MATT RIDLEY jest autorem The Rational Optimist, The Evolution of Everything oraz przełożonych na język polski Czerwonej królowej i Genomu, pisze książki głównie o nauce i ekonomii. Jego publikacje zostały przetłumaczone na ponad trzydzieści języków, a on sam był felietonistą „Telegraph”, „The Times” i „Wall Street Journal”. Zasiada w Komisji do spraw Nauki i Technologii Izby Lordów.

Opinie o Skąd się biorą innowacje
i dlaczego rozkwitają w wolności

„Może nie ma lepszego czasu na książkę o innowacjach niż środek pandemii… Ridley czerpie przykłady z całej historii, aby przedstawić swoją przekonującą argumentację”.

Sherelle Jacobs, „Sunday Telegraph”

„Wnikliwa i urocza eksploracja pytań, począwszy od naprawdę fundamentalnych (Jak nasz gatunek pozyskuje energię, by powstrzymać rozpad i śmierć?) do po prostu fascynujących (Dlaczego tak długo zajęło nam wynalezienie walizki na kółkach?)”.

Steven Pinker

„Ridley trafia w punkt, jeśli chodzi o kluczowe składniki sukcesu”.

James Dyson

„Ridley to pisarz zafascynowany postępem, jeden z Nowych Optymistów, którzy bronią dziś niemodnej tezy, że życie staje się lepsze, bez względu na sporadyczne pandemie, i że mamy za to dziękować kapitalizmowi i innowacjom… Większość tej fascynującej książki to szybki przegląd dawnych osiągnięć, w którym Ridley tłumaczy, jak doszliśmy do wszystkiego – od szczepień po kolanka odpływowe i sztuczną inteligencję”.

Robert Colvile, „The Times”

Wydanie pierwsze

Tytuł oryginału:
How Innovation Works: And Why It Flourishes in Freedom

Copyright © Matt Ridley 2020

Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być powielana, przechowywana w systemie wyszukiwania lub przekazywana, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób elektroniczny, mechaniczny, fotokopiujący, nagrywający lub inny, bez uprzedniej pisemnej zgody.

Redaktor prowadzący: Anna Śleszyńska

Tłumaczenie: Dagmara Magryta

Redakcja: Karolina Brykner

Korekta: Anna Śleszyńska

Projekt okładki i skład: UCA

E-book: Robert Waszkiewicz

Fundacja Warsaw Enterprise Institute

Al. Jerozolimskie 30

00-024 Warszawa

ISBN: 978-83-67272-36-0

Mecenas Publikacji

Dla Felicity Bryan

Spis treści

Przedmowa

Wprowadzenie

1 Energia

O cieple, pracy i świetle

Co wytworzył Watt

Thomas Edison i biznes wynalazczy

Wszechobecna turbina

Energia jądrowa i zjawisko „dezinnowacji”

Niespodzianka gazu łupkowego

Panowanie ognia

2 Zdrowie publiczne

Niebezpieczna obsesja Lady Mary

Kurczaki Pasteura

Chlorowy hazard, który się opłacił

Jak Pearl i Grace nigdy nie popełniły błędu

Szczęście Fleminga

Pogoń za polio

Chaty z błota i malaria

Tytoń i redukcja szkód

3 Transport

Lokomotywa i jej tor

Obracając śrubę

Powrót spalania wewnętrznego

Tragedia i triumf diesla

Rzecz Wrighta

Międzynarodowa rywalizacja i silnik odrzutowy

Innowacje w zakresie bezpieczeństwa i kosztów

4 Żywność

Smaczna bulwa

Jak nawóz nawozi świat

Geny karłowatości z Japonii

Nemezis owadów

Edycja genów staje się coraz dokładniejsza

Oszczędność gruntów a współdzielenie gruntów

5 Innowacje o niskim stopniu zaawansowania technologicznego

Kiedy liczby były nowe

Pułapka wodna

Blacha falista podbija Imperium

Kontener, który zmienił handel

Czy bagaż na kółkach się spóźnił?

Nowość przy stole

Rozwój gospodarki współdzielenia

6 Komunikacja i informatyka

Pierwsza śmierć odległości

Cud bezprzewodowej łączności

Kto wynalazł komputer?

Nieustannie kurczący się tranzystor

Niespodzianka wyszukiwarek i mediów społecznościowych

Maszyny, które się uczą

7 Prehistoryczne innowacje

Pierwsi rolnicy

Wynalezienie psa

Wielki skok naprzód (epoki kamienia łupanego)

Uczta możliwa dzięki ogniowi

Fundamentalna innowacja: życie

8 Podstawy innowacji

Innowacja jest stopniowa

Innowacja różni się od wynalazku

Innowacje są często dziełem przypadku

Innowacja jest rekombinacją

Innowacja wymaga prób i błędów

Innowacja to sport zespołowy

Innowacja jest nieubłagana

Cykl zainteresowania innowacją

Innowacje preferują rozproszone zarządzanie

9 Ekonomia innowacji

Zagadka rosnących zysków

Innowacja jest zjawiskiem oddolnym

Innowacja jest matką nauki równie często jak jej córką

Innowacji nie można wymuszać na niechętnych jej konsumentach

Innowacje zwiększają współzależność

Innowacje nie powodują bezrobocia

Duże firmy nie radzą sobie z innowacjami

Uwolnienie innowacji

10 Fałsze, oszustwa, mody i porażki

Fałszywe detektory bomb

Fantomowe konsole do gier

Klęska Theranos

Niepowodzenie z powodu malejących zwrotów z innowacji: telefony komórkowe

Przyszła porażka: Hyperloop

Porażka jako niezbędny składnik sukcesu: Amazon i Google

11 Opór wobec innowacji

Kiedy nowość jest wywrotowa: przypadek kawy

Kiedy innowacje są demonizowane i opóźniane: przypadek biotechnologii

Kiedy strach ignoruje naukę: przypadek środka chwastobójczego

Kiedy rząd powstrzymuje innowacje: przypadek telefonii komórkowej

Kiedy prawo tłumi innowacje: przypadek własności intelektualnej

Gdy duże firmy tłumią innowacje: przypadek odkurzaczy bezworkowych

Kiedy inwestorzy przekierowują innowacje: przypadek bitów bez pozwolenia

12 Głód innowacji

Jak działa innowacja

Świetlana przyszłość

Nie wszystkie innowacje przyspieszają

Głód innowacji

Chiński silnik innowacji

Odzyskujemy impet

Posłowie

Podziękowania

Przedmowa

Jedno przekonanie łączy ekspertów, przedsiębiorców i polityków: Europa nie jest wystarczająco innowacyjna, zwłaszcza na tle USA czy Chin. Ten deficyt innowacyjności przekłada się na niższą produktywność i konkurencyjność w globalnej gospodarce.

Wielu mówi za drem Marcinem Piątkowskim, że Polska przeżywa swój złoty wiek. To prawda. Nigdy nie rozwijaliśmy się tak szybko. Jednak najgorsze, co możemy zrobić, to osiąść na laurach i zamknąć oczy na trapiące nas rzeczywiste problemy. A deficyt innowacyjności jest naszym problemem. Według Europejskiego Rankingu Innowacyjności 2024 Polska zajmuje 23 miejsce wśród 27 krajów UE, z wydatkami na badania i rozwój na poziomie 1,4 procent PKB w porównaniu do średniej unijnej wynoszącej 2,3 procent.

Dlaczego zarówno Polska, jak i Unia Europejska zawodzą, jeśli chodzi o kluczowy dla przyszłości aspekt działania gospodarek? Zdaniem Matta Ridleya choć wszyscy mamy na ustach innowacyjność, to w rzeczywistości jej źródła pozostają enigmą. Jego ambicją jest rzucić światło na ten proces tak, by rozmaici reformatorzy otrzymali użyteczny zestaw wskazówek, co zrobić, by innowacyjność wzrosła. Oczywiście Ridley potwierdza, że deregulacja gospodarki jest ku temu ważnym krokiem, ale mówi też: sama deregulacja nie wystarczy.

Innowacji nie można zadekretować i centralnie zaplanować. Można jednak stworzyć dla nich odpowiednie otoczenie ustrojowe i mentalne, które uwzględni fakt, że są one nie tylko efektem milionów eksperymentów podejmowanych codziennie przez niezależne jednostki, bez specjalnej koordynacji, ale też efektem współpracy i drobnych, ale ciągłych usprawnień. Przytaczając przykłady od wynalezienia silnika parowego po rozwój technologii mRNA, Ridley pokazuje, że innowacje powstają w wyniku integracyjnych procesów, w których kluczową rolę odgrywają różnorodne perspektywy i wymiana wiedzy. W Polsce, gdzie przedsiębiorcy często zmagają się z długotrwałymi procedurami uzyskania pozwoleń czy certyfikacji, ale też gdzie dzielenie się wiedzą i doświadczeniami postrzegane jest zbyt często jako naiwność i strata czasu, te wnioski są szczególnie istotne. Potrzebujemy otwartego, w jakiejś mierze wręcz ryzykanckiego społeczeństwa. Ridley podkreśla, że środowiska, w których regulacje są elastyczne, a porażki nie są nadmiernie penalizowane, sprzyjają powstawaniu nowych rozwiązań. Dla Unii Europejskiej, dążącej do zwiększenia konkurencyjności wobec USA i Chin, książka ta stanowi argument za reformami, które ułatwią firmom testowanie pomysłów i skalowanie biznesów.

Polskie otoczenie biznesowe i mentalność przedsiębiorców prezentują mieszankę szans i wyzwań dla innowacyjności. Z jednej strony, Polska rozwija dynamiczny ekosystem start-upów, szczególnie w miastach takich jak Warszawa, Kraków czy Wrocław. Firmy takie jak CD Projekt, który stworzył światowy hit – grę „Wiedźmin”, czy Booksy, platforma do rezerwacji usług, dowodzą, że polscy przedsiębiorcy potrafią konkurować na globalnym rynku. Myślę, że do tego grona zalicza się także InPost. Młode pokolenie, wychowane w erze technologii wykazuje otwartość na nowe idee i gotowość do podejmowania ryzyka. Jednak mentalność biznesowa wciąż bywa naznaczona ostrożnością. Strach przed porażką, wynikający z kulturowych uwarunkowań, oraz preferowanie bezpiecznych, sprawdzonych modeli biznesowych nad eksperymentalne podejście ograniczają skłonność do tworzenia przełomowych rozwiązań. Inwestorzy w Polsce często wolą wspierać projekty o niższym ryzyku, co utrudnia finansowanie odważnych inicjatyw. Ridley w swojej książce wskazuje, że innowacyjność wymaga kultury, która traktuje porażki jako nieodłączną część procesu uczenia się – to lekcja, która w polskim kontekście wymaga szerszego zastosowania.

Książka Skąd się biorą innowacje i dlaczego rozkwitają w wolności nie ogranicza się do analizy historycznych wynalazków, lecz odnosi się do współczesnych wyzwań, takich jak zmiany klimatyczne, cyfryzacja czy kryzysy zdrowotne. Ridley pokazuje, że innowacje niezależnie od epoki opierają się na tych samych zasadach: otwartości na współpracę, gotowości do eksperymentowania i wolności od nadmiernych ograniczeń. Książka ilustruje, jak rolnicze rewolucje, które zwiększyły wydajność upraw, czy technologie komunikacyjne, które zmieniły sposób pracy, powstały dzięki drobnym, ale konsekwentnym usprawnieniom.

Lektura książki Ridleya dostarcza nie tylko wiedzy o tym, jak działają innowacje, ale także inspiracji do działania. Pokazuje, że każdy – od inżyniera po użytkownika końcowego – odgrywa rolę w procesie tworzenia nowych rozwiązań. W czasach, gdy Polska i Unia Europejska poszukują sposobów na zwiększenie innowacyjności, Skąd się biorą innowacje i dlaczego rozkwitają w wolności zachęca do reform, które uwolnią potencjał drzemiący w ludziach i firmach i umożliwią im zmienianie świata na lepsze.

Rafał Brzoska, prezes InPostu

Wprowadzenie

Pęd nieskończonego prawdopodobieństwa

Innowacja oferuje marchewkę spektakularnej nagrody lub kij nędzy.

Joseph Schumpeter

Idę ścieżką na Inner Farne, wyspie u wybrzeży północno-wschodniej Anglii. Z boku ścieżki, pośród kwiatów lepnicy morskiej, siedzi samica kaczki edredonowej, ciemnobrązowa i zasępiona, w milczeniu wysiadująca lęg jaj. Pochylam się, by z odległości kilku stóp zrobić jej zdjęcie moim iPhonem. Jest do tego przyzwyczajona: latem codziennie przychodzą tu setki turystów i wielu z nich robi jej zdjęcia. Z jakiegoś powodu gdy pstrykam, w mojej głowie pojawia się pomysł: wariacja na temat drugiego prawa termodynamiki oparta na uwadze mojego przyjaciela Johna Constable’a. Pomysł jest następujący: elektryczność w baterii iPhone’a i ciepło w ciele kaczki robią mniej więcej to samo – tworzą nieprawdopodobny porządek (zdjęcia, kaczuszki) poprzez wydatkowanie lub przemianę energii. A potem myślę, że pomysł, na który właśnie wpadłem, podobnie jak kaczka edredonowa i iPhone, jest równie nieprawdopodobnym układem aktywności synaptycznej w moim mózgu, oczywiście napędzanym energią z jedzenia, które niedawno zjadłem, ale możliwym dzięki podstawowemu porządkowi mózgu, który sam w sobie jest produktem ewolucji opartej na tysiącleciach naturalnej selekcji jednostek – a każda z nich była podtrzymywana przez konwersję energii. Nieprawdopodobne układy świata, skrystalizowane konsekwencje generowania energii są tym, o co chodzi zarówno w życiu, jak i technologii.

