От miron Ответить на сообщение
К Дмитрий Кропотов Ответить по почте
Дата 16.12.2003 16:42:39 Найти в дереве
Рубрики Прочее; Россия-СССР; Версия для печати

Продолжение

Глава 01.02б. Способы борьбы с энергодефицитом

Для того чтобы понять суть поведения человека, надо уяснить, что перед человеком все время стояла и стоит задача улучшить свой энеробаланс - сделать так, чтобы доля съедобных (а сейчас и других полезных для человека веществ) веществ на земле увеличилась. Борьба с природой требует механической работы. Суть эволюции человека - это подавление конкуренции за пищу и пространство. Правда, некоторые животные, живущие рядом с человеком, например, крысы, тоже получили преимущество. Рост населения и новых потребностей привели к тому, что энергии только съедобных органиеских вешеств и других органических веществ, которые используются для обогрева, перестало хватать даже для воспроизводства.

Какие же пособы борьбы с энергодефицитом были или будут использованы человечеством? Можно вычленить следуюшие способы увеличения или перераспределения в пользу человека доли съедобных веществ и других продуктов, необходимых человеку для выживания.
1. Борьба с видами-конкурентами за съедобные органические вещества, синтезируемые без какого-либо участия человека. Но в настоящее время у человека почти нет конкуретов в животном мире. Но тем не менее, борьба с крысами, поедающими зерно амбарах, относится к этому способу. Борьба с конкурентами ведет к тому, что человек постепенно вытесняет весь остальной животный и растительный мир, не способный создавать съедобные человеком органические вещества и полезные вещества.
2. Поток солнечной энергии, падаюший на Землю, изменить пока невозможно, но вот использовать ту часть энергии, которая не попадает на Землю, можно путем применения космических аппаратов.
3. Теоретически можно расшрить долю съедобных и других полезных веществ за счёт изменения биолоии человека и его привычек, например, "научить" организм человека расщеплять целлюлозу и другие несъедобные вещества, модифицируя путем генной инженерии генотип человека. Однако этот путь очень долгий и пока не очень успешный.
4. Наконец, можно увеличить долю съедобых и других полезных веществ, получаемых на Земле растениями и животными. Для этого есть несколько путей.

А. "Биологический путь". а) Расширение круга органических вешеств, которые через ряд промежуточных стадий можно превратить в съедобные органические вещства или предметы, необходимые для защиты от окружающей среды. Например, можно приручить корову, которая поедает траву и не является безусловным конкурентом за съедобные питательные вещества ля человека, а затем использовать ее мясо для ппопитания человека. Например, засеивается поле травы. Трава поедается жвачными домашними животными, которые в свою очередь поедаются людьми. Тем самым трава, которая не может поедаться человекм, превращается коровой в молоко или мясо, уже пригодные для поедания человеком. Иными словами, несъедобные вешества перерабатываются в съедобные с помощью других биологических сушеств, например, домашних животных (как, например, коровы), которые, используя бактерии, живущие в их кишечнике, перерабатывают целлюлозу в съедобные молоко и мясо. б) Увеличение количества съедобных веществ с помощью использования привлекаемых энергомашин, способных использовать для своей работы и воспроизводства органических веществ, несъедобных для человека. Например, лошадь пасётся на лугу и ест траву, которую человек всё равно не съест, съедает целлюлозу, которую человек не может переварить, но с помощью лошади всахивается поле. В результате такой обработки и посева например, пшеницы, растения с малой долей съедобных вешств (здесь - травы и деревья, росшие прежде на распаханном частке земли) вытесняются растениями (в данном случае - пшеницей), имеющими или большую долю вешеств, съедобных человеком или же более удобных для переработки (полезные) вешества. в) Та же целюлоза может быть использована для обогрева человека или человеческого жилища либо через сжигание и нагрева, либо через создание одежды, защищающей от охлаждения, что позволяет человеку расширить среду обитания и поле добычи съедобных веществ. г) Наконец, в список мер по расширению доступной и удобной энергии входит борьба с теми растениями (сорняками), которые дают мало съедобных веществ, и поощрение роста тех растений иживотных, которые дают много съедобных вешеств. Увеличение доли съедобных органических вешеств, производимых природой, возможно, например, путем замены леса пшеничным полем, что позволяет увеличить длю съедобных веществ, генерируемых растительным миром на данном участке земли. Растения, продуцируюшие низкое количество съедобных органических вешеств, заменяется (через создание новых сортов и т.п.) новыми видами/сортами растений. Путем изменения наследственности растений и животных можно увеличить их способности производить именно съедобные и другие полезные вещества. Все эти способы требуют совершения большого количества механической работы: для борьбы с растениями-сорняками надо перепахвать почву, тратить много сил на научные исслдования, позволяющие вывести новые сорта.

