Peatükk 3.1 (География для гимн., III)

Энергия в истории человечества

Для чего люди потребляют энергию?

Потребность человечества в энергии можно подразделить на два типа. Во-первых, человеку требуется свет и тепло (для приготовления пищи, а также для отопления жилых и производственных помещений). Во-вторых, энергию используют в производстве и обслуживании, в домохозяйствах и в общественном секторе, при работе на станках, выполняющих механическую работу, а также в устройствах, собирающих, хранящих, обрабатывающих и передающих информацию.

Уровень потребления энергии на душу населения также является наглядным показателем общего уровня развития государства: чем более развито общество, тем больше энергии расходуется в домохозяйствах, в работе транспорта и в общественных местах (напр., уличное освещение) и пр.

Развитие современной энергетики

Огромное влияние на развитие человечества оказывало то, насколько доступна энергия (насколько она дорогая или дешевая). Чем больше энергии удавалось получить, тем больше использовалось потребляющих энергию машин и устройств, и тем меньше приходилось заниматься тяжелым физическим трудом.

В наше время расходы на энергию включены в стоимость всех товаров и услуг, что делает энергию одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на состояние экономики как отдельных государств, так и всего мира. Чем выше цена, по которой предприятия вынуждены покупать энергию, тем меньше продукции они могут производить и тем эта продукция дороже. Это правило действует и в обратном направлении.

Получением энергии из природных источников, ее преобразованием в подходящую для использования форму и передачей потребителю занимается энергетическое хозяйство, или энергетика.

Мужчины из кенийского племени добывают огонь Так человек добывал огонь в течение сотен тысяч лет. Получение огня и сжигание древесины было в новинку для доисторического человека. Огонь обеспечивал свет и тепло, позволял готовить пищу и защищал от диких животных.

Во второй половине XVIII века в Великобритании началась промышленная революция, в ходе которой широкое применение получили именно ископаемые виды топлива. Освоение ископаемого топлива было столь же значительным событием в истории человечества, как и переход на оседлый образ жизни, когда появилось земледелие: оба фактора оказали на общество переломное и необратимое воздействие. Человек вступил в эпоху кажущегося энергетического изобилия: энергии было столько, сколько люди успевали добыть из недр земли. Невозможно переоценить важность изобретения паровой машины в 1765 году. Изначально энергия паровой машины использовалась для выкачивания из угольных шахт воды: таким образом, применение угля (как топлива для паровой машины) позволило добывать еще больше угля, затрачивая меньших усилий. В скором времени паровую машину начали использовать на фабриках, что привело к существенному росту производительности труда. Спустя некоторое время был изобретен паровоз, который можно было использовать для перевозки угля. Благодаря этому техническому новшеству отпала необходимость расположения фабрик поблизости от угольной шахты. Отныне предприятия можно было строить в городах, где хватало рабочих рук, а также имелся рынок для сбыта продукции. Зависимость от месторасположения источника энергии еще больше уменьшилась с началом применения электроэнергии.

Фабрика по обработке хлопка в Англии начала XIX века
​В индустриальную эпоху паровые двигатели, работающие на угле, смогли увеличить производительность в десятки раз. Таким образом были созданы первые современные заводы и фабрики.

В середине XIX века приступили к добыче нефти в коммерческих целях, однако настоящий нефтяной бум начался на рубеже веков, когда был изобретен гораздо более мощный, чем паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе (бензин, дизельное топливо). В сравнении с углем жидкое топливо отличается более высокой энергоемкостью и оно гораздо проще в обращении. Началась масштабная моторизация, нефть стала важнейшим стратегическим ресурсом, а также сырьем для химической промышленности ХХ века.

Заправка самолета
​Жидкое топливо намного удобнее в использовании, чем твердое. Жидкость можно переливать и перекачивать, точно дозировать и легко транспортировать, а компактный двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, заложил основу для моторизации транспорта и до сих пор является наиболее распространенным источником энергии для транспортных средств.