W Autostopem przez galaktykę Douglasa Adamsa statek kosmiczny Serce ze Złota Zaphoda Beeblebroxa – metafora bogactwa – jest zasilany przez fikcyjny „napęd nieskończonego nieprawdopodobieństwa”. Jednak napęd bliski nieskończonemu nieprawdopodobieństwu rzeczywiście istnieje, ale tutaj, na planecie Ziemia, w postaci procesu innowacji. Innowacje występują w wielu formach, ale jedyne, co mają wspólnego z innowacjami biologicznymi powstałymi w efekcie ewolucji, to to, że są one udoskonalonymi formami nieprawdopodobieństwa. Oznacza to, że innowacje – czy to iPhone’y, pomysły czy kaczuszki – są nieoczekiwanymi, nieprawdopodobnymi kombinacjami atomów i cyfrowych bitów informacji. Jest astronomicznie nieprawdopodobne, aby atomy w iPhonie ułożyły się przypadkowo w miliony tranzystorów i ciekłych kryształów, aby atomy w kaczątku ułożyły się w naczynia krwionośne i puchate pióra czy też aby wyładowania neuronów w moim mózgu ułożyły się w taki wzór, że mogą i czasami rzeczywiście reprezentują koncepcję drugiej zasady termodynamiki. Innowacja, podobnie jak ewolucja, jest procesem ciągłego odkrywania sposobów przekształcania świata w formy, których przypadkowe powstanie jest dalece nieprawdopodobne – i które okazują się przydatne. Powstałe w ten sposób jednostki są przeciwieństwem entropii: są bardziej uporządkowane, mniej przypadkowe niż były wcześniej ich składniki. A innowacja to potencjał w zasadzie nieskończony, ponieważ nawet jeśli zabraknie nowych rzeczy do tworzenia, zawsze może znaleźć sposoby na zrobienie tych samych rzeczy szybciej lub przy mniejszym zużyciu energii.

W tym wszechświecie, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, entropia nie da się odwrócić lokalnie, chyba że istnieje źródło energii, które pochodzi z uczynienia czegoś innego jeszcze mniej uporządkowanym gdzie indziej, tak aby entropia całego układu wzrosła. Moc napędu nieprawdopodobieństwa jest zatem ograniczona jedynie przez dostępność energii. Dopóki ludzie stosują energię w świecie w sposób przemyślany, mogą tworzyć coraz bardziej pomysłowe i nieprawdopodobne struktury. Średniowieczny zamek w Dunstanburghu, który widzę z wyspy, jest nieprawdopodobną strukturą, a jego częściowe zrujnowanie po 700 latach jest bardziej prawdopodobne, bardziej entropijne. Zamek w czasach swojej świetności był bezpośrednim skutkiem wydatkowania ogromnych ilości energii, w tym przypadku głównie w mięśniach murarzy, którzy byli karmieni chlebem i serem wyprodukowanymi z pszenicy i trawy uprawianej w słońcu i spożywanej przez krowy. John Constable, były naukowiec z Cambridge i Kioto, wskazuje, że rzeczy, na których polegamy, aby nasze życie było dostatnie, to bez wyjątku, stany fizyczne dalekie od równowagi termodynamicznej, a świat był doprowadzany, czasami przez długie okresy, do tych konwencjonalnych konfiguracji poprzez konwersję energii, której użycie zmniejszyło entropię w jednym zakątku wszechświata (naszym) i zwiększyło ją o jeszcze pokaźniejszy margines gdzie indziej. Im bardziej uporządkowany i nieprawdopodobny staje się nasz świat, tym bogatsi stajemy się my, a w konsekwencji tym bardziej nieuporządkowany staje się cały wszechświat.

Innowacja oznacza zatem znajdowanie nowych sposobów na wykorzystanie energii do tworzenia nieprawdopodobnych rzeczy i obserwowanie, czy się one przyjmują. Oznacza znacznie więcej niż wynalazek, ponieważ słowo „innowacja” implikuje rozwój wynalazku do punktu, w którym zostaje on przyjęty przez użytkowników, ponieważ jest wystarczająco praktyczny, przystępny cenowo, niezawodny i wszechobecny, aby warto było go używać. Nagrodzony Nagrodą Nobla ekonomista Edmund Phelps definiuje innowację jako „nową metodę lub nowy produkt, który staje się nową praktyką gdzieś na świecie”. Na kolejnych stronach prześledzę drogę pomysłów od wynalazku do innowacji poprzez długą walkę o to, aby pomysł się przyjął, zazwyczaj dzięki połączeniu go z innymi pomysłami.

A oto mój punkt wyjścia: innowacja jest najważniejszym faktem dotyczącym współczesnego świata, ale jednym z najsłabiej rozumianych. Jest to powód, dla którego większość ludzi żyje dziś w dobrobycie i mądrości w porównaniu ze swoimi przodkami, dominująca przyczyna wielkiego wzbogacenia się w ciągu ostatnich kilku stuleci, proste wyjaśnienie, dlaczego po raz pierwszy w historii częstość występowania skrajnego ubóstwa na świecie spada: z 50 procent światowej populacji do 9 procent w trakcie trwania mojego życia.

Jak twierdzi historyczka gospodarki Deirdre McCloskey, to, co sprawiło, że większość z nas, nie tylko na Zachodzie, ale także w Chinach i Brazylii, stała się bezprecedensowo bogata, to „innowacjonizm”: nawyk stosowania nowych pomysłów w celu podnoszenia standardu życia. Żadne inne wyjaśnienie wielkiego wzbogacenia się ludzkości w ostatnich stuleciach nie ma sensu. Handel rozwijał się przez wieki, podobnie jak kolonialny wyzysk, ale same te zjawiska nie były w stanie doprowadzić do aż tak ogromnego wzrostu dochodów. Nie nastąpiła też wystarczająca akumulacja kapitału, by miała aż takie znaczenie; nie było, jak to ujęła McCloskey, „układania cegły na cegle czy tytułu licencjata na tytule licencjata”. Nie doszło również do wystarczająco dużego wzrostu dostępności siły roboczej. Rewolucja naukowa Galileusza i Newtona również nie była za to odpowiedzialna, ponieważ większość innowacji, które zmieniły życie ludzi, przynajmniej na początku, niewiele zawdzięczała nowej wiedzy naukowej, a nieliczni innowatorzy, którzy napędzali te zmiany, mieli wykształcenie naukowe. Wielu z nich, jak na przykład Thomas Newcomen, wynalazca silnika parowego, Richard Arkwright, twórca rewolucji w przemyśle włókienniczym, czy George Stephenson, ojciec kolei, byli słabo wykształconymi ludźmi z nizin społecznych. Wiele innowacji poprzedzało naukę, która stanowiła ich podstawę. Jak argumentował Phelps, rewolucja przemysłowa była zatem pojawieniem się nowego rodzaju systemu gospodarczego, który generował endogeniczne innowacje jako produkt sam w sobie. Będę argumentował, że to właśnie niektóre maszyny to umożliwiły. Silnik parowy okazał się „autokatalityczny”: opróżnił kopalnie, co obniżyło koszty węgla, a to z kolei sprawiło, że budowa następnej maszyny stała się tańsza i łatwiejsza. Ale wybiegam tu nieco naprzód.

Słowo „innowacja” jest przywoływane z niepokojącą częstotliwością przez firmy, które starają się być na czasie, ale mają niewielkie lub żadne systematyczne pojęcie o tym, jak to się robi. Zaskakująca prawda jest taka, że nikt tak naprawdę nie wie, dlaczego ani w jaki sposób powstają innowacje, nie mówiąc już o tym, kiedy i gdzie pojawią się one w przyszłości. Jeden z historyków gospodarki Angus Maddison napisał, że „postęp techniczny jest najbardziej istotną cechą współczesnego wzrostu gospodarczego, a zarazem tą, którą najtrudniej zmierzyć lub wyjaśnić”; inny – Joel Mokyr – stwierdził, że uczeni „wiedzą zaskakująco niewiele o tym, jakie instytucje sprzyjają i pobudzają postęp technologiczny”.

Weźmy na przykład krajalnicę do chleba. To przecież „najlepsza rzecz od czasu…”. Patrząc wstecz, wydaje się to oczywiste, że ktoś w końcu wymyśli sposób automatycznego krojenia chleba, aby przygotować równe kromki na kanapki. Dość łatwo zgadnąć, że mogło to się wydarzyć w pierwszej połowie XX wieku, kiedy elektryczne maszyny stały się modne. Ale dlaczego akurat w 1928 roku? I dlaczego w małym miasteczku Chillicothe, w centralnej części Missouri? Wielu ludzi próbowało skonstruować maszyny do krojenia chleba, ale działały one słabo albo prowadziły do szybkiego wysychania pieczywa, ponieważ nie było ono odpowiednio pakowane. Osobą, której to się udało, był Otto Frederick Rohwedder, urodzony w stanie Iowa, wykształcony jako optyk w Chicago, który prowadził zakład jubilerski w St. Joseph, w stanie Missouri, zdeterminowany – z jakiegoś powodu – by przed powrotem do Iowa wynaleźć krajalnicę do chleba. W 1917 roku jego pierwszy prototyp spłonął w pożarze, więc musiał zacząć wszystko od nowa. Co najważniejsze, zdał sobie sprawę z tego, że musi równocześnie wynaleźć sposób automatycznego pakowania chleba, w przeciwnym razie kromki będą czerstwiały. Większość piekarni nie była zainteresowana, ale piekarnia w Chillicothe należąca do niejakiego Franka Bencha – była. A reszta to już historia. Co było takiego wyjątkowego w Missouri? Poza ogólnym amerykańskim zamiłowaniem do innowacji w połowie XX wieku oraz środkami do ich realizacji, najlepszym wytłumaczeniem wydaje się przypadek. Zdolność do przypadkowych odkryć odgrywa ogromną rolę w innowacjach, dlatego gospodarki liberalne z ich swobodą eksperymentowania tak dobrze sobie radzą. Dają szczęściu szansę.

Innowacja pojawia się tam, gdzie ludzie mają wolność myślenia, eksperymentowania i spekulowania. Pojawia się tam, gdzie ludzie mogą się ze sobą wymieniać towarami. Pojawia się tam, gdzie ludzie są stosunkowo zamożni, a nie zdesperowani. Ma w sobie coś z zaraźliwości. Potrzebuje inwestycji. Zazwyczaj pojawia się w miastach. I tak dalej. Ale czy naprawdę ją rozumiemy? Jaki jest najlepszy sposób, by wspierać innowację? Wyznaczać cele, kierować badaniami, subsydiować naukę, ustalać reguły i standardy; a może wycofać się z tego wszystkiego, deregulować, dawać ludziom wolność albo tworzyć prawa własności intelektualnej, oferować patenty, przyznawać nagrody i medale; bać się przyszłości czy raczej być pełnym nadziei? Zwolenników wszystkich tych i jeszcze innych strategii nie brakuje. Każdy z nich z zapałem broni swojego stanowiska.

Ale najbardziej uderzające w kwestii innowacji jest to, jak bardzo tajemnicza wciąż pozostaje.

Żaden ekonomista ani socjolog nie potrafi w pełni wyjaśnić, dlaczego innowacje powstają, nie mówiąc już o tym, dlaczego pojawiają się akurat wtedy i tam, gdzie się pojawiają.

W tej książce spróbuję zmierzyć się z tą wielką zagadką. Zrobię to nie poprzez abstrakcyjne teoretyzowanie czy argumentowanie, choć nie zabraknie ani jednego, ani drugiego, ale głównie poprzez opowiadanie historii. Niech innowatorzy, którzy przekształcili swoje (lub cudze) wynalazki w użyteczne innowacje, nauczą nas na przykładach swoich sukcesów i porażek, jak to się stało. Opowiadam historie o silnikach parowych i wyszukiwarkach internetowych, o szczepionkach i papierosach elektronicznych, o kontenerach transportowych i mikroczipach, o walizkach na kółkach i edytowaniu genów, o liczbach i toaletach ze spłuczką. Usłyszymy tu głosy Thomasa Edisona i Guglielmo Marconiego, Thomasa Newcomena i Gordona Moore’a, Lady Mary Wortley Montagu i Pearl Kendrick, Al-Chuwarizmiego i Grace Hopper, Jamesa Dysona i Jeffa Bezosa.

Nie mogę żywić nadziei na udokumentowanie każdej ważnej innowacji. Pominąłem niektóre bardzo ważne i dobrze znane bez szczególnego powodu: na przykład automatyzację przemysłu tekstylnego lub historię spółki z ograniczoną odpowiedzialnością. Pominąłem większość innowacji w sztuce, muzyce i literaturze. Moje główne przykłady pochodzą ze świata energii, zdrowia publicznego, transportu, żywności, prostych technologii oraz komputerów i komunikacji.

Nie wszyscy bohaterowie tych opowieści to herosi – niektórzy to oszuści, fałszerze albo nieudacznicy. Niewielu z nich pracowało w pojedynkę, bo innowacja to sport zespołowy, przedsięwzięcie zbiorowe w znacznie większym stopniu niż się powszechnie sądzi. Zasługi i autorstwo są niejasne, zagmatwane, a często wręcz niesprawiedliwie przypisywane. A jednak w przeciwieństwie do większości sportów zespołowych innowacja rzadko bywa zaplanowana, skoordynowana czy zarządzana. Nie da się jej łatwo przewidzieć, o czym przekonał się niejeden zawstydzony prognostyk. Napędzana jest w większości przez metodę prób i błędów, czyli ludzką wersję doboru naturalnego. I bardzo często natrafia na wielkie przełomy, szukając czegoś zupełnie innego, jest bardzo przypadkowa.

Wrócę w czasie do samego początku ludzkiej kultury, by spróbować zrozumieć, co uruchomiło innowację jako zjawisko, i dlaczego występuje u ludzi, a nie u rudzików czy skał.

Szympansy i wrony potrafią wprawdzie wprowadzać innowacje, rozwijając i rozpowszechniając nowe zwyczaje kulturowe, ale dzieje się to bardzo rzadko i bardzo powoli; większość zwierząt nie robi tego wcale.

