Экологический императив» и перспективное инновационное развитие транспорта
Появление железных дорог, как уже отмечалось, стало одним из результатов промышленной революции начала XX века, открывшей новую эпоху в экономической истории человечества – эпоху современного экономического роста. Все дальнейшее, почти двухвековое, развитие железнодорожной отрасли происходило в тесной взаимосвязи с последующими промышленными революциями, которые по-разному классифицируются различными исследователями, но при любой классификации очевидно как воздействие промышленных революций на развитие железных дорог, так и то, что это развитие, в свою очередь, способствовало развертыванию каждой очередной промышленной революции и формированию предпосылок к новой.
Поэтому, прогнозируя будущее железнодорожной отрасли и транспорта вообще, стремясь уже сейчас подготовить возможные ответы на вероятные будущие вызовы, необходимо очень чутко отслеживать новые тенденции в экономическом развитии, с тем, чтобы не упустить начало очередной промышленной революции, которая, безусловно, породит как новые требования, так и новые возможности для транспорта.
По мнению Питера Марша, известного британского специалиста в области развития промышленности, новая, пятая по его классификации, промышленная революция разворачивается уже сейчас. Она «началась около 2005 года и продлится примерно до 2040 года, но возможно, что в полной мере ее эффект сможет проявиться лишь к концу столетия».
Одна из ключевых характеристик новой промышленной революции, на которой надо сфокусировать внимание – повышение экологичности производства, или, по терминологии Марша, «экологический императив». Следует отметить необходимость взвешенного и осторожного отношения к экологическому аспекту развития. При всей очевидной важности экологических проблем, многие известные экономисты высказывают скептическое отношение к «апокалиптическим» заключениям ряда экспертов–экологов о последствиях влияния промышленного производства на окружающую среду или даже негативные оценки некоторых сторон движения в защиту окружающей среды.
П. Марш при рассмотрении экологических аспектов новой промышленной революции увязывает экологичность и экономичность. И, соответственно, не противопоставляет сохранение окружающей среды экономическому росту, а показывает возможности реализации и того, и другого. По его мнению, для новой промышленной революции будут характерны «экономное распоряжение ресурсами и минимизация воздействия на окружающую среду.<…> Это будет мир, в котором рост экономики будет продолжаться, но при этом производство впервые в истории станет снижать воздействие на окружающую среду вместо увеличения этого воздействия».
Достижение этих целей видится за счет сочетания таких направлений, как:
- снижение энергопотребления и водопотребления, прежде всего – за счет совершенствования конструкций потребляющих устройств;
- снижение экологической нагрузки благодаря применению высокопрочных износостойких материалов;
- ликвидация ненужных производственных этапов и, соответственно, связанных с ними вредных выбросов и других видов экологического воздействия;
- переработка вторичного сырья, что решает сразу две проблемы: ликвидирует свалки отходов и снижает объемы использования первичных ресурсов (полезных ископаемых).
Последнее направление наиболее полно может быть реализовано в рамках «экономики замкнутого цикла», предполагающей «непрерывный цикл переработки материалов, соединяющий старую и новую продукцию». Благодаря этому может быть обеспечено сочетание экологичности и прибыльности производства. «Если <…> добиться эффективной работы подобной замкнутой системы оборота материалов, то исходные материалы в такой системе, по определению, добываются легко и весьма дешево. Благодаря низким затратам компании, работающие по такому принципу, могут поставить себе задачей достижение более высоких показателей прибыли по сравнению со своими конкурентами …». Таким образом, говоря об «экологическом императиве», Марш не прибегает к расхожему тезису «есть вещи поважнее прибыли и конкуренции», а показывает, в том числе и на ряде конкретных примеров, как экологичность продукции повышает эффективность и конкурентоспособность производителя.
Влияние «экологического императива» на железнодорожный транспорт можно рассматривать в разных аспектах.
Во-первых, снижение потребления ископаемых источников сырья для производства энергии и материалов сократит (по крайней мере, относительно объемов промышленного производства и ВВП, а, возможно, и абсолютно) добычу, и, следовательно, перевозки полезных ископаемых. Учитывая, что данные грузы доминируют в структуре железнодорожных перевозок, это окажет существенное негативное влияние на их объемы. Увеличение перевозок вторсырья, очевидно, не компенсирует снижения перевозок полезных ископаемых. Но и для роста перевозок вторсырья железнодорожники должны предпринять специальные меры – в отличие от транспортировки угля и руды этот сектор рынка будет более конкурентным. Очевидно, понадобятся как новые типы вагонов, так и новая логистика доставки грузов.
