Новый технологический уклад и философский камень

Тема технологических укладов широко освещена усилиями многих учёных, экспертов, просто любителей. Авторы анализируют, пытаются систематизировать процесс исторического развития по различным критериям. В зависимости от этих критериев получают различное количество исторических технологических укладов и выдвигают требования к новому.

Так и получается, что в зависимости от политических предпочтений, образованности или фантазии мы ожидаем наступление то ли пятого, то ли седьмого технологического уклада. А споры о том, кто же стоит на пороге, а кто тащится в хвосте, никогда не утихнут.

Это и понятно: само понятие многогранно, обладает гигантским количеством внутренних взаимосвязей, трудно оцениваемой важностью, первичностью его различных компонентов. К сожалению, основная масса исследователей с большим задором бросаются в рассуждения, не утруждая себя предварительно явно сформулировать базовые критерии анализа, гипотезы, принимаемые в его основании. Как результат имеем мешанину и сумятицу: кто-то настаивает, что следующий техноуклад свершится при всеобщей роботизации, кто-то – после повсеместного внедрения последнего поколения стандартов связи, кто-то – в связи с полётами к Марсу, кто-то – сразу после запуска термояда, а кто-то хочет всё вместе и много.

Отсутствие явно указанных предпосылок делает совершенно невозможным определить границы применимости полученных выводов, степень адекватности их экстраполяции в будущее.

Дабы избежать подобных недоразумений введём явно гипотезы, на которых основан данный анализ.

Гипотеза 1. Решающим фактором всякого техноуклада является количество добываемой энергии на душу населения в единицу времени – плотность энергопотока. Здесь следует понимать в весьма широком смысле. Тут речь идёт не только о заготовленных дровах, обогащённом ядерном топливе и т.п. Но и освоенной солнечной энергии, например, в виде заготовленной биомассы, энергии, потраченной для производства, обработки материалов и конструкций, а так же запасённую в них энергию. Так, к примеру, истории известны катаклизмы, вызванные резким снижением мощности солнечного излучения у поверхности земли. С другой стороны, энергия, единожды затраченная на производство топора, увеличивает производительность труда на долгий срок. Таким образом, материалы, инструмент, инфраструктура, капитал, в конце концов должен быть рассматриваем как накопленный энергопоток.

Все остальные технологии являются производными от плотности энергопотока. Подобное утверждение можно обосновать очень простыми рассуждениями – мощность экономит время. Чем большая мощность приложена к осуществлению процесса, тем меньше времени он занимает. Таким образом, создаётся излишек общественного времени, являющийся, по крайней мере, необходимым условием для появления новой технологии.

В качестве лирического отступления – в механике энергия и время являются канонически сопряжёнными величинами. Симметрия времени приводит к сохранению энергии. В более сложной нелинейной диссипативной системе – обществе – такими взаимосвязанными величинами являются время и мощность.

В этой связи решающее значение имеет тип используемых энергоресурсов. Именно он и определяет максимальный физически достижимый уровень энергопотока.

Гипотеза 2. Строго говоря, человечество не нуждается в энергии как таковой. Для практических целей необходима совершенно другая физическая мера – работа. Энергия выступает лишь как её источник. Даже кипячение воды подразумевает работу по разрушению белков патогенных организмов, которую можно осуществить огромным количеством альтернативных способов.

Различные виды совершенно неравноценны в отношении выполнения полезной работы, а потому вторым фактором, определяющим технологический уклад, являются технологии преобразования различных видов энергии друг в друга, а главное в полезную работу.

Наряду с типом используемых энергоресурсов технологии трансформации энергии имеют определяющее значение в возможности её накопления и распределения в пространстве. Это на прямую влияет на средний энергопоток, а также вовлечения в оборот новых ресурсов.

И снова, технологии преобразования энергии необходимо рассматривать шире, чем просто манипуляции имеющейся мощностью. К примеру, доменный процесс представляет собой конвертацию энергии угля в новый материал – чугун, а затем сталь, что, как сказано выше, есть накопление энергопотока.

Гипотеза 3, скорее констатация факта: новый технологический уклад не наступает с совершенным отрицанием, отменой старого. Напротив, некоторые источники энергии, использовавшиеся тысячелетиями до того, приобретают новое значение и масштабы в следующих укладах, как гидроэнергетика, например. Другие сохраняются и развиваются в силу местных специфических условий.

Последнее утверждение, очевидно, мешает чёткой периодизации человеческой истории на какие-либо замкнутые уклады. Рост плотности энергопотока до недавнего времени происходил достаточно монотонно (почти, катастрофа Бронзового века, Тёмные века). Потому кажется уместным отказаться от столь всеобъемлющего понятия (хотя бы в данной статье) и ограничиться лишь перечислением основных вех развития.

По характеру накопления энергопотока история человечества напрашивается разделить всего на две эпохи – доиндустриальную и индустриальную.