W ciągu dziesięciu lat, odkąd opublikowałem The Rational Optimist, w której niemodnie argumentowałem, że świat był, jest i będzie coraz lepszy, a nie coraz gorszy, standard ludzkiego życia niemal wszędzie znacznie się poprawił. Skończyłem tę książkę, gdy świat pogrążał się w straszliwej recesji, ale lata, które minęły od tego czasu, były latami szybszego wzrostu gospodarczego dla większości biednych ludzi na świecie niż kiedykolwiek wcześniej. Dochód przeciętnego Etiopczyka podwoił się w ciągu dekady, liczba osób żyjących w skrajnym ubóstwie spadła poniżej 10 procent po raz pierwszy w historii, śmiertelność zachorowań na malarię gwałtownie zmalała, wojna całkowicie ustała na zachodniej półkuli i stała się znacznie rzadsza również w Starym Świecie, oszczędne żarówki LED zastąpiły te żarowe i fluorescencyjne, rozmowy telefoniczne stały się zasadniczo bezpłatne dzięki wi-fi. Coś się też oczywiście pogorszyło, ale większość trendów jest pozytywna. Wszystko to zawdzięczamy innowacji.

Głównym sposobem, w jaki innowacje zmieniają nasze życie, jest umożliwienie ludziom pracy dla siebie nawzajem. Jak argumentowałem wcześniej, głównym motywem historii ludzkości jest to, że stajemy się coraz bardziej wyspecjalizowani w tym, co produkujemy, i coraz bardziej zróżnicowani w tym, co konsumujemy: odchodzimy od niepewnej samowystarczalności do bezpieczniejszej wzajemnej współzależności. Koncentrując się na zaspokajaniu potrzeb innych ludzi przez 40 godzin tygodniowo – co nazywamy pracą – możesz spędzić pozostałe 72 godziny (nie licząc 56 godzin w łóżku), korzystając z usług świadczonych ci przez innych ludzi. Innowacja sprawiła, że dziś wystarczy pracować przez ułamek sekundy, by móc pozwolić sobie na włączenie lampy elektrycznej na godzinę, co daje ilość światła, którą kiedyś można było uzyskać dopiero po całym dniu pracy, polegającym na zbieraniu i rafinowaniu oleju sezamowego albo baraniego łoju do spalenia w prostej lampie – tak, jak robiła to znaczna część ludzi w niedalekiej przeszłości.

Większość innowacji to proces stopniowy. Współczesna obsesja na punkcie „przełomowej innowacji”, pojęcia ukutego przez profesora Harvardu Claytona Christensena w 1995 roku, bywa myląca. Nawet jeśli nowa technologia rzeczywiście wypiera starą, tak jak media cyfrowe zrobiły to z prasą, proces ten zaczyna się bardzo powoli, stopniowo nabiera tempa i dokonuje się małymi krokami, a nie wielkimi skokami. Innowacje często rozczarowują w początkowych latach tylko po to, by przekroczyć wszelkie oczekiwania, gdy już się rozpędzą. To zjawisko nazywam „cyklem rozdmuchiwania Amary” (ang. Amara hype cycle), od nazwiska Roya Amary, który jako pierwszy zauważył, że niedoszacowujemy długoterminowego wpływu innowacji, a krótkoterminowy przeceniamy.

Być może najbardziej zastanawiającym aspektem innowacyjności jest to, jak bardzo jest ona niepopularna, mimo że poświęcamy jej tak wiele uwagi. Pomimo licznych dowodów na to, że innowacje zmieniły życie niemal wszystkich ludzi na nieskończoną ilość sposobów, odruchowa reakcja na coś nowego to często niepokój, a czasem nawet wstręt. O ile nie jest to dla nas oczywiste, mamy tendencję do wyobrażania sobie złych konsekwencji, które mogą wystąpić, znacznie częściej niż tych dobrych. Rzucamy przeszkody na drodze innowatorów w imię interesów tych, którzy korzystają ze status quo: inwestorów, menedżerów i pracowników. Historia pokazuje, że innowacja to delikatny, kruchy kwiat, łatwy do zdeptania, ale szybko odrastający, jeśli tylko pozwalają na to warunki.

To dziwne zjawisko innowacji i oporu wobec niej zostało z wielką elokwencją opisane ponad trzy wieki temu, jeszcze zanim rozpoczął się okres wielkiego wzbogacenia, przez pewnego innowatora – choć on sam nie użyłby tego słowa. William Petty przeszedł drogę od nastoletniego majtka, który został uwięziony ze złamaną nogą na nieprzyjaznym lądzie, do zdobycia jezuickiego wykształcenia i zostania sekretarzem filozofa Thomasa Hobbesa. Następnie, po pobycie w Holandii, rozpoczął karierę jako lekarz i naukowiec, zanim stał się kupcem, irlandzkim spekulantem ziemskim, członkiem parlamentu, a następnie bogatym i politycznie wpływowym pionierem badań nad ekonomią. Był lepszym innowatorem niż wynalazcą. Na początku swojej kariery jako profesor anatomii w Oksfordzie w 1647 roku Petty wynalazł i opatentował urządzenie do podwójnego pisania, dzięki któremu mógł jednocześnie sporządzić dwie kopie pierwszego rozdziału Listu do Hebrajczyków naraz, w piętnaście minut, a także opracował schemat budowy mostu bez podpór sięgających dna rzeki oraz mechaniczne urządzenie do sadzenia kukurydzy. Wydawało się, że żaden z tych wynalazków się nie przyjął. Petty napisał później w 1662 roku lament na temat losu wynalazcy:

„Niewiele nowych wynalazków zostało kiedykolwiek wynagrodzonych monopolem, bo chociaż wynalazca, często odurzony przekonaniem o własnej wartości, myśli, że cały świat będzie na niego napierał i go zaatakuje, to zauważyłem, że większość ludzi zechce zadać sobie trudu, by skorzystać z nowych rozwiązań, które to nie zostały dokładnie wypróbowane, i których długi czas nie oczyścił z ukrytych niedogodności; i tak oto, gdy jakiś nowy wynalazek zostaje po raz pierwszy zaprezentowany, każdy coś krytykuje, a biedny wynalazca musi przebiec „ścieżkę tortur” przygotowaną dla niego przez wszystkie złośliwe umysły, bo każdy znajduje jakąś wadę, a nikt nie pochwala wynalazku, chyba że zostanie on poprawiony zgodnie z jego własnym pomysłem. Mniej niż jeden na sto przeżywa te tortury, a wynalazki, które przetrwają tę próbę, są w końcu tak zmienione przez różne cudze ulepszenia, że wynalazca nie może już rościć sobie prawa do całego wynalazku ani nawet dogadać się z innymi co do swojego wkładu w jego poszczególne części. Co więcej, cały ten proces trwa tak długo, że biedny wynalazca albo umiera, albo zostaje zrujnowany przez długi, jakie zaciągnął, by realizować swój pomysł, i na domiar złego jest wyśmiewany jako fantasta albo gorzej przez tych, którzy wcześniej zainwestowali pieniądze w jego intelekt; tak że rzeczony wynalazca i jego prawa do wynalazku są całkowicie stracone i znikają”.

1
Energia

Za każdym razem, gdy widzisz dobrze prosperujący biznes, ktoś kiedyś podjął odważną decyzję.

Peter Drucker

O cieple, pracy i świetle

Prawdopodobnie najważniejsze wydarzenie w historii rodzaju ludzkiego, jak sądzę, nastąpiło gdzieś w północno-zachodniej Europie około 1700 roku i doprowadził do niego ktoś lub ktosie (prawdopodobnie Francuzi lub Anglicy) – ale być może nigdy nie dowiemy się kto dokładnie. Dlaczego to tak niejasne? W tamtym czasie nikt nie zauważyłby ani nie zdał sobie sprawy z jego znaczenia, a innowacja i tak była niezbyt cenioną rzeczą. Istnieje również zamieszanie co do tego, czyj wkład pośród kilku kandydatów miał największe znaczenie. Poza tym była to stopniowa, chwiejna zmiana, bez momentu eureki. Te cechy są typowe dla innowacji.

Wydarzenie, o którym mówię, to pierwsza kontrolowana konwersja ciepła do pracy – przełom, który sprawił, że rewolucja przemysłowa była możliwa, jeśli nie nieunikniona, a tym samym doprowadził do dobrobytu współczesnego świata i oszałamiającego rozkwitu dzisiejszej technologii. (Używam tutaj słowa „praca” w jego bardziej potocznym znaczeniu jako kontrolowany i energiczny ruch, a nie w szerszym znaczeniu, w jakim definiują je fizycy). Piszę to na laptopie zasilanym energią elektryczną w pociągu również zasilanym energią elektryczną i przy pomocy światła elektrycznego. Większość tej energii płynie przewodami z elektrowni, w której ogromne turbiny obracają się z dużą prędkością dzięki parze wytwarzanej przez spalanie gazu lub gotowanej przez ciepło rozszczepienia jądrowego. Celem elektrowni jest przekształcenie ciepła spalania w ciśnienie wody rozszerzającej się w parę, a następnie w ruch łopatek turbiny, która porusza się wewnątrz elektromagnesu, aby wywołać ruch elektronów w przewodach. Coś podobnego dzieje się wewnątrz silnika samochodu lub samolotu: spalanie powoduje ciśnienie, które wywołuje ruch. Praktycznie wszystkie gigantyczne ilości energii, które przyczyniają się do mojego i twojego życia, pochodzą z konwersji ciepła na pracę.

Przed rokiem 1700 istniały dwa główne rodzaje energii wykorzystywanej przez ludzi: ciepło i praca. (Światło pochodziło głównie z ciepła). Ludzie spalali drewno lub węgiel, aby się ogrzać i ugotować jedzenie; używali swoich mięśni lub mięśni koni i wołów, rzadziej młyna wodnego lub wiatraka, aby poruszać rzeczy, aby wykonywać pracę. Te dwa rodzaje energii były oddzielone: drewno i węgiel nie wykonywały pracy mechanicznej; wiatr, woda i woły nie służyły do ogrzewania.

Kilka lat później, choć początkowo na małą skalę, para zamieniała ciepło w pracę, a świat już nigdy nie był taki sam. Pierwszym praktycznym urządzeniem do tego celu był silnik Newcomena, dlatego Thomas Newcomen jest moim pierwszym i najbardziej obiecującym kandydatem na innowatora przejścia od ciepła do pracy. Zauważ, że nie nazywam go wynalazcą – różnica jest kluczowa.

Nie posiadamy portretu Newcomena, a on sam pochowany jest w nieoznaczonym grobie gdzieś w Islington w północnym Londynie, gdzie zmarł w 1729 roku. Niedaleko, choć znowu nie wiemy gdzie, leży nieoznaczony grób jednego z jego rywali i możliwego źródła jego inspiracji – Denisa Papina, który po prostu zniknął z pola widzenia około 1712 roku jako nędzarz w Londynie. Tylko nieco bardziej przychylnie potraktowany przez współczesnych został Thomas Savery, który zmarł w 1715 roku w pobliskim Westminsterze. Ci trzej mężczyźni sąsiadowali ze sobą przez kilka lat i byli niemal rówieśnikami (Papin urodził się w roku 1647, Savery prawdopodobnie około 1650, a Newcomen w 1663) odegrali kluczową rolę w przejściu od ciepła do pracy. Ale możliwe, że nigdy się nie spotkali.

Oczywiście, nie oni pierwsi zauważyli, że para ma moc poruszania rzeczy. Już w starożytnej Grecji i Rzymie tworzono zabawki wykorzystujące tę zasadę, a od czasu do czasu na przestrzeni wieków sprytni inżynierowie budowali urządzenia wykorzystujące parę do przepychania wody w fontannach ogrodowych lub do innych podobnych sztuczek. Ale to Papin jako pierwszy zaczął marzyć o wykorzystaniu tej mocy do celów praktycznych, a nie rozrywkowych, Savery przekształcił podobne marzenie w maszynę, choć okazała się ona niepraktyczna, a Newcomen stworzył praktyczną maszynę, która rzeczywiście miała znaczenie.

A przynajmniej tak głosi tradycyjna wersja wydarzeń. Gdy jednak przyjrzymy się sprawie głębiej, wszystko staje się bardziej zagmatwane. Czy Francuz Papin został okradziony przez jednego lub obu Brytyjczyków? Czy Savery lub Newcomen zaczerpnęli swoje pomysły jeden od drugiego? A może Papin inspirował się Saverym tak samo jak Savery Papinem? I czy Newcomen w ogóle był świadomy prac pozostałej dwójki?

Chociaż zmarł w całkowitym zapomnieniu, Denis Papin był za życia najbardziej błyskotliwą i najsławniejszą postacią spośród nich. Pracował z wieloma największymi uczonymi swojej epoki. Urodził się w Blois nad Loarą, studiował medycynę na uniwersytecie. W 1672 roku został zwerbowany przez wybitnego holenderskiego filozofa przyrody i przewodniczącego Akademii Nauk w Paryżu Christiaana Huygensa na jednego z asystentów, wraz z innym utalentowanym młodzieńcem, który miał zdobyć jeszcze większą sławę: Gottfrieda Leibniza. Trzy lata później Papin wyemigrował do Londynu, uciekając przed prześladowaniami protestantów we Francji Ludwika XIV.

Tam, prawdopodobnie z polecenia Huygensa, został asystentem Roberta Boyle’a, z którym pracował nad pompą powietrzną. Później przez krótki czas zatrudniał go również Robert Hooke, zanim Papin wyjechał do Wenecji, gdzie przez trzy lata pełnił funkcję kuratora towarzystwa naukowego, po czym powrócił do Londynu w 1684 roku, aby wykonywać tę samą pracę dla Towarzystwa Królewskiego. Gdzieś po drodze wynalazł szybkowar do zmiękczania kości. W 1688 roku został profesorem matematyki na Uniwersytecie w Marburgu, a w 1695 roku przeniósł się do Kassel. Można odnieść wrażenie, że albo był niespokojnym duchem, albo ludzie nie potrafili znieść jego towarzystwa zbyt długo.

Huygens zatrudnił Papina, aby ten zbadał możliwość zbudowania maszyny napędzanej próżnią powstałą po eksplozji prochu strzelniczego w cylindrze (pomysł, który jest dalekim przodkiem silnika spalinowego), ale Papin szybko zdał sobie sprawę, że skraplanie pary wodnej może być skuteczniejsze. Gdzieś między 1690 a 1695 rokiem zbudował prosty tłok i cylinder, w którym para wodna mogła skraplać się po schłodzeniu, powodując opadnięcie tłoka i podniesienie ciężarka za pomocą koła pasowego. Odkrył zasadę działania silnika atmosferycznego, w którym to ciężar atmosfery wykonuje pracę po wytworzeniu podciśnienia pod tłokiem. Jest to maszyna, która raczej zasysa, niż dmucha.