В еще большей степени, чем общие объемы перевозок, изменится их распределение по направлениям. Грузопотоки из мест добычи полезных ископаемых к местам их переработки или портам будут частично замещены грузопотоками из мест концентрации вторсырья к местам его переработки. Такое перераспределение надо будет учитывать при планировании развития инфраструктуры и тягового обеспечения перевозок. Кроме того, грузопотоки вторсырья будет, вероятно, труднее маршрутизировать, чем грузопотоки полезных ископаемых, особенно это касается отправительской маршрутизации. Соответственно, сложнее будет обеспечивать высокие веса поездов, снижая на этой основе себестоимость перевозок.
Во-вторых, повышение требований к экологичности глобальных цепочек создания стоимости может способствовать переходу части грузопотоков с менее экологичных автомобильного и водного транспорта на железные дороги. Так, европейская программа «Shift2Rail», ставящая эту цель, во много основывается именно на экологической мотивации. А, например, в Японии решающим аргументом в пользу частичного замещения морского трафика железнодорожной перевозкой на одной из корреспонденций стало снижение вредных выбросов.
Однако надо принимать во внимание, что одними экологическими преимуществами, без эффективного сочетания цены и качества перевозки, конкурентоспособность железных дорог обеспечить нельзя. Да и другие виды транспорта активно работают над повышением экологичности в рамках концепции «зеленого» транспорта.
В настоящее время в рамках повышения экологичности железнодорожного транспорта акцент делается на снижении вредных выбросов, шума и удельного энергопотребления. Последнее («энергоэффективность») полностью сочетается с задачей повышения экономической эффективности.
Повторное использование или утилизация материалов на железных дорогах также традиционно применяются (и всегда рассматривались именно как меры по сокращению затрат, а не с позиций снижения экологической нагрузки), однако реализация в отрасли концепции «экономики замкнутого цикла» - дело будущего. Как показывают примеры из других отраслей, для этого может потребоваться уменьшение количества видов материалов, используемых для изготовления железнодорожных технических средств и конструкций (чтобы упростить их переработку).
Для оценки перспектив и направлений реализации «экологического императива» в сфере транспорта и, прежде всего, железнодорожного, важное значение имеет анализ появляющихся изобретений (инновационных предложений). Их можно классифицировать по следующим направлениям:
- снижение энергопотребления и водопотребления;
- сокращение выбросов CO2, в том числе на основе развития возобновляемой энергетики (использование ветровой, солнечной, различных видов гидроэнергетики и др.)
- применение высокопрочных износостойких эффективных материалов;
- ликвидация ненужных производственных этапов;
- бионика (прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы).
Кроме того, в перспективе, повышенное внимание должно быть уделено инновациям, обеспечивающим переработку вторичного сырья и реализующим на транспорте принципы безотходной экономики «замкнутого цикла».
С точки зрения применения этих инноваций на транспорте (с фокусированием внимания на железных дорогах) или их влияния на транспортную сферу, они классифицированы по следующим категориям:
- инновации, реализуемые на железнодорожном транспорте, а также на других видах транспорта, позволяющие обеспечить синергию с развитием железных дорог;
- инновации, реализуемые на других видах транспорта, которые могут дать им конкурентные преимущества на рынке перевозок;
- инновации в иных, нетранспортных, отраслях, абсорбирование которых железнодорожным и другими видами транспорта открывает новые возможности по повышению эффективности деятельности транспортных компаний.
Получившаяся матричная классификация инноваций, соответствующих «экологическому императиву» и значимых для транспорта, прежде всего – железнодорожного, показана в таблице 2.
