Оглядываясь на века назад можно увидеть как стремительно менялся мир. Полвека туда, полвека сюда и вот уже пролетела первая промышленная революция! А потом и вторая. Но для современников всё происходило медленно, сменилось несколько поколений и оценить переломный момент было непросто. Возможно, через несколько десятилетий кто-то адекватно укажет и на очередную промышленную революцию, которая происходила в ХХ или ХХI веке.

В целом, попыток угадать набор технологий, которые приведут к четвёртой промышленной революции предостаточно. В разное время уповали на нанотехнологии, 3D-принтеры, возобновляемую энергетику, интернет вещей. Что-то дало результат, что-то не очень, что-то возможно даст в будущем. Но угадать конкретную будущую волшебную технологию это не так уж и важно, поскольку промышленная революция, на мой взгляд, уже идёт.

Как вообще выглядит со стороны промышленная революция, на примере первой, самой любимой и классической? Можно смотреть глазами инженера и описать её через развитие паровых машин и ткацкого станка, но если пытаться смотреть глазами экономиста в поисках “леса за деревьями”, то в первую очередь это массовое удешевление и распространение товаров, затрагивающих существенную часть жизни общества. Как старых, так и новых отраслей промышленности. Для примера, на родине промышленной революции, в Британии, основным драйвером была текстильная отрасль, лидирующая по занятости и добавленной стоимости. Благодаря механизации обработки хлопка взлетело производство текстиля и снизились цены. На фоне плетущихся столетий это произошло мгновенно (революция!), а на практике затянулось на десятилетия. На примере хлопковой ткани:



Цены на хлопковую ткань ежегодно снижались на 4% и, в итоге, изделия стали гораздо более доступными для населения. Аналогичные события происходили и в других отраслях. Отныне рабочий мог обеспечивать товарами в несколько раз больше людей чем раньше.

Обычно в рамках дискуссии об ограниченности ресурсов говорят о полезных ископаемых и особенно об энергоресурсах. Пока во вселенной всё остывает, разрушается и деградирует, человечество, благодаря энергоресурсам, развивается и снижает энтропию. Но есть вещи более первичные, о которых говорится реже чем хотелось бы — сам человек.

Возможности человечества зависят от двух факторов — навыков и населения, иными словами, качества и количества. При прочих равных, в два раза большее население произведёт в два раза больше материальных благ. Аналогично и с навыками, которые можно обозвать производительностью труда. Может показаться, что “количество” (население) гораздо менее актуально чем “качество” (производительность труда), но это не так. Двукратное население рождало бы в два раза больше гениев и могло послать на марс два-три марсохода вместо одного, ускорился бы научно-технический прогресс. Поэтому если Вы мечтаете о прогрессивном будущем, то не стоит забывать и о населении. Возможно, именно это недавно имел ввиду Илон Маск заявляя, что мировое население движется к коллапсу и мало кто относится к этому серьёзно.

Если осмотреться по сторонам и заглянуть немного вперёд, то особой проблемы действительно не просматривается. Но товарищ Маск известен тем, что оперирует и пытается заглянуть в гораздо более далёкое будущее, попробуем последовать его примеру.

Реальные примеры

Для начала, модельные примеры есть уже сегодня — Япония. Считается, что в стране уже давно длится экономический кризис, который получил даже собственное название — “потерянные десятилетия”. Но на самом деле кризис исключительно демографический, это несложно увидеть если рассмотреть экономический рост через производительность труда и количество рабочих рук:

После статьи о краткосрочных перспективах “сланцев” я бы хотел продолжить путешествие в будущее: когда же нефть уйдёт на покой? Чтобы говорить о столь далёком будущем имеет смысл обратиться уже к тому как происходят системные переходы и распространения инноваций.