Latem 1698 roku Leibniz korespondował z Papinem na temat jego projektów maszyn zdolnych do podnoszenia wody przy pomocy ognia. Pompowanie wody z kopalń było wówczas największym problemem do rozwiązania, ponieważ konie nie sprawdzały się pod ziemią, a paliwa w kopalniach było pod dostatkiem. Wilgotne kopalnie były bezpieczniejsze od suchych, bo istniało mniejsze ryzyko pożaru, ale ciągłe zalewanie wciąż przeszkadzało górnikom.

Papin już wtedy marzył o napędzaniu łodzi parą. „Wierzę, że ten wynalazek może być wykorzystany do wielu innych rzeczy poza podnoszeniem wody”, napisał do Leibniza. „Jeśli chodzi o podróże wodne, mógłbym pochlebić sobie słowami, że osiągnąłbym ten cel wystarczająco szybko, gdybym znalazł więcej wsparcia”. Pomysł polegał na tym, że para z kotła popychała tłok wyrzucający wodę przez rurę na koło łopatkowe. Następnie tłok powracał dzięki połączeniu nowej wody ponownie wpuszczanej do komory tłoka i kondensacji pary. W 1707 roku Papin faktycznie zbudował łódź z kołem łopatkowym, choć nie wydaje się, by napędzał ją parą, ale siłą roboczą, aby zademonstrować wyższość kół łopatkowych nad wiosłami. Przepłynął nią rzekę Wezerę w drodze do Anglii. Zawodowi żeglarze oburzyli się na tę konkurencję i zniszczyli jednostkę: luddyści przed Luddem.

Historyk L.T.C. Rolt stwierdza, że Papin mógł zrobić więcej, niż zrobił: „W sposób frustrujący, będąc już u progu praktycznego sukcesu, genialny Papin się wycofał”. Papin powrócił do pracy nad parą wodną, gdy Leibniz powiedział mu o patencie Thomasa Savery’ego na wykorzystanie ognia do podnoszenia wody, patencie przyznanym w 1698 roku, dokładnie w dniu, w którym Papin chwalił się Leibnizowi, że wie, jak skonstruować taką maszynę. Papin zbudował wówczas inną maszynę parową, która, jak wynika z narysowanego schematu, była wyraźnie zmodyfikowaną wersją silnika Savery’ego. Jednak z pewnością jest możliwe, że Savery słyszał o projektach Papina z różnych listów, które Papin wysyłał do byłych kolegów z Towarzystwa Królewskiego, chociaż jego maszyna jest zupełnie inna niż maszyna Papina. Kto kopiował kogo?

To osobliwa zbieżność w czasie, ale typowa dla historii wynalazców. Raz po raz równoległe wynalazki pojawiają się w tym samym momencie w różnych miejscach, jakby świat był już gotowy na ich pojawienie się. Nie musi to oznaczać plagiatu. W tym przypadku to właśnie lepsza obróbka metali, rosnące zainteresowanie górnictwem oraz naukowa fascynacja próżnią zbiegły się w północno-zachodniej Europie, czyniąc pojawienie się prymitywnego silnika parowego niemal nieuniknionym.

„Kapitan” Savery mógł być inżynierem wojskowym, a jego stopień być może był tylko honorowy, niemniej jednak jest postacią niemal równie tajemniczą jak Newcomen: nie zachował się żaden jego portret, a data urodzenia nie jest znana. Tak jak Newcomen pochodził z hrabstwa Devon. Wiemy natomiast, że 25 lipca 1698 roku, w dniu, w którym Papin napisał do Leibniza o projektowaniu statków parowych, Savery otrzymał czternastoletni patent na „podnoszenie wody za pomocą siły ognia”. Rok później wydłużono go o kolejne 21 lat, aż do 1733 roku – hojny prezent dla niezasługujących nań spadkobierców Savery’ego, jak się okazało.

Maszyna Savery’ego działała w następujący sposób: miedziany kocioł nad ogniem wytwarzał parę, która trafiała do zbiornika z wodą, zwanego odbiornikiem, gdzie woda była wypychana w górę mosiężnej rury przez zawór zwrotny. Gdy odbiornik był już wypełniony parą, dopływ z kotła był zamykany, a sam odbiornik spryskiwano zimną wodą, co powodowało skroplenie pary i wytworzenie próżni. To z kolei zasysało wodę od spodu przez inną rurę i cykl zaczynał się od nowa. W 1699 roku Savery zaprezentował ulepszoną wersję maszyny w Towarzystwie Królewskim, wyposażoną w dwa odbiorniki, a w pewnym momencie udało mu się częściowo zautomatyzować mechanizm połączonego zaworu, tak że urządzenie działało w sposób ciągły.

W 1702 roku ogłoszono, że pokazowy model Savery’ego można obejrzeć „w jego warsztacie w Salisbury Court w Londynie, naprzeciwko Old Playhouse, gdzie można zobaczyć, jak działa, w środy i soboty każdego tygodnia od 15:00 do 18:00”. Z pewnością sprzedał kilka z nich szlachcie i zainstalował jedną w York Buildings, obecnie tuż przy Strand, ale wtedy na brzegu Tamizy, gdzie Londyn pobierał wodę z rzeki, była to porażka. Właściciele kopalni nie byli zainteresowani. Model podnosił wodę tylko nieznacznie, potrzebował zbyt dużo węgla do zasilania, przeciekał na złączeniach i zbyt łatwo wybuchał. Porażka jest często matką sukcesu innowacji.

W 1708 roku Papin, prawdopodobnie po przepłynięciu kanału La Manche na pokładzie tradycyjnej łodzi żaglowej, a nie na własnej łodzi wiosłowej, przebywał w Londynie, licząc na uzyskanie wsparcia przy budowie swojej łodzi parowej; nie wiemy, czy spotkał Savery’ego. Jego nadzieje na bycie uznanym za geniusza pary w Anglii zostały szybko rozwiane. Jego coraz bardziej desperackie listy do Hansa Sloane’a, sekretarza sir Isaaca Newtona w Towarzystwie Królewskim, pozostały bez echa. To, że był przyjacielem Leibniza, niewiele pomogło. Zaciekła kłótnia Newtona z Leibnizem o to, kto wynalazł rachunek różniczkowy (obaj to zrobili, ale wersja Leibniza była schludniejsza) osiągnęła apogeum i bez wątpienia zatruła reputację biednego Papina przez jego powiązania w Towarzystwie Królewskim. „Istnieje co najmniej sześć moich artykułów, które były czytane na spotkaniach w Towarzystwie Królewskim i nie zostały wspomniane w wykazie. Z pewnością, sir, jestem smutnym przypadkiem”, napisał Papin do Sloane’a w styczniu 1712 roku.

Później nic więcej o nim nie słychać. Po prostu zniknął, a historycy zakładają, że musiał umrzeć w tym samym roku, zbyt biedny, by zostawić testament lub zapis o pochówku. Savery umrze trzy lata później, w mniej niejasnych okolicznościach, ale raczej nie jako bohater narodowy. Pozostawił po sobie jedną ważną spuściznę: patent na wykorzystanie ognia do podnoszenia wody, który zmusił Newcomena do współpracy ze spadkobiercami Savery’ego przez wiele lat.

Tak więc żadnemu z tych ludzi nauki noszących długie peruki, gdy spotykali się z wielkimi swoich czasów, nie udało się zmienić świata. Pozostawiono to skromnemu kowalowi z Dartmouth w Devon – Thomasowi Newcomenowi. Był on sprzedawcą żelaza – co w tamtych czasach oznaczało coś więcej niż inżyniera lub kowala – który w 1685 roku rozpoczął interesy ze szklarzem lub hydraulikiem Johnem Calleyem. Poza tym nie wiemy prawie nic o tym, jak doszedł do swojego w pełni rozwiniętego projektu silnika parowego w 1712 roku, w roku śmierci Papina.

Na przestrzeni wieków wielu historyków niechętnie wierząc, że skromny kowal mógł odnieść sukces tam, gdzie zawiedli profesorowie-mózgowcy, postulowało sposoby, w jakie pomysły Papina i Savery’ego mogły dotrzeć do Newcomena, w tym teorię spiskową popularną niegdyś we Francji, że ktoś przekazał Newcomenowi niektóre z listów Papina do Sloane’a. Istnieją również spekulacje, że widział on maszynę Savery’ego w kopalni cyny w Kornwalii, ale żadna z tych teorii nie wytrzymała dokładnej analizy i pozostaje możliwe, że nie wiedział nic o pracy londyńskich naukowców. Rzeczywiście, jedno ze źródeł twierdzi, że pracował nad swoimi pierwszymi projektami przed 1698 rokiem, rokiem patentu Savery’ego i listu Papina do Leibniza.

Tym źródłem, jedynym, które faktycznie znało Newcomena, był Szwed Mårten Triewald. Pracował on z Newcomenem i Calleyem, a następnie zbudował kilka wczesnych silników w Newcastle, zanim zabrał technologię z powrotem do Szwecji. Opisuje on Newcomena jako eksperymentującego z parą przez długi czas, zanim udało mu się stworzyć sprawną maszynę, i wskazuje na przypadkowy przełom, gdy odkryto wtrysk zimnej wody do cylindra:

Przez dziesięć kolejnych lat pan Newcomen pracował nad tą maszyną ogniową, która nigdy nie wykazałaby pożądanego efektu, gdyby Bóg Wszechmogący nie spowodował szczęśliwego incydentu. Zdarzyło się, że przy ostatniej próbie uruchomienia modelu, efekt bardziej niż pożądany został nagle wywołany przez następujące dziwne zdarzenie. Zimna woda, której pozwolono wpłynąć do ołowianej obudowy obejmującej cylinder, przebiła się przez niedoskonałość, która została naprawiona lutem. Ciepło pary spowodowało stopienie lutowia i w ten sposób otworzyło drogę dla zimnej wody, która wpadła do cylindra i natychmiast skropliła parę, tworząc taką próżnię, że ciężar przymocowany do małej belki, który miał reprezentować ciężar wody w pompach, okazał się tak niewystarczający, że powietrze, które naciskało z ogromną siłą na tłok, spowodowało zerwanie łańcucha, a tłok zmiażdżył dno cylindra, a także pokrywę małego kotła. Gorąca woda, która wszędzie płynęła, przekonała nawet zmysły obserwatorów, że odkryli nieporównywalnie potężną siłę, która do tej pory była całkowicie nieznana w przyrodzie.

W konstrukcji Newcomena para wodna została zamknięta w cylindrze za pomocą wtrysku zimnej wody, a energia powstająca w wyniku zapadania się próżni pod ciężarem atmosfery była przekazywana za pośrednictwem tłoka i dźwigni belkowej do pompy, mechanizmu bezpieczniejszego i mocniejszego niż ten w konstrukcji Savery’ego. Jest prawdopodobne, że niektóre wersje w pełnej skali zostały po raz pierwszy zbudowane w kornwalijskich kopalniach cyny, w pobliżu których pracował Newcomen, ale nie zachowały się na to żadne mocne dowody. Pierwszy działający silnik Newcomena na świecie, o którym wiemy na pewno, został zbudowany w 1712 roku w pobliżu Zamku Dudley w Warwickshire. Według Triewalda mógł on pompować 10 galonów wody dwanaście razy na minutę, podnosząc wodę na wysokość 150 stóp z kopalni węgla. Rycina wykonana przez Thomasa Barneya w 1719 roku ukazuje piękną złożoność maszyny w ostrym kontraście, jak twierdzi Rolt, do „prymitywnej pompy Savery’ego lub naukowych zabawek Papina”. Rolt kontynuuje: „Rzadko w historii technologii tak doniosły wynalazek został tak szybko dopracowany przez jednego człowieka do tak rozwiniętej formy”.

Jednak na początku było to strasznie nieefektywne urządzenie. Silnik Newcomena to według dzisiejszych standardów potwór. Jest wielkości małego domu, dymi, zgrzyta i syczy, marnując około 99 procent energii zawartej w węglu. Minęły dziesięciolecia, zanim oddzielny skraplacz Jamesa Watta, koło zamachowe i wał napędowy oraz inne ulepszenia przekształciły go w coś, co mogłoby być przydatne na jakimkolwiek innym niż wydobycie węgla polu, na którym paliwo było tanie.

Mam osobisty związek z tą historią. Mój przodek Nicholas Ridley zajął się górnictwem pod koniec XVI wieku. Opuściwszy farmę w South Tyne Valley w hrabstwie Northumberland, został wspólnikiem w kopalni ołowiu i próbował wytapiać srebro z rudy ołowiu. Następnie przeniósł się do Newcastle i w jakiś sposób zaangażował się w wydobycie węgla. Do czasu śmierci w 1711 roku był prominentnym kupcem węglowym i właścicielem kopalni na północnym brzegu rzeki Tyne oraz burmistrzem miasta, wówczas trzeciego co do wielkości w Anglii. Jego syn Richard prowadził kopalnie w korsarski sposób, zyskując reputację „buntowniczego pieniacza handlu węglem” ze względu na swoją skłonność do wdawania się w bójki i niszczenia karteli ustalających ceny, a nawet próbując w pewnym momencie zamordować rywala, podczas gdy drugi syn Nicholas wydawał się przebywać głównie w Londynie, prawdopodobnie odbierając i sprzedając węgiel. Węgiel dostarczał połowę energii w Anglii już w 1700 roku.

Młodszy Nicholas zwerbował nastoletniego Sama Calleya, syna partnera Newcomena, Johna, aby przybył na północ i zbudował silnik w Byker, prawdopodobnie około 1715 lub 1716 roku. Mogła to być trzecia lub czwarta taka maszyna na świecie, jeśli wierzyć inżynierowi Johnowi Smeatonowi. Ridleyowie płacili spadkobiercom Savery’ego ogromną kwotę 400 funtów rocznie tytułem tantiem za możliwość korzystania z tego projektu i wyłożyli około 1000 funtów na budowę pierwszego silnika. Miało to na celu osuszenie kopalni, której zalanie zrujnowało dwóch poprzednich właścicieli.

