Экологическое преобразование на глобальном уровне набирает обороты. В России уже назван первый регион России, в котором полностью откажутся от бензиновых машин. Автомобильные концерны Volvo и Volkswagen обещают в скором времени полностью отказаться от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. В 2030 году Великобритания и США запретят использование привычных автомобилей, работающих на бензине. The Ecolomist предлагает заглянуть сделать экскурс в прошлое и немного заглянуть в будущее, чтобы на основе этого проанализировать насколько такая перспектива может оказаться реальной.
В мире ничего случайного не происходит, поскольку каждое событие имеет свои причинно-следственные связи и определенную логику. Новая экологическая реальность также имеет веские основания диктовать новые условия в противовес привычным вещам. Любопытные люди, которые некоторую часть своего времени используют для изучения новых экологических реалий, задаются вполне интересными вопросами. Как и почему первые паровые автомобили и электромобили по всем статьям проиграли автомобилям с двигателями внутреннего сгорания? Как быстро можно обрушить всю мировую энергетику и начать строить ее строить заново? Каким образом выхлопные газы уничтожают экологию и смогут ли электромобили спасти человечество от надвигающейся глобальной экологической катастрофы? Для стран с большой территорией электромобили пока рассматриваются в качестве развлечения, которое в подавляющих случаях используется только в столицах или в развитых странах Европы. Поскольку рано или поздно все автомобильные концерны предложат рынку новые автомобили, а старые окажутся просто в формате non grata, всем все равно придется менять свои предпочтения и привычки.
Цена имеет значение
На заре эпохи автомобилестроения стоимость всех автомобилей была почти одинаковой. В 1910 году самым дешевым транспортом считался Ford Model T, но уже семь лет спустя конкурировать с ним по цене было уже практически невозможно. Благодаря конвейерному типу производства автомобилей Генри Форда человечество шагнуло в новый мир. Кто знает, каким он был бы сейчас, уверь автор лозунга «автомобиль для всех» в двигатели, работающие на пару или электричестве.
В 1910 году 12 000 автомобилей Форда вовсю колесили по американским дорогам. В 1917 году производственный процесс на заводах Форда достиг своего апогея. Сборка первой модели ускорилась с предыдущих 750 до 93 минут. К середине 1918 года каждый второй автомобиль на дорогах США носил значок Ford, что было достигнуто благодаря ценовому фактору и эффективному производственному процессу. После войны в Японии начинается похожий процесс, который мы знаем из историй про Коносуке Мацуситу и Уильяма Деминга, которые считаются одними из отцов философии Кайдзен.
Автомобили, работавшие на паровом двигателе все же, имели свои преимущества, но остались в тени. Такой автомобиль мог разгоняться до 120 км/ч за десять секунд и имел запас хода в два километра, сделав одну заправку паром. Такие характеристики имелись у автомобиля Doble Model C, создателями которого являлись братья Добл. Секрет такого большого запаса хода заключался в устройстве парового котла, а точнее в длинной трубке. Она была закручена таким образом, что помещалась в бак небольшого размера. В длинной трубке с маленьким сечением создавалось сильное давление пара, но при этом воды требовалось совсем немного. Модель автомобиля на паровом двигателе, представленная на автомобильной выставке в Нью-Йорке в 1917 году, произвела неимоверный фурор. На всей выставке это был единственный автомобиль с паровым двигателем, ставший одним из ярких экспонатов.
Почтенная публика была очарована быстротой автомобиля, его тихим ходом и простотой в использовании. За три месяца работы выставки братья Добл получили предварительные заказы на 5 393 экземпляра Model C, в то время как Генри Форд производил 700 000 автомобилей в год. Недостатком паровых автомобилей Doble С являлась высокая стоимость в несколько тысяч долларов. Следующая модель Doble Model E стоила уже 12 000 долларов США, за которые можно было приобрести двадцать четыре (!) автомобиля Ford Model T. Помимо паровых автомобилей Doble на рынок выходили сотни (!) других мелкосерийных производителей. Но законы рынка сделали свое дело, отдав предпочтение ценовому фактору. Так, Генри Форд в одиночку убил в зародыше все паровые автомобили просто благодаря более низкой цене. Дело было вовсе не в уровне комфорта и удобства.
