ROZDZIAŁ 2TRANSFORMACYJNA MOC ELEKTRYCZNOŚCI

Zaoferujemy elektryczność tak tanio, że tylko bogaci będą palić świece.- THOMAS EDISON

Można wskazać trzy powody, które zadecydowały o tym, że elektryczność stanowiła bodziec do tak wielkiego rozkwitu ludzkości: oświetlenie, moc i gęstość[29]. Dzięki elektryczności oświetlenie stało się tanie, łatwo dostępne i niezawodne, a to kompletnie odmieniło sposób spędzania dni i nocy przez ludzi. Elektryczność daje nam natychmiastowy dostęp do mocy, co wywołało wielkie przemiany w całym świecie, od sektora produkcyjnego po transport publiczny. Elektryczność daje nam wreszcie możliwość kondensowania przepływu energii na nieznaną wcześniej skalę. Wysoce skoncentrowane przepływy energii miały wpływ na to, jak wysoko wybudowaliśmy miasta, oraz jak wydajne są nasze fabryki i mikroprocesory.

Przyjrzyjmy się najpierw oświetleniu. Elektryczność pomogła nam rozprawić się ze źródłem jednego z najstarszych lęków, a mianowicie ciemnością. Przez całe tysiąclecia koszt porządnego oświetlenia pomieszczeń w nocy był tak wysoki, że mogli sobie na to pozwolić tylko najbogatsi. Oznaczało to zwykle, że ubodzy byli skazani na ciemność, a ich lęk przed mrokiem - i całym złem, które się w tym mroku kryło - czynił ich podatnymi na wykorzystywanie przez najróżniejszych mistyków, kapłanów czy szamanów. Jeśli chciałeś poczytać lub popracować po zmierzchu, nie miałeś zbyt wielkiego wyboru oświetlenia: kominek, pochodnia, latarnia, świeca. Wszystko to wymaga spalania czegoś.

Przez wieki, gdy tylko zaszło słońce, ludzie nie mieli innego wyboru, jak zamykać się w domach. W 1380 roku w Paryżu wydano dekret, zgodnie z którym wszyscy mieszkańcy tego miasta mieli w nocy zniknąć z ulic. "Nocą wszystkie domy mają być zamknięte, a klucze zdeponowane w magistracie. Nikt nie będzie mógł wejść do domu ani go opuścić, jeśli nie przedstawi w magistracie przekonującego powodu". Mniej więcej w tym samym okresie w Anglii każdy przechodzień spotkany na ulicy po zmroku był uznawany za podejrzanego i z miejsca aresztowany. W 1467 roku wydano w tym kraju dekret, który mówił wprost: "Nikt nie będzie chodził po ulicy po dziewięciu uderzeniach dzwonu bez światła albo bez ważnej potrzeby pod groźbą uwięzienia". Wolfgang Schivelbusch tak oto pisał w swojej książce Disenchanted Night: "W dużych miastach takich jak Berlin czy Wiedeń podobne regulacje obowiązywały jeszcze w XIX wieku"[30].

Industrializacja oświetlenia - czyli najważniejszy przełom w tym obszarze, dzięki któremu znacznie spadły jego koszty i wzrosła dostępność - rozpoczęła się na początku XIX wieku, gdy w miastach, fabrykach i domach zaczęto stosować metan pozyskiwany z węgla. Służył on początkowo do zasilania lamp ulicznych i wewnętrznych. Nazywano go "gazem miejskim" i odgrywał istotną rolę przez cały XIX i dużą część wieku XX. Gaz miejski otrzymywało się przez rozgrzewanie węgla do wysokiej temperatury. Gaz ten był przechwytywany, przechowywany i rozsyłany do klientów nierzadko nieszczelnymi rurami. Oświetlenie gazowe szybko zyskiwało popularność, gdyż okazało się tańsze niż świece i latarnie. W 1822 roku światowym liderem w stosowaniu takiego oświetlenia był Londyn, gdzie cztery firmy obsługiwały łącznie 322 kilometry gazociągu. Przez kolejne dziesięciolecia miejskie systemy gazowe upowszechniały się w Wielkiej Brytanii, Francji i Niemczech. Im więcej ludzi korzystało jednak z oświetlenia gazowego, tym więcej ludzi się na nie skarżyło. Według jednej takiej skargi "oświetlenie gazowe zużywa olbrzymie ilości tlenu i często podnosi temperaturę w zamkniętych pomieszczeniach do tropikalnych poziomów"[31]. Pisarz Edgar Allan Poe utrzymywał, że oświetlenie gazowe "jest we wnętrzach całkowicie niedopuszczalne. Razi ostrym i niestabilnym światłem". W 1878 roku w brytyjskim tekście poświęconym właściwemu dbaniu o dom autor napisał, że "u wielu osób stosowane bez umiaru oświetlenie gazowe w szczelnie zamkniętym pomieszczeniu, a te zwykle są zamykane w porach, gdy oświetlenie to jest potrzebne, wywołuje objawy osłabienia i nudności". Dalej znalazło się stwierdzenie, że oświetlenie gazowe "jest równie szkodliwe dla dekoracji, takich jak obrazy, tapety, sufity czy story. To wszystko szybko się brudzi"[32].

Oświetlenie gazowe miało też inne wady. Każdy punkt świetlny musiał być co wieczór zapalany osobno. Szklane klosze wymagały regularnego czyszczenia, ponieważ dym z płonącego gazu pozostawiał ślady węgla. Do tego dochodziło zagrożenie ze strony systemów dostarczania tego paliwa. Gaz miejski często przechowywano w naziemnych zbiornikach nazywanych gazometrami. W 1865 roku eksplodował gazometr w Londynie - śmierć poniosło dziesięciu pracowników. Po tamtym wypadku gazeta "Times" napisała, że gazometry stanowią zagrożenie dla zdrowia publicznego oraz że "osoby mieszkające w ich pobliżu oraz stojące niedaleko budynki są narażone na tak samo poważne konsekwencje, jak gdyby chodziło o magazyn prochu"[33].

Powszechnie stosowano również lampy zasilane naftą oczyszczoną albo tłuszczem wielorybim. Podobnie jednak jak oświetlenie gazowe, podnosiły one temperaturę i dawały światło dzięki płomieniowi, a więc istniało ryzyko wystąpienia pożaru. Upuszczona latarnia albo zostawiona bez nadzoru świeca mogły stać się zarzewiem pożaru, który zniszczy cały dom, albo spory kawałek miasta. W wielkim pożarze Chicago z 1871 roku zginęło około 300 osób, a zniszczeniu uległo ponad osiem kilometrów kwadratowych powierzchni miasta. Na skutek tego szalejącego piekła - które, jak niesie wieść gminna, zaczęło się od latarni przewróconej przez krowę należącą do pani O'Leary - 100 tysięcy osób straciło dach nad głową[34]. Przed upowszechnieniem się elektryczności pewnym powodzeniem cieszyły się również lampy łukowe. Oświetlały one przestrzeń, wysyłając łuk między dwiema elektrodami węglowymi, rozgrzanymi do bardzo wysokiej temperatury. Używano ich na ulicach i na rozległych otwartych przestrzeniach, bo dawały dużo światła[35]. Jednocześnie generowały one bardzo wiele ciepła i w związku z tym nie nadawały się do stosowania w pomieszczeniach.

Stworzone przez Thomasa Edisona lampy żarówkowe oferowały oświetlenie bezpieczne jak nigdy dotąd. Gdy lampy gazowe ulegały uszkodzeniu albo traciły szczelność, wypełniały pomieszczenie zapalnymi oparami, co mogło skutkować wybuchem. Z tego powodu jednymi z pierwszych użytkowników oświetlenia elektrycznego były przedsiębiorstwa takie jak młyny, tkalnie i inne miejsca, w których pracowano z palnymi materiałami[36]. Lampy elektryczne Edisona okazały się również lepsze dla konsumentów. Pierwsze recenzje nowego rozwiązania były niezwykle pochlebne. "New York Times", zresztą jeden z pierwszych klientów Edisona, donosił, że nowe oświetlenie "[...] zostało minionego wieczoru poddane tak kompleksowemu sprawdzianowi, jaki tylko dało się przeprowadzić w jeden wieczór. Testy te prowadzili ludzie, którzy przez lata katowali wzrok nocną pracą. Chodziło o to, żeby poznać zarówno zalety, jak i wady lampy. Werdykt był jednogłośny: lampa elektryczna Edisona góruje nad oświetleniem gazowym"[37]. "Times" donosił z kolei: "Przekręca się włącznik i pojawia się światło. Nie ma przykrego zapachu, nie ma migotania płomienia, nie ma poświaty [...] świeci jaśniej niż gaz i sto razy bardziej stabilnie"[38].

Te pozytywne opinie nakręciły popyt. Pierwszego dnia funkcjonowania elektrownia z Pearl Street zasilała 1284 żarówki Edisona. Do końca 1882 roku liczba ta uległa niemal potrojeniu. W październiku 1883 roku główna elektrownia Edisona miała już 508 klientów, którzy korzystali z 10 164 lamp[39]. Sieć elektryczna się rozrastała, a koszt oświetlenia malał. Według statystyka Maxa Rosera z Our World in Data w 1880 roku - czyli w rok po tym, jak Thomas Edison w swoim laboratorium w Menlo Park w stanie New Jersey opracował działający system światła elektrycznego - cena oświetlenia wynosiła około 530 funtów szterlingów za milion lumenogodzin. Do 1900 roku cena ta spadła do 236 funtów szterlingów. W 2000 roku wynosiła już niecałe trzy funty, czyli była mniej więcej 176 razy niższa niż w roku 1880[40]. Dzisiaj oświetlenie jest tak tanie, że niemal w ogóle nie zaprzątamy sobie tym głowy. Co roku Amerykanie zużywają niemal siedem terawatogodzin energii elektrycznej wyłącznie do oświetlenia dekoracji bożonarodzeniowych[41]. To mniej więcej tyle, ile wynosi roczne zużycie energii elektrycznej w takich krajach jak Albania czy Łotwa[42].

Obecnie używamy wielu różnych typów oświetlenia, w tym halogenów, żarówek tradycyjnych, diod LED, lamp sodowych, metalohalogenkowych i ceramicznych. Wszystkie mają swoje wady i zalety, ale najważniejsze jest to, że wszystkie są dostępne od ręki i w przystępnych cenach. Zamieniamy waty w lumeny bez najmniejszego zastanowienia, ale faktem jest, że elektryfikacja całkowicie odmieniła bieg historii ludzkości, zwalczając ciemności i znacznie obniżając koszty oświetlenia.

Drugim przejawem transformacyjnego oddziaływania elektryczności jest dostarczanie natychmiastowo dostępnej mocy, którą można wykorzystać praktycznie w każdym celu: w komunikacji, obliczeniach, ogrzewaniu, oświetleniu, w celach trakcyjnych. Moc elektryczna umożliwia nam osiągnięcie precyzji - zarówno pod względem szybkości, jak i panowania nad procesem - jakiej inne formy energii nie oferują. Elektryczność daje się zamieniać na pracę z bardzo dużą sprawnością i to bez dymu czy innych zapachów.

Historia ludzkości to długie pasmo prób wykorzystywania energii, by dało się wykonać więcej pracy. Czy chodziło o woły zaprzężone do pługa, czy o napędzaną silnikiem parowym pompę wypompowującą wodę z szybu kopalni węgla, cel był zawsze ten sam: poświęcić na wykonywanie danego zadania więcej energii, żeby wykonać więcej pracy, zrobić to szybciej i taniej. Przez wiele tysiącleci jedynym źródłem mocy były ludzkie mięśnie, zwierzęta pociągowe, wiatr, biomasa (powstająca dzięki słońcu) oraz młyny wodne.