Wiemy o tym, ponieważ Nicholas (junior) przekonał przyjaciela Newcomena, Mårtena Triewalda, aby udał się na północ i zobaczył się z młodym Calleyem. Szwed pozostawił relację ze swoich kontaktów z braćmi Ridley. Wraz z sukcesem pierwszego z nich Ridleyowie zamówili kolejne silniki i do 1733 roku, kiedy wygasł patent Savery’ego, dwa działały w Byker, trzy w Heaton, jeden w Jesmond i jeden w South Gosforth. Lubię myśleć, że Richard i Nicholas Ridley musieli spotkać Newcomena.

Silnik parowy Newcomena był początkiem nowoczesnego świata i rozpoczął erę, w której technologia mogła rozwijać pracę ludzi aż do osiągnięcia przez nich fantastycznej produktywności, uwalniając coraz więcej osób od znoju pługa, zmywalni i warsztatu. Jest to kluczowa innowacja, ale sposób, w jaki się pojawiła, jest tajemniczo niejasny. Czy było to spowodowane postępem nauki w Wielkiej Brytanii i Francji uosabianym przez Denisa Papina? Być może w pewnym stopniu, ale Newcomen najwyraźniej nic o tym nie wiedział. Czy było to spowodowane ulepszeniami w metalurgii pod koniec XVII wieku, dzięki czemu można było teraz budować duże mosiężne cylindry i tłoki? Częściowo. Czy przyczyną był gwałtowny rozwój przemysłu węglowego spowodowany rosnącymi cenami drewna w miarę kurczenia się brytyjskich lasów, a co za tym idzie – wzrostem zapotrzebowania na sprzęt do pompowania wody? Do pewnego stopnia tak. Czy może miało to związek z rozwojem handlu w północno-zachodniej Europie, zapoczątkowanym przez Holendrów i prowadzącym do powstania kapitału, inwestycji i przedsiębiorczości? Z pewnością częściowo tak.

Ale dlaczego te warunki nie połączyły się w Chinach, Wenecji, Egipcie, Bengalu, Amsterdamie czy innym ośrodku handlowym? I dlaczego w 1712 roku, a nie w 1612 lub 1812? Innowacje wydają się oczywiste z perspektywy czasu, ale w momencie ich powstawania są niemożliwe do przewidzenia.

Co wytworzył Watt

W 1763 roku wykwalifikowany i mający zdolności praktyczne szkocki konstruktor instrumentów James Watt został poproszony o naprawę modelu silnika Newcomena należącego do Uniwersytetu w Glasgow. Urządzenie ledwo działało. Próbując zrozumieć, co jest nie tak, Watt zdał sobie sprawę z czegoś, co powinno było zostać zauważone znacznie wcześniej: trzy czwarte energii pary było marnowane na ponowne nagrzewanie cylindra w każdym cyklu, po tym jak został on schłodzony za pomocą wtrysku wody w celu skroplenia pary. Watt wpadł na prosty pomysł zastosowania oddzielnego kondensatora, dzięki czemu cylinder mógł być utrzymywany w wysokiej temperaturze, podczas gdy para była odprowadzana w celu skroplenia w chłodniejszym zbiorniku. Za jednym zamachem poprawił wydajność silnika parowego, choć, jak zwykle, potrzeba było miesięcy, aby dopracować obróbkę metalu i przekształcić jego pomysły w urządzenia praktyczne.

Po zademonstrowaniu zasady działania w małym silniku testowym Watt nawiązał współpracę najpierw z Johnem Roebuckiem, aby uzyskać patent, a następnie z przedsiębiorcą Matthew Boultonem, aby budować pełnowymiarowe wersje. Zaprezentowali maszynę 8 marca 1776 roku, dzień przed publikacją Bogactwa narodów autorstwa innego Szkota, Adama Smitha. Boulton chciał, by Watt opracował sposób przekształcania ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka w ruch obrotowy, który mógłby napędzać wał w młynach i fabrykach.

Mechanizm korbowy i koło zamachowe zostały opatentowane przez Jamesa Pickarda, co na pewien czas powstrzymało Watta i zmusiło go do opracowania alternatywnego systemu znanego jako przekładnia słoneczno-planetarna. Sam Pickard z kolei miał czerpać pomysł korby od nielojalnego i pijanego pracownika fabryki Soho należącej do Boultona, przez co pochodzenie tego prostego urządzenia pozostaje niejasne.

Pomimo tego przykładu patentów stojących na przeszkodzie ulepszeniom, tak jak miało to miejsce w przypadku Newcomena, sam Watt był entuzjastycznym obrońcą swoich patentów, a Boulton potrafił umiejętnie wykorzystywać swoje polityczne kontakty, by zdobywać długoterminowe i szeroko zakrojone patenty na wynalazki Watta. To, w jakim stopniu spory sądowe Watta opóźniły ekspansję pary jako źródła energii w fabrykach, pozostaje przedmiotem gorących sporów, jednak zakończenie głównego patentu w 1800 roku bezsprzecznie zbiegło się w czasie z gwałtownym rozkwitem eksperymentów i zastosowań pary. W rzeczywistości jednym ze źródeł stałego i stopniowego ulepszania efektywności i rozpowszechnienia maszyn parowych było powstanie czasopisma „Lean’s Engine Reporter”, założonego przez kornwalijskiego inżyniera górnictwa Johna Leana. Pełniło ono funkcję podobną do dzisiejszego ruchu otwartego oprogramowania (ang. open-software movement), rozpowszechniając pomysły na ulepszenia wśród różnych inżynierów. Moja myśl jest prosta: Watt, choć niewątpliwie był genialnym wynalazcą, otrzymuje zbyt wiele uznania, a wspólne wysiłki wielu innych ludzi – zbyt mało.

Pięć lat po śmierci Watta w 1819 roku zorganizowano zbiórkę na budowę pomnika ku jego czci – co było wówczas rzadkością, ponieważ pomniki stawiano głównie zwycięzcom wojen. Redaktorzy czasopisma „The Chemist” napisali wówczas przenikliwie: „Wyróżnia się spośród innych dobroczyńców publicznych tym, że nigdy nie uczynił ani nie udawał, że uczynił swoim celem dobro publiczne. […] Ten nierzucający się w oczy człowiek w rzeczywistości przyniósł światu więcej pożytku niż wszyscy ci, którzy przez stulecia uczynili z troski o dobro wspólne swoje szczególne zajęcie”.

Thomas Edison i biznes wynalazczy

Jakiś czas później pojawiła się innowacja energetyczna, która symbolizuje całą dziedzinę wynalazków: żarówka. Jako patriota z północnego wschodu nie mogę się powstrzymać od podkreślenia, że jeden z wynalazców żarówki mieszkał w odległości kilku mil od rzeki Tyne, w Gateshead. Nazywał się Joseph Wilson Swan. To właśnie w Towarzystwie Literackim i Filozoficznym w Newcastle 3 lutego 1879 roku, przed publicznością liczącą 700 osób, po raz pierwszy zademonstrował, że może oświetlić pomieszczenie – na potrzeby swojego wykładu – za pomocą próżniowej szklanej żarówki zawierającej żarnik węglowy, przez który przepływał prąd.

Elektryczność już wtedy zapewniała światło w postaci lamp łukowych. Problem polegał na tym, że było ono bardzo jasne. „Podział” światła był problemem, który Swan próbował rozwiązać, dzieląc prąd na małe strumienie, aby wytworzyć wiele źródeł światła o umiarkowanym natężeniu. Uświadomienie sobie, że świecący drut lub żarnik nie spali się, jeśli zostanie naelektryzowany w próżni, miało kluczowe znaczenie. Stworzenie wystarczająco pustej próżni wewnątrz dmuchanego szkła i znalezienie materiału działającego niezawodnie jako żarnik stanowiły dwa problemy, które Swan próbował rozwiązać. Przez ponad dwadzieścia lat od stworzenia pierwszego prototypu w 1850 roku Swan czynił jedynie powolne postępy.

Ale zaczekajcie, czy to nie Thomas Edison wynalazł żarówkę? Tak, wynalazł. Ale to samo zrobił Marcellin Jobard w Belgii, William Grove, Fredrick de Moleyns i Warren de la Rue (oraz Swan) w Anglii. Podobnie jak Aleksander Łodygin w Rosji, Heinrich Göbel w Niemczech, Jean-Eugène Robert-Houdin we Francji, Henry Woodward i Matthew Evans w Kanadzie, Hiram Maxim i John Starr w Ameryce i wielu innych. Każda z tych osób stworzyła, opublikowała lub opatentowała pomysł świecącego żarnika w szklanej bańce, czasami z próżnią, czasami z azotem wewnątrz bańki – i wszyscy przed Thomasem Edisonem.

Prawda jest taka, że dwadzieścia jeden różnych osób może twierdzić, że samodzielnie zaprojektowało lub w znacznym stopniu ulepszyło żarówki żarowe do końca lat 70. XIX wieku, w większości niezależnie od siebie, i to nie licząc tych, którzy wynaleźli kluczowe technologie, które pomogły w produkcji żarówek, takie jak rtęciowa pompa próżniowa Sprengla. Swan był jedynym, którego praca była wystarczająco dokładna i którego patenty były wystarczająco dobre, by zmusić Edisona do wejścia z nim w interesy. Prawda jest taka, że historia żarówki, daleka od zilustrowania znaczenia bohaterskiego wynalazcy, okazuje się opowiadać odwrotną historię: o innowacji jako stopniowym, narastającym, zbiorowym, ale niechybnie nieuniknionym procesie. Żarówka wyłoniła się nieuchronnie z połączonych technologii tamtych czasów. Biorąc pod uwagę postęp innych technologii, było nieuniknione, że pojawiła się dokładnie wtedy.

Jednak Edison, szczerze mówiąc, zasługuje na swoje uznanie, ponieważ chociaż mógł nie być pierwszym wynalazcą większości składników żarówki i chociaż opowieść o nagłym przełomie 22 października 1879 roku jest w dużej mierze oparta na retrospektywnym tworzeniu mitów, był on jednak pierwszym, który zebrał wszystko razem, połączył z systemem generowania i dystrybucji energii elektrycznej, a tym samym stworzył pierwsze realne wyzwanie dla zasiedziałych technologii lampy naftowej i lampy gazowej. To o wiele bardziej imponujące niż oślepiający błysk inspiracji, ale przez próżność ludzie wolą być uważani za genialnych niż tylko za ciężko pracujących. Edison był również tym, który sprawił, że żarówki stały się (prawie) niezawodne. Gdy zarozumiale stwierdził, że stworzył żarówkę, która będzie długo działać bez awarii, rozpoczął gorączkowe poszukiwania, by udowodnić prawdziwość swojej przechwałki. Jest to dziś znane w Dolinie Krzemowej jako „udawaj, aż ci się uda” (ang. fake it till you make it). Przetestował ponad 6000 materiałów roślinnych w poszukiwaniu idealnego tworzywa na włókno węglowe. „Gdzieś w warsztacie Wszechmogącego Boga”, błagał Edison, „musi istnieć roślina o geometrycznie rozłożonych mocnych włóknach odpowiednich do naszego użytku”. I tak 2 sierpnia 1880 roku zwyciężył bambus japoński, udowadniając, że jest w stanie wytrzymać ponad 1000 godzin świecenia.

Thomas Edison lepiej niż ktokolwiek wcześniej i wielu później rozumiał, że innowacja sama w sobie jest produktem, którego wytwarzanie to praca zespołowa wymagająca prób i błędów. Karierę zaczynał w branży telegraficznej, potem zajmował się maszynami do przesyłania notowań giełdowych, aż w 1876 roku założył laboratorium w Menlo Park w New Jersey, aby zajmować się tym, co nazywał „biznesem wynalazczym”, a później przeniósł się do jeszcze większego ośrodka w West Orange. Zebrał zespół 200 wykwalifikowanych rzemieślników i naukowców i bezwzględnie ich eksploatował. Prowadził długą wojnę ze swoim byłym pracownikiem Nikolą Teslą, który wynalazł prąd zmienny, tylko dlatego, że to Tesla wynalazł prąd, a nie on. Podejście Edisona zadziałało: w ciągu sześciu lat zarejestrował 400 patentów. Nieustannie koncentrował się na odkrywaniu potrzeb świata, a następnie wymyślaniu sposobów ich zaspokajania, a nie odwrotnie. Metodą wynalazku była zawsze metoda prób i błędów. Opracowując baterię niklowo-żelazową, jego pracownicy przeprowadzili 50 000 eksperymentów. Wypełnił swoje warsztaty wszelkiego rodzaju materiałami, narzędziami i książkami. Wynalazek, jak sam powiedział, to 1 procent inspiracji i 99 procent pocenia się. Mimo to w rzeczywistości to, co robił, było nie tyle wynalazkiem, co innowacją: przekształcaniem pomysłów w praktyczną, niezawodną i przystępną cenowo rzeczywistość.

A jednak mimo stopniowego charakteru innowacji, jaką była żarówka, rezultatem okazała się przełomowa i transformacyjna zmiana w sposobie życia ludzi. Sztuczne światło jest jednym z największych darów cywilizacji i to właśnie żarówka sprawiła, że stało się ono tanie. Minuta pracy w 1880 roku przy przeciętnym wynagrodzeniu pozwalała uzyskać cztery minuty światła z lampy naftowej; minuta pracy w 1950 roku dawała ponad 7 godzin światła z żarówki żarowej; a w 2000 roku 120 godzin. Sztuczne światło po raz pierwszy stało się dostępne dla zwykłych ludzi, rozpraszając zimowy mrok, umożliwiając czytanie i naukę po zachodzie słońca, a przy okazji redukując ryzyko pożarów. Nie było żadnej istotnej wady tej innowacji.