Плата за комфорт
Бензиновые автомобили образца первой половины ХХ века не являли собой эталон идеального комфорта. Поездка на таких автомобилях сопровождалась протечкой масел и смазок, обладавших стойким и неприятным запахом, а также громким выхлопом, поскольку глушители в то время пока еще не использовались. На их фоне автомобили, работавшие на электричестве, были бесшумными и выглядели предпочтительнее для респектабельных господ. Вдобавок ко всему, они были просты в управлении. Изнутри их отличал комфортный салон, а снаружи они были сравнимы с элегантным экипажем. Он был настолько престижен и удобен в использовании, что даже Клара Джейн Форд, супруга Генри Форда, ездила на электрокаре компании Detroit Electric.
Детройтские электромобили появились на рынке в 1907 году и выпускались до 1939 года. Принято считать, что именно компания Detroit Electric является прародителем всех электромобилей, выпустившем тысячи единиц техники. Каждый электромобиль стоил порядка 2 500 долларов США, что было в пять раз дешевле автомобилей братьев Добл. Но при этом за эти деньги можно было купить пять автомобилей Форда. Владельцы электромобилей пользовались всего двумя рычагами, один из которых отвечал за рулевое управление, а второй – за скоростной режим и задний ход. Электромобиль развивал максимальную скорость, равную всего лишь 32 км/час, чего было вполне предостаточно для езды в черте города.
В плане конструкции электромобиль обладал рядом преимуществ: уже тогда под капотом находились только электромотор и батарея. Detroit Electric построили для своих клиентов собственную двухэтажную зарядную станцию, на которой одновременно могли заряжаться более ста автомобилей. При этом здание оказывало широкий спектр услуг для водителей, пока их электромобили заряжались. Ежемесячная абонентская плата в 35 долларов США включала в себя ежедневную мойку, полировку автомобиля, его техническое обслуживание и зарядку его батареи. Каждое утро машину пригоняли в удобное для владельца время и место. Пик продаж у Detroit Electric пришелся на 1914 год, когда было продано 4 500 автомобилей.
Стоит отметить, что ездить на автомобиле с двигателем внутреннего сгорания было очень сложно. Специфичная конструкция автомобиля требовала наличие большой физической силы, что было крайне неудобно для женщин и пожилых людей. Запуск мотора всегда являлся целой процедурой с помощью переносного «стартера» в виде металлической изогнутой палки, которая вставлялась в коленвал мотора. Водитель прокручивал мотор, чтобы завести его, после чего в нем запускались такты сжатия, полезного хода. Чтобы достичь самостоятельной работы мотора необходимо было быстрее крутить палкой, при этом не сбавляя темп и не ослабляя силу. Достаточно энергозатратный и травмоопасный способ. В это время водители электромобилей просто нажимали кнопку и ехали, особо не утруждаясь.
В 1911 году Чарльз Кеттеринг, американский инженер, основатель компании Delco и автор 186 патентов, регистрирует один из своих патентов US1.150.523, в котором описывается конструкция электростартера для автомобиля. Его прототип практически в неизменном виде дожил до наших дней. Он представлял из себя маленький электромотор, питавшийся от аккумулятора при повороте ключа. Это изобретение свело на нет основное преимущество, которым обладали электромобили перед автомобилями с двигателями внутреннего сгорания, ранее запускавшихся с помощью кривого стартера.