| Таблица 2 Классификация изобретений (инновационных предложений), соответствующих «экологическому» императиву и значимых для транспорта | |||
| Инновации, реализуемые на железнодорожном транспорте, а также на других видах транспорта, позволяющие обеспечить синергию с развитием железных дорог | Инновации, реализуемые на других видах транспорта, которые могут дать им конкурентные преимущества на рынке перевозок | Инновации в иных, нетранспортных, отраслях, абсорбирование которых железнодорожным и другими видами транспорта открывает новые возможности по повышению эффективности деятельности транспортных компаний | |
 Снижение энергопотребления и водопотребления
| Уникальная беспроводная технология для двигателей - датчик, способный без проводов передавать информацию о температуре двигателя, позволяющий избавить транспортные средства от проводов и снизить энергопотребление. | Проект высокоскоростных энергоэффективных магнитопланов - прототип трубы для поездов на магнитной подвеске, внутри которой воздушное сопротивление в 10 раз ниже, чем атмосферное давление на уровне моря, что дает возможность магнитопланам перемещаться практически бесшумно, при этом тратя на порядок меньше энергии. | Почти не потребляющий энергии магнитный чип - магнитный чип, потребляющий для проведения вычислений минимально возможное количество энергии, практически равное пределу Ландауэра, что в миллион раз меньше, чем аналогичные энергетические затраты в современных процессорах. |
| Энергоэффективное регулирование температуры в зданиях -замена кондиционеров зеркалами, перенаправляющими излишки тепла в космос. | |||
| Снижение выбросов CO2, развитие возобновляемой энергетики | Пассажирский экспресс Solar Bullet - специальный проект высокоскоростного пассажирского экспресса с энергетическим снабжением от эффективных солнечных батарей. | Электромобили с использованием графеновых батарей – электромобили, использующие тончайший материал – графен, позволяющий делать легкие прочные аккумуляторы с огромной емкостью, способные заряжаться от возобновляемых источников энергии. | Прозрачная солнечная батарея - солнечная батарея, способная поглощать ультрафиолетовое излучение и применимая в самых разных конструкциях, получаемой энергией от которой можно будет заряжать сотовые телефоны, датчики для измерения температуры и другие приборы. |
| Железнодорожная электростанция - пилотный проект выработки и хранения энергии при помощи железной мини-дороги, считающийся лучшим вариантом решения проблемы запаса энергии. | Stella – автомобиль на солнечных батареях - первый в мире автомобиль на солнечной энергии, за счет малого веса обеспечивающий высокую дальность пробега. | Солнечные батареи, вырабатывающие электричество во время дождя – солнечные панели, способные генерировать электричество как в солнечную, так и в дождливую погоду. | |
| Проект транспортной системы Hyperloop («Гиперпетля») - пассажирские капсулы из алюминиевого сплава, передвигающиеся со скоростью до 1200 км/ч по специальному трубопроводу низкого давления, поднятого над землей на опорах, без выбросов CO2 и с низкими энергозатратами. | Спрей, превращающий любую поверхность в батарею - метод, позволяющий превратить традиционный аккумулятор в жидкость, которая затем может быть нанесена на любую поверхность как краска из баллончика, для создания источника питания. | ||
| SkyTran – инновационный городской транспорт - небольшие капсулы, построенные из композитных материалов, вместимостью до 2 человек, удерживаемые на монорельсе на высоте шести метров с помощью магнитной левитации. Основная идея проекта: замена автомобилей экологически чистым транспортом, который в перспективе можно оснастить солнечными батареями. | Дистанционное получение энергии из бактерий основано на способности бактерий выделять электрический заряд изнутри клетки. | ||
| Полностью электрический самолет - самолет с единой централизованной системой электроснабжения, которая обеспечивала бы все его энергетические потребности. | Перовскитовые солнечные батареи – батареи, изготовленные из нового материала - перовскита, дающего возможность получать энергию по цене 2,7 доллара за ватт по сравнению с 3,9 доллара за ватт у современных солнечных батарей. | ||
| Системы MagLev - основанная на использовании магнитной подвески, система MagLev (Magnetic Levitation) поднимет уровень движения общественного транспорта выше уровня наземных магистралей и сделает движение транспортных кабин независимым от пробок, аварий и других перипетий наземного транспортного движения при отсутствии выбросов CO2. | Гибридный кристалл - черный кристалл на перовскитовой матрице, с очень низким энергопотреблением. | ||
| Воздухомобиль - автомобиль, имеющий пневматический двигатель, для работы которого используется сжатый воздух. | |||
| Технология Super-MagLev – технология, позволяющая избежать сопротивления воздуха, что в теории позволит поездам на магнитной подушке разгоняться до скоростей в 3 тысячи километров в час. | Трибоэлектрический генератор - устройство, которое вырабатывает электричество в результате трения между двумя поверхностями. | ||
| Тяговый двигатель, использующий энергию микроволн – двигатель, не нуждающийся в топливе, поскольку в нем используется энергия микроволн. | |||