James Watt odmienił metodę uzyskiwania mocy, usprawniając maszynę parową. Watt, szkocki producent instrumentów muzycznych, postanowił zmodyfikować projekt stworzony przez Thomasa Newcomena. Watt oszacował, że silnik Newcomena marnuje około 95 procent zużywanego paliwa. Watt wzbogacił maszynę parową o zewnętrzny kondensator i tym samym zwiększył jej sprawność. W ten sposób wyswobodził przemysł od geograficznych ograniczeń narzucanych przez układ strumieni i rzek. Silnik parowy Watta zrewolucjonizował nie tylko przemysł, ale także transport[43]. Typowy silnik parowy Boulton & Watt z początków XIX wieku generował moc około 24 koni mechanicznych (18 kilowatów)[44]. W przeciwieństwie jednak do konia, silnik parowy mógł pracować na okrągło, nie wytwarzał nawozu i nie potrzebował owsa, czyli nie konkurował z człowiekiem o żywność i ziemię uprawną. Maszyna parowa Watta dała impuls do rozpoczęcia rewolucji przemysłowej, a sam Watt jest pamiętany do dzisiaj choćby dlatego, że jego nazwisko stanowi jednostkę mocy. W 1905 roku magnat stalowy Andrew Carnegie szacował, że świat wykorzystuje około 150 milionów koni mechanicznych (110 gigawatów) mocy parowej[45].

W XIX i XX wieku silnik parowy nieustannie udoskonalano. Te udoskonalenia odegrały bezpośrednią rolę w erze elektrycznej, ponieważ silniki parowe (a później turbiny parowe) były używane do napędzania generatorów produkujących elektryczność. Do dzisiaj w wielu elektrowniach do wytwarzania elektryczności używa się pary pod wysokim ciśnieniem. Elektryczność wytwarzamy również z wykorzystaniem silników spalinowych, w elektrowniach geotermalnych, w elektrowniach wodnych, za pomocą turbin wiatrowych i paneli słonecznych. Wprowadzaliśmy kolejne udoskonalenia technologiczne, które pozwalały nam produkować więcej energii i robić to wydajniej. Konwertując coraz większe ilości energii podstawowej w energię elektryczną, przyczyniliśmy się do bezprecedensowego rozkwitu ludzkości. Dlaczego ludzkość kwitnie? Ponieważ dzięki elektryczności zyskaliśmy dostęp do niemal nieprzebranych zasobów mocy, którą można wykorzystać do wykonania niemal każdej pracy.

Czas na trzeci czynnik, czyli gęstość. Elektryczność pozwala nam w niespotykany wcześniej sposób kondensować przepływy energii. Można koncentrować te przepływy dlatego, że zużywana przez nas elektryczność jest wysoce uporządkowaną formą energii[46]. Potrafimy przekształcać pierwotne źródła energii w elektryczność, a następnie dystrybuować ją przewodami z zachowaniem ściśle określonych parametrów napięcia i natężenia. Dobrze zorganizowany przepływ elektronów umożliwia nam tworzenie niezwykle gęstych pakietów takich przepływów, a to pozwala koncentrować i wykorzystywać energię przemieszczających się elektronów w znacznie większych ilościach - i ze znacznie większą precyzją - niż było to kiedyś, gdy do tego celu używano drewna, pary czy wału korbowego w silniku spalinowym.

Dzięki koncentrowaniu przepływów energii możemy wykonywać pracę, czyli kreować bogactwo. Niezależnie od tego, o jaką pracę chodzi - laserowy zabieg na rogówce, komputerowe analizowanie danych czy uprawę marihuany - potrzebujemy przepływów gęstej energii. Elektryczność okazuje się najlepszą formą koncentrowania energii, umożliwia upchnięcie olbrzymich przepływów energii w bardzo niewielkiej przestrzeni.

Fizyk powiedziałby, że elektryczność pozwala zwiększać gęstość energii, czyli ilość energii, jaką możemy wyprodukować lub zamknąć w danej objętości, danym obszarze lub danej masie[47]. Do przykładów tak rozumianej gęstości należą waty na metr kwadratowy, waty na litr, waty na kilogram. Gęstość energii staje się wspólnym mianownikiem pozwalającym porównywać sprawność wejściową i wyjściową systemów energetycznych w różnych branżach, a także w różnych okresach historii. Vaclav Smil, pisarz, erudyta i analityk energetyczny, mówi, że gęstość mocy to "kluczowa zmienna analityczna, wykorzystywana w ocenie wszystkich istotnych biosferycznych i antropogenicznych przepływów energii"[48]. W swojej książce z 2015 roku zatytułowanej Power Density Smil wyjaśnia, że przez długie tysiąclecia ludzkość funkcjonowała na krawędzi śmierci głodowej, ponieważ musiała opierać się wyłącznie na wątłych przepływach energii uzyskiwanych z rolnictwa, które sprowadza się do zamiany światła słonecznego w praktyczną biomasę (ziarno, drewno, karmę dla zwierząt), wykorzystywaną następnie przez ludzi lub zwierzęta do wykonywania pracy. Smil doszedł do wniosku, że bez względu na to, czy chodzi o uprawę kukurydzy (czym ludzie zajmują się od dziewięciu tysięcy lat), czy o sadzenie drzew z przeznaczeniem na opał, gęstość mocy w rolnictwie ogranicza się do mniej więcej jednego wata na metr kwadratowy[49]. A zatem to bardzo mała gęstość mocy, na co nakłada się jeszcze fakt, że każda farma jest narażona na dodatkowe ryzyko suszy lub nadmiernych opadów. Kolejnym czynnikiem ryzyka są owady, silne wiatry, złodzieje oraz dzika zwierzyna.

Rewolucja przemysłowa pozwoliła nam uwolnić się od nikłych budżetów energetycznych rolnictwa. Dzięki wykorzystaniu węglowodorów (najpierw węgla, a później również ropy naftowej i gazu ziemnego) ludzie nauczyli się ujarzmiać coraz większe ilości mocy i upychać je w coraz gęstsze pakiety. Moc pozyskiwana od zwierząt, ze słońca i z wiatru została zastąpiona w fabrykach zaawansowanymi kołami wodnymi oraz silnikami parowymi na węgiel. W latach 20. XIX wieku Merrimack Manufacturing Company, duży producent ubrań, rozpoczął prace tkackie nad rzeką Merrimack w Lowell w stanie Massachusetts. Fabryka produkująca perkal i inne materiały była zasilana kołem wodnym, które zapewniało jej gęstość mocy na poziomie około 20 watów na metr kwadratowy[50]. Był to duży skok w porównaniu z gęstościami mocy oferowanymi przez zwierzęta pociągowe, ale stanowiło jedynie zapowiedź tego, co miały zaoferować później silnik parowy i elektryfikacja.

Weźmy na przykład należącą do Ford Motor Company fabrykę River Rouge w Dearborn w stanie Michigan. W latach 20. XX wieku korzystała ona z energii elektrycznej wytwarzanej przez własną elektrownię o mocy 315 megawatów, w której spalano 200 ton węgla na godzinę[51]. Smil oblicza, że River Rouge uzyskiwała gęstość mocy na poziomie 1000 watów na metr kwadratowy, czyli 50-krotnie większą od tej uzyskiwanej 100 lat wcześniej w Merrimack Manufacturing Company[52]. Zasilanie elektryczne pozwoliło fabrykom Forda na wprawianie wierteł i innych precyzyjnych narzędzi w niewyobrażalnie większą szybkość niż działo się to wówczas, gdy korzystano ze starych linii produkcyjnych opartych na pasach transmisyjnych lub łańcuchach, napędzanych przez koła wodne lub silniki parowe. W szczytowym momencie swego funkcjonowania fabryka River Rouge zatrudniała ponad 100 tysięcy osób i produkowała nowy samochód co 49 sekund[53]. Tak olbrzymi wolumen produkcji był możliwy wyłącznie dlatego, że dzięki elektryczności linie montażowe Forda projektowano z myślą o maksymalizacji produktywności i nie uzależniano produktywności od odległości od silnika parowego czy koła wodnego. Jak ujął to sam Ford, elektryczność "uwolniła przemysł od skórzanego pasa i wału napędowego"[54].

Uzyskana duża gęstość mocy zapoczątkowała trwający do dzisiaj trend migracji ludności do miast. Większość populacji dzisiejszego świata mieszka na terenach miejskich, a codzienne życie tych ludzi jest uzależnione od elektryczności. Znaczenie gęstości mocy można zaobserwować choćby na przykładzie Rockefeller Center. Ten klasyczny już dzisiaj kompleks wieżowców w centrum Manhattanu zajmuje powierzchnię około 103 600 metrów kwadratowych. Z danych opublikowanych w 1999 roku przez Consolidated Edison, operatora energetycznego obsługującego środkowy Manhattan, wynika, że zapotrzebowanie budynków wchodzących w skład Rockefeller Center na energię elektryczną wynosi około 93 megawatów[55]. Średnia gęstość liczona dla wszystkich budynków tego kompleksu to zatem niemal 900 watów na metr kwadratowy. Takich wartości nie osiągnęłyby ani zaprzęgi koni, ani silnik parowy. Jest to możliwe wyłącznie dzięki wysoce uporządkowanej formie energii, czyli elektryczności.

Znaczenie gęstości energii, tak znakomicie widoczne na przykładzie wieżowców z Rockefeller Center, widać również w mikroprocesorach zamontowanych w naszych komputerach. Phenom II X940, jeden z najnowszych mikroprocesorów firmy Advanced Micro Devices, ma powierzchnię 12,25 centymetra kwadratowego i pobiera 45 watów mocy. Gdyby powiększyć ten mikroprocesor do jednego metra kwadratowego, charakteryzowałby się on gęstością mocy na poziomie 3672 watów na metr kwadratowy, czyli niemal czterokrotnie większą od tej z fabryki River Rouge.

Świetnym przykładem możliwości urządzeń wykorzystujących dużą gęstość mocy jest laser, dzięki któremu robimy rzeczy absolutnie nieosiągalne z wykorzystaniem innych form energii. Naukowcy, na przykład kanadyjski fizyk Paul Corkum, rutynowo korzystają z laserów osiągających gęstość mocy na poziome 1018 watów na metr kwadratowy[56]. Po rozpisaniu wygląda to następująco: 1 000 000 000 000 000 000 watów. Corkum, który specjalizuje się w wysokoharmonicznej interferometrii i wysokoharmonicznej spektroskopii, wykorzystuje tę nieprawdopodobnie wysoką gęstość mocy do wytwarzania ultrakrótkich impulsów świetlnych, umożliwiających fotografowanie elektronów. Laserów używamy dzisiaj również w wielu innych dziedzinach, takich jak chirurgia, usuwanie tatuaży czy technika światłowodowa[57].

W 2000 roku National Academy of Engineering dokonała wyboru 20 największych osiągnięć techniki w XX wieku. Pierwsze miejsce zajęła elektryfikacja. Co więcej, w pierwszej dwudziestce aż 13 osiągnięć techniki ma bezpośredni związek z elektryfikacją, są to między innymi elektronika, komputery, klimatyzacja, a także technologie medyczne, lasery i urządzenia AGD[58]. Można spokojnie zaryzykować stwierdzenie, że każda pozycja na tej liście - w tym samochody, samoloty, wodociągi, mechanizacja rolnictwa - jest w jakiś sposób uzależniona od elektryfikacji. A teraz najważniejsze: dzięki wszystkim tym technologiom ludzie żyją dłużej, zasobniej i mają więcej wolności.

Transformujące oddziaływanie elektryczności było przedmiotem wielu opracowań naukowych. W 2014 roku dwóch tureckich naukowców - Yilmaz Bayar i Hasan Alp Özel - wykonało analizę ponad 20 artykułów na temat elektryfikacji i wzrostu gospodarczego. Stwierdzili występowanie "jednokierunkowej zależności przyczynowej między zużyciem energii elektrycznej a wzrostem gospodarczym". Innymi słowy, większe zużycie energii elektrycznej to większy wzrost gospodarczy[59].