Эта инновация всполошило весь рынок, но ключевую роль в этой пьесе сыграла компания General Motors (GM) в лице ее основателя Уильяма Дюранта. В начале прошлого столетия он скупал практически все новые инновации, появлявшиеся в только зарождавшемся автомобильном мире. Эта же участь постигла и электрического стартера, который стал неотъемлемой частью продуктовой линейки GM. В 1919 году ноу-хау Кеттеринга появляется и в автомобилях Генри Форда, но пока в качестве дополнительной опции стоимостью в 30 долларов США. Позже, когда появились глушители, электромобили окончательно капитулировали перед традиционными автомобилями.
Сила «сухого закона»
Интересным фактом является то, что именно «сухой закон», действовавший в США с 1920 по 1933 г.г., повлиял на укрепление позиций двигателя внутреннего сгорания. Дело в том, что первые автомобили Генри Форда работали на этаноле, который американские фермеры производили в домашних условиях. Себестоимость этой водно-спиртовой смеси была очень низкой, на что и делался расчет Генри Форда. Правда, меньшая часть других автомобилей ездила на керосине, который также был довольно дешевым в то время. Спирт оказался вне закона, им можно было заправлять автомобиль, но не каждый хотел лишний раз иметь дело с запретным продуктом, даже если он не потреблялся вовнутрь.
Вернемся в 1859 год, когда была пробурена первая нефтяная скважина в США. Эдвин Дрейк, работавший по заданию фирмы Seneca oil Company пробурил скважину глубиной всего 22 м в районе города Тайтесвилл, в штате Пенсильвания, положив начало нефтяному буму. Тогда начали появляться первые небольшие нефтеперерабатывающие заводы, производившие низкокачественный керосин. Впоследствии на рынок начал выплескиваться бензин.
Компания Andrew Clark & Co начала использовать нефть и отходы ее переработки, которая в объеме, примерно равном 40%, просто выливалась за ненадобностью. Из этого «мусора» компания начала производить бензин и парафированный воск. Бензин, который в те годы практически нигде не использовался, стал применяться на электростанциях компании, чтобы сэкономить на потреблении угля. Парафированный воск мгновенно раскупался, поскольку люди все еще пользовались свечами. На сцене появляется компания Standard Oil, за которой стоял Джон Рокфеллер. В момент своего основания в 1870 году эта компания контролировала 4% всего нефтяного рынка США за счет сниженных тарифов на доставку нефти. Через четыре года компания занимает уже четверть рынка, а через десять лет почти 85%. К тому времени во владении компании находится 20 000 нефтяных скважин, на которых работают сотни тысяч работников. Это позволило компании превратиться в основу экономики США и влиять на правительство.
В 1911 году под давлением антимонопольного законодательства Standard Oil распадается на тридцать четыре компании, многие из которых работают по сей день. Несмотря на так называемый развал компании, их конечным бенефициаром все еще являлся Джон Рокфеллер. В 1907 году до развала компании появляется первая бензоколонка, породившая в будущем сеть АЗС. В 1921 году их количество увеличилось до 12 000, а в 1929 году – до 120 000. Вокруг каждой станции выстраивалась соответствующая инфраструктура и делался бизнес.
В свете «сухого закона» и появившихся заправок людям легче было заехать на бензиновую заправку, чтобы не иметь дело с законом и спокойно пользоваться своим «железным конем». И тут сходятся все события: Генри Форд дает миру доступный автомобиль и конвейерный способ его производства, а Джон Рокфеллер предоставляет автомобильному миру удобную инфраструктуру. Правда, правительство США с помощью «сухого закона» тоже поспособствовало укреплению позиций бензина. В этот момент в мгновенье ока на второй план отходят все существовавшие альтернативные способы передвижения, поскольку двигатель внутреннего сгорания становится самым дешевым, удобным и доступным.
Октановое число Х
В 1919 году был сформирован Американский институт нефти (API), который является единственной национальной неправительственной организацией в США. Он проводит исследования всех аспектов и обеспечивает деятельность по регулированию вопросов в области нефтяной и газовой промышленности. В первые дни основания институт занимался поиском новых нефтяных месторождений, поскольку в то время считалось, что нефть может в любой момент закончиться.