Скорость распространения инноваций

В фильме “Матрица” есть эпизод, где Морфеус философствует о том, что виртуальный мир подчиняется собственным законам, кардинально отличающимся от законов реального мира. И сегодня это видно как никогда: в цифровом мире концепции и продукты расцветают и умирают за считанные годы, иногда дни. Например, дневная аудитория игры “Pokemon Go” за две недели достигла половины уровня твиттера, Фейсбук за пять лет охватил 10% мирового населения, а компания Майкрософт силой перевела сотню миллионов пользователей c Windows 7 на Windows 10 изменив механизмы обновления. Вследствие этого создаётся ложное впечатление, что быстр и весь остальной мир — со дня на день планета заполнится электромобилями, солнечными панелями и биткоинами.

Человечество много раз меняло свою энергетическую парадигму, изначально потребляемая энергия была только в виде пищи: ягоды, фрукты, бизоны и так далее. Затем человек сменил чернику с мамонтами на более удобные и мощные источники энергии: древесина, уголь, нефть, ядерная энергия. Каждый переход длился десятки и сотни лет и ставил очередные гигаватты на службу человечеству — в домах стало тепло, появилось откуда подзарядить смартфон и миллионы людей бороздят широкие просторы лесов, полей и рек на автомобилях и поездах. Тем не менее, вопрос канет ли в лету текущий энергетический уклад не стоит — непонятны лишь сроки когда это произойдёт.

Энергетическое подразделение агентства “Блумберг” на днях опубликовало свои ежегодные прогнозы для возобновляемой энергетики, которая претендует стать новым энергетическим укладом. Ниже график распределения производства электроэнергии в зависимости от источника:



Чёрным цветом отмечена доля электрогенерация на ископаемом топливе — уголь, газ и небольшая доля нефти. Серым — ядерная и гидроэнергетика. Тёмно-синим возобновляемая энергетика (ВИЭ) — солнечная и ветряная.

Человечеству хочется всего, побольше и аппетит растёт экспоненциально. А любые потребности подразумевают и энергию: если 100 лет назад человечество потребляло 50 эксаджоулей в год, сегодня 500 ЭДж, то где достать 5000 ЭДж к концу века и так далее? Перефразируя классика: “Бесконечность энергии лучше конечности наличием бесконечности”. На данный момент существует несколько решений и одно из них это Возобновляемые Источники Энергии (ВИЭ).

Электрогенерация эпохи ХХ века имеет фундаментальные недостатки, требующие современного решения: где-то в связи с глобальным потеплением дневные температуры поднимутся до +60, кого-то затопит поднявшимся океаном. России это касается мало, но наши соотечественники гибнут в угольных шахтах, сокращается продолжительность жизни населения из-за выбросов тепловых электростанций и так далее. У ВИЭ же есть свой принципиальный недостаток, который стоит на пути — непостоянство генерации.

Прогнозы — дело неблагодарное. Но в ряде ситуаций будущее предсказуемо на концептуальном уровне благодаря опережающим индикаторам или инерции процессов. Прогнозировать цены на нефть или состояние нефтяного рынка вряд ли получится до наступления технологической сингулярности, но что-то уловить вполне реально.

Мир полон неожиданностей: всего лишь год назад обсуждался рост добычи нефти Саудовской Аравией (СА) и обвал “сланцевой” нефти в США из-за резкого снижения буровых установок, а теперь всё наоборот. СА вместе с другими странами пошли на сокращение добычи, а МинЭнерго США рапортует о росте и буровых установок на “сланцевых” месторождениях и самой добычи. За броскими словами скрываются вполне существенные цифры: если ОПЕК и Ко недавно договорились сократить добычу на 1,75 млн. баррелей в сутки (МБ/д), то США за последние месяцы успели прибавить 0,6 МБ/д, тем самым отыграв половину своего предыдущего падения и треть от сокращений ОПЕК. Таким образом, запустился процесс обратный последним двум годам. Всё что было нажито ОПЕК непосильным трудом сейчас опять сокращается, а дополнительная выручка и инициатива уходят американским нефтяникам. Таким образом, нефтяная война не окончена, а только начинается — сланцевая добыча не обвалилась и опять перешла к росту. Нефтянка в США:

Сегодня попробуем на себе популярный в блогосфере жанр Кассандры — негативных пророчеств. Итак, “общеизвестно”, что зима близко, человечество во всём достигло пределов роста и мы доживаем последние спокойные деньки перед неминуемым скатыванием в новые темные века. Последним источником техно оптимизма и самым ярким символом прогресса, который противостоял последние 20 лет многим стагнирующим процессам на планете стало бурное развитие микроэлектроники. Пришло время сорвать покровы и с этой области.