Elektryczność jest motorem napędowym gospodarek, ale wiadomo również, że większa zamożność społeczeństwa przekłada się też na większe zużycie energii elektrycznej. To logiczne. Gdy ludzie stają się bogatsi, konsumują więcej energii elektrycznej, ponieważ stać ich na zakup większej liczby urządzeń elektrycznych. Na przykład ktoś, kto właśnie wprowadził się do nowego domu z nową instalacją elektryczną, w pierwszej kolejności kupi zapewne lodówkę i jakieś lampy. Potem wyposaży się w klimatyzator i być może kuchenkę elektryczną. Tę dwukierunkową zależność między poziomem zamożności i elektryfikacją opisywał w swoim artykule z 2015 roku Roger Andrews, specjalista od energetyki. Doszedł do wniosku, że w krajach rozwijających się "to zamożność napędza elektryfikację, a nie na odwrót. Nie ma natomiast najmniejszych wątpliwości, że kiedy kraj osiągnie pewien poziom zamożności, bez elektryczności nie będzie w stanie go utrzymać. Gdy znika elektryczność, razem z nią znika zamożność"[60].

W innym artykule, tym razem z 2010 roku, dwóch naukowców z Karaczi analizowało "zależność przyczynową między zużyciem energii a wzrostem gospodarczym" w Bangladeszu, Indiach i Pakistanie. Poddali analizie dane z lat 1971-2008. Co prawda Kashif Imran i Masood Mashkoor Siddiqui, autorzy artykułu, nie skupiali się konkretnie na elektryczności, jednak wyciągnięte przez nich wnioski są jednoznaczne: "Energia stanowi motor wzrostu gospodarczego, a zmiany poziomu użycia energii znajdują odzwierciedlenie w aktywności gospodarczej. [...] PKB zależy w zasadzie od energii"[61].

Tytuł oryginału: A Question of Power. Electricity and the Wealth of Nations

First edition: March 2020 Published by PublicAffairs, an imprint of Perseus Books, LLC, a subsidiary of Hachette Book Group, Inc.

Copyright?2020 by Robert Bryce

This edition published by arrangement with PublicAffairs, an imprint of Perseus Books, LLC, a subsidiary of Hachette Book Group, Inc., New York, New York, USA. All rights reserved.

Z języka angielskiego przetłumaczył: Bartosz Sałbut

Recenzenci wydania polskiego: prof. dr hab. Ewa Klugmann-Radziemska, dr hab. inż. Andrzej Dębowski

Wydawca: Anna Rossa

Redakcja i korekta językowa: Mirella Hess-Remuszko, Elwira Wyszyńska

Produkcja: Monika Dąbrowska

Projekt okładki: Grzegorz Urawski

Fot. na okładce: Henrik5000/iStock

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN: Michał Latusek

Menedżer ds. Wydawniczych: Anna Rossa

Senior Key Account Manager: Jacek Ozga

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright? for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN

Warszawa 2020

ISBN 978-83-01-21574-3

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2021r. (wyd. I)

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. G. Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 228

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; www.pwn.pl

Informacje w sprawie współpracy reklamowej: reklama@pwn.pl

PRZYPISY

[1] Cytat za: Ben Geman, Nonprofit Aims to Help Africa Build Energy for Economic Development, "Axios", 26 lutego 2019.

[2] Później obliczyłem zużycie energii w tej rodzinie w ujęciu per capita na około 1300 kilowatogodzin rocznie. To podobne wartości jak te typowe dla przeciętnego mieszkańca takich krajów jak Peru czy Kolumbia.

[3] Porównanie Rhodium Group zostało sporządzone na podstawie całkowitej liczby godzin sprzedawanych klientom, którzy teraz pozostawali bez dostępu do elektryczności.

[4] Trevor Houser, Peter Marsters, The World's Second Largest Blackout, Rhodium Group, 12 kwietnia 2018, https://rhg.com/research/puerto-rico-hurricane-maria-worlds-second-largest-blackout/ (dostęp: 6.10.2020).

[5] Wikipedia, Solar Storm of 1849, ostatnia aktualizacja: 9 kwietnia 2019, godz. 06:38, https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_storm_of_1859 (dostęp: 6.10.2020).

[6] Deborah Byrd, $40 Billion a Day for Solar Super-Storms, EarthSky, 20 stycznia 2017, http://earthsky.org/earth/40-billion-a-day-for-solar-super-storms (dostęp: 6.10.2020).

[7] Rebecca Smith, Russian Hackers Reach U.S. Utility Control Rooms, Homeland Security Officials Say, "Wall Street Journal", 23 lipca 2018, www.wsj.com/articles/russian-hackers-reach-u-s-utility-control-rooms-homeland-security-officials-say-1532388110 (dostęp: 6.10.2020).

[8] Recognizing the Duty of the Federal Government to Create a Green New Deal, H.R. Res 109, 116th Cong. (2019), www.congress.gov/bill/116th-congress/house-resolution/109/text (dostęp: 6.10.2020).

[9] W końcu 2018 roku Amazon był właścicielem lub kontrolował potencjał produkcji energii elektrycznej o mocy około 4700 megawatów. Dla porównania Chorwacja produkuje 4900 megawatów energii, a Laos około 4500 megawatów. Por. Country Comparison: Electricity-Installed Generating Capacity, CIA World Factbook, www.cia.gov/LIBRARY/publications/the-world-factbook/rankorder/2236rank.html (dostęp: 6.10.2020).

[10] BP Statistical Review of World Energy 2018, BP London, 2018. W latach 1985-2015 globalna produkcja energii wzrosła o 145 procent. Innymi słowy, produkcja energii elektrycznej rosła ponad dwukrotnie szybciej od zapotrzebowania na ropę naftową, które w tym samym okresie wzrosło o 60 procent. Rosła również szybciej od zapotrzebowania na węgiel (wzrost o 85 procent), gaz ziemny (wzrost o 111 procent) i energię jądrową (wzrost o 74 procent).

[11] Roczne globalne przychody ze sprzedaży ropy naftowej i gazu ziemnego wynoszą około 2,9 biliona dolarów. Dane te pochodzą z BP Statistical Review of World Energy 2018, w którym globalne zużycie ropy naftowej zostało określone na 98 milionów baryłek dziennie, a zużycie gazu ziemnego na 63 miliony baryłek przeliczeniowych ropy dziennie. Łącznie zużycie ropy naftowej i gazu ziemnego sięga około 59 miliardów baryłek przeliczeniowych ropy rocznie. Przy cenie 50 dolarów za baryłkę daje to roczne przychody ze sprzedaży tych surowców na poziomie 2,9 biliona dolarów.

[12] W 2017 roku przychody ze sprzedaży energii elektrycznej w USA sięgnęły 390 miliardów dolarów. Por. Energy Information Administration, Revenue from Sales of Electricity to Ultimate Customers, www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_02_06.html (dostęp: 6.10.2020). Stany Zjednoczone, produkujące około 4200 terawatogodzin energii elektrycznej rocznie, mają mniej więcej 16-procentowy udział w światowej produkcji elektryczności. Stąd: 6 × 400 miliardów dolarów = 2,4 biliona dolarów.

[13] W 2016 roku globalna sprzedaż samochodów sięgnęła około 84 milionów sztuk. Przy średniej cenie jednego samochodu na poziomie 25 tysięcy dolarów daje to przychody całej branży na poziomie 2,1 biliona dolarów. Dane na temat sprzedaży samochodów można znaleźć w: Global Car Sales Up by 5.6% in 2016 Due to Soaring Demand in China, India and Europe, JATO, 9 lutego 2017, www.jato.com/usa/global-car-sales-5-6-2016-due-soaring-demand-china-india-europe/ (dostęp: 6.10.2020). Średnie ceny nowych samochodów: China's Got Sales, U.S. Has Riches, "Automotive News", 16 marca 2015, www.autonews.com/article/20150316/RETAIL01/303169975/chinas-got-sales-u.s.-has-riches (dostęp: 6.10.2020). Globalne przychody branży farmaceutycznej kształtują się na poziomie około 1 biliona dolarów. Por. Business Research Company, The Growing Pharmaceuticals Market: Expert Forecasts and Analysis, Market Research Blog, 16 maja 2018, https://blog.marketresearch.com/the-growing-pharmaceuticals-market-expert-forecasts-and-analysis (dostęp: 6.10.2020).

[14] Energy Information Administration, Revenue from Sales of Electricity to Ultimate Customers..., op. cit.

[15] Te trzy firmy opublikowały dane o przychodach za 2018 rok w następującej wysokości - Ford: 160,3 miliarda dolarów; General Electric: 121,6 miliarda dolarów; General Motors: 147 miliardów dolarów. Ogółem daje to 428,9 miliarda dolarów.

[16] Global Greenhouse Gas Emissions Data, Environmental Protection Agency, www.epa.gov/ghgemissions/global-greenhouse-gas-emissions-data (dostęp: 6.10.2020).

[17] Vaclav Smil, Moore's Curse and the Great Energy Delusion, "The American", 19 listopada 2008, www.aei.org/publication/moores-curse-and-the-great-energy-delusion/ (dostęp: 6.10.2020).

[18] Erin Wayman, The Earliest Evidence of Hominid Fire, Smithsonian.com, 4 kwietnia 2012, www.smithsonianmag.com/science-nature/the-earliest-example-of-hominid-fire-171693652/ (dostęp: 6.10.2020).

[19] Dzień składa się z 86 400 sekund. Skoro 400 000 lat = 86 400 sekund, to 1 rok = 0,216 sekundy. Oznacza to, że 140 lat ery elektrycznej odpowiadałoby 30,24 sekundy.

[20] Electric Current, SI Units Explained, www.si-units-explained.info/ElectricCurrent/#.WESLOHeZPNw (dostęp: 6.10.2020).

[21] Independence Hall Association, Electricity, The Electric Ben Franklin, UShistory.org, www.ushistory.org/franklin/science/electricity.htm (dostęp: 7.10.2020); Benjamin Franklin, APS Physics, www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/franklin.cfm (dostęp: 7.10.2020).

[22] William Beaty, How Are Watts, Ohms, Amps, and Volts Related?, 2 kwietnia 2000, http://amasci.com/elect/vwatt1.html (dostęp: 7.10.2020).

[23] Dziękuję Jonathanowi Lesserowi i Leonardo Giacchino, którzy podali podobny przykład w swojej książce Fundamentals of Energy Regulation, Public Utilities Reports Inc., Reston, VA 2013.

[24] James Gleick, The Information: A History, a Theory, a Flood, Vintage, New York 2011, s. 126, 170.

[25] Forms of Energy Basics, Energy Kids, EIA, www.eia.gov/kids/energy.php?page=about_forms_of_energy-basics (dostęp: 7.10.2020).

[26] W 2017 roku światowa produkcja elektryczności sięgnęła 25 500 terawatogodzin. Daje to około 70 terawatogodzin dziennie lub 2,9 terawatogodzin na godzinę. Po świecie jeździ około miliarda samochodów, a każdy akumulator można naładować około 1000 watogodzin. Tym samym wszystkie samochody na świecie mogłyby przechowywać około biliona watogodzin, czyli 1 terawatogodzinę energii. Taka ilość energii wystarczyłaby na zasilanie całego świata przez niecałe 30 minut.

[27] W układzie SI skróty jednostek nazwanych na cześć konkretnych osób są zapisywane wielką literą. Dlatego wat, nazwany na cześć Jamesa Watta, jest zapisywany wielka literą W, a wolt, utworzony od nazwiska Alessandro Volty, jest zapisywany wielką literą V. Skróty jednostek nieutworzonych od nazwisk zapisuje się małą literą. Na marginesie dodam, że 1000 watów to 1,34 konia mechanicznego.

[28] EIA data, Table 1.2 Summary Statistics for the United States, 2007-2017, www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_01_02.html (dostęp: 7.10.2020), por. tabela 4.2.B. Latem 2017 roku łączny potencjał produkcyjny amerykańskiej sieci elektrycznej wyniósł 1084 terawaty.

[29] Znaczenie tej energii dla rozwoju człowieka jednoznacznie i konsekwentnie podkreśla Alex Epstein, autor książki zatytułowanej The Moral Case for Fossil Fuels, Portfolio, New York 2014.

[30] Wolfgang Schivelbusch, Disenchanted Night: The Industrialization of Light in the Nineteenth Century, University of California Press, Berkeley 1995, s. 81-82.

[31] Ibidem, s. 45.

[32] Ibidem, s. 158.

[33] Ibidem, s. 35.

[34] Wikipedia, Great Chicago Fire, ostatnia aktualizacja: 10 maja 2019, 20:38, https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Chicago_Fire (dostęp: 7.10.2020).

