Hakerzy, awarie, katastrofy naturalne. Co zabierze nam prąd

To było lotnisko w Monachium. Miejsce przesiadki w drodze z Warszawy na kongres medyczny w Bazylei. W dodatku dość późny wieczór. Podobnie jak większość pasażerów linii lotniczych nie drukowałem biletu ani karty pokładowej – odprawiłem się online, a kartę miałem w smartfonie, gotową do zeskanowania w czytniku na lotnisku. Co mogło pójść nie tak?

Wystarczyło, że w intensywnie używanym telefonie skończyła się bateria. W jednej chwili straciłem kartę pokładową, informacje z e-maila – rezerwację, numer biletu – i generalnie wszystko, co mogło potwierdzić, że powinienem znaleźć się na pokładzie samolotu do EuroAirport Bazylea–Miluza–Fryburg. Nie poleciałem.

Na szczęście tego samego dnia był jeszcze jeden lot w tym kierunku. Kolejną godzinę spędziłem przy stoisku obsługi klienta na krótkiej smyczy kabelka ładowarki do smartfona. Miałem dość czasu na rozmyślanie o nadmiernym uzależnieniu od technologii. I od energii.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) oszacowała, że od 2005 do 2030 roku zapotrzebowanie na energię na świecie skoczy o 55 proc. Przekładając to na wygodną i bardziej obrazową miarę – wzrośnie do ekwiwalentu 17,7 miliarda ton ropy. Dziś przeciętny zjadacz kilowatów mieszkający w zamożnej Europe Zachodniej zużywa rocznie energetyczną równowartość co najmniej 3 ton ropy.

Obecna światowa produkcja energii to ok. 18 terawatów rocznie. A jeden terawat może dać energię 10 miliardom 100-watowych żarówek jednocześnie.

Powód tego prognozowanego wzrostu? Zdaniem IEA – szybki rozwój uboższych krajów w Afryce Centralnej oraz Azji Południowo-Wschodniej. Według Agencji za wzrost zapotrzebowania na energię w 70 proc. będą odpowiadały Chiny i Indie.

Skalę problemu energetycznego uzależnienia najlepiej oddaje jednak porównanie produkcji i zużycia energii w krajach rozwiniętych i uboższych. Stany Zjednoczone i Kanada mają dwukrotnie większe zapotrzebowanie na energię niż Europa. I aż 800 razy większe niż kraje rozwijające się. Nadal ok. 2,5 miliarda ludzi na świecie do ogrzewania domów i przygotowania posiłków wykorzystuje nie energię elektryczną, lecz pochodzącą ze spalania biomasy (co jest eleganckim określeniem na prymitywny piec opalany drewnem).

Africa Progress Panel szacuje, że tylko na Czarnym Kontynencie ok. 600 mln ludzi pozbawionych jest obecnie dostępu do nowoczesnej (czytaj elektrycznej) formy energii. Elektryfikacja wszystkich gospodarstw domowych konwtynentu potrwa do... 2080 roku. Co się stanie, gdy wreszcie wszyscy „przesiądą się" na prąd? Czy czeka nas kolejny skokowy wzrost zapotrzebowania na energię?

Ucieczka od fotosyntezy

Historycznie wzrost ekonomiczny i rozwój cywilizacji zawsze były związane z coraz wyższym zużyciem energii i większą emisją związków pochodzących ze spalania paliw kopalnych. Profesor Richard Jones, fizyk z Uniwersytetu Sheffield, szacuje, że paliwa kopalne stały się głównym źródłem energii dla naszej cywilizacji dopiero w XIX wieku, zastępując biomasę oraz pracę ludzkich rąk i zwierzęcych kopyt. Zmiana była nagła – w skali dziejów była to prawdziwa energetyczna rewolucja – podkreśla prof. Tony Wrigley, historyk ekonomii z Uniwersytetu Cambridge.

W ciągu zaledwie 50 pierwszych lat XIX wieku roczne zużycie energii w Wielkiej Brytanii (jako epicentrum rewolucji przemysłowej jest najwdzięczniejszym obiektem takich analiz) wzrosło czterokrotnie. Całkowicie zmieniła się struktura pochodzenia tej energii – drewno, napęd wodny i zwierzęta pociągowe straciły na znaczeniu, a ich miejsce zajął węgiel. Prof. Wrigley określa to obrazowo ucieczką od fotosyntezy – choć oczywiście można argumentować, że bez fotosyntezy nie byłoby również węgla.