Вновь появляется Чарльз Кеттеринг, который к тому времени занимает пост главы отдела разработок в GM. Будучи талантливым изобретателем он приходит к выводу, что для экономии нефти нужно производить высокооктановый бензин, который будет выдерживать большую степень сжатия. Далее он догадался улучшить мотор, который смог бы работать с этой высокой степенью сжатия. По сути, речь шла об оптимизации работы двигателя, позволявшей повысить его мощность и снизить потребление бензина.
Главная проблема бензина того времени заключалась в его низком октановом числе октановое число, равное примерно 50. Ключом к решению этой проблемы стал свинец, при добавлении в галлон бензина нескольких граммов которого значительно повышается качество бензина. В 1921 году Кеттеринг патентует свинцовую добавку к топливу, назвав ее тетраэтилсвинец (TEL). Два года спустя рынок начинает потреблять первый свинцовый бензин, а чуть позже GM и Standard Oil открывают совместное производство свинцового бензина. Именно он будет поставляться по всем США. Основным недостатком этого бензина была его вредность для человеческого организма и окружающей среды. Об этом человечество задумается в будущем.
Начало экологического движения
В 1948 году в небольшом городке Донора, который находится в штате Пенсильвания, произошёл случай, который вошёл в историю под названием Донорский смог. За несколько дней в местную больницу начало поступать множество людей с жалобами на кашель и приступы удушья. После проливного дождя, который спас город от смога через несколько дней, выяснилось, что источником проблемы стал завод по производству цинка, находившийся неподалеку. На нем произошла утечка газообразного фтора, который стал причиной смерти семидесяти человек и отравления шести тысяч человек.
4 декабря 1952 года Лондон внезапно накрывает антициклон, после которого в городе становится очень холодно и безветренно. Пытаясь согреться, люди начинают усиленно топить свои дома углем, который при горении выделяет серу. Столицу Великобритании накрывает неприятный смог, из-за которого за четыре дня умирает тринадцать тысяч человек. На помощь вновь приходит дождь, разбавивший смог.
Такая ситуация начала наблюдаться практических по всему миру, где располагались большие предприятия. Население начало жаловаться на общее ухудшение самочувствия, а их проблемы с легкими приводили к ранней смерти. Все научное и экологическое сообщество начинает бить тревогу, когда выяснилось, что в период с 1915 по 1950 г.г. потребление бензина, угля и нефти увеличилась в 25 раз. На такую же величину увеличились случаи рака легких у жителей больших городов. Телерадиовещание, появившееся в середине прошлого столетия, способствовало распространению информации о подобных эксцессах. Отныне любое экологическое бедствие мгновенно становилось достоянием общественности. С появлением интернета описание вышеизложенного обретает более широкий масштаб.
В 1963 году в США был принят появляется Федеральный закон о загрязнении воздуха (42 USC § 7401), ставший первым в мире законодательным инструментом для контроля загрязнения воздуха на национальном уровне. Он является одним из самых влиятельных современных экологических кампаний США и одним из самых высоких мировых стандартов воздуха в мире.
В это время ученые находят подтверждение тому, что вместе с выхлопными газами в атмосферу попадают тонны свинца, который медленно убивает людей и губит окружающую среду. Экологи и представители здравоохранения прекрасно отдавали себе отчет в том, что экономическая составляющая приводит правду на сторону производителей, а люди будут продолжать дышать грязным воздухом.
В 1965 году Закон о чистом воздухе был усилен Законом о контроле за загрязнением воздуха автотранспортными средствами, который позволяет вводить стандарты для выбросов загрязняющих веществ из некоторых автомобилей, начиная с моделей 1968 года. В 1967 году вводится Закон о качестве воздуха, который позволил федеральному правительству активизировать свою деятельность по расследованию применения межгосударственных перевозок загрязнителей воздуха и впервые провести обширные исследования по мониторингу окружающей среды и использования стационарных источников. Этот закон также санкционировал расширенные исследования по основным загрязнителям воздуха и по методам мониторинга окружающей среды.
