в которых горячие газы использовались непосредственно для создания тяги, а не для привода оси) для боевых самолётов, а немецкий реактивный двигатель использовался на истребителе Messerschmitt Me262. Американские инженеры, тем временем, приобрели опыт работы с высокопроизводительными газовыми компрессорами, разработав нагнетатели, позволявшие поршневым самолётам, таким как истребители P-47 и P-51, эффективно работать на большой высоте[26].

Потребовалось ещё несколько десятилетий, чтобы технология стационарных турбин развилась до такой степени, что электроэнергия, вырабатываемая газовыми турбинами, стала обычным явлением. Спрос на газовые электростанции рос на протяжении десятилетий, подстёгиваемый заботой об окружающей среде (газ сгорает гораздо чище угля и выделяет меньше углекислого газа) и необходимостью в избыточных мощностях для реагирования на скачки спроса (газовые станции можно быстро включить, поскольку им не нужно создавать напор пара). Доля мирового производства электроэнергии, приходящаяся на газ, выросла с 13 % до 24 % в период с 1971 по 2019 год[27].

Сумерки эпохи пара

Пар всё ещё с нами: примерно половина электроэнергии, производимой в мире, всё ещё использует пар, независимо от того, что даёт тепло — уголь, атомная энергия или нефть.[28] Большинство современных газовых электростанций также используют пар во вторичной роли: они пропускают ещё горячий выхлоп газовой турбины через турбину, работающую на паре, чтобы максимизировать общую эффективность электростанции. Несколько военных кораблей до сих пор бороздят мировые океаны под напором пара, вырабатываемого при делении ядер, что позволяет им месяцами оставаться в море без местного источника топлива.

Но значение и влияние пара в нашей экономике, обществе и культуре совершенно уменьшилось. Ни Эдвард Эллис XXI века не напишет о «Паровом человеке в прериях» (1868), марширующем по американскому Западу, ни Верн XXI века о «Паровом доме» (1880), пыхтящем по Индии, ни Уэллс XXI века о паровых «Сухопутных броненосцах» (1903), ползущих по полям сражений Европы. Представления о завтрашнем дне с паровым двигателем теперь существуют только на втором уровне удаления, не как нечто, воображаемое в нашем будущем, а как нечто, воображаемое в будущем прошлого, в рамках китчевого поджанра «стимпанк».

Паровая техника не ушла в прошлое сразу; постепенно она переместилась с переднего плана на задний. На рубеже XX века многие писатели называли время, в котором они жили, веком пара, хотя некоторые считали, что его вытесняет век электричества.[29] Даже в книге в 1938 года Генри Дикинсона «Краткая история парового двигателя» нет ни ноток признательности, ни скорби. После обсуждения современных усовершенствований в турбинах и котлах закрываешь книгу с ощущением, что паровая энергия всё ещё находится на подъёме.

Вскоре после этого американский военнослужащий, отправлявшийся осенью 1942 года на операцию «Факел» в Северную Африку, столкнулся бы с гибридным миром. Он мог бы доехать до порта отправления на поезде, запряжённом паровозом, и подняться на борт корабля «Либерти», оснащённого паровым двигателем тройного расширения. Но ему пришлось бы пересечь океан, по которому курсировали дизельные подводные лодки, и забраться на 2,5-тонный грузовик, чтобы двигаться вперёд со своим подразделением, или занять место экипажа на танке «M4 Шерман» — обе эти машины были оснащены бензиновыми двигателями. Этого следовало ожидать. Распространение новых технологий всегда происходит постепенно и в определённой степени неполно. В то же время немецкая армия во время блицкрига могла похвастаться копьём из сверкающих моторизованных дивизий, а в остальном полагалась на старомодные конные повозки и телеги[30].

Конечно, к 1960-м годам эпоха пара прочно заняла место в прошлом, место исторической эпохи, на которую с любовью оглядываются, а не описания современной реальности[31]. Сервис просмотра Ngram от Google очень наглядно прослеживает его превращение из жизненно важной концепции в историческую реминисценцию:

Что мы можем сказать в заключение об эпохе пара? Что это было и что это значило? Каждый из аспектов эпохи пара, которые мы рассмотрели, — насосный двигатель, заводской тягач, пароход и пароходство, локомотив, электричество — объединяет общая тема, и эта тема — современность, а именно отцепление человечества от повозки естественных циклических процессов Земли: дня и ночи, лета и зимы, ветра и штиля, солнца и дождя.

Конечно, мы не можем свалить всю современность на пар. Промышленная революция началась под воздействием воды и, вероятно, продолжала бы развиваться в схожем направлении ещё некоторое время без пара. Все политические, социальные и культурные черты, которые мы ассоциируем с современным миром (национализм, индивидуализм, секуляризация и так далее), не имеют очевидной связи с паровой энергией и могут быть отнесены к предшественникам, возникшим за несколько столетий до появления пара.

Но паровая энергия изменила отношения человечества с миром в глубоком смысле. Почти вся полезная энергия, с которой сталкиваются люди, так или иначе поступает от солнечного света: растения, которые он питает, дождь, который он поднимает в небо, ветер, который он гонит по равнинам. Мы должны терпеливо ждать, пока эта щедрость вырастет, выпадет, подует. Век пара отказался ждать, позаимствовав вместо этого солнечную энергию прошлого, хранящуюся под землёй в виде угля, чтобы получать энергию по требованию, по желанию. Нефтяная эра внутреннего сгорания, пришедшая на смену паровой, была просто продолжением и усилением этого процесса; возможно, нам следует говорить об одной эре — эре ископаемого топлива.