Ten gwałtowny skok podczas rewolucji przemysłowej nie oznacza jednak, że wcześniej ludzie nie interesowali się „klasą energetyczną" wykorzystywanych przez siebie zwierząt czy prostych urządzeń. Prof. Jones oblicza, że wół, pierwotnie używany w rolnictwie jako zwierzę pociągowe, miał „moc" zaledwie ok. 300 watów. Staranna selekcja i odpowiednie krzyżówki koni pozwoliły jednak na wyhodowanie wydajniejszego energetycznie zwierzęcia. Koń rasy shire – to jedne z największych i najcięższych koni na świecie, ważą 1,5 tony i mają ponad 2 metry w kłębie – dostarczają ok. 800 watów mocy. To one ciągnęły w XIX wieku pierwsze tramwaje konne. Jeszcze w średniowieczu, uważanym za pogrążone w mroku zabobonu, udoskonalano konstrukcje młynów wodnych i wiatraków, których moc sięgała nawet kilkunastu kilowatów.

Pożytki z kosmitów

Dziś, choć zmieniły się narzędzia, zasada wiążąca rozwój cywilizacji z konsumpcją energii pozostaje w mocy. Również w skali mikro. Zamiast drukowanych biletów lotniczych używamy aplikacji w prądożernym smartfonie, gazety czytamy (jeśli w ogóle czytamy) na podświetlonych ekranach urządzeń przenośnych, a informacje – fundament współczesnej gospodarki – przechowujemy w postaci elektronicznej wymagającej ciągłego dopływu energii. Częściej i dalej podróżujemy. Umiemy sterować klimatem w najbliższym otoczeniu, przekształcamy środowisko tak, by bardziej nam odpowiadało. I generalnie więcej konsumujemy, co siłą rzeczy wiąże się ze zużyciem energii.

Choć niektóre zmiany cywilizacyjne wywołane łatwym dostępem do elektryczności wydają się oczywiste – jak na przykład nadmierne poleganie na technologiach cyfrowych – innych, równie powszechnych już nie łączymy z rewolucją energetyczną. Sztuczne oświetlenie zmieniło nasz rytm dobowy – możemy pozostawać aktywni dłużej, pracować na drugą zmianę, ale też wstawać później niż ze wschodem słońca. Dzięki temu, że jedna 60-watowa żarówka świeci jaśniej niż 100 świec, zapadnięcie zmroku nie oznacza końca dnia. Zmienił się też sposób spędzania wolnego czasu – rozrywka jest dziś ściśle związana z urządzeniami elektronicznymi. Konsole do gier, telewizja i internet zastąpiły książki i karty. Nawet zimne piwo i przekąska, po które sięgamy siedząc przed ekranem też są „dziełem" rewolucji energetycznej, a konkretnie technologii chłodniczej.

A bitcoin – kryptowaluta, która ma odmienić cały rynek finansów? Aby wyprodukować bitcoiny (fachowcy mówią „wykopać", a komputery używane do tego nazywane są „koparkami"), potrzebna jest energia. Uzyskując w ten sposób bitcoiny, użytkownicy płacą czasem pracy swoich maszyn – innymi słowy zużytą przez nie energią. A ta jest kolosalna. Jedna transakcja przy użyciu tej kryptowaluty pochłania tyle energii, ile zużywa przeciętna rodzina przez... tydzień. Cały rynek bitcoinów do utrzymania ruchu wymaga zaś tyle energii, co cała Irlandia albo Dania. Dziś to nie wątpliwości co do bezpieczeństwa kryptowalut czy wydajność maszyn, lecz koszty zużycia prądu są czynnikiem decydującym o opłacalności „wydobycia". Stąd „górnicy" produkujący kryptowalutę przenoszą swoje centra obliczeniowe tam, gdzie prąd jest najtańszy.

Choć ta zależność wydaje się oczywista, nie zawsze tak było. Zwrócił na nią uwagę w 1943 roku Leslie White, amerykański antropolog zajmujący się ewolucją kultury materialnej. Uznał, że „kultura rozwija się, gdy zapotrzebowanie na energię na głowę rośnie lub gdy rośnie efektywność jej wykorzystania". White podzielił nawet rozwój cywilizacji ludzi na pięć etapów. W pierwszym ludzie wykorzystywali tylko siłę własnych mięśni. W drugim energię zwierząt udomowionych. Na trzecim etapie czerpali energię z roślin (White rozumiał przez to rewolucję neolityczną i początki rolnictwa), później uczyli się wykorzystywać zasoby naturalne (ropę, węgiel i gaz), aby wreszcie na poziomie piątym sięgnąć po energię atomu.

