Это включает в себя целую цепочку производственных процессов, в том числе извлечение кремния из земли, его переработку в полезную форму, производство переработанных материалов в микрочипы и так далее.

Если бы кто-то сказал: "Давайте к 2050 году обойдемся без кремния", мы бы подумали: "Это звучит довольно безумно, учитывая, что кремний - такой хороший полупроводник, и учитывая, что миллионы людей потратили несколько поколений на то, чтобы использовать его как можно более экономически эффективно для миллионов ситуаций".

Точно такая же мысль применима и к ископаемому топливу.

Эпические проблемы, связанные с заменой ископаемого топлива для отопления и передвижения на ископаемом топливе

В предыдущем разделе я использовал пример электроэнергии, чтобы проиллюстрировать два элемента секретного соуса ископаемого топлива - (1) замечательные свойства природного хранения, природной концентрации и природного изобилия, и (2) поколения экономических инноваций и достижений вокруг этих замечательных свойств - и то, как трудно их заменить.

Но, как я уже упоминал в предыдущем разделе, электричество на ископаемом топливе, которое невероятно трудно заменить, на самом деле является самой простой формой энергии на ископаемом топливе, которую можно заменить. Гораздо труднее заменить те формы, о которых наша система знаний почти никогда не говорит: тепло - особенно "промышленное тепло" - и мобильность.

Источником широко распространенной путаницы в вопросах энергетики, особенно широко распространенного невежества в отношении трудностей замены ископаемого топлива, является обычное приравнивание "энергии" к "электричеству". Например, комментатор говорит, что какая-то страна получает 25 процентов своей "энергии" от "возобновляемых источников", в то время как на самом деле это всего лишь 25 процентов от общего потребления электроэнергии в стране, что является лишь малой частью общего потребления энергии.

Несмотря на распространенное смешение понятий "энергия" и "электричество", потребление электроэнергии составляет всего 19 процентов от общего потребления энергии - 63 процента от ископаемого топлива.

Почему так много энергии не является электричеством? В конце концов, электричество - это замечательно.

Основная причина заключается в том, что наиболее экономически эффективный способ питания многих типов машин заключается не в процессе производства электроэнергии (из ископаемого топлива или из любого другого источника), а в непосредственном сжигании ископаемого топлива для получения тепла или мобильности.

Три основные области, в которых ископаемое топливо доминирует за счет прямого сжигания - это мобильность, промышленное тепло и тепло в жилых помещениях, где прямое сжигание ископаемого топлива в большинстве случаев обеспечивает самое дешевое и/или наиболее эффективное решение.

В этих случаях, как и электричество, сегодняшнее недорогое, по требованию, глобальное производство энергии является продуктом экономических инноваций и достижений многих поколений. Но в еще большей степени, чем в случае с электроэнергией, эти экономические инновации и достижения основаны на специфических свойствах ископаемого топлива, что означает, что заменить его значительно сложнее, чем даже электроэнергию.

Сверхэкономичная тепловая энергия

Рассмотрим промышленное тепло или "тепло промышленного процесса" - широко упускаемую из виду категорию энергопотребления.

Промышленное тепло используется для производства жизненно важных материалов, таких как цемент, сталь и пластмассы (наряду с большинством других ископаемых материалов).

Промышленный нагрев предполагает чрезвычайно высокие температуры, до 3 000°F, поэтому для него требуются материалы и процессы, способные генерировать такие температуры.

Иногда промышленное тепло производится с помощью электричества, например, при производстве алюминия, но чаще, например, при производстве цемента, стали и пластмасс, промышленное тепло производится путем прямого сжигания ископаемого топлива.

Почему?

Поскольку, сжигая ископаемое топливо и используя тепло напрямую, вы улавливаете гораздо больший процент теплового потенциала топлива, чем при преобразовании топлива в электроэнергию.

Например, сжигая природный газ непосредственно в печи и используя его для нагрева какого-либо вещества, вы можете использовать более 90 процентов возможного теплового потенциала природного газа.

Сравните это с использованием электроэнергии природного газа для отопления, которое предполагает сжигание природного газа для создания давления воздуха, чтобы привести в движение турбину, вырабатывающую электроэнергию - процесс, при котором обычно теряется около половины энергетического потенциала природного газа. Затем электроэнергия передается по линии электропередач, что влечет за собой еще большие потери энергии, и, наконец, преобразуется в тепло с помощью электрического нагревателя. Этот процесс обязательно приводит к производству гораздо меньшего количества тепла, чем при сжигании природного газа в самом начале, а также к созданию большого количества инфраструктуры.