Б. "Потребление "исчерпаемых" ресурсов". Использование для совершения механической работы запасов органических вешеств, ранее накопленных растениями: нефти, угля, газа... Использование атомной энергии (атомная нергия была запасена при образовании земли в тяжелых атомах, таких как атом урана), использование термальной энергии, использование химической энергии, запасенной неживой природой со времен образования Земли, все это для прямого синтеза съедобных органичеких вешеств.

В. "Потребление "неисчерпаемых" ресурсов". Использование для совершения механичекой работы энергии ветра и воды, энергии, получаемой от солнца. Ведь, кроме солнечной энергии, запасенной в органически веществах, есть еще энергия воды и возуха, образующаяся при нагреве атмосферы солнцем. Она также может быть использована человеком длясовершения механической работы. Кроме того, возможно использование солнечной энергии для прямого синтеза съедобных органических вешеств в искусственных системах, например, на искусственных мембранах, содержаших хлорофилл, а также использование химической нергии, уже накопленной растениями, для прямого синтеза съедобных органических вешеств. Способы, связанные с непосредственым промышленным синтезом съедобных веществ, имеют скорее теоретическое, чем практическое значение, поскольку пока существенно уступаю по экономической эффективности натуральным процессам.

Рост энерговооружённости

В начале своего развития первобытный человек жил чаще всего в пещерах, не имея одежды, и отрицательная энтропия ему нужна была только в виде съедобных веществ для питания. Утойчивость человеческой энергомашины увеличивается в результате накопления знаний, так как человек становится более устойчивым к накоплению энтропии. Человек мог выкапывать коренья рукой, обдирая ногти, мог делать это с помошью палки или, наконец, с помощью лопаты. В этом ряду с каждым новым усовершенствованием на единицу затраченной энергии, произведённой человечекой энергомашиной, получалось все больше полученных для съедения питательных вешеств. В последнем случае, поработав часок с лопатой, человек мог сделать столько же, сколько при работе в течении 4 часов с использованием только пальцев и ногтей. Следовательно, орудия труда, сделанные на основе опыта поколений, помогали экономить энергию съедобных вешеств, используемую для добывания пищи.

Затем, по мере расширения ареала обитания, человек стал нуждаться также в одежде. Вначале одежда делалась из шкур убитых животных. Потом она стала производится из волокон растительного и животного происхождения в результате изобретения прядения и ткачества. Все эти предметы и продукты питания добывались человеком таким образом, что он вынужден был тратить энергию для их добычи. Он тратил энергию на передвижение, на наклоны, когда собирал коренья, на лазание по деревьям за орехами, на преследование зверей во время охоты и т.д. Таким образом, человек тратил часть энергии, произведённой его энергомашиной из съеденных веществ, на то, чтобы добыть новые источники энергии, а также средства для зашиты себя от окружаюшей среды, либо средства на изготовление этих средств. Энерия пищи преобразовывалась в орудия труда, одежду. Развитие человеческого сообщества (вне сообшества человек не может стать человеом) привело к тому то появилось масса новых потребностей, зачастую действительно необходимых для самовоспроизводства при новых условиях обитания, зачастую нет. Прекратите отапливать квартиры в России - и люди будут гибнуть, уходить в частные жилые дома или двинутся в южные страны. С другой стороны, вполне возможно прожить без личной автомашины или без видеомагнитофона.

Существует несколько общих способов поышения эффективности выполнения механической работы (с точки зрения экономии затрат человеческого труда, то есть с точки зрения экономии энергии съедобных органических соединений).
1. Повышение эффективности труда самого человека путем создания орудий труа. Например, лопата существенно увеличивает количество продукта труда на единицу энергетических затрат человеком.
2. Использование для этой цели ругих природных энергетических машин. Энергомашина - это искусственное или биологическое устройство, которое целенаправленно использует энергию энергоресурсов (осушествляет переход одного вида энергии в другой) и перемещает вещество для того, чтобы придать ему форму товара в виде вещества или информации. Человек сам по себе как биологическое сушество является энергмашиной. Собственная энергомашина как правило принаджежит человеку, за исключением ситуации при рабстве или, частично, при крепостном праве. Кроме соственной энергомашины можно выделить привлекаемые энергомашины, кооторые могут быть естественного или искуственного происождения. К первым мы относим домашние животные, микробы, растения. Искусственные энерчомашины - это приспособления обладающие свойствами энергомашин, то есть способностью преобразовывать один вид энергии в другой. Рычаг - это не энергомашина, здесь нет перехода одного вида энергии в другой. Например, использование лошади пзволяет делать много больше механической работы на единицу съедобного (человеком) органического вещества, но требует дополнительно сено, то есь продукт, который человек потреблять не может.
3. Наконец, возможно создание механических и других приспособлений и энергомашин, позволющих использовать другие виды энергии (не только органические вещества, создаваемые растениями) для выполнения механичекой работы, в конечном счете направленной на экономию съедобных органических вешеств. Парус позволяет с меньшими затратами съедобных соединений перевозить продукты труда. Так же ветряная мельница, водяная мельница, паровая машина, электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и другие машины позволяют использовать энергию ветра и воды, угля, нефти и газа, ядерную энргию для выполнения механической работы, связанной с созданием продукта труда. Подолинский первым обратил внимание на то, что результат трудовых усилий человека превышает его собственные энергозатраты. Чтобы подчеркнуть эту мысль, Побиск Кузнецов в предисловии к книге Подолинского пишет, что КПД труда человека выше 100% (здесь имеется в виду отношение результата труда человеческой энергомашин к затратам самой энергомашины, без учёта других источников энергии). Подолинский анализирует этот вывод в своей книге на примере выращивания зерна пшеницы. Точно так же можно вывести, что если суммировать энергетические затраты взрывника и даже энергетические затраты на поизводство взрывчатых вешеств в целом, то они будут гораздо меньше работы, произведенной взрывником с помощью взрыва.

Энергия хорошего качества - это такая энергия и в таких концентрированных видах, которыми нам относительно удобно пользоваться: солнечная, химическое горючее, потенциальная энергия воды в реках, кинетическая энергия воздушных масс, - в конечном счете переходят в тепловую энергию частиц вещества - энергию худшего качества, так как практический КПД ее использования существенно ниже 100%. А при полном пепеходе в тепловую энергию и при выравнивании температур - в совершенно бесполезную, так как согласно термодинамике за счет тепловых масс одной и той же температуры работа не может совершаться Другими словами, при том, что энергия сохраняется, она в конце концов так рспределяется (разбегается) по мельчайшим частицам вещества, что ее становится трудно или невозможно использовать (Ауэрбах Ф. 1913).

Среди энергоносителей можно выделить пищу для человека, пищу для рабочих домашних животных, уголь (паровая машна), ветер (ветряные мельницы и паруса), дрова, воду (водяные движители и гидроэлектростанции), нефть (двигатель внутреннего сгорания), атомную энергию (АЭС). В целом современный человек тратит на механическую работу гораздо больше энергии через различные небиологические энергомашины, чем через биологические энергомашины. Очень интересен пример парусника. Технология по расположению и конструкции парусов позволила исключить мускульную силу гребцов (энергию человеческой энергомашины) в качестве основного движителя корабля. Энергия ветра вылавливается парусами и умножает силу матросов. С созданием современного парусного вооружения появилась возможность с достаточно небольшим экипажем совершать дальние плавания. Небольшой экипаж позволял брать запасы продовольствия, пригодные для дальних путешествий. Но в данном случае используется (эксплуатируется) в конечном счете энергия Солнца. Энергозатраты матросов, управляюших современным парусником, ни в какое сравнение не идут с энергозатратами гребцов на галерах. Однако, получаемая работа на одного матроса в сотни раз выше, чем на одного гребца, да и качество транспорта (скорость доставки, надежность) значительно выше. Работа, которая произведена с помощью одного автомобиля, гораздо больше, чем суммарные энерготраты на производство одного автомобиля. Общим в этих примерах является то, что человек использует в своем труде энергию солнца и ветра, взрывчатых вешеств и бензина для совершения полезной механической работы. Используется все: и машины, и человеческий труд.

Итак, человек использут энергию ветра, взрывчаых веществ и бензина для производства работы, лежащей в основе любого труда. Работа направлена как бы против общего потока энергии, ведущего к нивелированию энергетических градиентов. Человеческий труд, напротив, эти энергетически градиенты создает, хотя при этом тратит очень много энергии. Вода запасается в водохранилище, а затем используется, чтобы поднять груз на высотный многоэтажный дом с помощью гидроэлектрической энергии. Если отнести полученную работу к энергозатратам собственно человека, то эффективнсть труда человека будет выше 100%, но чудес в природе не бывает и если отнести потенциальную энергию конечного товара к общим энерготратам, осуществленным при его производстве, то КПД будет, естественно, много ниже 100%. Таким обраом, энергия энергоносителей используется на производство товаров, но только часть ее непосредственно запасается в продукте труда (товаре) и затем используется для уменьшения энтропии человеческого организма и совершения механической работы, остальное бесполезно рассеивается. Под энергоресурсом мы понимаем источник энергии, расходуемой на производство продукта труда. Энергоресурсы - это дрова, ветер, вода (мельницы и гидроэлектростанции), уголь, газ и нефть, уран и внутренняя энергия Земли... Наиболее удобой формой энергии с точки зрения певратимости ее в механическую работу является в настоящее время электричество. Теплота - наименее удобная для использования (по крайней мере, для человека) энергия. Паруса, ветряки, водяные мельницы, гидроэлектростанции, тепловые электростанции, атомные электростанции - вот ряд новых и новых энергомашин, созданных трудом человека. Вопрос: сколько может прожить человек на данной территории без использования привлекаемых энергомашин, зависит от продуктивности природы на данной территории и от технологического развития общества, населяющего данную территорию. Предел для нации определяется принадлежащей ей территорией или возможными завоеваниями. Пределом, определяющим максимальное количество людей, которые могут выжить на Земле с использованием привлекаемых энергомашин, является теоретически возможное количество съедобных вешеств, которое может быть произведено на Земле и ближайшем космосе с учетом необходимости защиты человека от охлаждения и других опасностей окружающей среды. Этот предел далеко не достигнут и ресусы Земли пока не исчерпаны. Сегодняшняя энергетика дает только примерно 0,1% от того тепла, которое мы получаем от Солнца на нашу планету. Подолинский считал, что уменьшение удобной/превратимой (в отличие от тепловой) энергии на земной поверхности идет настолько медленно и запас ее для будушего полученя еше настолько велик, что уменьшение ее не может в сколько-нибудь обозримом будущем оказать необратимо гибельное влияние на жизнь человека. Более того, все больше новых видов энергии становятся удобными для использования по мере развития технологии. Однако, в настоящее время ситуация все ближе подходит к рубежу, за которым, возможно, начнутся необратимые для всей планеты изменения.

Подведем итоги. Человек как биологическое существо, борящееся с нарастанием энтропии, постоянно нуждается в притоке в свой организм энергии. Для этого он прежде всего использует съедобные вещества, сжигая их в собственном теле, энергомашине. Но человек стал использовать знание для достижения преимуществ над другими видами живых существ. Он увеличил долю веществ, которые могут использоваться в качестве пиши и для удовлетворения других нужд, в общей продукции живого мира, для чего ему пришлось прибегнуть к использованию привлекаемых энергомашин животных, растений, микроорганизмов, созданию искусственных энергомашин. Это позволило увеличить человеческое население планеты до такого количества, которое заведомо нельзя было бы прокормить без привлечения перечисленных энергомашин. Однако ресусы Земли еще не исчерпаны. (в соавторстве с М. Кудрявцевым)