[35] Wolfgang Schivelbusch, Disenchanted Night..., op. cit., s. 52.

[36] David E. Nye, Electrifying America: Social Meanings of a New Technology, MIT Press, Cambridge, MA 1990, s. 5.

[37] Phillip F. Schewe, The Grid: A Journey Through the Heart of Our Electrified World, Joseph Henry Press, Washington, DC 2007, s. 38.

[38] Maury Klein, The Power Makers: Steam, Electricity, and the Men Who Invented Modern America, Bloomsbury, New York 2008, s. 171.

[39] Ibidem, s. 172.

[40] Max Roser, Light, Our World in Data, https://ourworldindata.org/light (dostęp: 7.10.2020).

[41] Department of Energy, Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, październik 2008, s. XIV, www.energy.gov/sites/prod/files/maprod/documents/Energy_Savings_Light_Emitting_Diodes_Niche_Lighting_Apps.pdf (dostęp: 7.10.2020).

[42] Albania zużywa około 7,1 terawatogodziny rocznie; Łotwa - 6,7 terawatogodziny. Country Comparison: Electricity-Consumption, CIA World Factbook, www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder/2233rank.html (dostęp: 7.10.2020).

[43] BBC History, James Watt (1736-1819), www.bbc.co.uk/history/historic_figures/watt_james.shtml (dostęp: 7.10.2020).

[44] Charles R. Morris, The Dawn of Innovation: The First American Industrial Revolution, PublicAffairs, New York 2012, s. 110.

[45] Craig R. Roach, Simply Electrifying: The Technology That Transformed the World, from Benjamin Franklin to Elon Musk, BenBella Books, Dallas 2017, s. 27.

[46] Nie wszystkie formy elektryczności odznaczają się dużym uporządkowaniem. Do oczywistych przykładów elektryczności nieuporządkowanej należą wyładowanie atmosferyczne i zakłócenia elektryczne.

[47] Encyclopedia of Earth, Energy Transitions, Arnulf Grubler, 3 czerwca 2008, https://editors.eol.org/eoearth/wiki/Energy_transitions (dostęp: 7.10.2020).

[48] Vaclav Smil, Power Density Primer, 8 maja 2010, http://vaclavsmil.com/wp-content/uploads/docs/smil-article-power-density-primer.pdf (dostęp: 7.10.2020).

[49] Vaclav Smil, Power Density: A Key to Understanding Energy Sources and Uses, MIT Press, Cambridge, MA 2015, s. 86-87.

[50] Ibidem, s. 166.

[51] David E. Nye, Electrifying America..., op. cit., s. 228.

[52] Vaclav Smil, Power Density..., op. cit., s. 166.

[53] Ford Rouge Timeline, The Henry Ford, www.thehenryford.org/visit/ford-rouge-factory-tour/history-and-timeline/timeline (dostęp: 7.10.2020). Patrz także: Henry Ford River Rouge Plant, Detroit: The History and Future of Motor City, http://detroit1701.org/Ford%20Rouge%20Plant.html (dostęp: 7.10.2020).

[54] David E. Nye, Electrifying America..., op. cit., s. 225.

[55] Eliot Spitzer, Con Edison's July 1999 Electric Service Outages: A Report to the People of the State of New York, Albany, 9 marca 2000, G-2, G-3.

[56] Por. Jayanth C. P. Koliyadu et al., Optimization and Characterization of High Harmonic Generation for Probing Solid Density Plasmas, "Photonics", 30 marca 2017, Vol. 4, No. 2, www.mdpi.com/2304-6732/4/2/25 (dostęp: 7.10.2020).

[57] Corkum i inni stosują metodę tzw. wzmacniania impulsów ćwierkających, w ramach której rozciągają krótkie impulsy światła w celu zmniejszenia ich intensywności. Następnie wzmacniają i kompresują ten sam impuls, by istotnie zwiększyć jego intensywność. Nagroda Nobla z fizyki w 2018 roku została przyznana właśnie za tego rodzaju prace nad laserami. Jedną z jej laureatów była Kanadyjka, Donna Strickland, trzecia kobieta w historii, która otrzymała tę nagrodę w dziedzinie fizyki. Por. Emily Conover, Dazzling Laser Feats Earn These Physicists a Nobel, "Science News", 2 października 2018, www.sciencenews.org/article/dazzling-laser-feats-earn-these-physicists-nobel (dostęp: 7.10.2020).

[58] William Allan Wulf, Great Achievements and Grand Challenges, "The Bridge", jesień/zima 2000, s. 5, www.nae.edu/File.aspx?id=7327 (dostęp: 7.10.2020).

[59] Yilmaz Bayar, Hasan Alp Özel, Electricity Consumption and Economic Growth in Emerging Economies, "Journal of Knowledge Management, Economics and Information Technology", kwiecień 2014, Vol. 4, No. 2.

[60] Roger Andrews, Electricity and the Wealth of Nations, Energy Matters (blog), 22 listopada 2015, http://euanmearns.com/electricity-and-the-wealth-of-nations/ (dostęp: 7.10.2020).

[61] Kashif Imran, Masood Mashkoor Siddiqui, Energy Consumption and Economic Growth: A Case Study of Three SAARC Countries, "European Journal of Social Sciences" 2010, Vol. 16, No. 2, www.scribd.com/document/39466448/Energy-Consumption-and-Economic-Growth (dostęp: 7.10.2020).

PRZEDMOWA

Siedziałem na pokrywie reaktora w elektrowni jądrowej. Czułem drżenie całej konstrukcji. Nic dziwnego, pode mną w każdej sekundzie było wytwarzanych około 1500 megawatów energii cieplnej zamienianej na 440 megawatów energii elektrycznej. A mimo to było bezpiecznie, poziom promieniowania nie przekraczał normy. Sprawdziliśmy to dokładnie i wszystko rejestrowaliśmy kamerą dla TV na potrzeby programu "Laboratorium".

Loviisa.

To była pierwsza elektrownia jądrowa, którą widziałem z bliska. Uderzyły mnie panująca tam cisza i czyste powietrze wokół. W samej hali reaktora nie działo się nic. Dosłownie nic. Nad prawidłową pracą czuwała przecież (i czuwa nadal) aparatura kontrolna wyposażona w setki, a może tysiące czujników. Wszystko pod nadzorem niewielkiej grupy znakomicie wykształconych specjalistów.

W pobliżu elektrowni mieściły się ośrodki wypoczynkowe. Nie było dymu, dużej ilości odpadów ani nawet większego ruchu. Namówiony przeze mnie doc. Andrzej Strupczewski wypił przed telewizyjną kamerą szklankę wody wypływającej z elektrowni. Woda była czysta, bezpieczna, a prof. Strupczewski po 30 latach nadal czuje się dobrze.

A przecież ten zakład dostarczał energię elektryczną do wielu miast Finlandii. Mogliśmy i my mieć identyczną elektrownię... Dziś nadal możemy tylko o niej marzyć.

Odwiedziłem z kamerą wiele zakładów energetycznych. Wiadomo, że elektrownie opalane węglem kamiennym i brunatnym wysyłają w powietrze tysiące ton pyłu, a przede wszystkim szkodliwy dla atmosfery dwutlenek węgla. W pobliżu tych zakładów są gromadzone miliony ton odpadów zalegających hałdy lub zasypujących wyrobiska, na przykład po węglu brunatnym. Do tego hałas i ruch pociągów, setki ciężarówek lub taśmociągi. Godzimy się na te uciążliwości, ponieważ bez elektryczności nie wyobrażamy sobie dziś życia.

Jako małe dziecko lato spędzałem na wsi. Leżała niedaleko całkiem dużego miasta, a jednak wciąż nie dotarł tam jeszcze prąd elektryczny. Wieczorami książkę można było czytać tylko przy kopcącej i niemile pachnącej lampie naftowej. Idąc do toalety, zabierało się latarkę lub świecę. Nie było bieżącej wody, prało się w balii, a obiad gotowało na węglowym piecu. Mleko chłodziło się w studni, a masło stało w glinianym garnku z wodą.

Po powrocie do miasta doceniałem to wspaniałe dobrodziejstwo, jakim jest prąd elektryczny w domu. Korzystamy z niego właściwie bezustannie. Dopiero awaria chociaż częściowo uświadamia nam, jak bardzo zależymy od tego osiągnięcia cywilizacji. Zauważamy, że jest ciemno, że nie działa telewizor ani komputer, nie można zagotować wody w elektrycznym czajniku, uruchomić mikrofalówki ani pralki. Rzadziej zwrócimy uwagę na to, że bez stałego dostępu do energii elektrycznej maleją nasze szanse na uzyskanie lepszego wykształcenia. Trudno się czyta po ciemku. Ludzie, którzy mieszkają na terenach pozbawionych tego dobrodziejstwa, żyją wyraźnie krócej. Przecież większość urządzeń w szpitalach też zależy od dostaw prądu.

Tania, dostępna energia elektryczna jest także niezbędna do rozwoju gospodarczego całych państw.

Dziś trudno sobie wyobrazić, że wszystko zaczęło się pod koniec XIX wieku, czyli niecałe 150 lat temu. Powstały pierwsze żarówki, pierwsze elektrownie, pierwsze linie przesyłowe, pierwsze firmy i koncerny energetyczne. Nagle zmienił się świat. Nie tylko na lepsze. Elektryczność zdecydowała o gwałtownym rozwoju wielu regionów i krajów. Niestety, jej produkcja oparta na spalaniu węgla, ropy, a nawet gazu przyczyniła się do zmian klimatu na całej Ziemi. Co robić? Bez energii elektrycznej nie wyobrażamy sobie życia.

Czy problem zostanie rozwiązany przez wprowadzenie na dużą skalę ogniw fotowoltaicznych, a może przez gigantyczne farmy wiatraków? Kto przeznaczy na ten cel tysiące kilometrów kwadratowych ziemi lub oceanu?

A może jednak skorzystamy z najbardziej ekologicznej energii jądrowej?

Autor tej książki, Robert Bryce, pokazuje nam historię, teraźniejszość i przyszłość elektryczności. Wszystko to oparte na rzetelnych źródłach. Zanim zaczniemy dyskusję na temat produkcji energii i ekologii, warto poznać fakty i wydarzenia, które spowodowały zmiany na świecie. Ta książka jest naprawdę porywająca.

Wiktor Niedzicki

PODZIĘKOWANIA

W pracy nad tą książką pomagało mi wiele osób. Na początek chciałbym podziękować zespołowi z PublicAffairs, który tworzą: Clive Priddle, Peter Osnos, Kaitlin Carruthers-Busser, Liz Dana i Jaime Leifer. To oni zmuszali mnie, by ten tekst był jak najlepszy. Szczególne podziękowania składam na ręce mojej drogiej przyjaciółki i redaktorki, Lisy Kaufman. Podobnie jak przy pięciu wcześniejszych projektach, Lisa pomogła mi złożyć kilka powiązanych ze sobą pomysłów w spójny rękopis. Bez jej błyskotliwości i cierpliwości ta książka po prostu by nie powstała. Dziękuję mojemu agentowi, Danowi Greenowi, który przez ostatnie 19 lat za każdym razem przeprowadzał mnie przez trudne chwile, podtrzymywał na duchu i motywował, żebym wracał do pracy.

Dziękuję także ekipie pracującej nad filmem dokumentalnym Juice: How Electricity Explains the World, kręconym równolegle z pracami nad tą książką. Tyson Culver, mój przyjaciel i współpracownik, pozostaje dla mnie również partnerem w interesach i głosem rozsądku, odkąd w 2016 roku pojawił się pierwszy pomysł na nakręcenie tego filmu. Oprócz Tysona do zespołu pracującego nad tym dokumentem należą: Deanna DeHaven, James Treakle, John Moody, Dino Maglaris, Matthew L. Wallis i Ted Powers. Na podziękowania za niebagatelny wkład w powstanie tego filmu zasługują też: Chris Wright, Liz Wright, Steven R. Anderson, Bud Brigham, Roland Pritzker, Rachel Pritzker, Ray Rothrock, Ed Schweitzer, Stephanie Schweitzer, David Costello, Schweitzer Engineering Laboratories i Arthur Smith.