В 1990 году в действующее законодательство были внесены дополнительные поправки, целью которых стало решение проблемы кислотных дождей, истощения озонового слоя и токсичного загрязнения воздуха. Появились новые требования к изменению состава автомобильного бензина, были внедрены стандарты давления паров по Рейду (RVP), контролирующие испарение бензина. Во многих штатах было введено обязательство продавать исключительно новый бензин, соответствующий новым требованиям.
Большую благодарность надо выразить ныне покойному Клэру Паттерсону, американскому геохимику, который разработал метод измерения возраста геологических пород. Именно он измерил возраст изотопов свинца в остатках метеорита Каньон-Дьябюло, что позволило ему оценить возраст Земли, равный 4,55 млрд лет. Погрешность составила 70 млн лет. Несмотря на это, его оценка возраста Земли остается неизменной с 1956 года.
Паттерсон впервые столкнулся с загрязнением свинцом в конце 1940-х в качестве аспиранта Чикагского университета. Его научные труды привели к полной переоценке роста концентраций свинца в атмосфере и в человеческом теле из-за промышленности. Его активная научная деятельность привела к запрету свинцовых присадок к бензину и свинцового припоя в консервных банках.
Собирая данные о загрязнении окружающей среды свинцом, Паттерсон обратил внимание на то, что лед в ледниках Гренландии накапливается слоями, что позволяет исследовать состав отдельных слоев, и точно определить время их образования. Изучая слои льда, образовавшиеся до начала массового применения тетраэтилсвинца и после 1923 года, Паттерсон получил точные данные об уровне загрязнения. Разработанный им метод изучения ледниковых кернов стал одним из основных инструментов современной климатологии, позволяющим получать данные о составе атмосферы и климате, существовавшем на Земле в прошлом.
Сильный мира сего
После того, как в США была развернута большая кампания по противодействию загрязнению окружающей среды, весь мир начинает обращать внимание вопросам экологии и находить общие закономерности. Прошлое столетие запомнится обилием экологических катастроф, бóльшая часть которых долгое время замалчивалась. На Земле случались различные природные катаклизмы и крупномасштабные техногенные катастрофы, последствия которых еще долго будут откликаться.
Морис Стронг (1929-2015), канадский бизнесмен, работавший в нефтегазовой отрасли и в сфере полезных ископаемых, а также заместителем Генерального секретаря ООН. В 1971 году он подготовил отчет о состоянии планеты Only One Earth: The Care and Maintenance of a Small Planet, в соавторстве с Барбарой Уорд и Рене Дубос. В отчете были обобщены выводы 152 ведущих экспертов из 58 стран в ходе подготовки к первому совещанию ООН по окружающей среде, состоявшемуся в Стокгольме в 1972 году. Это был первый в мире отчет о «состоянии окружающей среды». Сегодня этот отчет превратился в экологический бестселлер.
После его настоятельных требований обратить внимание на растущую экологическую опасность создается отдельна программу по окружающей среде, которая будет заниматься вопросами охраны окружающей среды (UNEP, United Nations Environment Program). Эта структура позволила ему объезжать все развитые страны мира и добиваться аудиенции лидеров государств и правящих элит. Он призывал всех объединиться вокруг нарастающей опасности, которая могла победить разрозненное человечество. В течение долгого времени никто из глав государств не прислушивался к его воззваниям. Не помогла даже статья американского климатолога Уоллеса Брокера под названием «Изменение климата: находимся ли мы на пороге глобального потепления?», которая была опубликована в 1975 году. В ней рассказывалась перспектива возможного изменения климата с переходом в глобальное потепление. Эта статья была первой, в которой впервые прозвучал ныне часто звучащий термин.