Поскольку при прямом сжигании природного газа используется гораздо больше энергии природного газа, это может привести к гораздо более низким ценам, чем использование электроэнергии природного газа для получения тепла.

Например, рассмотрим столь разрекламированный феномен водородного топлива.

Самым экономически эффективным процессом производства водородного топлива является непосредственное преобразование природного газа путем так называемого "паро-метанового риформинга". Стоимость зависит от цен на сырье, но может составлять чуть более 1 доллара за килограмм водорода. В отличие от этого, если для производства водородного топлива использовать электричество (с помощью процесса, называемого "электролизом"), то, по оценкам Министерства энергетики США, текущие затраты составляют около $5 за килограмм, в основном за счет стоимости электроэнергии.

Так же, как прямое сжигание ископаемого топлива часто более рентабельно для промышленного тепла, так и для бытового тепла, которое предполагает значительно более низкие температуры. Сжигание чистого природного газа для отопления сохраняет до 98 процентов теплового потенциала газа, а не теряет большую часть этого потенциала при преобразовании газа в электроэнергию, а затем обратно в тепло.

Сверхэкономичная мобильная энергетика

В случае с теплом, особенно промышленным, прямое сжигание ископаемого топлива обычно гораздо более экономически эффективно, чем любая альтернатива с использованием электроэнергии, включая электроэнергию на ископаемом топливе, прежде всего из-за стоимости; можно сделать то же самое за гораздо меньшие деньги.

Прямое сжигание ископаемого топлива для мобильности не только дешевле, но и обладает эффективностью, которой нет ни у одного вида электричества. В сфере мобильности существует множество областей, в которых сегодня не существует коммерческой замены по любой цене.

Причина в том, что современная мобильность построена на уникальной природной энергетической плотности нефти.

Существуют и другие формы жидкого топлива с несколько сравнимой плотностью энергии с нефтяным топливом, от жидкого водородного топлива (которое почти в три раза легче нефтяного топлива, но занимает примерно в четыре раза больше места) до спиртового топлива на основе растений (которое занимает примерно в два раза больше места, чем нефтяное топливо).

Но в отличие от нефти, которая в большинстве случаев начинается как жидкость, которую можно дешево переработать в пригодное для использования топливо, водород и топливо на основе растений начинаются как материалы, которые и близко не похожи на жидкое топливо. А процесс их превращения в жидкое топливо до сих пор оказывался затратным в масштабах страны. Например, жидкое топливо из биомассы (биотопливо) сталкивается с теми же проблемами масштабирования, что и древесина - дорого обходится производство энергии.

Когда речь идет об экономически эффективных мобильных машинах, нефть в настоящее время не имеет конкурентов. Особенно это касается крупных мобильных машин. Вот почему из 32 процентов мировой энергии, которая является мобильной, 90 процентов приходится на нефть.

Возьмем грузовые суда - огромные машины, перевозящие большинство международных товаров, на которые приходится 12 процентов мобильной энергии. Подавляющее большинство из них сегодня работают на нефти, обычно на более дешевом мазуте в открытых водах , где более высокие выбросы твердых частиц в атмосферу легко рассеиваются, не влияя на (несуществующих) жителей близлежащих районов.

Самолеты используют 11 процентов мобильной энергии, а 100 процентов работают на нефтяном топливе, обычно на реактивном топливе (обычно на основе керосина) или авиационном бензине.

Нефть полностью доминирует в тяжелом транспорте до такой степени, что для грузовых судов и самолетов не существует коммерческих альтернатив по любой цене. А для других видов большегрузного транспорта нет ничего даже близко похожего на нефть.

Тяжелые грузовики, которые перевозят по странам такие грузы, как продукты питания, одежда и электроника, на 98 процентов работают на дизельном топливе - одном из видов нефтяного топлива.

Подавляющее большинство тяжелой сельскохозяйственной техники работает на нефти, а также.

Нефть имеет больше конкуренции в "легких" приложениях, таких как автомобили, где гораздо более низкая плотность энергии батарей имеет меньшее значение.