Żarówka żarowa królowała niepodzielnie przez ponad wiek, będąc dominującym źródłem światła, przynajmniej w domach, aż do pierwszej dekady XXI wieku. Kiedy ustąpiła miejsca nowej technologii, zrobiła to pod przymusem. Innymi słowy, musiała zostać zakazana, bo jej następca był tak niepopularny. Decyzja rządów na całym świecie, wydana około 2010 roku, o „stopniowym wycofywaniu” żarówki żarowej pod naciskiem producentów świetlówek kompaktowych w imię redukcji emisji dwutlenku węgla, okazała się błędna. Kompaktowe świetlówki potrzebowały zbyt dużo czasu na rozgrzanie, nie działały tak długo, jak obiecywano, były niebezpieczne w utylizacji i znacznie droższe. Ich oszczędność energii nie rekompensowała tych wad w oczach konsumentów, więc trzeba je było narzucić siłą. Koszt dla samej Wielkiej Brytanii związany z tą przymusową wymianą i towarzyszącymi jej dotacjami oszacowano na około 2,75 miliarda funtów.

Najgorsze jest to, że gdyby rządy poczekały kilka lat, znalazłby się znacznie lepszy zamiennik, bardziej oszczędny w zużyciu energii i bez żadnych wad: diody elektroluminescencyjne (LED). Era świetlówek kompaktowych trwała zaledwie sześć lat, zanim równie szybko zostały porzucone, a ich produkcję wstrzymano z powodu spadających cen i rosnącej jakości LED-ów. To tak jakby rząd w 1900 roku zmusił ludzi do kupowania samochodów parowych, zamiast poczekać na lepsze silniki spalinowe. Cały epizod ze świetlówkami kompaktowymi to przykład błędnej innowacji narzucanej przez państwo. Jak ujął to ekonomista Don Boudreaux: „Każde ustawodawstwo zmuszające Amerykanów do przejścia z jednego rodzaju żarówki na inny jest nieuchronnie wynikiem obrzydliwej mieszanki polityki interesów grupowych i lekkomyślnego symbolizmu mającego zaspokoić elektorat, który coraz bardziej wierzy, że niebo się wali”.

LED-y tak naprawdę czekały za kulisami od dawna. Zjawisko leżące u ich podstaw – że półprzewodniki czasem świecą podczas przewodzenia prądu – zaobserwowano po raz pierwszy w 1907 roku w Wielkiej Brytanii, a zbadano po raz pierwszy w 1927 roku w Rosji. W 1962 roku naukowiec General Electric Nick Holonyak pracując nad nowym rodzajem lasera, przypadkiem odkrył, jak stworzyć jasnoczerwone diody LED z fosforku arsenku galu. Niedługo potem pojawiły się żółte LED-y z laboratorium Monsanto, a w latach 80. diody trafiły do zegarków, sygnalizacji świetlnej i płytek drukowanych. Ale dopiero gdy Shuji Nakamura pracujący dla firmy Nichia w Japonii opracował w 1993 roku niebieską diodę LED z azotku galu, możliwe stało się uzyskanie białego światła, co do tej pory blokowało wykorzystanie LED-ów jako ogólnego oświetlenia.

Nawet wtedy potrzeba było jeszcze dwudziestu lat, by obniżyć koszt tej technologii półprzewodnikowej do przystępnego poziomu. Ale gdy to już się stało, konsekwencje były ogromne. Diody LED zużywają tak mało energii, że dom może być dobrze oświetlony nawet poza siecią energetyczną, np. dzięki panelom słonecznym, co jest szczególnie cenne dla odległych gospodarstw w biednych krajach. LED-y pozwoliły na umieszczenie mocnych latarek w smartfonach. Emitują tak mało ciepła, że umożliwiły rozwój upraw wertykalnych sałaty i ziół na dużą skalę, szczególnie dzięki regulowanym diodom, które emitują długości fal najlepiej nadające się do fotosyntezy.

Wszechobecna turbina

Newcomen wywodził się z niezamożnej rodziny, w młodości był biedny i niepiśmienny, nie można natomiast powiedzieć tego samego o innym kluczowym nazwisku w historii pary. Charles Parsons był szóstym synem bogatego hrabiego Rosse, irlandzkiego szlachcica. Urodził się i wychował w zamku Birr w irlandzkim hrabstwie Offaly, gdzie pobierał prywatne lekcje zamiast chodzić do szkoły, a następnie studiował matematykę na Uniwersytecie Cambridge.

Nie był to jednak typowy arystokratyczny dom. Hrabia był astronomem i inżynierem. Zachęcał swoich synów do spędzania czasu w swoich warsztatach, a nie w bibliotekach. Charles i jego brat zbudowali silnik parowy, który miał dostarczać napędu do szlifowania zwierciadła w teleskopie ojca. Po ukończeniu uniwersytetu Parsons nie wybrał wygodnej posady w prawie, polityce ani finansach, lecz odbył praktykę w firmie inżynieryjnej nad rzeką Tyne. Okazał się genialnym inżynierem i w 1884 roku zaprojektował oraz opatentował turbinę parową, która z niewielkimi modyfikacjami stała się nieodzownym urządzeniem umożliwiającym wytwarzanie elektryczności oraz napędzającym floty morskie, liniowce, a później także odrzutowce. Do dziś to właśnie projekt Parsonsa utrzymuje elektrownie w działaniu, flotę na powierzchni wody i samoloty pasażerskie w powietrzu.

Turbina to urządzenie obracające się wokół własnej osi. Istnieją dwa sposoby wykorzystania pary (lub wody) do wywołania ruchu obrotowego: przez impuls lub reakcję. Skierowanie pary ze stałej dyszy na wiadra na kole spowoduje obrót tego koła, podobnie tryskanie parą pod kątem z dysz na zewnątrz samego koła również spowoduje obrót koła. Wirująca kula napędzana parą wystrzeliwaną z dwóch ustawionych pod kątem dysz została zbudowana jako zabawka przez Heroda z Aleksandrii w I wieku naszej ery. Parsons szybko uznał, że turbiny impulsowe są nieefektywne i powodują nadmierne obciążenie metalu. Zrozumiał też, że seria turbin, z których każda odbiera część energii pary, będzie znacznie bardziej efektywna. Przeprojektował dynamo tak, aby mogło generować prąd z turbin, i w ciągu kilku lat rozpoczęto budowę pierwszych sieci energetycznych korzystających z coraz większych turbin Parsonsa.

Parsons założył własną firmę, ale nie mógł zabrać ze sobą praw własności intelektualnej do pierwotnych projektów i przez pięć lat bez powodzenia próbował zbudować turbiny o przepływie promieniowym, zanim wrócił do konstrukcji z przepływem osiowym. Starał się zainteresować admiralicję swoimi urządzeniami jako napędem do okrętów, lecz bez skutku. W 1897 roku zaskoczył więc Królewską Marynarkę Wojenną odważnym występem.

Parsons, miłośnik żeglarstwa, zbudował smukły statek Turbinia napędzany turbinami parowymi, które obracały śrubę napędową. Początkowe wyniki były rozczarowujące, głównie z powodu śruby, która powodowała „kawitację” w wodzie – małe kieszenie próżniowe za łopatkami śruby, które marnowały energię. Parsons i Christopher Leyland wrócili do laboratorium i przetestowali wiele projektów, aby znaleźć taki, który mógłby rozwiązać problem kawitacji. Była to metoda prób i błędów. Czasami nie spali przez całą noc, a kiedy rano przychodziły pokojówki, nadal pracowali przy zbiorniku z wodą. Była to praca frustrująca, ale do 1897 roku Parsons zastąpił pojedynczą turbinę o przepływie promieniowym trzema o przepływie osiowym, a pojedynczy wał napędowy – trzema wałami, każdy uzbrojony w trzy śruby. Z testów morskich wiedział już, że jego mała jednostka z dziewięcioma śrubami może osiągać prędkość 34 węzłów, czyli znacznie więcej niż jakikolwiek inny statek w tamtym czasie. Wygłosił nawet publiczny wykład na ten temat w kwietniu 1897 roku, a „The Times” zrelacjonował go, pisząc lekceważąco, że technologia turbinowa w żegludze jest „w czysto eksperymentalnej, być może wręcz embrionalnej fazie”. Jakże się mylili.

Gdy 26 czerwca flota zgromadziła się w Spithead w obecności księcia Walii, by uczcić Diamentowy Jubileusz królowej Wiktorii, Parsons przygotował śmiały popis. Ponad 140 statków uformowało cztery szeregi na długości 25 mil. Pomiędzy nimi płynęła królewska procesja statków: Victoria and Albert z księciem Walii na pokładzie, Carthage z innymi królewskimi gośćmi, Enchantress z lordami admiralicji, Danube z członkami Izby Lordów, Wildfire z premierami kolonialnymi, liniowiec Campania z członkami Izby Gmin, a na końcu Eldorado z zagranicznymi ambasadorami. Wśród zaproszonych zagranicznych pancerników był też König Wilhelm z księciem Henrykiem Pruskim na pokładzie.

Parsons, łamiąc przepisy i omijając szybkie łodzie patrolowe, wszedł Turbinią między szeregi okrętów i pędził wzdłuż nich z pełną prędkością, a potem wielokrotnie zawracał przed dostojnikami, ścigany bezskutecznie przez jednostki Królewskiej Marynarki Wojennej, z których jedna omal nie zderzyła się z tym małym morskim chartem. To była sensacja. Przy zaskakująco niewielkim oburzeniu – w tym pomogła obecność Niemców, a książę Henryk Pruski przesłał gratulacje Parsonsowi – Marynarka zrozumiała aluzję i już w 1905 roku zdecydowano, że wszystkie przyszłe okręty wojenne będą napędzane turbinami. Pierwszym był HMS Dreadnought. W 1907 roku ogromny liniowiec Mauretania, napędzany turbinami Parsonsa, został sfotografowany obok swojego małego poprzednika, Turbinii.

Ten moment w Spithead jest pod pewnymi względami mylący. Historia turbin i elektryczności to proces stopniowy, bez żadnych gwałtownych przełomów. Parsons był tylko jedną z wielu osób, które sukcesywnie opracowywały i ulepszały maszyny wytwarzające energię elektryczną i moc. Była to ewolucja, a nie seria rewolucji. Każdy z kluczowych wynalazków na tej drodze opierał się na poprzednim i umożliwiał powstanie kolejnego. Alessandro Volta skonstruował pierwszą baterię w roku 1800, Humphry Davy stworzył pierwszą lampę łukową w 1808, Hans Christian Ørsted odkrył związek między elektrycznością a magnetyzmem w 1820, Michael Faraday i Joseph Henry stworzyli pierwszy silnik elektryczny w 1820, a w 1831 jego przeciwieństwo, pierwszy generator. Hippolyte Pixii zbudował pierwsze dynamo w roku 1832 roku, Samuel Varley, Werner von Siemens i Charles Wheatstone stworzyli pełne dynamo – generator elektryczny – w 1867, Zénobe Gramme przekształcił go w generator prądu stałego w 1870.

Turbina Parsonsa miała około 2-procentową wydajność w przekształcaniu energii z węgla na elektryczność. Obecnie nowoczesna turbina gazowa w cyklu kombinowanym osiąga około 60 procent wydajności. Wykres postępu między tymi wartościami pokazuje systematyczne, równomierne ulepszenia bez zmian skokowych. Do 1910 roku, dzięki wykorzystaniu ciepła odpadowego do podgrzewania wody i powietrza, sprawność wzrosła do 15 procent. Do 1940 roku, dzięki rozdrobnionemu węglowi, ponownemu podgrzewaniu pary i wyższym temperaturom, była bliżej 30 procent. W latach 60., gdy generator cyklu kombinowanego skutecznie wprowadził wersję silnika turboodrzutowego obok turbiny parowej, potencjalna wydajność ponownie niemal się podwoiła. Wskazywanie konkretnych osób jako tych, które dokonały przełomu, jest trudne i mylące. Był to zbiorowy wysiłek wielu umysłów. Długo po tym, jak kluczowe technologie zostały „wynalezione”, innowacje były kontynuowane.

Energia jądrowa i zjawisko „dezinnowacji”

Wiek XX przyniósł tylko jedno innowacyjne źródło energii w dowolnej skali: energię jądrową. (Energia wiatrowa i słoneczna, choć znacznie udoskonalone i z obiecującą przyszłością, wciąż dostarczają mniej niż dwóch procent globalnej energii). Pod względem gęstości energia atomowa nie ma sobie równych: obiekt wielkości walizki, odpowiednio podłączony, może zasilać miasto lub lotniskowiec niemal w nieskończoność. Rozwój cywilnej energetyki jądrowej był triumfem nauki stosowanej, a szlak prowadził od odkrycia rozszczepienia jądrowego i reakcji łańcuchowej, poprzez przekształcenie teorii w bombę w ramach projektu Manhattan, aż po stopniową inżynierię kontrolowanej reakcji rozszczepienia jądrowego i jej zastosowanie do gotowania wody. Żadna osoba nie wyróżnia się w tej historii, chyba że Leo Szilard, który wcześnie, bo w 1933 roku, uświadomił sobie potencjał reakcji łańcuchowej, generał Leslie Groves, który kierował projektem Manhattan w latach 40., lub admirał Hyman Rickover, który opracował pierwsze reaktory jądrowe i ich adaptację do okrętów podwodnych i lotniskowców w latach 50. XX wieku. Jak dowodzą te nazwiska, był to wysiłek zespołowy w ramach wojska i przedsiębiorstw państwowych, a także prywatnych wykonawców, a do lat 60. zakończył się ogromnym programem budowy elektrowni, które miały wykorzystywać niewielkie ilości wzbogaconego uranu do niezawodnego, ciągłego i bezpiecznego gotowania ogromnych ilości wody na całym świecie.

Jednak dziś ten przemysł podupada; produkcja energii elektrycznej kurczy się, ponieważ stare zakłady są zamykane szybciej niż otwierane są nowe, a czas tej innowacji minął lub jej technologia utknęła w martwym punkcie. Nie wynika to z braku pomysłów, ale z zupełnie innego powodu: braku możliwości eksperymentowania. Historia energetyki jądrowej jest przestrogą, w jaki sposób innowacje słabną, a nawet cofają się, jeśli nie mogą ewoluować.