W całym długim procesie pisania tej książki mogłem liczyć na wsparcie moich współpracowników z Manhattan Institute. Na szczególne podziękowania zasłużyli: Howard Husock, Troy Senik, Vanessa Mendoza i Bernadette Serton, a także Larry Mone, były prezes tego instytutu. Dziękuję za Waszą cierpliwość i słowa zachęty.

Doktor Joyashree Roy to kobieta zjawiskowa - pozwolę sobie zaczerpnąć to określenie z albumu najbardziej znanej autorki tekstów piosenek z Austin, Ruthie Foster. Gdy razem z Lorin i Tysonem pod koniec 2016 roku udaliśmy się do Kalkuty, Joyashree, profesor ekonomii na Jadavpur University, okazała nam wielką pomoc i wsparcie. Umówiła nas na spotkanie na Vidyasagar University w Midnapore, towarzyszyła nam również w wyprawach do wiosek w Bengalu Zachodnim, umożliwiła też zdobycie rupii, co naprawdę nie było łatwe, bo zaledwie kilka tygodni wcześniej premier Indii Narendra Modi narzucił demonetyzację, na skutek której z dnia na dzień zdelegalizowano banknoty o nominałach 500 i 1000 rupii, stanowiące dotąd około 80 procent pieniądza w obiegu. Umawiała nas na spotkania, cierpliwie objaśniała lokalną geografię, wcielała się nawet w rolę tłumaczki symultanicznej. Mam nadzieję, że kiedyś będę miał okazję odwdzięczyć się jej za całą tę dobroć. Na podziękowania zasłużyli również Nandini Das i Suman Dutta, współpracownicy Joyashree z Kalkuty, którzy pomagali nam w logistyce podróży, a także doktor Sebak Jana, który nie tylko podjął nas w Midnapore, ale też zabrał nas do kilku wiosek w Bengalu Zachodnim.

Dziękuję Jimmy'emu Nassurowi, mojemu przyjacielowi i koledze w radzie Parkside Community School w Austin. On i jego wiecznie uśmiechnięty szwagier Simon Najm prowadzili nas uliczkami Bejrutu, umawiali na spotkania, i uczyli podstaw arabskiego slangu. Ich miłość do Libanu udzieliła się także nam.

Mój przyjaciel J. Paul Oxer pomógł mi sformułować część koncepcji przedstawionych w tej książce i - co równie ważne - skontaktował mnie z Hlynurem Gu?jónssonem, konsulem Islandii w Nowym Jorku. Hlynur z kolei skontaktował mnie z wieloma osobami w Reykjaviku. Tinna Traustadóttir i Nanna Baldvinsdóttir z Landsvirkjun okazały się czarującymi przewodniczkami, które oprowadziły nas po elektrowni wodnej Búrfell. Gísli Katrínarson wyjaśnił mi, dlaczego Islandia stała się światowym centrum branży dużej mocy obliczeniowej, a Helmut Rauth opowiedział nam o działalności Genesis Mining i całej branży krytpowalutowej.

Dziękuję Breakthrough Institute za zaproszenie na coroczną konferencję Breakthrough Dialogue. To właśnie tam poznałem wiele osób, z którymi rozmawiałem później w związku z pracami nad tą książką. Na szczególne podziękowania zasłużyły osoby, które uważam obecnie za moich przyjaciół, a są to Ted Nordhaus, Alex Trembath i Jessica Lovering. Dziękuję również Michaelowi Shellenbergerowi i ludziom z Environmental Progress, którzy zgodzili się, żebym prowadził wywiady w ich siedzibie w Berkeley.

Typową dla siebie cierpliwością i rzetelnością wykazał się Seth Myers, mój przyjaciel i graficzny magik. Dzięki jego umiejętności przedstawiania liczb na sensownych wykresach ta książka jest po prostu lepsza. Jude Clemente i Yevgeniy Feyman pomagali mi w gromadzeniu materiałów na wczesnym etapie prac i wspomagali dobrym słowem, a Mimi Bardagjy z humorem i czujnością sprawdza wszystkie moje książki pod kątem merytorycznym.

Dziękuję także osobom, które czytają rękopis na różnych etapach prac nad nim. Cierpliwym i uważnym czytelnikiem po raz kolejny okazał się mój kumpel, Robert Elder Jr. Paul Rasmussen, a zarazem mój teść i emerytowany profesor chemii na University of Michigan. Czytał manuskrypty wszystkich moich książek i przekazał mi wiele cennych uwag i porad. Nie inaczej było z tą pozycją. Cenne uwagi dały mi również następujące osoby: Peter Z. Grossman, Joe Cunningham, John Sennett, Rex Rivolo, Chris Pedersen, Steve Brick, Stan Jakuba, Omar Kader, Chris Cauthon i Bryan Shahan. Dziękuję również mojemu przyjacielowi Jonathanowi Lesserowi, wartościowemu konsultantowi we wszystkich sprawach związanych z siecią elektryczną, i jednocześnie cierpliwemu czytelnikowi.

Ponieważ książka poświęcona jest elektryczności, być może warto zamieścić tu kilka informacji technicznych. Mój laptop (MacBook Air) zużywa w ciągu godziny około 0,05 kilowatogodziny energii elektrycznej. Monitor, który do niego podpinam, pobiera w tym samym czasie kolejne 0,1 kilowatogodziny.

Na koniec chciałbym podziękować mojej żonie Lorin. Na pierwszą randkę poszliśmy w 1982 roku w Halloween i od tamtej pory jesteśmy razem. Dzięki okazywanej przez nią miłości i nieustannemu wsparciu przezwyciężyłem kilka trudnych momentów, które zdarzały się w pracach nad kolejnymi wersjami tego tekstu. Dziękuję również naszym dzieciom: Mary, Michaelowi i Jacobowi. Wytrzymali niejeden wykład na temat energii, mocy i elektryczności. Może mi się tylko wydaje, ale odnoszę wrażenie, że nasze rozmowy na te tematy zaczynają sprawiać im przyjemność.

Za wszelkie błędy w tekście tej książki odpowiadam ja, więc jeśli zwrócisz na coś takiego uwagę, proszę, daj mi znać, żebym mógł je skorygować w wydaniu w miękkiej oprawie.

11 czerwca 2019

Austin, Teksas

WPROWADZENIE

Barrio Antón Ruíz

Kraje o niskich zasobach energetycznych i wysokich dochodach po prostu nie istnieją.- TODD MOSS, Energy for Growth Hub[1]

Elektryczność miała większy wpływ na zmiany, jakim podlegała ludzkość, niż jakakolwiek inna forma energii. Od nastania epoki elektryczności, niecałe 140 lat temu, elektryczność odmieniła całe nasze życie - to, jak się komunikujemy, jak się uczymy, a nawet jak jemy. W ten sposób zapoczątkowała bezprecedensowy okres rozwoju ludzkości. Jeszcze nigdy w historii świata tak wielu ludzi nie żyło w tak zamożnym stylu. Co więcej, elektryczność nadal przeobraża nasze życie. Dzisiaj korzystamy z niej bez najmniejszego zastanowienia, czy to poruszając się po obcym mieście dzięki nawigacji w smartfonie, czy to czerpiąc olbrzymie ilości informacji dostępnych w internecie. Praktycznie każda technologia, którą się dzisiaj posługujemy, wymaga przepływu elektryczności. Jesteśmy ze sobą coraz lepiej połączeni, opleceni coraz większą siatką, a mimo to miliardy ludzi za tym postępem nie nadążają.

Olbrzymie rozbieżności między bogatymi i biednymi są w dużej mierze definiowane jako podział na tych, którzy mają dostęp do elektryczności, oraz na tych, którzy muszą radzić sobie z niewielkimi ilościami prądu albo nie mają go w ogóle. Ludzie w zamożnych krajach traktują elektryczność jak coś oczywistego, prawo naturalne. Rzadko zdarza nam się zastanowić nad zależnością między energią elektryczną a możliwościami życiowymi człowieka. Jeśli ktoś chce uzmysłowić sobie, jak bardzo jesteśmy zależni od elektryczności - oraz jak wiele niebezpieczeństw czyha na nas w związku z brakiem odpowiednio dużych zapasów tej energii - wystarczy zerknąć na los Portorykańczyków i to, co tam się działo, gdy huragan Maria zniszczył sieć elektryczną wyspy. Tamta śmiercionośna burza spowodowała, że tysiące Puertorique?os ogarnął mrok. Z ciemnościami musieli zmierzyć się między innymi Wilfredo Roque, Iris Ortiz i ich trzy córki.

Gdy wjechałem na stromy podjazd prowadzący do skromnego domu Wilfredo i Iris w Barrio Antón Ruíz, w pierwszej kolejności zwróciłem uwagę na pomarańczowy przedłużacz. Przewód ten, spleciony z brązową liną, wisiał na wysokości niecałych dwóch metrów nad podjazdem. Instalacja utrzymywała się w powietrzu dzięki grubej desce ustawionej po lewej stronie podjazdu, tuż obok stojącego pod płotem generatora na benzynę o mocy 4500 watów. Na prawo od podjazdu lina i przewód elektryczny zostały przymocowane do konstrukcji domu kilkoma węzłami.

Od razu na powitanie wyszedł Wilfredo, mężczyzna raczej wątłej budowy, za to pełen energii. Iris i on chętnie ze mną rozmawiali. "Nie przypuszczaliśmy, że doznamy takich szkód", powiedział Wilfredo po hiszpańsku, zamykając ciężką metalową bramę, dzielącą jego podjazd od wąskiej asfaltowej ulicy. Mieszkali w górzystej, zielonej okolicy w odległości około godziny jazdy na południe z San Juan, stolicy Portoryko.

Gdy spojrzałem na jego generator, chińskiego Black Maxa, Wilfredo od razu przeszedł do konkretów: "Na benzynę do tego generatora wydajemy 100-125 dolarów tygodniowo". Po przejściu huraganu Maria, który spustoszył Portoryko 20 września 2017 roku, ten generator pozostawał jedynym źródłem elektryczności dla całej rodziny. Przez pierwszych kilka tygodni jego posiadania włączali go na 10-12 godzin dziennie. "Teraz korzystamy z niego mniej. Za dużo wydawaliśmy na paliwo. Dzisiaj włączamy generator na pięć godzin dziennie, nie więcej", stwierdził Wilfredo.

Kiedy podał mi te liczby, poprosiłem, żeby je powtórzył. Zrobiłem to z dwóch powodów. Po pierwsze, hiszpańskim władam na poziomie turysty, czyli o tyle o ile. Sporo podróżowałem po Ameryce Łacińskiej, więc umiem poruszać się po tych krajach i zamówić obiad w restauracji, ale miałem też świadomość, że w kilku rozmowach z Portorykańczykami umknęło mi trochę istotnych szczegółów. Po drugie, Wilfredo trudno było usłyszeć z powodu olbrzymiego huku, jaki wydobywał się z generatora będącego własnością jego sąsiada. Nieopodal miejsca, w którym staliśmy, po drugiej stronie płotu, urządzenie pracowało na pełnych obrotach. Podobnie jak generator należący do Wilfredo, tamten też nie był wygłuszony. Oba urządzenia stały tuż nad ziemią, a od słońca, deszczu i wiatru chroniło je kilka niezbyt dużych kawałków brezentu zamocowanego na jakieś sklejce.

Gdy Wilfredo powtórzył mi te liczby, zanotowałem je w notesie po hiszpańsku: "100-125 dolarów por semana, 5 horas por dia", a następnie pokazałem to Wilfredo, żeby potwierdził, że nic nie pomyliłem. Skinął głową i rzucił: "Correcto".