Казалось бы, прогресс сейчас быстр как никогда и любой пользователь смартфона расскажет вам о всё более и более быстрых процессорах, которые появляются в новых моделях. Но на крайнем севере уже потянуло холодком от стены, защищавшей нас от регресса. Там, где максимальная производительность микроэлектроники действительно нужна — в области суперкомпьютеров на самых передовых границах — прогресс остановился.

Как видно из графика, уже три года производительность топового суперкомпьютера (выраженная в операциях с плавающей точкой в секунду — FLOPS) не растёт. Более того, если заглянуть в анонсированные планы, то можно с уверенностью сказать, что ситуация не изменится как минимум в ближайший год. А значит стагнация производительности топового суперкомпьютера распространится и на 2016 год:

Начиная с нефтяного кризиса 1970-х годов, общество начало задумаваться о поиске альтернативы традиционной углеводородной энергетике. Потенциал солнечной энергии, как самый большой и доступный для человечества, всегда приковывал внимание научного сообщества. Использование возобновляемой энергии легло в основу концепции целых социальных и политических движений. В последние десять-пятнадцать лет солнечная энергетика быстро развивалась и получила некоторое распространение в секторе электрогенерации. В целом, можно говорить об экспонециальном тренде роста электрогенерации фотовольтаики в последние двадцать лет [1]:

Происходящее вокруг нас находится в рамках некоторых законов и правил. Мышление человека не является исключением и тоже подчиняется ряду принципов. Главный принцип — минимизация усилий. Как говорится, лучше стоять чем идти, лучше лежать чем стоять и каждый у кого есть кот может в этом убедиться. Этот принцип распространяется и на наше мышление.

Ничто в биологии не имеет смысла кроме как в свете эволюции
Ф.Г. Добжанский

Эволюция обусловила нас давать в обыденной жизни предпочтения быстрым решениям и суждениям, не требующих значительных когнитивных усилий. Во-первых, каждый день ставит бесконечное количество вопросов и попытка все их глубоко обдумать просто невозможна, а во-вторых — нас просто скушают быстрее. Поэтому человеческий мозг имеет предрасположенность к шаблонам мышления, которые позволяют нам жить просто и эффективно. Проблема в том, что в более сложных вопросах эти шаблоны дают сбои и ошибки и для того, чтобы их корректировать, у нас есть более глубокое аналитическое мышление требующее существенных когнитивных и энергетических затрат. Поэтому оно включается намного реже чем хотелось бы.

Почему сегодня очень важно уделять внимание таким популярным понятиям как big data, роботизация, искусственный интеллект и всем этим попыткам обучить машины делать более интересные вещи? Казалось бы, это всё игрушки для гиков. Почему же это так же важно, а может даже и больше, чем нанотехнологии?

Учёные, изучающие историю инноваций, приходят к выводу, что существуют определённые закономерности в процессе инновационного развития общества. Каждый отдельный период можно описать S-кривой, на которой есть периоды медленного начального распространения, быстрого широкого распространения и затухания. С этими фазами сходятся примерно и циклы роста экономики, которые и обнаружил Кондратьев. Изучались вопросы, теории оттачивались и сейчас, по одному из множества мнений, можно описать пять волн инноваций (технологических укладов). Сейчас мы стоим на пороге шестого уклада, на картинке ниже указаны примерные временные рамки и соответствующие технологии:



Шестая волна инноваций обозначена как развитие нанотехнологий и ядерной энергетики. Видимо, именно этот прогноз был выбран как основополагающий для технологического развития России, ноги РосНано и проекта “Прорыв” растут именно из него. К сожалению, скорее всего примерно угадав сроки и динамику нового уклада, этот прогноз, по нашему скромному мнению, крупно промахнулся в выборе технологий. По схеме, с конца двадцатого века начинается информационная революция с чем нельзя не согласиться, в то время как для шестого уклада выбраны, почему-то, совсем не информационные технологии.