Co będzie dalej? White jako antropolog nie chciał sięgnąć dalej w przyszłość. Zrobił to natomiast specjalista z innej dziedziny przy okazji... poszukiwania pozaziemskiej inteligencji.

Cofnijmy się do początku lat 60. XX wieku. Amerykański astronom Frank Drake prowadzi pierwsze badania radioastronomiczne mające odkryć obcych – Projekt Ozma, który był pierwszą inicjatywą słynnego SETI (Search for Extraterrestial Intelligence). 26-metrowy radioteleskop w Green Bank skierowano na gwiazdy tau Ceti oraz epsilon Eridani i nasłuchiwano sygnałów radiowych od zaawansowanych technologicznie pozaziemskich cywilizacji.

No dobrze, ale jak poznać, że to zaawansowana cywilizacja, a nie zwykły szum? Jak powinny wyglądać jej ślady radiowe? Odpowiedzią na to była przedstawiona w 1963 roku przez radzieckiego naukowca Nikołaja Kardaszewa skala zaawansowania technicznego dowolnej cywilizacji. Za punkt wyjścia Kardaszew obrał właśnie ilość energii, którą obcy mają do dyspozycji. Szukając dowodów ich obecności, musimy brać pod uwagę, że zaawansowanie cywilizacji musi iść w parze ze wzrostem zużycia i emisji energii. I taką emisję możemy wykryć.

W skali Kardaszewa typ O to prosta cywilizacja, której przedstawiciele wykazują pewną organizację społeczną, wznoszą budowle, mają pismo, handel – dobrym przykładem tego poziomu zaawansowania są wielkie wygasłe imperia znane z historii.

Typ I dysponuje całą energią dostępną na rodzimej planecie. Jak tłumaczy to słynny astrofizyk Michio Kaku, taka hipotetyczna cywilizacja mogłaby kontrolować pogodę, trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów, budować miasta w oceanach i kontrolować najbliższe otoczenie kosmiczne.

Typ II w skali Kardaszewa to cywilizacja dysponująca energią porównywalną do tej emitowanej przez gwiazdę z jej układu planetarnego. Aby to osiągnąć, konieczna byłaby specjalna konstrukcja wokół słońca – tzw. sfera Dysona przechwytująca energię. Science fiction? W 2015 roku naukowcy z Uniwersytetu Cornella opublikowali wnioski z obserwacji nietypowego obiektu KIC 8462852 w konstelacji Łabędzia. Gwiazda ta nieregularnie i dość mocno przygasała. Jedna z hipotez naukowców brzmiała: otacza ją rój sztucznych obiektów przechwytujących energię – zalążek sfery Dysona. Pomysł podchwyciły media i nawet poważne skądinąd gazety rozpisywały się o wykrytych przez astronomów śladach obcej cywilizacji. Wyjaśnienie, że powodował to pył i komety, nie wydało się wystarczająco atrakcyjne.

Wreszcie typ III to cywilizacja dysponująca energią całej galaktyki.

W którym miejscu skali znajduje się ludzkość? Nawet biorąc pod uwagę rewolucję energetyczną i trwającą obecnie drugą rewolucje przemysłową, nie osiągnęliśmy jeszcze poziomu pierwszego. Wykorzystujemy ok. 0,16 proc. dostępnej na Ziemi energii, co sytuuje nas na poziomie 0,725.

Według Michio Kaku skok cywilizacyjny na pierwszy stopień skali osiągniemy w okolicach 2100 roku. Kolejny – w 2800 roku. Co ciekawe, sam Kardaszew policzył, że konsumpcja energii przez ludzkość rośnie o 3–4 proc. rocznie. Przy zachowaniu tego tempa rozwoju poziom II na jego skali osiągnęlibyśmy dopiero za 3200 lat. Przejście do III kategorii na skali Kardaszewa zajęłoby od 100 tys. do miliona lat.

Od Szczecina do Indii

Mniejsza jednak o konkretne daty – bez względu na tempo uzależnienie od energii będzie rosło, nie tylko w najbliższych latach, ale też w skali epok, bo jest to jedna z reguł rozwoju cywilizacyjnego. Od energetycznego nałogu raczej się nie uwolnimy.