Парадокс Джевонса, сформулированный экономистом Уильямом Джевонсом в 1865 году, отражает нетерпеливый, расточительный дух эпохи. Обеспокоенный будущим истощением запасов угля в Британии, он заметил, что очевидное решение — создание более эффективных машин — приведёт к обратному эффекту: чем меньше угля потребляют паровые машины для выполнения определённого объёма работы, тем более полезным становится уголь, а значит, тем больше его британская нация извлекает из земли для сжигания: «Полагать, что экономное использование топлива эквивалентно уменьшению его потребления, — это путаница в понятиях. Истина заключается в обратном»[32].

Теперь, осознав все последствия заимствований из прошлого без намерения вернуть долг и тем самым выпустить на волю весь давно похороненный на Земле углерод, человечество приступило к новым поискам, чтобы обеспечить свои потребности за счёт более полного и эффективного использования солнечной энергии сегодняшнего дня: возобновляемой энергии, которая будет снова поступать завтра и послезавтра, пока будет светить солнце. Мы хотим, мы надеемся, что нам удастся каким-то образом избавиться от зависимости от заимствований из прошлого, не отказываясь при этом от всех с таким трудом достигнутых удобств эпохи пара. Пожелайте нам удачи.

Примечания

[1] Daniel Yergin, The Prize: The Epic Quest for Oil, Money & Power (New York: Free Press, 2008), 7-8.

[2] Fred Aftalion, A History of the International Chemical Industry (Philadelphia: Chemical Heritage Press, 2001), 11-42; Yergin, The Prize, 9.

[3] Daniel Yergin, The Prize: The Epic Quest for Oil, Money, and Power (New York: Free Press, 2008), 6-7; Alexander Smith, “Setting History Right: The Early European Petroleum Industries and the Rise of American Oil,” in Marija Wakounig and Karlo Ruzicic-Kessler, eds., From the Industrial Revolution to World War II in Central Europe (Zurich: LIT Verlag, 2011), 65-66.

[4] Yergin, The Prize, 7; Rhodes, Energy, 140-143.

[5] Richard Rhodes, Energy: A Human History (New York: Simon and Schuster, 2018), 149-155.

[6] Yergin, The Prize, 63-64.

[7] Cummins, Internal Fire, 177, 230-236, 241-243.

[8] Lawrence Goldstone, Drive!: Henry Ford, George Selden, and the Race to Invent the Auto Age (New York: Ballantine Books 2016), 59-64; Cummins, Internal Fire, 230-236; Paul Daimler, “The Development of the Petroleum Automobile,” Engineering Magazine 22, 3 (December 1901), 358-360.

[9] Goldstone, Drive!, 53-58; Cummins, Internal Fire, 240-243.

[10] Joseph Needham, Science and Civilization in China v. 4, II (Cambridge: Cambridge University Press, 1965), 140-141.

[11] C. Lyle Cummins, Jr., Diesel’s Engine, v.1 (Wilsonville, Oregon: Carnot Press, 1993), 8-10.

[12] Cummins, Diesel’s Engine, 11-12.

[13] Morton Grosser, Diesel: The Man and the Engine (New York: David & Charles, 1978), 14, 26-29, 41-42.

[14] Grosser, Diesel, 43-45.

[15] Grosser, Diesel, 45-46.

[16] Grosser, Diesel, 52-58.

[17] Vaclav Smil, Prime Movers of Globalization: The History and Impact of Diesel Engines and Gas Turbines (Cambridge: MIT Press, 2013), 39, 62.

[18] Grosser, Diesel, 52-65.

[19] Grosser, Diesel, 71, 77, 80; Smil, Prime Movers of Globalization, 69-78.

[20] Grosser, Diesel, 88-89, 95. Дуглас Брант в своей книге «Загадочное дело Рудольфа Дизеля» приводит сенсационный, но неубедительный аргумент, что Дизель на самом деле инсценировал свою смерть, чтобы работать инкогнито в качестве британского шпиона по приказу Уинстона Черчилля.

[21] Cutter Cleveland and Heather Clifford, “World electricity generation since 1900,” July 21, 2023 (https://visualizingenergy.org/world-electricity-generation-since-1900).

[22] Charles Blanchard, The Extraction State: A History of Natural Gas in America (Pittsburgh: University of Pittsburgh Press, 2020), 10-24.

[23] Blanchard, The Extraction State, 29.

[24] Blanchard, The Extraction State, 47-48.

[25] James P. Sterba, “Houston, ‘Energy Capital’ for World, Ignores Warnings of Crisis,” New York Times, May 29, 1975.

[26] C. Richard Soderberg, “The Gas Turbine and Its Significance as a Prime Mover,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 34, 6 (June 15, 1948), 239-245.

[27] Smil, Two Prime Movers of Globalization, 149-150; IEA, “World Energy Balances,” https://www.iea.org/reports/world-energy-balances-overview/world.

[28] IEA, “World Energy Balances,” https://www.iea.org/reports/world-energy-balances-overview/world.

[29] Henry Smith Williams and Edward Huntington Williams, A History of Science v. 6(New York: Harper, 1910), 15-16; William Clarence Webster, A General History of Commerce (Boston: Ginn & Company, 1903), 402-403; Harold Bolce, The New Internationalism (New York: D. Appleton, 1907), 38.

[30] David Edgerton, The Shock of the Old: Technology and Global History Since 1900 (Oxford: Oxford University Press, 2007), 35.

[31] David Plowden, Farewell to Steam (Brattleboro, Vt.: Green Press, 1966); John Pudney, The Golden Age of Steam (London: H. Hamilton, 1967); Richard Rheinhardt, Workin’ on the Railroad: Reminisces from the Age of Steam (Palo Alto: American West, 1970).

[32] W. Stanley Jevons, The Coal Question: An Inquiry Concerning the Progress of the Nation and the Probable Exhaustion of Our Coal-Mines (London: Macmillan, 1865), 103.