Брокер говорил о тесной взаимосвязи атмосферы, ледового щита на полюсах, уровне океана и состоянии биосферы, которые будут синхронно меняться. Именно после этой статьи научное сообщество начало изучать глобальные процессы. Результатом двадцатилетней работы Стронга стало проведение Саммита земли в Рио-де-Жанейро с 3 по 14 июня 1992 года. Стронг выступал в качестве генерального секретаря Конференции ООН по окружающей среде и развитию. По его словам, 11 000 участников конференции приняли разумные принципы, но не взяли на себя конкретные обязательства действовать. На саммите руководители 180 стран подписали рамочную конвенции ООН об изменении климата, которая условно признавала происходящие на мировом уровне климатические изменения. Именно в этом документе впервые была озвучена необходимость развивать альтернативные источники энергии, чтобы ими заменить ископаемое топливо.
Особого прогресса в глобальном экологическом движении не наблюдалось до 1997 года, когда был подписан Киотский протокол. Он является международным соглашением, заключенное с целью сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу Земли для противодействия глобальному потеплению. Он является дополнительным документом к Рамочной конвенции ООН об изменении климата 1992 года, который вступил в силу 16 февраля 2005 года. Главной целью этого соглашения является стабилизация уровня концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему планеты. Сегодняшний мир теперь ориентируется на Парижское соглашение.
Реванш электромобилей
К примеру, США со своей развитой промышленностью на протяжении многих десятилетий загрязнили окружающую среду намного больше, чем развивающиеся страны, у которых бурное развитие экономики и производства началось относительно недавно. Возникает вполне резонный вопрос о целесообразности и справедливости вводить одинаковые для всех стран ограничения, даже при взятых на себя одинаковых обязательствах. В 1973 году страны ЕС всерьез задумались о развитии «зеленой» энергетики, которая стала бы серьезным подспорьем при отсутствии больших запасов нефти и газа, имеющихся у большинства развивающихся стран. Отказ от использования углеродного сырья является решенным вопросом и обсуждению не подлежит.
Сегодня те страны, которые первыми забьют себе нишу на рынке «зеленой» энергетики, обеспечат себе сильные позиции в будущем. Такая же ситуация наблюдалась и в период большой нефти, а еще ранее в период усиленного потребления угля. Снова на коне его Величество рынок, который когда-то ввел «сухой закон», чтобы дать старт бензиновой эпопее. Сегодня поменялись некоторые формулировки, но действуют все те же принципы борьбы за рынки сбыта. В конце концов, тот же Морис Стронг, о котором писалось выше, в молодости занимался нефтью и тесно сотрудничал с компанией Standard Oil, чья «невидимая рука» незаметно влияла на рынок в разные временные отрезки.
Во исполнение всемирной договоренности свести к нулю выбросы углерода, доля электромобилей или водородных автомобилей будет постепенно расти, а доля привычных нам автомобилей будет неуклонно снижаться с годами. Новой мировой нефтью станет литий, который будет широко использоваться в формате «зеленой» энергии. Объемы спроса и использования лития растет по экспоненте за последние десятилетия. Первый литий-ионный аккумулятор появился в 1991 году, и именно тридцать лет назад доселе никого не интересовавший химический элемент первой группы, второго периода периодической системы с атомным номером 3, превратился в один из самых востребованных элементов для современной мировой экономики.
Повествование о том, как добывается литий The Ecolomist оставляет на последующие публикации, поскольку эта тема достойна более внимательного изучения и освещения. Добыча лития являет собой сложный технологический процесс, при котором выделение CO2 имеет место. Позже встанут вопросы о должной утилизации отработанных литиевых батарей. В этой связи хотелось бы заметить, что экология не должны превращаться в разменную монету. Она будет нужной и полезной только тогда, когда она будет одинаково выгодной для всех. Двигатель внутреннего сгорания, который последнее столетие двигал мировую экономику вперед и стал источником накопления капитала для многих стран и компаний, становится невыгодным. Новая глобальная экологическая повестка дня диктует человечеству новые правила игры. Главное, чтобы новые правила действительно помогли Земле и всему человечеству.