Wróćmy zatem do skali mikro. O ile w moim przypadku chwilowy brak zasilania skończył się na drobnej niedogodności (i kolejce drinków w barze dla kolegów rozbawionych moich gapiostwem), o tyle potężne awarie systemów energetycznych, tzw. blackouty, to kataklizmy o skali i efektach porównywalnych z wielkimi katastrofami naturalnymi.

Niemal dokładnie dziesięć lat temu, 8 kwietnia 2008 roku, do takiej awarii doszło w Szczecinie. Pod ciężarem mokrego śniegu uszkodzone zostały cztery linie energetyczne zasilające miasto. Nad ranem nie jeździły tramwaje, nie działały telefony (również komórkowe), internet, nie było dostaw wody ani ogrzewania. Przestała działać sygnalizacja świetlna, nie otwierano nawet urzędów, szkół i sklepów. Stanęła produkcja w zakładach przemysłowych, szpitale przyjmowały tylko pacjentów z zagrożeniem życia, a planowe operacje przesunięto na inny termin. Prąd wrócił dopiero późnym popołudniem.

Blackout w Szczecinie, choć jeden z najpoważniejszych w powojennej historii Polski (ok. 400 tys. osób zostało pozbawionych prądu), nie zasłużył jednak nawet na miejsce w pierwszej setce największych blackoutów świata. Znajduje się na niej natomiast ten z 9 listopada 1965 roku, który dotknął część Kanady i Stanów Zjednoczonych. Niewielka awaria linii przesyłowej wywołała efekt domina – przeciążając kolejne połączenia i stacje. Kwadrans po piątej, w szczycie komunikacyjnym, Nowy Jork pogrążył się w ciemnościach. W samym tylko metrze utknęło ok. 800 tys. ludzi, a liczbę osób pozbawionych prądu szacuje się dziś na 30 mln.

Podobny przebieg miała gigantyczna awaria zasilania z 28 września 2003 roku, która dotknęła 56 mln ludzi we Włoszech i części Szwajcarii. Jedna z linii łączących oba kraje została uszkodzona w wyniku burzy. Gwałtowne przeciążenie spowodowało odcięcie prądu z Francji. Podczas trwającej w Rzymie Nuit Blanche (odpowiednik naszej Nocy Muzeów) zgasły światła. Zatrzymało się metro, stanęły pociągi, wstrzymano ruch samolotów. Choć nikt nie ucierpiał, policja opisywała wydarzenia w skąpanym deszczem Wiecznym Mieście jako „noc chaosu".

To wszystko jednak drobne niedogodności w porównaniu z największym blackoutem w historii – awarii, która dotknęła Indie pod koniec lipca 2012 roku. Indie są trzecim na świecie – po USA i Chinach – producentem i konsumentem energii. W porównaniu jednak z tymi dwoma krajami ma najsłabiej rozwiniętą infrastrukturę. Dlatego rozmiary kataklizmu były nieporównywalne z żadną wcześniejszą energetyczną katastrofą. 30 lipca prądu zostało pozbawionych 300 mln ludzi. Już następnego dnia, z powodu kolejnej awarii, liczba poszkodowanych wzrosła do 620 milionów ludzi, czyli połowy populacji kraju. I prawie jednej dziesiątej całej populacji świata.

Elektryczne zniewolenie przyjmuje czasem bardziej ukrytą formę. Tak było w przypadku wywołanej burzą przerwy w dostawie energii do centrum obliczeniowego Amazon Web Services w 2012 roku. Serwery zlokalizowane w Wirginii były pozbawione zewnętrznego zasilania przez zaledwie 30 minut. To przełożyło się jednak na przerwę funkcjonowania serwisów sieciowych, bez których większość z nas nie potrafi sobie wyobrazić życia – Netflix, Pinterest i Instagram.

Heroku, firma świadcząca usługi w chmurze, przywróciła pełne funkcjonowanie swoich serwisów dopiero po ośmiu godzinach. Według szacunkowych danych z 2012 roku, jedna minuta bez zasilania oznaczała dla centrum przechowywującego dane ok. 8 tys. dolarów strat. Nie zawsze są one wyłącznie finansowe. Podobna awaria rok wcześniej dla niektórych klientów Amazon Web Services oznaczała bezpowrotną utratę danych przechowywanych na serwerach w chmurze.