Zanim huragan Maria spustoszył Portoryko (wiatr osiągał prędkość nawet 290 kilometrów na godzinę), Wilfredo, Iris oraz ich trzy córki - Alannis (13 lat), Arianna (dziesięć lat) i Ayamie (pięć lat) - płacili miesięcznie publicznemu operatorowi energetycznemu, Puerto Rico Electric Power Authority (PREPA), około 90 dolarów miesięcznie za prąd. Niestety w zamian nie mogli liczyć na niezawodne dostawy elektryczności, ich skromny dom regularnie bywał jej pozbawiany. Gdy Alannis była malutka, przerwy w dostawach prądu zdarzały się kilka razy dziennie, opowiadała Iris. Zaczęli składać skargi w PREPA i operator wymienił transformator w ich dzielnicy, wtedy sytuacja uległa poprawie - awarie zdarzały się już tylko kilka razy na tydzień. Innymi słowy dostawy elektryczności nie były rewelacyjne, ale podłączenie do sieci PREPA wystarczało, by nie musieli korzystać z generatora. Po tym, jak nad wyspą przeszedł tamten straszny huragan, na publiczną sieć energetyczną nie mogli już liczyć. Wilfredo rozpoczął poszukiwania małego generatora. Udało mu się go kupić po dwóch miesiącach.

Nawet z czterema czy pięcioma godzinami zasilania elektrycznego dziennie, uzyskiwanymi dzięki generatorowi, życie stało się znacznie trudniejsze[2]. Urządzenie było głośne i emitowało przykry zapach, zresztą to samo można powiedzieć o generatorach wszystkich sąsiadów. Niemalże nieustanny hałas powodował, że w nocy trudno było spać. Część prania Iris musiała robić ręcznie. Takie pranie, które kiedyś zabierało kilka minut, nagle zaczęło trwać godzinami. Dzieci miały trudności w szkole, ponieważ za mało czasu mogły poświęcić na naukę w internecie. "Zostajemy w tyle - powiedziała mi Iris. - Cofnęliśmy się do czasów mojej babki, a może nawet prababki".

Mniej więcej w czasie, gdy byłem w Portoryko, amerykańska firma konsultingowa Rhodium Group opublikowała raport, w którym stwierdzała, że na wyspie wystąpił największy blackout w całej historii Stanów Zjednoczonych[3]. Firma twierdziła, że "z uwagi na huragan Maria w Portoryko straciła więcej godzin sprzedawanych klientom niż w pozostałej części Stanów Zjednoczonych przez pięć minionych lat ze wszystkich przyczyn". Jakby tego było mało, Wilfredo, Iris i ich trzy córki oraz inni Portorykańczycy stawiali czoła drugiemu największemu blackoutowi w historii świata[4].

Tego typu komplikacje energetyczne są dla nas niemal niewyobrażalne. Pstrykamy przełącznik, podłączamy telefon, ładujemy laptopa czy słuchawki AirPods i po prostu oczekujemy, że prąd będzie. Bo niemal zawsze jest. Chodzi o to, że problemy, z którymi boryka się rodzina Roque Ortiz, mogą dotknąć niemal każdego w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Ryzyko wystąpienia przedłużającego się blackoutu - i społecznego chaosu, jaki by w związku z tym wystąpił - nie jest nierealne[5]. Taką awarię sieci elektrycznej mogą wywołać ekstremalne zdarzenia pogodowe, takie jak huragan, tornado czy burza śnieżna. Ich przyczyną może się również stać oddziaływanie pozaplanetarne. W 2017 roku geofizycy zrzeszeni w American Geophysical Union podali szacunki, według których ekstremalna burza na Słońcu mogłaby spowodować blackout obejmujący dwie trzecie mieszkańców Stanów Zjednoczonych. "Dzienne krajowe straty gospodarcze mogłyby sięgnąć łącznie 41,5 miliarda dolarów plus 7 miliardów dolarów w międzynarodowym łańcuchu dostaw"[6].

Słabych punktów sieci elektrycznej nieustannie szukają sabotażyści. W 2018 roku amerykański Department of Homeland Security wydał ostrzeżenie, że rosyjscy hakerzy przedostali się do systemów wielu amerykańskich firm energetycznych, w tym dostawców elektryczności[7]. Gdyby hakerom udało się wywołać awarię całej lub choćby części amerykańskiej sieci elektrycznej, spowodowaliby straty idące w miliardy dolarów, nie odchodząc nawet od swoich klawiatur. Pogoda i ataki cyfrowe to nie jedyny problem, ponieważ sieć elektryczna jest również podatna na sabotaż fizyczny. Odpowiednio przygotowani sabotażyści mogliby wyłączyć z użycia najważniejsze stacje transformatorowe lub linie przesyłowe, wywołując w ten sposób blackouty w dużej części amerykańskiej sieci. Miliony, a może nawet dziesiątki milionów Amerykanów zostałyby odcięte od prądu i znalazłyby się w tak samo trudnej sytuacji jak Wilfredo i Iris oraz inni mieszkańcy Barrio Antón Ruíz. Zamiast cieszyć się tanią i niezawodną elektrycznością pod dostatkiem, musieliby korzystać z energii drogiej, trudno dostępnej i dostarczanej z przerwami. Gdyby nie mogli liczyć na sieć energetyczną, musieliby co najmniej część elektryczności pozyskiwać z małych, nieefektywnych generatorów na benzynę lub olej napędowy. To z kolei oznaczałoby konieczność zaopatrzenia lokalnych stacji w olbrzymie ilości paliw, a przecież stacje też potrzebują prądu, by pompować paliwo do zbiorników klientów.

Możemy również sabotować samych siebie. Liczne grupy ekologiczne i polityczne twierdzą, że da się całkowicie odejść od energii z węglowodorów (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny) oraz energii jądrowej, zastępując ją głównie energią słoneczną i wiatrową. Tego rodzaju działania mają na celu spowolnienie czy też zatrzymanie zmian klimatu, tylko że w praktyce pozostają w sferze pobożnych życzeń. Zwolennicy czerpania energii wyłącznie ze źródeł odnawialnych zupełnie ignorują mnóstwo problemów związanych z taką polityką, między innymi konieczność wykorzystania olbrzymich ilości ziemi, betonu, stali, miedzi i innych surowców niezbędnych, by tego typu przedsięwzięcia były w stanie sprostać zapotrzebowaniu na energię nowoczesnego społeczeństwa. Popularne politycznie propozycje takie jak Zielony Nowy Ład zakładają, że gdybyśmy tak poszli na wojnę z naszymi dotychczasowymi systemami zasilania, moglibyśmy całkowicie wyeliminować emisję gazów cieplarnianych przez gospodarkę i to już w perspektywie 20-30 lat[8]. Samochody elektryczne zyskały sobie grono wielkich miłośników, żeby nie powiedzieć: wyznawców, tylko jakoś nie wszyscy myślą o tym, że skądś musimy brać prąd do ich ładowania. Co więcej, produkcja tych pojazdów wymaga wydobycia i wytapiania megaton rudy niezbędnej do uzyskania litu, kobaltu, dysprozu, neodymu i innych pierwiastków stosowanych w produkcji akumulatorów i silników tych samochodów. Ujmując rzecz najprościej, produkcja i konsumpcja elektryczności zawsze rodzi określone koszty. Likwidacja dotychczasowych systemów wytwarzania elektryczności i przejście na systemy oparte wyłącznie na odnawialnych źródłach energii mogłyby uczynić nasze sieci mniej stabilnymi i bardziej zawodnymi.

Absolutnie niezawodna sieć elektryczna to niezbędny element ery informacji. Największe i najzamożniejsze amerykańskie firmy wydają miliardy dolarów na budowę własnej sieci elektrycznej, bo chcą mieć pewność, że ich sieci komputerowe nigdy nie przestaną działać. Już sama firma Amazon, gigant handlu i chmur obliczeniowych, kontroluje potencjał wytwórczy energii elektrycznej wynoszący 4700 megawatów. Taką mocą zainstalowaną dysponują niektóre kraje, na przykład Chorwacja czy Laos[9]. Z jednej strony mamy zatem megakorporacje, które w praktyce mogłyby odciąć się od naszej sieci elektrycznej, z drugiej strony natomiast mamy miliardy ludzi na świecie pozbawionych dostępu do energii elektrycznej.

Liczba takich ludzi budzi trwogę. Prawie miliard mieszkańców naszej planety nie ma obecnie absolutnie żadnego dostępu do elektryczności. Kolejne dwa miliardy ludzi korzystają z prądu w bardzo niewielkich ilościach. Co więcej, energia elektryczna, do której dostęp mają ubodzy energetycznie mieszkańcy świata, przypomina śmierdzącą, głośną i dostarczaną z przerwami elektryczność, jaką poznali Wilfredo, Iris i inni Portorykańczycy po przejściu huraganu Maria. Miliardy ludzi, którzy nie mają stałego dostępu do sieci elektrycznej, gdy układają plan dnia, najważniejszym punktem odniesienia okazuje się elektryczność - to, kiedy będą mogli korzystać z prądu, a kiedy nie. Często jedynym wyjściem jest pozyskiwanie elektryczności z generatorów podobnych do Black Maxa, który Wilfredo raz dziennie lub co dwa dni na nowo zasila paliwem. Gdy ktoś sam nie ma generatora, nierzadko opłaca swego rodzaju abonament lokalnym biznesmenom dostarczającym prąd okolicznym mieszkańcom.

Mówiąc krótko, jeśli chodzi o elektryczność, nie zdajemy sobie sprawy, jak bardzo jest nam z nią wygodnie oraz jak ważny jest prąd. Dla nas to po prostu coś oczywistego. Tymczasem niemal wszystko, czego dotkniemy - co na siebie wkładamy, co jemy i co czytamy - w taki czy inny sposób miało styczność z elektrycznością. Elektryczność to najważniejsze i najszybciej rozwijane źródło energii na świecie[10]. Jednocześnie najtrudniej ją dostarczać i robić to w niezawodny sposób. Ten paradoks kształtuje i nadal będzie kształtował globalną politykę. Podkreśla on głębokość przepaści dzielącej bogatych i biednych, wykształconych i niewykształconych.

Tak oto dochodzę do motywu przewodniego tej książki: elektryczność to paliwo XXI wieku. Nowoczesne życie jest możliwe właśnie dzięki elektryczności, powinniśmy jednak pamiętać, że około trzech miliardów ludzi nadal tkwi w ciemnościach. Ich szansa na lepsze życie, ich potencjał do zapewnienia sobie bytu wykraczającego poza wycieńczającą pracę w polu, ledwie umożliwiającą przeżycie, zależą właśnie od zwiększania ich dostępu do niezawodnej energii elektrycznej. To elektryczność jest ostateczną bronią w walce z ubóstwem. W absolutnie każdym miejscu na świecie, w którym zwiększyło się zużycie elektryczności, wzrosły również dochody osobiste. Oczywiście dostęp do elektryczności nie gwarantuje zamożności, ale jego brak niemal zawsze oznacza ubóstwo. Podłączanie do prądu ludzi go pozbawionych przy jednoczesnym wzroście istniejącego już światowego popytu na elektryczność będzie jednym z najważniejszych czynników w rozwiązywaniu największych problemów naszego świata, takich jak prawa kobiet, zmiany klimatu czy nierówności.

Na elektryczności skupiam się również dlatego, że to druga największa branża na świecie, która pod względem całkowitych przychodów ustępuje tylko branży naftowo-gazowej[11]. Sprzedaż energii elektrycznej na świecie osiąga wartość 2,4 biliona dolarów rocznie[12]. Oznacza to, że branża energii elektrycznej jest większa niż globalna branża motoryzacyjna, a od farmaceutycznej jest większa aż dwukrotnie[13]. W samych Stanach Zjednoczonych przychody ze sprzedaży energii elektrycznej sięgają około 400 miliardów dolarów rocznie[14]. Gdyby amerykański sektor elektryczności był samodzielną branżą, jego przychody dorównałyby niemal łącznym przychodom Ford Motor Company, General Electric oraz General Motors[15].

Produkcja elektryczności ma wpływ na zmiany klimatu, ponieważ to ona odpowiada za największą część całkowitej emisji dwutlenku węgla do atmosfery - aż 25 procent tego gazu cieplarnianego pochodzi właśnie z sektora energetycznego[16]. Co więcej, kraje dysponujące potężnymi i dynamicznymi sektorami elektryczności - czyli kraje, w których energii elektrycznej nie brakuje i jest ona dostarczana w sposób niezawodny - są jednocześnie liderami światowej gospodarki. Państwa zmagające się z drogą i zawodną energią elektryczną pozostają w tyle. XIX wiek był epoką węgla i stali, w XX wieku dominowały ropa naftowa i silniki, a w XXI wieku liczą się elektrony i bity. Big Data, robotyka czy sztuczna inteligencja to aktualnie najbardziej obiecujące technologie, a wszystkie one są uzależnione od elektryczności.

