Но эти виды энергии не могут сравниться с двумя другими характеристиками ископаемого топлива: естественной концентрацией и (особенно для рек и деревьев) естественным изобилием.
Естественная концентрация
При прочих равных условиях, чем более концентрированным является источник сырой энергии, тем лучше с точки зрения экономической эффективности.
Концентрация повышает экономическую эффективность, так как снижает стоимость транспортировки энергии, что особенно важно для мобильной энергии - например, топлива для грузовика, который всегда должен транспортировать свою собственную энергию, чем меньше и легче, тем лучше.
Стандартной мерой концентрации энергии является "плотность энергии" - количество энергии, которое сохраняется на единицу объема и/или массы.
Солнечный свет и ветер борются с низкой плотностью энергии. Поскольку они приходят к нам не только в виде прерывистых, но и разбавленных потоков, они требуют огромных площадей земли, а также материалов для получения того же количества энергии, которое может дать ископаемое топливо (или ядерное), используя небольшую площадь земли.
Природные процессы, которые привели к образованию нефти и угля, сделали их удивительно концентрированными по объему и массе по сравнению со сгораемыми растениями, такими как дерево. Природный газ, как газ, не имеет высокой плотности по объему, но имеет очень высокую плотность по массе, и может быть сжат в очень плотное по объему топливо (например, СПГ - сжиженный природный газ).
Среди ископаемых видов топлива королем по плотности энергии является нефть. Всего один галлон сырой ("сырой") нефти из земли содержит около 35 000 калорий энергии - эквивалент четырнадцати дней энергии для большого человеческого тела.
Сравните энергетическую плотность нефти с энергетической плотностью батарей. Например, нынешний лидер по плотности энергии, аккумулятор Tesla Model 3, по массе в пятьдесят три раза менее энергоемкий, чем бензин. (На практике она примерно в восемнадцать раз менее плотная, поскольку электромотор батареи может преобразовать в полезную энергию примерно в три раза больше энергии, чем двигатель автомобиля, работающего на бензине).
Чрезвычайная плотность энергии является основной причиной того, что нефть является чемпионом среди транспортных топлив - в основном для самых больших и мощных мобильных машин, таких как грузовые суда и самолеты.
Естественная концентрация ископаемых видов топлива также делает их весьма благоприятными для масштабируемости, поскольку возникающая в результате этого легкость транспортировки делает их экономически эффективными для использования в тысячах мест по всему миру.
Например, плотность энергии угля является основной причиной того, что он очень широко используется во всем мире для производства электроэнергии. Даже если в вашей стране нет угля, вы можете использовать судно, работающее на нефти, которое может перевозить огромное количество энергии угля при относительно низких затратах.
Перевозка, скажем, древесины обходится гораздо дороже в расчете на единицу энергии.
А "пронести" реку или геотермальное образование через полмира невозможно. Теоретически, электричество, вырабатываемое рекой или геотермальным пластом, можно было бы разнести по всему миру с помощью сверхдальних линий электропередач, но таких линий не существует, потому что они до сих пор оказались неподъемными по стоимости.
Естественное хранение плюс естественная концентрация - грозная комбинация, дающая ископаемому топливу большое преимущество в транспортировке и масштабируемости перед почти всеми другими видами энергии.
И эти естественные и концентрированные источники сырой энергии смогли распространиться по всему миру, потому что они также невероятно богаты природными ресурсами.
Естественное изобилие
Важнейшей особенностью сверхдешевой энергии является то, что она масштабируется в глобальном масштабе, обеспечивая энергией миллиарды людей в тысячах мест.
Для этого необходимо, чтобы сырьевой источник энергии был в изобилии.
Если какой-либо вид энергии не существует в достаточном количестве, чтобы распространить его на миллиарды людей, он не сможет делать то, что может делать ископаемое топливо - по крайней мере, недолго.
Поскольку в основе нефти, угля и природного газа лежит ошеломляющее количество древних мертвых организмов, использующих древний солнечный свет, они существуют в ошеломляющих количествах.
Насколько ошеломляющими и как долго они смогут продержаться? Я отвечу на эти вопросы ближе к концу этой главы, где я обсуждаю будущую экономическую эффективность ископаемого топлива.