Неравномерное распределение запасов нефти в мире вызывало напряженность в международных отношениях, что в некоторых случаях приводило к военным конфликтам. В середине ХХ века все более очевидным становилось разрушительное воздействие, которое ископаемые виды топлива оказывали на окружающую среду. Эти обстоятельства вынуждали использовать альтернативные источники энергии. Из невозобновляемых источников энергии начали использовать ядерное топливо и природный газ. Однако в наше время мир – в первую очередь развитые страны, – начинают ориентироваться на возобновляемые источники энергии, все более активно используя энергию солнца, ветра, воды, приливов и отливов, геотермальную энергию, а также энергию биомассы.

Фрезерный торф на просушке
Разделение источников энергии на возобновляемые и невозобновляемые основано на том, в каком объеме энергетический ресурс можно использовать в сравнении с нынешними и будущими (спустя несколько сотен лет) потребностями человека в энергии. Один из важнейших энергетических ресурсов Эстонии – торф – относится к числу невозобновляемых источников. Толщина слоя торфа в Эстонии растет со скоростью 1 мм в год, и этого недостаточно для того, чтобы необходимое для промышленного производства количество торфа успевало восстановиться за несколько поколений. При нынешних средних темпах добычи торфа на восстановление его залежей уйдут тысячи лет и десятки поколений. По этой причине торф и считают ископаемым топливом.​
  • каменный уголь
  • текущая и падающая вода
  • древесина
  • ветер
  • нефть
  • солнечное излучение
  • приливы и отливы
  • природный газ
  • широкое использование угля
  • переселение людей
  • изобретение двигателя внутреннего сгорания и обширная моторизация
  • механизация заводов с использованием угольных паровых двигателей
  • многократный рост производительности
  • широкое использование ядерного топлива и природного газа
  • их запасы начали заканчиваться
  • их вредное воздействие на окружающую среду становилось все более очевидным
  • их запасы были распределены неравномерно, что привело к серьезным международным конфликтам
  • был разработан способ эффективного получения энергии из возобновляемых источников

От мышечной силы до нефти

В экономическом, технологическом и социально-культурном аспекте общество испытывало резкий толчок в развитии только на протяжении нескольких последних веков. До этого развитию препятствовал в первую очередь дефицит энергии, т. е. неумение эффективно использовать источники энергии. На протяжении долгого времени в основном использовалась мышечная сила человека. Выживание каждой отдельной личности и общества в целом зависело от способности выполнять тяжелейшую физическую работу, которая часто приводила к травмам, болезням и ранней смерти. Например, считается, что в строительстве Великой Китайской стены участвовал, по меньшей мере, один миллион человек, половина из которых умерла при строительстве. Транспорт также был медленным и требовал колоссальных энергоресурсов.

В аграрном обществе для получения механической энергии начали использовать тягловых животных, а энергию получали, сжигая навоз

На протяжении тысячелетий для человека главным источником энергии (в первую очередь, тепла) являлась древесина, основными недостатками которой были ее дороговизна и сложность транспортировки (за исключением случаев, когда бревна можно было сплавлять по рекам).

Еще в Древнем мире человек научился использовать энергию воды: в IV–III веке до н. э. греческие инженеры при помощи водяного колеса получали воду для орошения полей. Энергию ветра начали использовать сначала на парусных судах, а затем на ветряных мельницах. Недостаток состоял в том, что гидроэнергию и энергию ветра можно было использовать только в определенных местах и при определенных условиях.