Na kartach tej książki zamierzam patrzeć na świat przez pryzmat elektryczności i podejść do sprawy dość szeroko. Będę przyglądał się wszystkiemu, analizował, w jaki sposób elektryczność poprawia jakość życia kobiet i dziewcząt, jak olbrzymie ilości energii elektrycznej są zużywane w branży produkcji marihuany, na czym polega mechanizm budowania, zasilania i utrzymywania sprawnej sieci elektrycznej.

Spoglądając na świat przez pryzmat elektryczności, postaram się znaleźć odpowiedzi na różne pytania, takie jak: Dlaczego takie kraje jak Stany Zjednoczone, Niemcy czy Francja mają energii elektrycznej pod dostatkiem, a miliardy ludzi na całym świecie żyją w ciemnościach? W których branżach występuje największy wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną? Na ile bezpieczna jest sieć elektryczna? Jakich paliw będziemy używać do zaspokojenia przyszłego popytu na energię elektryczną? W jaki sposób ten wzrost zapotrzebowania odbije się na naszej walce ze zmianami klimatu? Wyruszyłem w podróż po odpowiedzi na te pytania i zamierzam podzielić się tutaj informacjami i przemyśleniami z tej właśnie podróży. Trafiłem do Indii, Libanu, Portoryko, Nowego Jorku, Kolorado i na Islandię. Rozmawiałem z kilkudziesięcioma osobami, w tym z inżynierami, politykami, aktywistami, pracownikami akademickimi i pisarzami, ale także z ludźmi zajmującymi się kopaniem bitcoina, taksówkarzami, osobami uprawiającymi konopie indyjskie oraz wieloma innymi ludźmi, których życie jest zdefiniowane przez dostęp do energii elektrycznej lub jego brak.

W części pierwszej będę tłumaczył, dlaczego elektryczność oznacza nowoczesność. W tym celu wyłożę ci podstawy elektryczności, żebyś odróżniał waty od watogodzin. Potem wyjaśnię, dlaczego elektryczność miała tak rewolucyjny wpływ na ludzkość, a zwłaszcza na kobiety i dziewczęta. Cofnę się w czasie do początków ery elektryczności i pokażę, w jaki sposób elektryczność zmieniła kształt i wysokość naszych miast, a także odmieniła życie rolników. Przedstawię niewielką grupę ludzi odpowiedzialnych za New Deal, którzy oswobodzili elektryczność, odbierając ją kilku dużym trustom, uchwalili prawo umożliwiające elektryfikację obszarów wiejskich, a tym samym położyli podwaliny pod wielki boom gospodarczy, dzięki któremu Stany Zjednoczone wyrosły na gospodarczą potęgę.

W części drugiej pokażę wielkie nierówności w zużyciu energii na świecie i wyjaśnię, dlaczego tak wiele osób tkwi w ubóstwie energetycznym, co ma niebagatelne znaczenie dla praw człowieka, rozwoju gospodarczego i kulturalnego, strategii wojskowej i geopolityki. Opiszę następnie, co robią różne społeczeństwa i kraje w celu pozyskania niezbędnej im elektryczności, a także przedstawię brutalne realia elektryfikacji: stając przed koniecznością dokonania wyboru między ubóstwem energetycznym a dostępem do elektryczności, konsumenci i politycy zawsze wybiorą najtańszy możliwy sposób produkcji energii elektrycznej, tak by mogli zapewnić ją jak największej liczbie ludzi - bez względu na skutki dla środowiska naturalnego.

W części trzeciej skupię się na krajach zamożnych energetycznie, by pokazać, w jaki sposób i z jakich powodów zapotrzebowanie na energię elektryczną nieustannie rośnie. Zajmę się również pogłębiającą się współzależnością elektryczności, informacji, pieniędzy i gospodarki. Przyjrzę się też mrocznej stronie tej sytuacji: coraz większemu narażeniu na awarię sieci elektrycznej i to bez względu na to, czy spowodują ją wiewiórki, hakerzy czy broń jądrowa.

Na koniec zajmę się przyszłością elektryczności i będę mówił o tym, w jaki sposób swoje zapotrzebowanie na energię elektryczną najprawdopodobniej będą zaspokajać kraje bogate i biedne. W nadchodzących kilkudziesięciu latach globalna produkcja elektryczności ulegnie podwojeniu. Sieci elektryczne, które zostaną zbudowane w najbliższych 20-30 latach, będą miały istotny wpływ na światowy poziom zamożności oraz na nasze działania związane ze zmianami klimatu. Wyjaśnię również, dlaczego wyłącznie odnawialne źródła energii nie pozwolą zaspokoić rosnącego globalnego zapotrzebowania na prąd. Przyjrzę się najbardziej obiecującym technologiom pozyskiwania energii jądrowej, wyjaśnię, dlaczego pierwsze skrzypce będą grały energia słoneczna, gaz ziemny oraz energia jądrowa, a także spróbuję wytłumaczyć, dlaczego pozostaję idiotycznie optymistyczny w kwestii przyszłości naszego opartego na energii świata.

Polityka energetyczna ma wymiar plemienny. Wydaje się, że każdy ma swojego faworyta. Ja jestem zwolennikiem koncepcji N2N (natural gas to nuclear), czyli od gazu ziemnego do energii jądrowej. Niektórzy mówią, że będziemy potrzebowali więcej węgla, inni optują natomiast za energią geotermalną, wodną, wiatrową i słoneczną. Tak naprawdę jednak nie ma w tej kwestii żadnych prostych rozwiązań. Przemiany energetyczne trwają dekady[17]. Jasne, że chcielibyśmy zdecydowanych działań w dziedzinie zmian klimatu. Możemy też pragnąć większych praw dla kobiet oraz zwycięstwa w walce z ubóstwem na świecie. Nie zmienia to faktu, że jesteśmy zmuszeni wybierać. Liczę na to, że dzięki mojej książce spojrzysz na świat przez pryzmat elektryczności i zobaczysz energię oraz systemy zasilania takimi, jakie są naprawdę, a nie takimi, jakimi chciałbyś je widzieć. Powinniśmy oddzielić pustą retorykę, dominującą często w dzisiejszej debacie na tematy energetyczne, od twardych faktów. Dopiero wtedy zrozumiemy, o co toczy się gra w polityce energetycznej i jakie rodzi ona skutki. Dopiero wtedy wskażemy paliwa i technologie, które pomogą nam wydobyć z mroku więcej ludzi i wprowadzić ich w światło nowoczesności.

Zanim jednak zajmiemy się wszystkimi tymi problemami, powinniśmy wyjaśnić, czym tak naprawdę jest elektryczność, dlaczego tak trudno ją dostarczać w sposób niezawodny i dlaczego ma ona tak transformacyjny charakter.

ROZDZIAŁ 1PODSTAWY ELEKTRYCZNOŚCI

O elektryczności dowiedziałem się tak wiele, że już nic z tego nie rozumiem i nic nie umiem wytłumaczyć.- PIETER VAN MUSSCHENBROEK, fizyk holenderski

Żargon związany z elektrycznością jest w codziennym języku wszechobecny. Wszyscy lubimy napięcie. Śledzimy elektryzujące występy naszych ulubionych sportowców. Gdy jesteśmy zmęczeni i brak nam energii, wyłączamy się i ładujemy akumulatory. Niektórzy piją herbatę z prądem, a inni, gdy są zdenerwowani, ciskają gromy.

Te wszystkie określenia nie bez powodu trafiły do mowy potocznej. Historię ludzkości można podzielić na dwie epoki, erę elektryczności i to, co było wcześniej. Tak, wiem, renesans podarował nam Michała Anioła, nie zapominajmy jednak, że elektryczność dała nam Elvisa.

Elektryczność to nowoczesność. Przywykliśmy do tego, że mamy w telefonach aparaty zdolne kręcić filmy w wysokiej rozdzielczości, za to bardzo łatwo zapominamy, jak krótka jest era elektryczności w porównaniu z całą historią człowieka. Z badań archeologicznych wynika, że ludzie (a właściwie to hominidy, nasi przodkowie) około miliona lat temu nauczyli się korzystać z ognia, ale wykorzystanie go upowszechniło się dopiero około 400 tysięcy lat temu[18]. Dla porównania podam, że z elektryczności korzystamy dopiero od lat 80. XIX wieku. Gdyby tak upchnąć 400 tysięcy lat używania ognia w jedną dobę, to era elektryczności zajęłaby tylko ostatnie 30 sekund przed północą[19].

Elektryczność to nowoczesność, ponieważ umożliwia nam ona wykorzystanie sił, których nie widzimy i nie możemy dotknąć. Przez długie tysiąclecia potrafiliśmy pozyskiwać energię wyłącznie z drewna, łajna, węgla, ropy naftowej, rzek, koni, słońca czy wiatru. Dzięki elektryczności wykorzystujemy siłę energii niewidzialnej dla ludzkiego oka, a przy tym robimy to z zadziwiającą precyzją i coraz większą efektywnością. W czasie minionych 150 lat przeszliśmy od zaprzęgania zwierząt - i taplania się w tym całym łajnie, które one za sobą zostawiały - do wykorzystywania subjądrowego ruchu elektronów. Im lepiej umiemy kontrolować przepływ elektronów, tym więcej możemy zrobić. Im więcej robimy, tym więcej chcemy jeszcze zdziałać. A teraz najlepsze wieści: nieustannie poprawiamy się w kwestii tego, ile potrafimy wyciągnąć z tych elektronów.

Żeby wyobrazić sobie zatrważającą liczbę elektronów, które wykorzystujemy, rozpatrz następujący przykład: zagotowanie wody w czajniku elektrycznym do przygotowania jednej filiżanki herbaty wymaga około 4,9 tryliarda elektronów[20]. W zapisie matematycznym jest to 4,9 × 1021. W formie rozpisanej wygląda to tak: 4 900 000 000 000 000 000 000. Przypominam, że są to elektrony potrzebne do przygotowania jednej filiżanki herbaty. Uruchomienie klimatyzatora i standardowej lodówki wymaga dołożenia do tej liczby całej torby zer. Jeżeli natomiast planujesz zasilić w energię elektryczną wieżowiec lub uruchomić piec łukowy do wytapiania stali, będziesz potrzebował dwóch kontenerów transportowych pełnych zer, by rozpisać niezbędną do tego liczbę elektronów.

Liczbę elektronów niezbędnych do przygotowania filiżanki herbaty można obliczyć, ale mimo to elektryczność nadal pozostaje dla nas czymś nienamacalnym i niekonkretnym. Jest ona siłą napędzającą nasze życie, która pozostaje jednocześnie wszechobecna i niewidoczna.

Benjamin Franklin - wydawca, pisarz, dyplomata i gawędziarz - był jednym z pionierów poznawania przez ludzkość elektryczności. W 1752 roku przeprowadził swój słynny eksperyment z latawcem: zamocował kawałek metalu na szczycie latawca, a na dolnym końcu linki, przy ziemi, przywiązał metalowy klucz. Klucz był natomiast połączony z butelką lejdejską, czymś w rodzaju prymitywnego akumulatora. Franklin sterował latawcem przez suchy kawałek jedwabiu, który izolował go przed porażeniem. W ramach tego eksperymentu wykazał, że błyskawica na niebie to taka sama energia jak elektrostatyczność, jaką można uzyskać, pocierając bursztyn tkaniną. Dorobek Franklina stał się punktem wyjścia dla prac kolejnych wybitnych pionierów elektryczności. Franklin, jeden z założycieli Filadelfii, ukuł wiele terminów związanych z elektrycznością, takich jak akumulator, ładunek, przewodnik czy kondensator. Był również jednym z autorów i sygnatariuszy Deklaracji Niepodległości. Elektryczność nazywał "pierwiastkiem wspólnym", któremu nadał nazwę "ognia elektrycznego"[21]. Uważał także, że elektryczność to ciecz płynąca z jednego ciała do innego.