Problemem jest inflacja kosztów. Koszty elektrowni jądrowych rosną nieprzerwanie od dziesięcioleci, głównie z powodu rosnącej ostrożności w zakresie bezpieczeństwa. A branża pozostaje niemal całkowicie odizolowana od jedynego znanego ludzkiego procesu, który niezawodnie obniża koszty: od metody prób i błędów. Ponieważ błąd może mieć tak katastrofalne skutki w przypadku energii jądrowej, a próby są tak gigantycznie kosztowne, energetyka jądrowa nie może powrócić do metody prób i błędów. Utknęliśmy więc z niedojrzałą i nieefektywną wersją technologii, reaktorem wodnym ciśnieniowym, który jest stopniowo dławiony przez wymagania organów regulacyjnych działających w imieniu zaniepokojonych ludzi reagujących na aktywistów antynuklearnych. Ponadto technologie narzucane światu przez rządy, zanim będą rzeczywiście gotowe, czasami zawodzą tam, gdzie mogłyby działać lepiej, gdyby pozwolono im rozwijać się nieco wolniej. Wszystkie transkontynentalne linie kolejowe w Stanach Zjednoczonych okazały się porażką i doprowadziły do bankructwa, z wyjątkiem jednej finansowanej ze środków prywatnych. Nie można oprzeć się wrażeniu, że energia jądrowa rozwijana w mniejszym pośpiechu i w mniejszym stopniu jako produkt uboczny projektu militarnego, mogłaby radzić sobie lepiej.

W opublikowanej w 1990 roku książce The Nuclear Energy Option fizyk jądrowy Bernard Cohen argumentował, że powodem zaprzestania budowy elektrowni jądrowych w latach 80. w większości krajów zachodnich nie był strach przed wypadkami, wyciekami czy rozprzestrzenianiem się odpadów atomowych, lecz nieuchronna eskalacja kosztów spowodowana regulacjami. Od tamtej pory jego diagnoza okazała się jeszcze bardziej trafna.

Nie jest to spowodowane brakiem pomysłów na nowe rodzaje energii jądrowej. W prezentacjach PowerPoint inżynierów istnieją setki różnych projektów reaktorów nuklearnych, z których niektóre osiągnęły w przeszłości etap roboczego prototypu i ruszyłyby dalej, gdyby zaoferowano im tak duże wsparcie finansowe, jak w przypadku konwencjonalnego reaktora lekkowodnego. Reaktory na ciekły metal i ciekłą sól to dwie szerokie kategorie. Te drugie działałyby z wykorzystaniem soli toru lub fluorku uranu, prawdopodobnie z dodatkiem innych pierwiastków, takich jak lit, beryl, cyrkon lub sód. Kluczową zaletą takiej konstrukcji jest to, że paliwo jest dostarczane w postaci ciekłej, a nie stałego pręta, dzięki czemu chłodzenie jest bardziej równomierne, a usuwanie odpadów łatwiejsze. Nie ma potrzeby operowania paliwem pod wysokim ciśnieniem, co zmniejsza ryzyko. Stopiona sól jest zarówno chłodziwem, jak i paliwem, a jej wyjątkowa właściwość polega na tym, że reakcja spowalnia wraz ze wzrostem temperatury, uniemożliwiając stopienie. Ponadto projekt zawierałby korek, który topiłby się powyżej pewnej temperatury, odprowadzając paliwo do komory, w której przestałoby się rozszczepiać, co stanowiłoby drugi system bezpieczeństwa. W porównaniu na przykład do technologii w Czarnobylu, jest to znacznie bezpieczniejsze.

Tor jest pierwiastkiem występującym w większej ilości niż uran; w efekcie może rozmnażać się niemal w nieskończoność poprzez tworzenie uranu 233, może generować niemal 100 razy więcej energii z tej samej ilości paliwa, nie powoduje powstawania rozszczepialnego plutonu, generuje mniej odpadów o krótszym okresie połowicznego rozpadu. Jednak mimo że w latach 50. ubiegłego wieku zwodowano łódź podwodną z chłodzeniem sodowym, a w latach 60. w Stanach Zjednoczonych zbudowano dwa eksperymentalne reaktory torowe ciekłosolne, projekt ostatecznie wygasł, ponieważ wszystkie pieniądze, szkolenia i zainteresowanie skupiły się na projekcie lekkowodnego uranu. Różne kraje zastanawiają się, jak odwrócić tę decyzję, ale żaden z nich tak naprawdę jeszcze się na to nie pokusił.

Nawet gdyby tak się stało, wydaje się mało prawdopodobne, by udało im się zrealizować słynną obietnicę z lat 60. ubiegłego wieku, zgodnie z którą energia jądrowa będzie pewnego dnia „zbyt tania, by ją mierzyć”. Problem polega po prostu na tym, że energia jądrowa jest technologią, która nie pasuje do najistotniejszej praktyki w tworzeniu innowacji: uczenia się przez działanie. Ponieważ każda elektrownia jest duża i kosztowna, obniżenie kosztów poprzez eksperymenty okazało się niemożliwe. Nawet zmiana projektu w połowie budowy jest niemożliwa z powodu ogromnego gąszczu przepisów, przez które każdy projekt musi przejść przed budową. Musisz zaprojektować elektrownię z wyprzedzeniem i trzymać się tego lub wrócić do punktu wyjścia. Taki sposób działania nie doprowadziłby do obniżenia kosztów i zwiększenia wydajności w żadnej technologii. Czipy komputerowe pozostałyby na etapie 1960 roku. Budujemy elektrownie jądrowe jak piramidy egipskie – jako jednorazowe projekty.

Po wypadkach na Three Mile Island w 1979 i w Czarnobylu w 1986 roku aktywiści i opinia publiczna domagali się wyższych standardów bezpieczeństwa. Dostali je. Według jednego z szacunków w przeliczeniu na jednostkę mocy węgiel zabija prawie dwa tysiące razy więcej osób niż energia jądrowa, bioenergia pięćdziesiąt razy więcej, gaz czterdzieści razy, energia wodna piętnaście razy, energia słoneczna pięć razy (ludzie spadają z dachów, instalując panele), a nawet energia wiatrowa zabija prawie dwa razy więcej osób niż energia jądrowa. Liczby te obejmują wypadki w Czarnobylu i Fukushimie. Dodatkowe wymogi bezpieczeństwa po prostu zmieniły energię jądrową z bardzo, bardzo bezpiecznego systemu w bardzo, bardzo, bardzo bezpieczny system.

A może uczyniły go jednak mniej bezpiecznym. Rozważmy katastrofę w Fukushimie w 2011 roku. Konstrukcja w Fukushimie miała ogromne wady bezpieczeństwa. Pompy tego reaktora znajdowały się w piwnicy łatwo zalewanej przez falę pływową, co było zwykłym błędem projektowym, który prawdopodobnie nie zostałby powtórzony w nowocześniejszej wersji. To był stary reaktor, który zostałby dawno wycofany z użytku, gdyby Japonia nadal budowała nowe elektrownie jądrowe. Tłumienie rozwoju i innowacji w energetyce jądrowej poprzez kosztowne nadmierne regulacje sprawiło, że Fukushima pozostała otwarta po dopuszczalnym terminie, obniżając tym samym bezpieczeństwo systemu

Dodatkowe wymagania bezpieczeństwa narzucone przez organy regulacyjne wiązały się z ogromnymi kosztami. Ilość pracy wkładanej w budowę elektrowni jądrowych znacząco wzrosła, ale chodzi głównie o tę w biurach, w postaci podpisywania dokumentów. Według jednego z badań nowe regulacje w latach 70. spowodowały wzrost zużycia stali na megawat o 41 procent, betonu o 27 procent, rur o 50 procent, a przewodów elektrycznych o 36 procent. W miarę jak mechanizm regulacyjny się zaostrzał, projekty zaczęły zawierać funkcje przewidujące zmiany przepisów, które czasami nawet nie następowały. Kluczowe jest to, że takie środowisko regulacyjne wymusiło na budowniczych elektrowni porzucenie praktyki wprowadzania innowacji i rozwiązywania problemów na miejscu, bo każde odstępstwo mogło prowadzić do konieczności powtórnego zatwierdzania projektu i jeszcze wyższych kosztów.

Rozwiązaniem oczywiście byłoby uczynienie energetyki jądrowej systemem modułowym, z małymi reaktorami produkowanymi seryjnie w fabrykach i instalowanymi na miejscu jak jajka w wytłoczce. Obniżyłoby to koszty jak w przypadku Modelu T Forda. Problem polega na tym, że uzyskanie certyfikacji nowego projektu reaktora trwa trzy lata, a w przypadku mniejszych reaktorów nie ma żadnej drogi na skróty, więc koszt certyfikacji bardziej obciąża mniejsze projekty.

Tymczasem istnieje duże prawdopodobieństwo, że synteza jądrowa, czyli proces uwalniania energii przez łączenie atomów wodoru w hel, wreszcie spełni swoje obietnice i zacznie dostarczać niemal nieograniczoną ilość energii w ciągu najbliższych dekad. Odkrycie tzw. nadprzewodników wysokotemperaturowych oraz zaprojektowanie sferycznych tokamaków prawdopodobnie zdezaktualizowały stary dowcip, że energia z syntezy jądrowej zawsze jest oddalona o trzydzieści lat – i przez trzydzieści lat tak było. Obecnie energia termojądrowa może pojawić się na rynku komercyjnym w postaci wielu stosunkowo małych reaktorów, każdego przypuszczalnie o mocy około 400 megawatów. To technologia niemal całkowicie pozbawiona ryzyka wybuchu czy stopienia rdzenia, generująca bardzo niewiele odpadów radioaktywnych i bez zagrożeń związanych z dostarczaniem materiału do broni jądrowej. Głównym paliwem jest wodór, który może być produkowany przez sam reaktor z wody przy użyciu własnej energii, zatem ślad środowiskowy tej technologii byłby minimalny. Największym wyzwaniem pozostaje, jak w przypadku rozszczepienia jądrowego, obniżenie kosztów przez masową produkcję reaktorów i możliwość ich przeprojektowywania na podstawie doświadczeń w celu optymalizacji finansowej.

Niespodzianka gazu łupkowego

Jedną z najbardziej zaskakujących historii XXI wieku jest wzrost popularności gazu ziemnego, paliwa, które jeszcze dekadę temu uważano za bliskie wyczerpania, a obecnie jest zarówno tanie, jak i powszechnie dostępne. To w dużej mierze historia innowacji, która umożliwiła wydobycie gazu z łupków. Jeszcze do około 2008 roku eksperci energetyczni uważali, że tanie zasoby gazu ziemnego wyczerpią się stosunkowo wcześnie w XXI wieku. Ropa i węgiel miały wystarczyć na dłużej. Takie prognozy powtarzały się regularnie. W 1922 roku Komisja Węglowa Stanów Zjednoczonych powołana przez prezydenta Warrena Hardinga w ciągu jedenastu miesięcy przeprowadziła wywiady z 500 osobami z branży energetycznej i doszła do wniosku, że „wydobycie gazu już zaczęło słabnąć”. W 1956 roku ekspert do spraw ropy naftowej M. King Hubbert przewidywał, że produkcja gazu ziemnego w Stanach Zjednoczonych osiągnie szczyt w 1970 roku na poziomie 38 miliardów stóp sześciennych dziennie, a następnie zacznie spadać. W rzeczywistości wynosiła ona wówczas 58 miliardów stóp sześciennych dziennie i wciąż rosła. Dziś wynosi ponad 80 miliardów stóp sześciennych dziennie.

Prognozy te były błędne z dwóch powodów. Po pierwsze, w Stanach Zjednoczonych w latach 70. wprowadzono ścisłą regulację cen gazu opartą na przekonaniu, że jest to surowiec deficytowy, co skutecznie zatrzymało poszukiwania nowych miejsc wydobycia gazu. Firmy wypalały gaz lub zamykały odwierty jako uciążliwe i skupiały się na ropie. To rzeczywiście doprowadziło do szczytu produkcji, który wielu błędnie uznało za początek wyczerpywania się rezerw. Co niewiarygodne, w latach 70. rząd Stanów Zjednoczonych przyjął kilka ustaw zakazujących wytwarzania energii elektrycznej z ropy lub gazu w jakimkolwiek przedsiębiorstwie, które mogło uzyskać dostęp do węgla, i zakazał budowy elektrowni, które nie mogły wykorzystywać węgla. Deregulacja przemysłu gazowego pod rządami prezydenta Reagana doprowadziła do gwałtownego wzrostu produkcji.

Drugim powodem nadmiaru gazu w drugiej dekadzie XXI wieku była innowacja. W całych Stanach Zjednoczonych firmy zajmujące się poszukiwaniem gazu i ropy starały się znaleźć sposoby na wyciśnięcie więcej z każdego złoża, a także na wyciśnięcie gazu i ropy ze „zwartych” skał, z których nie wypływały one naturalnie. W latach 90. w Teksasie zaowocowało to przypadkowym odkryciem szczelinowania hydraulicznego zwanego technologią slickwater, które w połączeniu z nową umiejętnością do wiercenia za rogami, a tym samym przechodzenia poziomo w pokładach skał na wiele kilometrów, sprawiło, że zwarte łupki, w których przechowywana jest większość węglowodorów, stały się ogromnym źródłem gazu i ropy. Gdy dodamy do tego gaz ze złóż podmorskich oraz możliwość skraplania gazu, aby móc transportować go drogą morską, staje się jasne, dlaczego świat ma obecnie wystarczające zapasy gazu – najczystszego, niskoemisyjnego i najbezpieczniejszego ze wszystkich paliw kopalnych.

Kluczową lokalizacją dla szczelinowania slickwater były okolice Fort Worth z łupkami Barnett, gdzie przedsiębiorca o nazwisku George Mitchell, syn greckiego pasterza kóz, zbił fortunę, zaopatrując Chicago w gaz. Miał dobry kontrakt ze stałą ceną. Gdyby przeniósł się gdzie indziej, musiałby obniżyć cenę. Był więc zdesperowany, aby wycisnąć więcej z łupków Barnett, ponieważ miał tam wiele pozwoleń na odwierty. Pod koniec lat 90. wydobycie spadało, podobnie jak cena akcji Mitchell Energy, co spowodowało trudności osobiste Mitchella z powodu zobowiązań, które podjął na rzecz filantropii, wspieranych pożyczkami pod zastaw akcji. Jego żona cierpiała na chorobę Alzheimera, a on sam miał problemy z prostatą. Zdrowy rozsądek podpowiadał, że 78-letni multimilioner powinien być rozważny, powinien zrezygnować z Ameryki, tak jak robiły to już główne koncerny naftowe, i ograniczyć swoje straty. Przyszłość gazu leżała na morzu lub w Rosji i Katarze. Ale Mitchell, podobnie jak wielu innowatorów, nie był rozsądny, więc nadal próbował doprowadzić do przepływu gazu.