Водяное колесо акведука
​Это водяное колесо находится в Хаме, Сирия (Google maps). Доподлинно неизвестно, когда использовалось это водяное колесо, но подобное сооружение было изображено на обнаруженной мозаике, датируемой 469 годом. Таким образом, можно предположить, что водяное колесо было построено не позднее V века, но, возможно, и несколькими веками ранее.​

В северо-восточном Китае каменный уголь использовали для выплавки меди еще за 1000 лет до н. э. Первую информацию об использовании в Европе каменного угля в качестве топлива можно прочесть в трудах древнегреческого философа Теофраста (371–287 до н. э.). В 1550 году в Англии добывалось около 210 000 тонн каменного угля, в 1630 году – уже 5,1 миллиона тонн. Освоение каменного угля стало чем-то бόльшим, чем просто появление очередного источника энергии. Во все предыдущие эпохи общество в той или иной степени зависело от возобновляемых источников энергии, в т. ч. от биомассы (дрова), воды и ветра, а также от мышечной силы человека и животных. Только после того как массовая вырубка леса (для кораблестроения, выплавки железа) привела к дефициту древесины, люди начали добывать каменный уголь. Каменный уголь, изначально использовавшийся исключительно в качестве топлива для паровой машины, стал преддверием промышленной революции, ставшей переломным моментом в истории развития человечества.

Центральный пункт распределения газа для газового освещения в Париже, 1868 год
До XIX века людям приходилось работать в основном при дневном свете. Все изменилось, когда начали добывать и перерабатывать каменный уголь. Побочными продуктами его переработки были масло и газ, которые начали использовать в светильниках. Газовое уличное освещение впервые появилось в Англии в 1807 году. Спустя шесть лет газовое освещение начали использовать в производственных зданиях, первым из которых стала хлопкопрядильная фабрика в штате Род-Айленд, США. Искусственное освещение позволило удлинить рабочий день.

Считается, что шумеры использовали нефть еще 3000–4000 лет назад, а в Китае, вероятно, еще раньше научились добывать из нефти керосин. С середины XVIII века технология переработки нефти постоянно развивалась, увеличивались объемы добычи нефти, поскольку индустриализация вступила в период, когда жидкое топливо требовалось во все больших объемах. В 1855 году канадский физик Абрахам Геснер запатентовал метод, позволяющий производить керосин из каменного угля и нефти. Керосин был значительно дешевле китовой ворвани, поэтому его было значительно выгоднее использовать в лампах. В 1859 году в Пенсильвании (США) начала качать нефть первая буровая вышка. Поначалу «черное золото» использовалось исключительно в качестве топлива для ламп. Однако спрос на нефть начал быстро расти после изобретения двигателя внутреннего сгорания, который применяли в автомобилях. В модели автомобиля Ford 1892 года в качестве топлива уже использовался бензин. Нефть является также важным сырьем химической промышленности – из нее производятся различные виды пластика, смазка, пестициды и пр.

Численность населения мира и средняя дневная добыча нефти в период 1900–2014 гг., млн баррелей
ХХ век можно заслуженно назвать нефтяным. С начала прошлого столетия объемы производства т. н. черного золота увеличивались столь же стремительно, как и население планеты.

Определения  

  • энергетическое хозяйство, или энергетика – отрасль экономики, сферой деятельности которой является получение энергетических ресурсов, производство из них топлива или тепловой энергии и электроэнергии, а также передача вторичной энергии потребителям
  • ископаемое топливо – содержащее органическую материю сочетание веществ, образовавшееся на большой глубине много тысяч и миллионов лет назад из останков населявших Землю организмов, которые преобразовались под воздействием высокого давления (нефть, бурый и каменный уголь, природный газ, горючий сланец, торф); добыть энергию из этих веществ возможно только посредством их сжигания
  • невозобновляемые источники энергии – источники энергии, которые не восстанавливаются либо восстанавливаются на протяжении чрезвычайно продолжительного по меркам человека периода (ископаемое и ядерное топливо)
  • возобновляемые источники энергии – источники энергии, доступные в столь значительном объеме, что могут использоваться бесконечно (солнечная излучение, ветер, проточная вода, приливы и отливы, внутреннее тепло Земли), или восстанавливаются в ходе происходящего в экосистеме круговорота веществ (биомасса)
Palun oota