Elektryczność nie jest cieczą, ale jeśli wziąć pod uwagę ulotność i złożoność elektryczności, takie myślenie o niej może okazać się pomocne. Ujęcie zaproponowane przez Franklina nazwano potem "teorią jednego fluidu elektrycznego". Uważał on, że przedmioty naładowane ujemnie straciły fluid elektryczny, a przedmioty naładowane dodatnio go zyskały. Gdy jakiś przedmiot tracił lub zyskiwał fluid elektryczny, wychodził ze stanu równowagi i zyskiwał ładunek. Przedmioty o tym samym ładunku się odpychały. Jeśli użyjemy tego samego porównania, że elektryczność jest cieczą, możesz sobie wyobrazić, że prąd jest dostarczany do twojego domu wężem ogrodowym. Żebyśmy mogli dalej posługiwać się tą analogią, warto, żebyś przyswoił poniższy prosty wzór:

Moc = natężenie × napięcieWat = amper × wolt

Innymi słowy, liczba dostarczonych watów stanowi wynik mnożenia amperów i woltów. Wyobraź sobie teraz, ile energii elektrycznej trafia do twojego domu wspomnianym wężem ogrodowym. Wartość mocy elektrycznej (mierzonej w watach, ale my na potrzeby tego przykładu będziemy operować litrami), jaką można przepchnąć przez taki wąż, stanowi wynik mnożenia prędkości przepływu (ampery) i ciśnienia wody (napięcie)[22]. Im większe będzie ciśnienie wody w wężu, tym większa prędkość przepływu. Im wyższe ciśnienie i prędkość przepływu, tym więcej litrów wody (watów) trafia do twojego domu.

Kontynuujmy tę analogię i załóżmy, że w twoim domu wybucha pożar. Z miejsca dzwonisz po strażaków, bo chcesz uratować z ognistego piekła swoje obrazy Cézanne'a oraz kolekcję Beanie Babies. Strażacy przyjeżdżają, ale zamiast skorzystać z hydrantów, wysokociśnieniowych pomp i wężów o dużej średnicy, by skutecznie zalać ogień, sięgają po dwa cieknące węże ogrodowe, które podłączają do zewnętrznego kranu u sąsiada. Tacy strażacy nie za bardzo mieliby szanse w walce z pożarem. Dlaczego? Ponieważ liczba litrów wody (watów), którą mogliby wylać na ziejące płomienie, byłaby ograniczona niskim ciśnieniem (wolty) wody w wężu ogrodowym, którym ponadto woda płynie powoli (ampery)[23].

Analogia wodna przydaje się również w rozważaniach nad produkcją energii elektrycznej. Lokalna firma wodociągowa korzysta z pomp w celu dostarczania klientom olbrzymich ilości wody pod dużym ciśnieniem i w dużych porcjach, a elektrownia stosuje generatory turbinowe (wyobraź sobie, że to takie pompy elektronowe) do wypychania olbrzymich ilości elektronów pod wysokim ciśnieniem do sieci elektrycznej. Podstawowa różnica między siecią wodociągową a siecią elektryczną polega na tym, że sieć wodociągowa jest znacznie prostsza. Weźmy na przykład fakt, że jeśli w sieci wodociągowej spadnie ciśnienie, dla klienta jedyna różnicą będzie to, że trochę więcej czasu zajmie mu napełnienie czajnika lub basenu. Z kolei w sieci elektrycznej napięcie (czyli odpowiednik ciśnienia wody) musi pozostawać stabilne bez względu na to, ilu klientów korzysta z energii elektrycznej. Napięcie musi być stałe przez całą dobę i siedem dni w tygodniu, niezależnie od tego, czy klient potrzebuje kilku watów do oświetlenia domu, czy setek megawatów do wytapiania aluminium z boksytu. Sieć elektryczną trzeba nieustannie dostrajać, żeby produkcja energii elektrycznej odpowiadała jej zużyciu. Zrównywanie produkcji ze zużyciem pozwala utrzymywać napięcie w sieci na niemal stałym poziomie. Zbyt duże wahania napięcia mogłyby doprowadzić do blackoutów.

Elektryczność to nowoczesność, ponieważ - jak ujął to mój syn Michael, geniusz matematyczny i komputerowy - stanowi ona istotę wszystkich nowoczesnych sieci. Żyjemy w świecie cyfrowym, opartym właśnie na sieciach. Wszystkie te sieci - telefoniczne, GPS, systemy rezerwacji biletów lotniczych, sygnalizacja świetlna, można by tak wymieniać w nieskończoność - nie mogą istnieć bez elektryczności. Ujmując rzecz najprościej, wymienione wyżej sieci to sieci elektryczne, a sieci elektryczne to te właśnie sieci. Jeżeli należysz do grona szczęściarzy i jesteś podłączony do sieci elektrycznej, masz dostęp do cyfrowych sieci informacyjnych.

Dzięki elektryczności skonstruowany przez Samuela Morse'a telegraf umożliwił niemalże natychmiastową komunikację z odległymi od siebie miejscami. W 1866 roku na dnie Atlantyku położono kabel, dzięki któremu ustanowiono pierwszą stałą linię komunikacji między Stanami Zjednoczonymi a Europą. Dziesięć lat później Alexander Graham Bell opatentował telefon. W przeciwieństwie do telegrafu, który po obu stronach musiał być obsługiwany przez przeszkolonych operatorów, z telefonu mógł korzystać każdy. Telefon zaczął łączyć firmy z firmami i domy z domami. James Gleick napisał w swojej książce z 2011 roku zatytułowanej The Information, że telefon i telegraf "zerwały tkankę społeczną, a następnie podłączyły ją na nowo, wzbogacając ją o wejścia i skrzyżowania wszędzie tam, gdzie wcześniej była tylko pustka i dystans". Gleick wyjaśniał też, że telegraf i telefon zaczęły "po raz pierwszy zamieniać społeczeństwo w coś na kształt spójnego organizmu". Osiagnięcie tej spójności stało się możliwe jedynie dzięki elektryczności[24].

Elektryczność jest w królestwie energii drapieżnikiem szczytowym. Przekształcamy wiele różnych pierwotnych źródeł energii - węgiel, gaz ziemny, ropę naftową, biomasę, światło słoneczne, wiatr, wodę, reakcje jądrowe - w elektryczność, czyli wtórną formę energii. Do innych wtórnych postaci energii zaliczamy benzynę, którą trzeba rafinować z ropy naftowej, a także wodór, otrzymywany z gazu ziemnego. (Wodór można otrzymywać również z wody, ale rozbijanie cząsteczek wody wymaga dużych ilości energii).

Tak wiele różnych paliw przerabiamy na elektryczność dokładnie dlatego, że stanowi ona najbardziej praktyczną formę energii. Jedną z jej wielu cudownych własności jest to, że nie ma ona inercji. Oznacza to, że nie trzeba jej rozgrzewać. Można czerpać z niej pełną moc w ułamku sekundy i równie szybko ją wyłączyć. Elektryczność umożliwia nam wykorzystanie ruchu elektronów. Potrafimy wytwarzać przepływ elektronów zarówno z energii kinetycznej, jak i z energii potencjalnej. Umiemy również sprawiać, by te dwie formy energii zamieniały się miejscami[25]. Chodzi dokładnie o to, że możemy zamieniać energię kinetyczną w potencjalną i na odwrót. Najbardziej oczywisty przykład? Energię elektryczną można wykorzystać do naładowania akumulatora, który magazynuje energię chemiczną. Następnie przekształcamy tę energię chemiczną w energię elektryczną dokładnie wtedy, gdy chcemy gdzieś zadzwonić albo zamówić coś z Amazona.

Elektryczność można produkować na wiele różnych sposobów, a wykorzystywać na jeszcze więcej, ale mimo wszystko ma ona pewne istotne wady. Jest uciążliwa. Musi zostać wykorzystana niemal dokładnie w momencie jej wytworzenia, czym różni się od drewna, węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego, które można względnie łatwo przechowywać. Tak, owszem, potrafimy magazynować niewielkie ilości energii elektrycznej, w końcu baterie w naszych telefonach mieszczą kilka watogodzin energii. Ta niewielka ilość elektryczności wystarczy, byśmy mogli napisać do kumpla, zaplanować trasę w samochodzie czy pogadać przez telefon. Nie zmienia to faktu, że oszczędne przechowywanie dużych ilości energii - na przykład takich wystarczających do zasilania miasta przez dzień lub dwa - pozostaje poza zasięgiem obecnej technologii. Gdyby ktoś czysto teoretycznie zebrał akumulatory ze wszystkich samochodów na świecie, naładował je i połączył, byłyby one w stanie pomieścić energię elektryczną wystarczającą do zasilania świata przez zaledwie 30 minut[26].

Co prawda nie potrafimy przechowywać elektryczności w dużych ilościach, ale już możliwość przechowywania i przekazywania jej niewielkich ilości okazała się mieć moc transformującą. Akumulatory i baterie dały nam coś zupełnie nowego, coś w rodzaju błyskawicy zamkniętej w butelce. Postęp w chemii i metalurgii umożliwia firmom z całego świata produkcję najróżniejszych baterii, od tych stosowanych w rozrusznikach serca wszczepianych w ludzkie ciało, aż po wanadowe akumulatory przepływowe, w których stosuje się tysiące litrów ciekłych chemikaliów w gigantycznych zbiornikach.

Skoro wiemy już lepiej, czym jest elektryczność, powinniśmy dokonać rozróżnienia na energię i moc, ponieważ są one często mylone, a to nie jest to samo. Energia to zdolność do wykonania pracy, a jej jednostkami są dżul (J), watogodzina (Wh) oraz brytyjska jednostka cieplna (Btu). Moc to tempo, w jakim wykonywana jest praca, a jej jednostki to wat (W) i koń mechaniczny[27]. Wzór na moc jest bardzo prosty: 1 dżul na jedną sekundę równa się 1 wat. I wygląda tak:

1 J/s = 1 W

Możesz też zapamiętać, że energia to ilość, jak na przykład litr ropy naftowej czy tona węgla, natomiast moc to tempo przepływu energii w danej jednostce czasu. Żeby jeszcze lepiej zrozumieć różnicę między energią i mocą, warto przypomnieć sobie generator, który służył Wilfredo Roque i Iris Ortiz do zasilania ich domu w Barrio Antón Ruíz. Urządzenie miało moc 4500 watów, co oznacza, że mogło maksymalnie wygenerować moc o wartości 4500 watów. Jeżeli Wilfredo uruchomi generator na godzinę, wytworzy 4500 watogodzin (4,5 kilowatogodziny) energii.

Na koniec jeszcze garść informacji na temat Międzynarodowego Układu Jednostek Miar, nazywanego również układem SI (skrót od Syst?me International). Określa on symbole jednostek oraz przedrostki oznaczające kolejne mnożniki i podmnożniki tych jednostek. W kontekście skali produkcji i zużycia energii elektrycznej warto zapamiętać kilka takich przedrostków z układu SI, zwłaszcza sekwencję KMGT.

Mam na myśli kilo-, mega-, giga- i tera-. Są to przedrostki jednostek liczonych kolejno w tysiącach, milionach, miliardach i bilionach. Dlatego właśnie będziesz się natykał na wartości mocy wyrażone w kilowatach, megawatach, gigawatach i terawatach. Dlatego spotkasz wartości energii wyrażone w kilowatogodzinach, megawatogodzinach, gigawatogodzinach i terawatogodzinach. Nie obawiaj się tego. Dla ułatwienia pomyśl, że na potrzeby gospodarstw domowych elektryczność mierzy się w kilowatach - suszarka do włosów ma moc 1800 watów, czyli 1,8 kilowata. Zapotrzebowanie na elektryczność w małym mieście będzie pewnie liczone w megawatach, w dużym mieście - w gigawatach, a na poziomie kraju - w terawatach. Na przykład Stany Zjednoczone są zasilane z sieci elektrycznej o całkowitej mocy około 1 terawata, czyli 1 biliona watów[28].

Dobra, to już koniec wykładu z podstaw elektryczności. Skoro wiemy już czym jest elektryczność, spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, z czego wynika jej transformacyjny charakter.