Развитие цивилизации это коллективный путь к расширению наших знаний, всё остальное вторично: энергия, промышленность, космос — всё это плоды нашего стремления к познанию. Нужно понять цепочку причинно следственных связей, больше доступной информации -> больше знаний -> больше эффективных устройств -> больше энергии мы можем получать. Стоит вспомнить, что первые паровые двигатели — самые сложные механизмы ХVIII века — работали как насосы в угольных шахтах. Поэтому сначала новые знания и новые механизмы, а уж потом новая энергия в необходимом количестве. Так что давайте отбросим разные предрассудки и скажем прямо: пик развития нашей сегодняшней цивилизации это iPhone. Вот пусть он у нас и отвечает за новые источники энергии.


Сири, где ближайшая бензоколонка?

Как я уже писал раньше, предшественником первой индустриальной революции был печатный станок Гуттенберга. Это изобретение позволило поставить процесс накопления и распространения знаний на экспоненциальный путь развития. Третья же индустриальная революция, перед порогом которой мы все сейчас топчемся, обусловлена изобретением и развитием информационных технологий. Компьютер — это одновременно и источник накопления и распространения знаний и один из самых сложных механизмов, которые мы сейчас способны делать. По аналогии с историческими событиями, это наш печатный станок и наша паровая машина.

Сценарии “мывсеумрём” всегда были и будут популярны. Как минимум, это удобный способ привлечь внимание и заставить читателя охать и ахать. Тематика энергоресурсов не стала исключением и тут есть свои два главных апокалипсиса — один из них это пик добычи нефти. Концепция пика нефти получает широкое распространение при высоких ценах на нефть и уходит в забвение при низких. Так, ещё в 2008 году все писали о пике нефти в 2012 году, а позже это пришло и в рунет. К счастью, мировая добыча нефти с тех лет всё ещё растёт, поэтому сторонникам теории пришлось редуцировать свою теорию “пика добычи нефти вообще” к частностям: “пик добычи легкодоступной нефти” или “пик добычи традиционной нефти”. Причина упоминания “легкодоступности” лежит во втором “апокалипсисе” — в снижении коэффициента энергетической рентабельности (EROEI), по аналогии с экономической рентабельностью (ROI). О нём и поговорим.

Что такое EROEI? Представьте себе гепарда за охотой на антилоп. Мясо антилопы содержит белки и жиры, которые дают гепарду энергию, так необходимую для существования. Если бы гепард владел термодинамикой, то перед каждой охотой ему стоило просчитывать сколько энергии он потратит на погоню за антилопой и сколько получит из её мяса. Если он будет охотиться за антилопой, а поймает в результате только мышку, которая не может даже компенсировать потери энергии на охоту, то очевидно, что лучше было в этот день вообще не охотиться.

Как гласит поговорка, самое лучшее время посадить дерево — 20 лет назад. Следующий подходящий момент — сегодня. Дело в том, что альтернативная энергетика (ветер, солнце и т.п.) имеет самое прямое отношение к этой поговорке.

Дерево «сланцев» было посажено 35 лет назад

Для начала стоит упомянуть «сланцы» как наглядный пример. На сегодня ситуация со сланцами неплоха. Завоевали собственное место под солнцем — достигли уровня атома (а это 4% мировой энергетики) и продолжают с фанфарами отвоёвывать свою долю. Однако, хотелось бы окунуться немного в историю вопроса. Были у них трудности и сложности? Были и есть. Но только сегодня стало видно, что преодолев их США совершили ощутимый рывок вперёд:

1. Благодаря сланцам США стали газодобывающей державой номер один, обогнав Россию;
2. В ближайшие годы вполне по силам догнать и перегнать по добыче нефти Россию и Саудовскую Аравию;
3. Резко снизили энергетическую зависимость;
4. Стимулировали высокие технологии в нефтегазодобыче и развитие промышленности — главным образом химической за счёт дешёвого сырья плюс остальную за счёт снижения цен на электроэнергию и т.п.