В первой почти весь энергопоток уходит на собственное воспроизводство, ибо откладывать особо нечего. Вторая удивительным образом коррелирует с началом ограбления Америк и Африки, а потом и всего мира. Вот тогда и представилась возможность накапливать.

Но, позабыв о политических перипетиях, и перечислим основные этапы развития человечества. Прежде всего овладение огнём явилось для нас видообразующим фактором. Далее последовало приручение животных – от дрожжей до слонов. Тяговооружённость человека чрезвычайно возросла, как только был создан способ превращать энергию огня в новые материалы – керамику и металлы. Уже в историческое время человек освоил энергию ветра и воды, что позволило ему активно изменять окружающий ландшафт.

При этом развитие в доиндустриальную эпоху не являлось монотонно поступательным. Человечество с древности по новое время проходило один и тот же путь развития по крайней мере трижды. В конце последнего цикла человек начал использовать порох. И хоть на хозяйственной деятельности это сказалось мало, в военной области тяговооружённость, мощность возросла на порядки. Это в свою очередь позволило «консолидировать» ресурсы многих народов для следующего шага.

Началом индустриальной эпохи явилось не столько создание механизированных средств производства, сколько их питание от нового источника – паровой машины. Это принципиальное изобретение, позволившее преобразовывать тепловую энергию в механическую работу. С этого времени переход к использованию ископаемых топлив стал неизбежным.

Массовое применение тепловых двигателей привело к революции в металлургии – созданию способов промышленного производства стали. Несмотря на то, что сталь была известна тысячелетиями ранее, удешевление её массового производства и обработки кардинально изменило мир.

Примерно в тоже время на вооружение берутся законы электродинамики и формируется новая отрасль хозяйства – электротехника. Она открывает целый ряд неведомых ранее возможностей во многих применениях: от освещения до химического производства.

Не менее важным с точки зрения тяговооружённости общества явился переход к использованию жидких топлив. Казалось бы, многим ли отличается уголь от нефтепродуктов? Тем не менее стоимость извлечения, транспортировки, удобство использования и более высокая энергоёмкость значительно интенсифицируют все экономические процессы. Переход происходи вследствие и как результат возникновения двигателей внутреннего сгорания. Существенно более тяговооружённый, он позволяет покорять пространство, подняться в воздух.

Следующий этап – обуздание ядерной энергии. Топливо так и остаётся ископаемым, но его энергоёмкость на порядки превышает таковую всех известных ранее.

Широкое применение интегральной электроники так же можно считать существенным шагом в увеличении энерговооружённости человечества.

Таким путём мы и попали в цифровой, пластиковый, ядерный, космический – какой угодно – век. Однако на данный момент по мнению многих развитие застопорилось: всё, что мы видим вокруг, представляет собой экстенсивное развитие концепций родом из 50-70-х годов прошлого века. А между тем ресурсов для поддержания современного социально-экономического уровня остаётся всё меньше. По многим пик добычи уже в прошлом, для остальных достигнут уже сейчас или является делом недалёкого будущего.

Эта проблема осознана сильными мира сего, а потому он становится всё более шатким, взрывоопасным. К сожалению некоторых, Запад, подмявший под себя планетарные в последние десятилетия, не дал миру за малыми исключениями ничего для нового технологического прорыва. За неимением ни технических, ни социальных инноваций Запад настаивает на совершено деструктивных новшествах – воук повестке, маниакальной зелёной энергетике и прочей чепухе, успешная реализация которых грозит человечеству гибелью.

Уделим немного внимания пику ресурсов. Проблема описана многими авторами, но наиболее полной и адекватной, на наш взгляд, является труд Алексея Анпилогова. В спорах по такому щепетильному вопросу стороны очень часто упускают из виду одну небольшую, но крайне важную деталь. Рассуждая о ресурсах, нужно всегда помнить о контексте, в котором они используются, а именно о технологическом укладе. Именно он и определяет их ценность, способности для разведки, добычи, доставки и переработке, а также потребляемое их количество. Поэтому само понятие ресурса, и тем более его пика определяется технологическим укладом. Сколь бы ни был ценен обсидиан в каменном веке как один из лучших инструментальных материалов, в век металлов нужда в нём существенно снижается, хоть и не исчезает вовсе.

Второй аспект, на котором следует заострить внимание, заключается в том, что несмотря на то, что количество любого ресурса физически конечно, исчерпать его запасы полностью невозможно. В качестве пояснения этого утверждения рассмотрим долю энергии в стоимости используемого ресурса. Разумеется, первоначально ресурс добывается из самого легкодоступного источника, так что доля энергии в стоимости минимальна. С исчерпанием легкодоступных источников в оборот берутся всё менее богатые и удалённые месторождения – доля энергии возрастает. Но выработанный источник не выжат до последней капли, его разработка заканчивается, когда становится дороже, чем в альтернативных источниках.

Отсюда следует простые выводы: 1. Извлекаемость ресурса на прямую зависит от наличной энерговооруженности и способов применения имеющейся энергии, то есть от характера технологического уклада. 2. Вообще любой используемый ресурс, возможность его добычи и переработки есть отражение применяемых энергоресурсов.