Wiadomo było, że łupki Barnett są bogate w węglowodory, ale nie mogły one łatwo przepływać, więc skała musiała pozostać pęknięta głęboko pod ziemią, a mikroskopijne pęknięcia musiały pozostać otwarte. Technologia ta była dobrze znana i opierała się na żelach, które otwierały pęknięcia i wypuszczały gaz. Działała ona dobrze w niektórych skałach, ale nie w łupkach. Mitchell wyłożył 250 milionów dolarów na bezskuteczne próby zastosowania tej technologii w złożach Barnett.

Pewnego dnia w 1996 roku pracownik Mitchella Nick Steinsberger zauważył dziwny rezultat. Używał on ciągników do pompowania sztywnego żelu z dużą ilością piasku w dół studni. Ponieważ jednak żel i piasek były drogie, Steinsberger wymuszał na firmach serwisowych redukcję ilości żelu i chemikaliów w mieszance pompowanej do odwiertu, próbując obniżyć koszty i zmniejszyć ilość pompowanego lepkiego materiału do łupków. Tego dnia żel był tak rozcieńczony, że nie „żelował” prawidłowo. Steinsberger i tak wpompował go do otworu i zauważył, że w odwiercie pojawił się przyzwoity przypływ gazu. Spróbował tego jeszcze z kilkoma odwiertami i uzyskał podobne wyniki. Gdy oglądał mecz baseballowy z przyjacielem z innej firmy, Mikiem Mayerhoferem, usłyszał od niego podobną historię – woda z niewielką ilością smaru i znacznie mniejszą ilością piasku działała dobrze w innym rodzaju skał, w tym przypadku w zwartym piaskowcu we wschodnim Teksasie.

Tak więc w 1997 roku Steinsberger zaczął celowo używać bardziej wodnistego płynu, w zasadzie wody zmieszanej z mniejszą ilością piasku i bardzo małą ilością zwykłych chemikaliów kuchennych (zasadniczo wybielacza i mydła), zamiast żelu. Wypróbował to na trzech odwiertach, ale nie przyniosło to oczekiwanych rezultatów. „Ciśnienie wzrosło zbyt wysoko, co zmusiło mnie do przerwania pracy pompy, ponieważ woda poślizgowa nie przenosiła piasku w łupkach, tak jak w znacznie bardziej przepuszczalnych, zwartych piaskach”. Na początku 1998 roku, gdy był już zdesperowany, a jego szefowie byli gotowi zrezygnować z łupków Barnett, przekonał kierownictwo, by pozwoliło mu spróbować jeszcze z trzema odwiertami. Tym razem pompował znacznie więcej wody, ale w trakcie prac zwiększył stężenie piasku z bardzo niskiego do wyższego. Pierwszy odwiert, nazwany S.H. Griffin Estate 4, wyprodukował ogromny przypływ gazu i utrzymywał wysoką wydajność przez tygodnie i miesiące. Steinsberger zrozumiał, że natknął się na formułę, która była nie tylko o połowę tańsza, ale też dwa razy bardziej wydajna. Chwilowe zwycięstwo? Nie, dwa pozostałe odwierty dały podobne wyniki.

Przełom Steinsbergera odmienił ostatnie lata życia George’a Mitchella, czyniąc z niego miliardera w momencie, gdy sprzedawał swoją firmę. Dzięki niemu łupki Barnett umożliwiły największą produkcję gazu w Ameryce. Technika ta została skopiowana w innych miejscach i była stale udoskonalana dzięki kolejnym innowacjom, przyniosła podobne efekty w łupkach w Luizjanie, Pensylwanii, Arkansas, Dakocie Północnej, Kolorado, a potem znów w Teksasie. Wkrótce tę samą technikę zaczęto stosować również do wydobycia ropy naftowej. Dziś Ameryka jest nie tylko największym producentem gazu na świecie, ale także największym producentem ropy naftowej, co zawdzięcza w całości rewolucji łupkowej. Sam Basen Permski w Teksasie produkuje dziś tyle ropy, co całe Stany Zjednoczone w 2008 roku, a więcej niż jakikolwiek kraj należący do Organizacji Państw Eksportujących Ropę Naftową (ang. Organisation of Petroleum Exporting Countries – OPEC) z wyjątkiem Iranu i Arabii Saudyjskiej. W pierwszej dekadzie XXI wieku Ameryka budowała ogromne terminale do importu gazu, dziś zostały one przekształcone w terminale eksportowe. Tani gaz wypchnął węgiel z sektora energetycznego Stanów Zjednoczonych, zmniejszając emisję szybciej niż w jakimkolwiek innym kraju. Uderzyło to w OPEC i Rosję, która gorączkowo wspierała aktywistów sprzeciwiających się wydobywaniu gazu ziemnego metodą szczelinowania (ang. anti-fracking movement), próbując bronić swoich rynków – z dużym powodzeniem w niechętnej innowacjom Europie, gdzie eksploatacja łupków została w dużej mierze uniemożliwiona.

Zalew taniego gazu i ropy, celowo wywołany przez OPEC w 2015 roku w próbie zniszczenia wydobywców stosujących szczelinowanie, przyniósł odwrotny skutek, zabił słabsze firmy, jednocześnie zmuszając ocalałe do opracowania sposobów na utrzymanie konkurencyjności przy cenach ropy 60, 50, a nawet 40 dolarów za baryłkę. Dostępność tanich węglowodorów dała przewagę amerykańskiemu przemysłowi i spowodowała szybki powrót przemysłu chemicznego do Stanów Zjednoczonych i masowe wycofywanie się firm chemicznych z Europy. Polityki energetyczne wielu krajów, takich jak Wielka Brytania, oparte na założeniu, że ceny paliw kopalnych będą stale rosły, co miało sprawić, że energetyka wiatrowa i jądrowa będzie wyglądała bardziej konkurencyjnie, niemal z dnia na dzień okazały się kosztownym szaleństwem.

Dlaczego ta rewolucja wydarzyła się akurat w Ameryce, kraju o starych, dobrze przebadanych, wyczerpanych złożach ropy i gazu? Częściowo odpowiedź tkwi w prawach własności. Ponieważ prawa do zasobów mineralnych należą do lokalnych właścicieli ziemskich, a nie do państwa, i ponieważ firmy naftowe nigdy nie zostały upaństwowione, jak miało to miejsce w wielu innych krajach od Meksyku po Iran, w Ameryce utrzymał się konkurencyjny, pluralistyczny i przedsiębiorczy sposób myślenia o wydobyciu ropy, przejawiający się w przemyśle nieprzynoszącym dużych zysków (tzw. wild-cat industry), branży pełnej ryzyka i odwagi, wspieranej przez ogromne zasoby kapitału ryzyka – pierwsi wydobywcy wydawali ogromne sumy pożyczonych pieniędzy, zanim biznes zaczął przynosić zyski netto. Jak to ujęto w jednym z opisów historii kluczowych innowatorów:

Małe firmy często mają przewagę w dzierżawie praw do kopalin od właścicieli gruntów, ponieważ ich interakcje z właścicielami gruntów są na ogół bardziej spersonalizowane. Wydobycie gazu z łupków było intensywnie prowadzone przez wiele małych firm, co zaowocowało wdrożeniem i przetestowaniem różnych metod wiercenia i wykańczania odwiertów w licznych basenach. Te „laboratoria” zaowocowały ciągłymi ulepszeniami i sprzyjały sukcesowi ekonomicznemu.

Tak więc metoda prób i błędów była kluczowa dla innowacji w szczelinowaniu. Steinsberger popełnił serię szczęśliwych błędów, ponosząc po drodze wiele porażek. A kiedy znalazł formułę, nie wiedział, dlaczego działała. Wkrótce wyjaśnił to ekspert w dziedzinie sejsmologii Chris Wright. Wright, inżynier, którego firma Pinnacle używała nowych urządzeń tiltmetrycznych [przyrządy służące do pomiaru bardzo małych zmian nachylenia powierzchni ziemi, budowli lub innych obiektów – przyp. red.] do śledzenia postępu szczelinowania pod ziemią dla Mitchella, doszedł do wniosku, że szczelinowanie typu slickwater tworzy duże sieci licznych szczelin. Już na początku lat 90. opracował model jednoczesnego wzrostu wielu szczelin, „który został powszechnie wyśmiany przez wszystkich starych wyjadaczy w świecie szczelinowania, ponieważ utrzymywali oni, że wiele szczelin zawsze szybko połączy się w jedną”. Okazało się, że Wright miał rację. Woda pod ciśnieniem tworzyła przecinające się szczeliny w skałach, znacznie zwiększając powierzchnię kontaktu z piaskiem. Szczeliny rozprzestrzeniały się na odległość mili lub więcej w jednym kierunku, ale też na setki metrów po obu stronach osi. W tym przypadku nauka podążała za technologią, a nie odwrotnie. Ostatnie próby przypisania rządowi federalnemu rozpoczęcia tej innowacji zdecydowanie mijają się z celem. Owszem, wiele badań prowadzono w rządowych laboratoriach, ale w dużej mierze na zlecenie przemysłu gazowego i głównie dlatego, że istnieli przedsiębiorcy tacy jak Mitchell i Wright (obecnie jedni z liderów branży), którzy tworzyli zapotrzebowanie na takie badania.

Początkowo środowiska ekologiczne z entuzjazmem przyjęły rewolucję w przemyśle gazu łupkowego. W 2011 roku senator Tim Wirth i John Podesta uznali gaz za „najczystsze paliwo kopalne”, pisząc, że szczelinowanie „stwarza bezprecedensową okazję do wykorzystania gazu jako paliwa pomostowego do gospodarki energetycznej XXI wieku, która opiera się na wydajności, źródłach odnawialnych i niskoemisyjnych paliwach kopalnych, takich jak gaz ziemny”. Robert Kennedy Jr., szef organizacji Waterkeeper Alliance, napisał w „Financial Times”, że „w krótkim okresie gaz ziemny jest oczywistym paliwem pomostowym do »nowej« gospodarki energetycznej”. Ale potem stało się jasne, że ten tani gaz będzie oznaczał, że most będzie długi, stanowiąc zagrożenie dla rentowności przemysłu energii odnawialnej. Własny interes wymusił na Kennedym wycofanie się ze swoich słów, co uczynił, nazywając gaz łupkowy „katastrofą”.

W regionach, w których rozpoczęto szczelinowanie, czyli w Teksasie, Luizjanie, Arkansas i Północnej Dakocie, sprzeciw był niewielki. Dużo pustej ziemi, długa tradycja odwiertów naftowych i kultura przedsiębiorczości sprawiły, że rewolucja łupkowa rozwijała się bez przeszkód i bez większych protestów lokalnych społeczności. Ale gdy dotarła na Wschodnie Wybrzeże, do Pensylwanii, a potem do Nowego Jorku, gaz łupkowy nagle zaczął przyciągać wrogów, a ekolodzy dostrzegli okazję do pozyskiwania funduszy, sprzeciwiając się jej. Zwerbowano kilka znanych osób, w tym hollywoodzkich aktorów, takich jak Mark Ruffalo i Matt Damon, i lawina ruszyła. Mnożyły się oskarżenia o zatrute ujęcia wody, nieszczelne rury, zanieczyszczoną wodę odpadową, radioaktywność, trzęsienia ziemi i zwiększony ruch drogowy. Tak jak pierwsi przeciwnicy kolei oskarżali pociągi o to, że powodują poronienia u klaczy, tak i tutaj żadne oskarżenie nie było zbyt absurdalne, by nie przeciwstawić go przemysłowi gazu łupkowego. Gdy jedna obawa została obalona, natychmiast pojawiała się kolejna. A jednak mimo milionów zabiegów szczelinowania w tysiącach odwiertów wystąpiło bardzo niewiele problemów środowiskowych lub zdrowotnych, i były one nieznaczne.

Panowanie ognia

Jedną z wad sposobu, w jaki opowiadamy historie innowacji, jest to, że niesprawiedliwie wyróżniamy jednostki, ignorując wkład pomniejszych śmiertelników. Zdecydowałem się opowiedzieć historie Newcomena, Watta, Edisona, Swana, Parsonsa i Steinsbergera, ale wszyscy oni byli ogniwami w łańcuchu. I nie wszyscy z nich stali się bogaci, nie mówiąc już o ich potomkach. Nie ma dziś fundacji nazwanej imieniem któregokolwiek z nich i finansowanej z ich bogactwa. To my wszyscy czerpiemy największe korzyści z ich innowacji.

Jednak sama energia zasługuje na wyróżnienie. Jest ona źródłem wszystkich innowacji, choćby dlatego, że innowacje to zmiany, a zmiany wymagają energii. Transformacje energetyczne są kluczowe, trudne i powolne. Jak twierdzi John Constable, przez większość historii dostawy energii, począwszy od pszenicy, wiatru i wody, były po prostu zbyt niewielkie, aby wygenerować złożone struktury na skalę wystarczającą do zmiany życia ludzi. Wraz z nadejściem transformacji technologicznej w 1700 roku nagle stało się możliwe tworzenie coraz bardziej nieprawdopodobnych i złożonych struktur materiałowych z wykorzystaniem paliw kopalnych z ich ogromną wydajnością energetyczną w stosunku do zainwestowanej energii. Zależność współczesnego świata od paliw kopalnych jest dziś mniej więcej taka sama – wynosi około 85 procent energii pierwotnej – jak było to 20 lat temu. Zdecydowana większość zapotrzebowania społeczeństwa na energię jest zaspokajana przez ciepło. Co ostatecznie zniszczy „doskonałe wykorzystanie ognia”, ten dziwny związek między ciepłem a pracą, który pojawił się w życiu ludzkości około 1700 roku i nadal jest niezbędny dla świata? Nikt jeszcze tego nie wie.