| Технология, позволяющая превращать воду и углекислый газ в жидкое топливо - опытная установка, позволяющая преобразовать воду (H2O) и углекислый газ (CO2) в жидкие углеводороды, в синтетический бензин, керосин и дизельное топливо. | |||
Применение высокопрочных износостойких эффективных материалов
| Нет данных в использованной выборке | Грузовые фургоны на графеновых суперконденсаторах - новая модель тентованного фургона с предустановленной гибридной системой двигателя, экономящая около 25% топлива, а также сокращающая вредные выбросы. | Сверхпрочная сталь для экономии топлива – новая сверхпрочная сталь третьего поколения, позволяющая снизить расход топлива за счет уменьшения веса транспортного средства. |
| Инновационная технология восстановления шин использует герметик для самостоятельного восстановления шин. | Электробетон, самостоятельно очищающий себя от снега и льда - бетон способный нагревать сам себя и плавить скопившиеся на нем снег и лед, при этом покрытие абсолютно безопасно для человека и любой техники. | ||
| Аккумуляторы на углеродных батареях – аккумуляторы, на новых, графеновых батареях, выдерживающие до трех тысяч циклов перезарядки без потери емкости, против нескольких сотен у современных литий-ионных батарей. | |||
| Сверхпрочный алюминий - такой же легкий как алюминий металл, но в двадцать пять раз прочнее. | ||
| Ванадиевые батареи - батареи, способные работать практически вечно. | |||
| Деревянное стекло - крепкий, дешевый, возобновляемый и очень податливый инновационный материал на основе древесных волокон, нашедший свое применение в производстве окон и солнечных панелей, в качестве более дешевой альтернативы традиционному кремниевому стеклу. | |||
Ликвидация ненужных производственных этапов
| Вагономоечный комплекс с применением моющего средства «О-БИС» - экологически безопасная, ресурсосберегающая технология отмывки котлов железнодорожных цистерн, особенностью которой является одновременная дегазация от остаточного газа и отмывка внутренней поверхности котла. | Самолеты с напечатанными 3D деталями – новый метод производства металлических деталей самолетов с помощью трехмерной печати, который позволит экономить топливо, материалы и другие ресурсы. | Нет данных в использованной выборке |
| StreetScooter C16 – электромобиль, изготовленный на 3D принтере - прототип малогабаритного электрического автомобиля, практически весь кузов которого и большая часть других деталей были изготовлены при помощи промышленного трехмерного принтера, способного печатать несколькими различными материалами. | |||
| Бионика | Поезда-невидимки: ноу-хау японской железной дороги - новый дизайн-хамелеон сверхскоростных поездов, которые будут сливаться с окружающей местностью, обеспечивая гармонию транспорта и природной среды. | Нет данных в использованной выборке | Небьющееся стекло - новая технология обработки стекла, благодаря которой удалось значительно повысить его прочность, подсказанная свойствами панцирей моллюсков. |
| Технология создания «живых» автомобилей – технология создания автомобилей из биологических материалов, которые могут изменяться и адаптироваться к окружающей среде. |
На основе проведенного анализа изобретений (инновационных предложений), сформированных в рамках экологической парадигмы и значимых для долгосрочного развития транспорта, можно сделать ряд значимых выводов.
Из пяти выделенных направлений реализации экологической парадигмы наиболее активно развивается направление, связанное со снижением выбросов CO2 и развитием возобновляемой энергетики. При этом большая часть изобретений и инноваций как по данному направлению, так и в целом осуществляется в нетранспортных отраслях (что вполне естественно). Для повышения экологичности железнодорожного и других видов транспорта требуется активная абсорбция, а затем - диффузия таких инноваций.
На конкурирующих с железными дорогами видах транспорта – автомобильном и авиационном – имеется ряд перспективных для внедрения изобретений, которые могут дать им конкурентные преимущества в плане экологичности. Это требует от железнодорожников адекватного реагирования.
Большинство инноваций, непосредственно затрагивающих железнодорожный транспорт, связано с инновационными транспортными системами, имеющими потенциал для синергии с развитием железных дорог. Для реализации этого потенциала требуется целенаправленная научно-техническая и экономическая политика.
Необходима кардинальная активизация разработок в области новых высокопрочных износостойких эффективных материалов для железнодорожного транспорта (а также диффузии разработок, имеющихся в иных отраслях) и в области создания новых технологий, сокращающих количество производственных этапов.
Следует обратить внимание на недостаточную активность в части радикальных инноваций, снижающих энергопотребление и водопотребление на железнодорожном транспорте. В отрасли происходит преимущественно диффузия ранее созданных инноваций (таких как система «Эльбрус» [49]), но необходимы новые изобретения, которые позволили бы динамично повышать энергоэффективность железных дорог в стратегической перспективе.
Требуют большего внимания инновации в рамках пока непривычного направления «бионика», которые могут касаться не только использования свойств конкретных объектов живой природы, но и механизмов взаимодействия между ними, таких, например, как симбиоз, который может служить основой гармонизации взаимодействия различных транспортных систем и технологий.