Этим и объясняется внезапная синхронность пиков для разных ресурсов, которые мы наблюдаем в настоящее время. Ибо все они являются производными от главного источника энергии сегодняшнего уклада – ископаемыми углеводородами. А их запасы, как ни печально, отодвигаются от нас всё дальше.

А потому энергетика и является основным полем для кардинальных преобразований в процессе перехода к новому технологическому укладу. А, стало быть, следует дать краткую критику современного состояния отрасли.

А состояние, прямо скажем, печальное. В ходу концепции и устройства, созданные в XIX, первой половине ХХ века – паровые машины различных типов, ДВС, кокс в домнах, реакторы при всём их совершенстве, наследующие концепции 40-х годов. Эффективность этих устройств, КПД, удручающе низка. Сколь бы то ни было существенное её увеличение мало возможно и требует непомерных затрат.

Массово используемые устройства достигли известного совершенства. Дальнейшее их улучшение, возможно, необходимо, но издержки такой деятельности рано или поздно превысят получаемый эффект. Например, мы можем сделать топор из самых модных сортов стали с самозатачивающемся твердосплавным лезвием и композитной рукоятью, но повышение цены на пару порядков никак не повлияет на производительность труда. Такие «усовершенствования» не имеют ни физического, ни экономического смысла. Для заметного прироста производительности нужно менять концепцию, бесконечное же улучшение старой ведёт в ловушку – бесполезной траты исчезающего ресурса.

 На этой печальной ноте прервёмся и вспомним былое. В тёмные века любимым занятием интеллектуальной элиты были поиски философского камня. Он, судя по слухам, мог обращать малоценные металлы в золото, давать бессмертие и т.д. – всё что составляло понятие счастья для наших далёких предшественников. Развитие науки показало, что трансмутации элементов действительно возможны, а, значит, слухи о камне были не совсем беспочвенными.

Но что нам, наученным горьким опытом интенсивного тысячелетия, нужно от философского камня, буде он существующим? Конечно же энергии, ибо с ней будет и золото (кому невтерпёж), и долгая сытая жизнь, и много чего ещё.

И такой камень, на наш взгляд, вполне возможен – это источник нейтронов. С его помощью в топливо можно превращать любой мусор. И первой промышленной реализацией можно уверенно считать реакторы типа БН. Об этом типе реакторов написано не мало, и вполне заслуженно. Для тех, кто не всё ещё не в курсе поясним, что в данном типе реакторов ядерное топливо воспроизводится из отходов атомной промышленности. Это революционное устройство разом увеличивает располагаемый запас топлива на порядки. Ну а судя по проводящимся испытаниям ракеты Буревестник наши специалисты сильно продвинулись в деле придания устройству форм-фактора камня.

Обладание «философским камнем» и открывает нам двери в новый технологический уклад. Такая технология позволяет пересмотреть концепции и решить давно перезревшие проблемы во многих отраслях.

Давайте пофантазируем. Как бы выглядела схема реактора нового поколения, имей мы источник нейтронов контролируемой мощности? Пусть бы он и сам был реактором. Это могло бы быть «простое» эллиптическое зеркало, в фокусе которого бы направленным пучком нейтронов поддерживалась реакция. Никаких теплоносителей. Подняли температуру в 10 раз, мощность излучения активной зоны увеличится 10 000 раз. Вот вам и теплоноситель – излучение, дающее совершенно иные возможности передачи на расстояние, использования, преобразования в иные виды энергии.

Представьте, если бы эта энергия напрямую использовалась для целей металлургии. Впрочем, в данном случае она бы уже полностью срослась с химической промышленностью. Что нам может дать техпроцесс при 10 000 К? Да железную руду можно просто дистиллировать, безо всяких миллионов тонн восстановителей и топлива, флюсов сразу разделять оксиды на составляющие атомы. Про доменно-передельный процесс и электролиз алюминия можно будет забыть, как о страшном сне, получая при этом продукты совершенно нового качества. Это напрочь отменит необходимость перемещения огромных объёмов расходных материалов, высвободит одни ресурсы, превратит в ценные те, что сегодня брезгливо считаются мусором.

Вот он, следующий технологический уклад – применение концептуально новых реакторов, обеспечивающих прямое, без преобразований, использование энергии атомного ядра техпроцессов в абсолютно всех сферах производства. Этап, сравнимый по значению с применением огня для получения металлов. Выход в настоящий ядерный век.

Очевидно, реальное воплощение описанных фантазий требует многих лет упорной работы. Но первый шаг уже сделан. Он отодвинул от нас энергетический голод, ту границу, за которой теряется возможность не то что для развития, но и поддержания существующего уровня.

Этот шаг даёт нам ключи и к последующим укладам – полноценному освоению ресурсов космоса, заполнит технологическую пропасть на пути использования термоядерной энергии.