Противопоставьте природное изобилие ископаемого топлива и нехватку биомассы естественного происхождения, например древесины.
До появления ископаемых видов топлива биомасса, особенно древесина, была основным источником энергии для человечества.
Древесина, конечно, использовалась для отопления домов, но ранние паровые двигатели также использовали древесину в качестве топлива.
Когда эта древесина приобреталась из естественно растущих лесов, использование древесины было относительно экономически выгодным - потому что людям не нужно было оплачивать расходы на концентрацию и хранение солнечного света в виде древесины. Но чем больше люди использовали древесину, тем быстрее истощались естественные леса, потому что их не хватало.
В Англии, например, еще задолго до промышленной революции возникла острая нехватка древесины, поскольку население увеличивалось и нуждалось в энергии, что привело к резкому росту цен на дрова, начиная примерно с 1550 года. Этот энергетический кризис был постепенно разрешен в 1600-х годах с помощью природного источника энергии - угля.
Для масштабирования биомассы необходимо выращивать новые растения снова и снова. Этот процесс сам по себе требует больших затрат ресурсов - производителям энергии не нужно проходить через этот процесс, если они используют ископаемое топливо, которого в природе предостаточно.
Другие формы энергии, которые в некотором смысле хранятся и концентрируются естественным образом, такие как реки для гидроэлектрической энергии и геотермальные образования для геотермальной энергии (популярные в Исландии), также не являются изобилием с точки зрения миллиардов людей, потому что они существуют только в определенных местах.
Естественное хранение, естественная концентрация, естественное изобилие. Такое сочетание характеристик не присуще ни одной другой форме используемого сегодня сырья, кроме одной: радиоактивных материалов, таких как уран и торий, используемых для производства ядерной энергии. Эти материалы имеют более высокую природную концентрацию и изобилие, чем нефть, уголь и природный газ.
Как я буду обсуждать в следующей главе, ядерная энергия сталкивается с двумя связанными проблемами рентабельности, которых нет у ископаемого топлива: (1) она требует гораздо более сложных процессов для превращения в полезную энергию, и (2) она задушена правительствами почти до криминализации. Такое удушение ядерной энергии со стороны правительства не позволило ей получить второй важный ингредиент секретного соуса ископаемого топлива: поколения экономических инноваций и достижений.
Второй ингредиент: Поколения экономических инноваций и достижений
Тот факт, что ископаемое топливо обладает замечательными природными свойствами, лишь частично объясняет его уникальную экономическую эффективность.
В конце концов, эти свойства ископаемого топлива существовали на протяжении всей истории человеческого рода, но только в последние двести лет их стали использовать для питания наших машин.
Другой компонент успеха ископаемого топлива, с которым потенциальная альтернатива также должна бороться в дополнение к естественным свойствам ископаемого топлива, - это поколения экономических инноваций и достижений, специфически применяемых к естественным свойствам ископаемого топлива.
Под "экономическими" инновациями и достижениями я подразумеваю инновации и достижения в области экономической эффективности - включая масштаб.
В сегодняшних дискуссиях об энергетике феномен экономических инноваций и достижений практически игнорируется в пользу технических достижений - понимания того, как сделать что-то независимо от затрат.
Возьмите припев: "Если правительство смогло посадить человека на Луну, оно наверняка сможет построить солнечную и ветряную энергетическую систему". Как сказал Берни Сандерс: "Соединенные Штаты Америки отправили людей на Луну 50 лет назад. Мы точно сможем перевести нашу энергетическую систему с ископаемого топлива на 100% возобновляемые источники энергии уже сегодня и создать при этом миллионы рабочих мест".
Но посадка человека на Луну была техническим, а не экономическим достижением. Оно включало в себя достижение одного конкретного технического результата (удивительного), отняв значительные ресурсы у каждого жителя страны. (Это также на 100 процентов зависело от ископаемого топлива).
Обеспечение недорогой, универсальной, глобальной энергии по требованию - это экономическое, а не только техническое достижение.
Это эквивалентно тому, как если бы мы посадили человека на Луну, чтобы сделать лунные путешествия доступными для всех.
Одним из немногих публичных комментаторов по вопросам энергетики, который признает необходимость экономических инноваций и достижений даже при наличии перспективной технологии, является Элон Маск, который объясняет: