На связи Гейл Тверберг (aka OurFiniteWorld) с рассмотрением вопроса, как будет выглядеть прохождение пика энергопотребления (aka "новая темная эра") и типовые заблуждения обывателей на этот счет.

---

Физика энергетики и экономики

К вопросу физики энергетики и экономики я подхожу с некоторой опаской. Экономика представляется диссипативной системой, но что это реально означает? Не многие понимают диссипативные системы, и очень немногие понимают, как работает экономика. Комбинация этих невежеств ведет к огромному количеству заблуждений.

Во-первых, каждая диссипативная система, включая любую экономику, имеет требования к получаемой ей энергии. Точно также как леса имеют требования к уровню солнечного освещения. Как и отдельное растение или животное. Даже такая диссипативная система как ураган имеет требования к энергии, получаемой в виде теплой воды океана. Когда ураган начинает двигаться по суше, он начинает ослабевать и умирает. Животное, не получая достаточно пищи, слабеет и становится более вероятной жертвой хищника и более уязвимо к болезням. Растение, не получая достаточно света, слабеет и умирает.

Эффект недостаточного уровня энергопотока распространяется шире отдельных растений или животных. К примеру, если растение в лесу умирает по причине настолько разросшегося леса, что растения не получают достаточно света, это ведет к накоплению сушняка - рост объема которого ведет к повышению риска лесного пожара, которые нанесет ущерб всему лесу, т.е. ведет к краху значительной части экосистемы в целом.

Какого поведения следует ожидать от экономики во времени? Паттерн энергии потребляемой в течении жизненного цикла диссипативной системы для примеров выше соответствует так называемому "обрыву Сенеки" (Seneca Cliff), введенному в оборот Уго Барди:

Назван он так потому, что Луций Сенека как-то написал: "Было бы утешением для нашего слабосилия, если бы все вещи помирали так же медленно, как рождались; однако, прибавление происходит медленно, в то время как руины появляются быстро".

Стандартное заблуждение касательно физики энергетики и экономики

Типовое заблуждение - мы как-нибудь найдем способ научить экономику работать при гораздо меньше количестве энергии.

Термодинамика нефтяных и прочих месторождений такова, что они вырождаются со временем. Причем количество месторождений конечно. Поэтому объем свободной энергии доступной в будущем, будет меньше чем сегодня. Процесс резко ускорится после прохождения пика добычи.

Типовой и ошибочный взгляд на проблему состоит в том, что все что требуется - это перенастроить экономику на использование меньшего количества энергии, например, путем повышения энергоэффективности и доли услуг. Добавим к этому еще зеленую энергетику, пусть и весьма дорогую, и экономика сможет отлично работать с гораздо меньшим объемом энергии.

Этот ошибочный взгляд удивительно широко распространен. Именно он лежит в основе надежды, что мир сможет сократить потребление ископаемых углеводородов на 80% к 2050 году без экономических потрясений. Пример тиражирования таких взглядов - книга "2052: Прогноз на 40 лет" (примечание alexsword - стоит еще раз пропиарить книгу Хьюстон-2030, переведенную нашим камрадом myak555, где последствия этого сокращения описаны гораздо более качественно). Даже "Стабилизированная модель мира", представленная в "Пределах роста" основана на наивных допущениях касательно вопроса, какое сокращение энергопотребления возможно без коллапса экономики.

Экономика как диссипативная система

Если экономика диссипативная система, то ей требуется достаточный уровень энергопотока, иначе она коллапсирует аналогичному животному, ставшему уязвимому к болезням, или лесам, уязвимым к пожарам. 

Основным источником энергии для экономики является человеческий труд, усиленный дополнительными источниками энергии - такими как сила скота, ископаемое топливо и электричество. К примеру, человек со станком (чье создание и работа требует энергии) сделает существенно больше, чем человек без станка. Человек с компьютером в освещенной комнате сделает больше вычислений, чем человек пишущий палочкой на глине и считающий в уме, делающий это на улице, лишь когда позволяет погода.

Когда количество дополнительно поступающей энергии растет достаточно быстро, производительность труда человека также растет. Это превращается в рост доходов и зарплат, в рост налогов и потребления. Экономика в этом случае растет. 

При неадекватном объеме дополнительно поступающей энергии, возникает риск "падающего возврата", угрожающий росту экономики и делающий ее менее эффективной. Примеры как это происходит:

• более глубокие колодцы и опреснение требуются для воды по мере исчерпания водоносных слоев и роста населения;
• все большая урожайность требуется в расчете на гектар плодородной земли по причине роста населения и сокращения доступной площади на одного человека;
• все более масштабные шахты требуются по причине вырождения месторождений;
• все больше затрат требуется на очистные сооружения или внедрение "зеленых" технологий;
• ископаемые топлива требуют все более сложных месторождений;

В теории, каждая из этих проблем вполне решаема, если дополнительно поступающая энергия растет достаточно быстро, чтобы покрывать возникающие затраты.

Новые технологии также способствуют экономическому росту, но ловушка здесь состоит в том, что они очень тесно связаны с энергопотреблением. Без энергии, скажем, невозможно будет иметь металлы. А большинство современных технологий зависят прямо или косвенно от доступности металлов. Даже если какая-то технология делает тот или иной продукт более дешевым, скорее всего потребление этого продукта в экономике возрастет, и рост потребления опять же потребует большего объема энергии. 

Почему происходит экономический коллапс?

Коллапс экономик вызывается разнообразными причинами. Одна из них - неадекватные зарплаты не-элитарного персонала (кто не является высокообразованным и не является управленцем). Это случается, когда энергопоток становится недостаточным, т.к. именно зарплаты не-элитарного персонала становятся при этом первой жертвой. В некоторых случаях это может выглядеть как безработица, в других как сокращение реальных доходов (примечание alexsword - дефицит позднего СССР тоже можно рассматривать как пример сокращения реальной покупательной способности, хотя ни безработицы, ни сокращения номинальных доходов не наблюдалось). Этот процесс можно представить и как неадекватный возврат на единицу трудозатрат, еще один вариант к вопросу о сокращении EROEI, несколько отличающийся от того варианта, который сейчас принят в большинстве исследований.

Другой областью, уязвимой к энергопотоку, является уровень цен на ресурсы. Когда энергопоток недостаточен, цены на ресурсы могут упасть ниже их себестоимости, что приведет к сокращению их производства. Как следствие - долги, завязанные на производителей этого ресурса, ожидает дефолт, а это станет уже гигантской проблемой, так как нанесет удар по финсистеме.

Еще один способ, как может проявиться недостаток энергии - падение корпоративных прибылей и, как следствие, налоговых сборов. Страны экспортирующие ресурсы особенно к этому уязвимы.

В конечном счете, нехватка энергопотока ведет к банкротству компаний и коллапсу правительств.

Наиболее близкий к этому опыт в истории США был в виде Великой Депрессии 1930-х (примечание alexsword - противоречия, приведшие к Великой Депрессии в США, кстати, никуда не делись - они были купированы колониальной базой, возникшей у США по результатам второй мировой; в этом смысле нынешний суперкризис для США является отложенной Великой Депрессией, возобновившейся после того, когда и колониальных налогов перестало хватать для закрытия внутренних дисбалансов). Рецессия 2007-2009 также представляла собой начало сокращения энергопотока, что удалось скорректировать вливанием большой дозы QE, которая сократила стоимость создания новых долгов, а также долговой стимуляцией в Китае. Все это позволило временно вернуть цены на нефть обратно, после того как они рухнули в середине 2008.

^{Цены на нефть и мировые объемы добычи, связь с QE и китайским кредитованием.}

Очевидно, что в настоящее время мы снова начинаем испытывать эффект неадекватного энергопотока. Это тревожно, так как может привести к коллапсу экономики.

Как регулируется энергопоток в экономике

В экономике регулятором энергопотоков является  финансовая система. Если цена на продукт низкая, это означает, что меньший объем энергии будет направляться на его производство. Если высокая, это сигнал к тому, чтобы направить больший объем энергии на его производство. Зарплаты следуют аналогичному паттерну. Потоки энергии фактически и есть реальная "плата" за все функции системы, включая исследования и внедрение новых технологий, и изменения системы (больше образования, например), которые делают эти новые технологии возможными.

Путающий аспект сегодняшней экономики это использование потоков энергии в режиме "заплатим позднее". Там, где энергопоток недостаточен для покрытия того, что мы считаем "естественными" нуждами системы, часто используется долг, чтобы повысить энергопоток. То есть долг дает эффект заимствования будущего энергопотока и направления его в требуемом направлении сегодня - например, для постройки фабрики сегодня, постройки дома, или покупки автомобиля.

Использование возрастающего долга  дает возможность повысить спрос на все типы продуктов, так как дает возможность использования как текущего так и ожидаемого в будущем энергопотока. Рост спроса дает рост цен на ресурсы. Рост цен на ресурсы дает рост вложений в их добычу, включая энергоресурсы. Это способствует росту энергопотребления, что в свою очередь ведет к направлению большего энергопотока во все области экономики - зарплаты, налоги, корпоративные прибыли, проценты по долгам и дивиденды.

Необходимость в кредитовании резко выросла, когда экономика начала использовать ископаемые углеводороды, так как это стало скачком на следующую ступень в образе жизни и ведения хозяйства. Очень сложно было оплатить этот переход средствами "старой" системы, так как преимущества новой были слишком велики. Фермер, использующий лишь мотыгу, никогда бы не смог накопить достаточный энергопоток, чтобы построить трактор.  Кредит для этого перехода был необходим (примечание alexsword - индустриализация СССР показывает, что и госкредитование прекрасно справляется с этим переходом; то есть частное ростовщичество в этом процессе не является необходимым, это избыточный паразит). 

Чем ниже стоимость производства энергопродуктов, тем меньше нужда в кредитовании. Чем больше стоимость - тем больше нужда и в кредите. Причина проста - ископаемое топливо мультиплицирует трудозатраты, делая труд более продуктивным. Чтобы поддерживать этот процесс, требуются постоянные поставки энергопродуктов.  

Когда цена на энергопродукты возрастает, требуется все больший объем долга, чтобы профинансировать один и тот же объем энергопродукта, рост цен на жилье, фабрики и дороги, ведь все это требует энергии. Чем выше стоимость энергии, тем большую склонность к росту стоимости имеют и инфраструктура, и средства производства. Это основная причина, почему соотношение долгов к ВВП растет при росте стоимости энергии.

На данный момент в США на $1 доллар роста ВВП приходится прирост долгов примерно на $3 - динамика процесса показана зеленой линией на графике (красным - цена на нефть):

Очевидно, что один из факторов риска для экономики, основанной на ископаемом топливе, стал неприемлимо высокий уровень долгов. Второй фактор риска - долг будет расти недостаточно быстро, чтобы поддерживать цены на ресурсы на достаточном для их добычи уровне. Нынешнее замедление в скорости прироста долгов без всяких сомнения внесло весомый вклад в коллапс цен на ресурсы.

Третий риск для системы состоит в том, что скорость роста экономики замедлится со временем, так как даже со все большим приростом долгов, объем энергии, дополняющей человеческий труд, станет недостаточным для поддержания экономического роста по причине падающего возврата. На примере США эта тенденция "понижения" хорошо видна на графике:

Четвертый риск - система в целом потеряет стабильность. Когда будет создан новый долг, для него просто в будущем не возникнет энергопотока, которому он соответствует. К примеру, будет ли уровень зарплат в будущем достаточен, чтобы те, кто взяли образовательные кредиты сегодня, смогли его выплатить и позволить себе создание семьи / покупку домов? Если нет, отсутствие адекватного дохода станет фактором того, что невозможно будет удерживать цены на ресурсы на уровне достаточном для их добычи.

Проблема сегодняшней экономики в том, что она "обещает", что будущий энергопоток будет достаточен, чтобы покрыть накопленные долги и обязательства, включая дивиденды и социальные выплаты. Нарушение этого ожидания вряд ли будет популярным для граждан - цены на биржах рухнут, а пенсии никогда не будут выплачены. Это может повлечь за собой сметение правительства.

Пример недавнего прошлого - СССР

Недавно мы наблюдали пример частичного коллапса системы в виде разрушения СССР в декабре 1991. Коллапс был частичным, потому что он "всего лишь" повлек за собой распад центрального правительства, а власть на местах осталось, т.е. не было скатывания в тотальную анархию. Многие государственные службы продолжили работу - например, общественный транспорт. Но объем промпроизводства в бывшем СССР значительно сократился, как и объем добычи нефти. 

В долларах 2014, очищенных от инфляции, коллапсу предшествовало падение цен на нефть - до $30 за баррель. Для СССР, который был крупным экспортером нефти, это повлекло неприятные последствия для экономики. Вот как выглядели цены на нефть и объемы добычи в СССР и СНГ с 60-х по 2014:

СССР продолжал качать нефть даже после коллапса цен в 1986. Он даже увеличил добычу, чтобы компенсировать падение цен. Это похоже на сегодняшнюю ситуацию, и на то, что может случиться со странами-экспортерами, которые сильно зависят от экспортной выручки. С 1989 в СССР началось и падение добычи, из-за коллапса инвестиций перед этим. Потом, когда цены вновь выросли, выросла и нефтедобыча.

Если посмотреть на энергопотребление СССР и СНГ, то мы видим нечто очень похожее на "обрыв Сенеки":

Примечание alexsword: Тут ошибка у автора. Она не упоминает гигантский внешнеторговый профицит, который возник у России после 1991. О чем говорит этот профицит? Мы стали "энергодонором" запада, когда "оплата" стала делаться в виде оффшорных счетов и долговых обязательств, значительная часть из которых является как раз описанными выше долговыми расписками, которые никогда не будут оплачены (в реальном энергоэквиваленте). С этой точки зрения, коллапс СССР не был аналогом корпоративного банкротства, вызванного физической несостоятельностью - это была рейдерская атака  по перехвату управления над ресурсами, предпринятая Западом при поддержке марионеток внутри СССР.

 

На картинке мы видим, что потребление всех видов топлива, даже ядерной и гидро, упало одновременно. Недостаток хорошо оплачиваемых рабочих мест и неадекватно низкий возврат на трудозатраты привел к тому, что упал спрос на все типа энергопродуктов.

Также сократилась и численность населения, хотя она начала падать с некоторой задержкой - с 1996. И лишь в 2007 оно остановилось. Между 1995 и 2007 население СНГ сократилось на 1.6%, т.е. по 0.1% в год. До коллапса численность населения СССР росла на 0.9% в год, поэтому совокупный ущерб от коллапс для численности населения можно оценить в 1% в год. 

Когда цены на ресурсы падают ниже себестоимости, это как будто система умирает по причине низкого энергопотока. Профессор Франсуа Реддьер называет точку коллапса как "самоорганизованная критичность". Он описал этот процесс так:

При переходе точки критичности богатство конденсируется в двух фазах, которые можно сравнить с газовым и жидким состоянием. Малое число богачей - это эквивалент газа, большое количество бедняков - жидкость. Подобно молекулам газа, богачи монополизируют большинство энергии и свободу. Замкнутые в жидком состоянии бедняки теряют доступ к энергии и свободе. А промежуточные между ними средний класс - исчезает.

Остается задать вопрос - а нет ли, помимо "газа" и "жидкости", еще и фазы "твердого тела", которому соответствуют умершие при коллапсе? Они ведь ничего не имеют, и лишены свободы передвижения.

Более старые примеры

Есть немало исследований, посвященных коллапсу цивилизаций прошлого. Турчин и Нефедов провели детальный анализ 8-ми коллапсов, и выявили следующий паттерн:

Видно, что паттерн вполне похож на "обрыв Сенеки". Авторы сделали следующие наблюдения касательно коллапсов:

1.  Рост численности населения относительно площади обрабатываемой земли. Либо на каждого фермера доставалось все меньше земли, и они производили все меньше, либо новые работники уходили в "сектор услуг" за гораздо меньшую зарплату. Результатом было падение доходов не-элитарных рабочих.
2. Скачок цен на еду и энергию. Цены временами взмывали вверх, но был и фактор сдерживания - нищета масс.
3. Нужда в правительственном вмешательстве (к примеру, чтобы запустить войну для захвата чужих земель, или чтобы реализовать проект по орошению, чтобы повысить продуктивность имеющихся). Это влекло рост налогов, но нищие массы не могли их платить.
4. Рост количества знати и администраторов высокого уровня. Это лишь увеличивало разрыв доходов.
5. Рост долгов, так как люди не могли себе позволить даже необходимое.

Потом наступал этап, когда  нищие рабочие становились повышенно уязвимыми к эпидемиям. Многие умирали в войнах. В ситуации малого энергопотока  нищие рабочие просто не могли позволить достаточно энергии. В некоторых случаях их вымирание достигало 95%.

Тейнтер в работе "Коллапс сложных сообществ" (примечание alexsword: мы ее подробно разбирали здесь «Термодинамика Темной Эры» или «Пара слов о Катастрофе Бронзового Века») говорит о необходимости усложнения структуры обществ, когда возникает проблема падающего возврата. Это соответствует увеличению роли правительства и бизнеса, а также созданию более сложных иерархий. В конечном счете это ведет к тому, что не-элитарные рабочие получают все меньшую долю от энергопотока, что мы и описали выше.

Тейнтер также отмечает, что "поддержание стабильности сложной системы может потребовать больше ресурсов, но никак не меньше".

Несколько соображений о физических проблемах

Второй закон термодинамики работает в одном направлении. Он говорит, что любая "закрытая" система деградирует в менее упорядоченную систему. 

Диссипативные системы работают в другом направлении - они создают порядок там, где его не было. Экономики становятся все более комплексными, корпорации растут все больше и создают все более иерархичные формы, правительства создают новые госуслуги, появляются новые профессии. Как объяснить этот порядок?

Согласно Улановичу традиционно фокус в термодинамике ставился на состояниях, а не процессе перехода из одного состояния в другое. Требуется теория, которая больше сфокусирована на процессах, а не состояниях. Он писал:

...Традиционный взгляд на второй закон термодинамики ведет к излишне упрощенной версии реальной природы. Если по-простому, энтропия не целиком посвящена беспорядку. Вдали от состояния равновесия, возникает другая сторона второго закона, которая, при определенных условиях, требует упорядочивания...

Есть дуализм в вопросах энтропии, который не все замечают. Вместо того, чтобы стремиться к тепловой смерти, системы имеют двойственную природу. Диссипативные системы могут расти, пока не достигают "само-организованную критичность" или просто критическую точку, когда они гибнут от недостатка энергии.

В лесу такой точкой является состояние, когда высокие деревья блокируют свет маленьким, те массово гибнут, и начинает расти уязвимость к пожарам. Уланович показал, что для экосистем с числом элементов более 12-ти, "окно жизнеспособности" весьма ограничено.

Если мы посмотрим на потребление энергии на душу населения планеты, похоже, что "окно жизнеспособности" очень узкое и в этом случае:

 

Если мы взглянем на историю мировой экономики с учетом этого энергопотребления, мы можем увидеть определенный паттерн. До 1973, когда цена на нефть была меньше $30 (в долларах 2014 года), и потребление нефти, и экономика быстро росли. В тот период создавалось множество инфраструктуры - хайвеи, линии электропередач и т.д.  Шок 1973-1974 и связанная с ним рецессия повлекли сокращение энергопотребления.

Много изменений произошло тогда - автомобили стали поменьше, электрогенерация сместилась с нефти к другим источникам, инфраструктуру теперь стали создавать, когда она уже совершенно необходима.

Падение энергопотребления в 1991 отражает крах СССР. Рост энергопотребления после 2001 - это рывок Китая, основанный на угле, и его вхождение в ВТО.

Даже небольшие сокращения энергопотребления сопровождались рецессиями и кризисами. Недавно оно возобновилось. Если взять сокращение энергопотребления и одновременно низкие цены на ресурсы - это дает тревожную ситуацию.  Входим ли мы просто в большую рецессию, или все гораздо хуже?

Если мы подумаем о мировой экономике с точки зрения "критической точки", как описано выше, она колеблется вокруг этой точки с 1981, и имелось несколько отсрочек. 

Первая отсрочка - высокие кредитные ставки в 1981 (18%). Это помогло замедлить рост использования ископаемого топлива, а также дало возможность играть ставками кредитования в сторону понижения в течение длительного периода.

Падение СССР в 1991 дало остальному миру еще немного времени (примечание alexsword: разграбление СССР дало ресурсы, которые переключились с национальных задач на экспорт "золотому миллиарду" в обмен на бусы и оффшорные счета, за счет деградации национального хозяйства). Вход Китая в ВТО в 2001 добавил огромное количество дешевого китайского угля в энергетический микс. Эта дешевая энергия и кредитный ресурс Китая, отодвинули мир от "критической точки" еще на несколько лет.

В 2008 цены на нефть рухнули. Лишь QE и экстремально низкие процентные ставки, смогли вернуть уровень цен на адекватный уровень. И вот мы снова здесь. Похоже, что мы снова у "критической точки", за которой маячит коллапс. 

Когда диссипативная структура проходит критическую точку, Родьер считает, что дальше она сметается лавиной бифуркаций. В случае экономики, это, например, может быть цепочка дефолтов.

В диссипативной структуре важны и коммуникации, и имеющаяся информация. Информация очень близка к технологиям - она становится чрезвычайно важна, когда сложно найти еду или добыть энергию. Когда ресурс легкодоступен, этот вопрос не столь важен - практически любому достаточно нагнуться и подобрать.

Коммуникации в экономике представлены в разных формах, включая использование денег и кредитования. Очень немногие понимают реальную степень помех, которые создает кредитование для оценки наличия доступной энергии в будущем. Поэтому для очень крупной экономики в ее основе может лежат принцип финансовой пирамиды, он будет незаметен. И такая экономика вполне будет работать - пока цена энергии низкая, или пока она может создавать новые долги с достаточной скоростью.

Теоретически расчет EROEI (то есть сравнение произведенной энергии или энергопродукта с затратами энергии на процесс производства) может коммуницировать "ценность" этого энергопродукта. К сожалению, этот подход основан на неполном понимании физических проблем, о которых сказано в начале статьи. Эти расчеты дадут ценную информацию, если наша проблема это исключительно исчерпание ископаемых топлив, и задачей является их максимальная экономия. Но если наша проблема - это растущий долг, расчеты EROEI никак не помогут с ней справиться. 

Если экономика коллапсирует, она будет коллапсировать до нового уровня устойчивости. Значительная часть мировой инфраструктуры была создана в период цен нефти $20 за баррель. Те времена давно в прошлом. То есть миру предстоит коллапс до уровня, имевшегося перед ископаемыми топливами, а может и очень задолго перед ними.

В качестве утешения, Родьер считает, что после достижения новой стабильности, когда начнут формироваться новые экономики, пережившие коллапс скорее всего будут гораздо больше сотрудничать, предлагая следующую схему для описания периода перехода за "критическую точку" (примечание alexsword: из схемы, кстати, следует, что в "переходный период" будет и крах глобализации, и крах таких монстров как ЕС; можно предположить также появление совершенно диких форм неонацизма и геноцида): 

Мы знаем, что если выжившие будут, будут и новые экономики. Мы пока не знаем, какие это будут экономики, за исключением того, что они будут ограничены теми ресурсами, которые будут доступны к тому времени.

ИСТОЧНИК