Иван Маркс ошибается!

Логично предположить, что в странах с экономическими трудностями эффективность использования высокотехнологичных изделий (компьютеры, смартфоны и автомобили и прочее) ниже, из-за чего собственно у них и проблемы - отставание от лидеров (типа США). Признаюсь и я так думал! Простая логика подсказывает, что экономическое благосостояние зиждется на технике, которую просто нужно правильно эксплуатировать, что КПД использования смартфонов (например племенем Мумба-Юмба в Африке), должен существенно уступать КПД при использовании американскими продвинутыми юзерами...
А вот и не угадали!

Глобальный коэффициент полезного действия:
региональное измерение энергетической эффективности микро- и макротехники в XXI веке.

Энергетический баланс современного изделия начинается задолго до момента, когда потребитель нажимает кнопку «включить». Независимые базы life-cycle данных, опубликованные национальными агентствами охраны окружающей среды (США, ЕС, Япония) и рецензируемыми журналами, показывают, что в среднем 38–52 % совокупной энергии приходится на добычу сырья и производство, 41–46 % — на эксплуатацию, 7–15 % — на утилизацию и транспортные потери. Соотношение существенно варьируется по климатическим поясам и по уровню развития энергетической инфраструктуры, что делает региональный фактор доминирующим при оценке реальной эффективности.

Североамериканские центры обработки данных в 2022 г. демонстрируют коэффициент полезного действия вычислительной работы (отданная пользователю энергия / первичная энергия) 14,8 %, тогда как юго-восточноазиатские аналогичные комплексы — только 8,1 %. Разница объясняется не конструкцией процессора, а двумя внешними параметрами: долей возобновляемых источников в энергобалансе (35 % против 12 %) и средним коэффициентом утилизации электроэнергии в здании (Power Usage Effectiveness 1,15 против 1,8). Производственный этап добавляет ещё 9 % энергетических потерь в развитых странах и 22 % — в развивающихся, где доминирует угольная генерация и где металлургические цеха работают на первичном, а не на вторичном алюминии. В результате «бережливый» чип, созданный в Юго-Восточной Азии, несёт в себе скрытый углеродный долг, который перекрывает его локальную экономию за первые три года службы.

Домашний персональный компьютер в европейских условиях потребляет 0,21 кВт·ч в сутки и отрабатывает энергозатраты на производство за 4,2 года; в странах, где электричество вырабатывается преимущественно на мазуте, тот же срок удлиняется до 6,8 года, а суммарный первичный расход возрастает на 28 %. Поскольку средняя физическая продолжительность жизни ПК в этих странах составляет 5,5 года, производственный «след» оказывается фиксированным, а эксплуатационный выигрыш — недостаточным для компенсации. Следовательно, без изменения структуры энергобаланса локальное усовершенствование микросхем сводится к аритметическому росту, не переходящему в энергетический выигрыш.

Смартфон производится при удельных затратах 1100 МДж за устройство, что эквивалентно 0,37 кВт·ч в сутки на три года службы. Однако доля «пустого» времени (ожидание, прокрутка, фоновые службы) в развитых странах достигает 65 %, а в странах с ограниченным доступом к сети — 45 %, поскольку устройство используется целенаправленно: звонки, мобильные платежи, образование. В результате полезная отдача на единицу первичной энергии в менее обеспеченном регионе выше на 18 %, несмотря на менее эффективное зарядное оборудование. Это единственный класс техники, где социально-экономический дефицит компенсирует технологическое отставание и формирует более высокий глобальный коэффициент полезного действия.

Легковой автомобиль массой 1500 кг требует 65 000 МДж на производство. При среднем европейском пробеге 12 000 км/год и расходе 0,58 МДж/км эксплуатационный энергетический поток достигает 70 000 Мдж за 10 лет. Производственный «залог» составляет 48 % от суммарного баланса. В странах, где средняя скорость движения в час пик ниже 18 км/ч, а коэффициент заполнения салона 1,2 человека, полезная работа (перемещение пассажира) составляет 1,9 % от затраченной первичной энергии. При переходе на каршеринговую модель с коэффициентом заполнения 1,8 и сокращением простоя с 94 % до 60 % глобальный коэффициент полезного действия возрастает до 4,6 % без изменений в конструкции двигателя. Это подтверждает, что организационные меры доминируют над инженерными при текущем уровне технологии.

Грузовая техника демонстрирует наиболее стабильную динамику: с 2005 г. удельный расход энергии на тонно-километр снизился на 28 % в OECD и на 17 % в остальном мире. Однако производственный вклад остаётся неизменным: 210 000 МДж за 16-тонный тягач. В условиях плохих дорог и частичной загрузки (60 % пробега вхолостую) общее глобальное КПД в Юго-Восточной Азии составляет 1,4 %, тогда как в Северной Америке, где логистика выстроена по принципу «от двери до двери» и доля порожних рейсов 28 %, показатель достигает 3,1 %. Разница вдвое объясняется не мотором, а внешней инфраструктурой: качество дорожного полотна, система планирования маршрутов, доступность железнодорожного интермодального перегрузочного узла.

Утилизационный этап в развитых странах возвращает 90–95 % металла и 60 % редкоземельных элементов, что снижает первичный энергетический долг на 8 %. В странах, где вторичная переработка охватывает менее 20 % массы, энергетический выигрыш сводится к нулю, а загрязнение почв и грунтовых вод добавляет внешние издержки, не учтённые в рыночной цене. Таким образом, конец жизненного цикла превращается в «энергетический ям» для всей системы: выгода от высокого КПД в эксплуатации аннулируется провалом на финальном этапе.

Скрытое сокращение данных корпоративными отчётами проявляется в трёх приёмах. Во-первых, в расчётах указывается только этап эксплуатации, без производственного и утилизационного следа. Во-вторых, используется локальный топливный цикл (только бензин или только электричество из розетки), игнорируется первичная добыча и транспортировка топлива. В-третьих, приводится номинальная мощность устройства, а не средняя загрузка: процессор тратит 6 ватт в режиме простоя, но рекламируется показатель 0,5 ватт в deep-sleep, который включается менее чем на 10 % времени. Совокупность этих упрощений завышает заявленное КПД в 2,1–3,4 раза по сравнению с полным циклом.

Наиболее эффективный путь повышения глобального КПД — синхронное вмешательство на всех этапах. Производственный: переход на вторичные алюминий и сталь, закрытие цикла воды, электрификация тепловых процессов за счёт возобновляемых источников. Эксплуатационный: повышение загрузки техники (каршеринг, распределённые вычисления, объединение грузопотоков), удлинение срока службы до физического износа, а не до маркетингового обновления. Утилизационный: обязательный приём техники производителем, стандартизация сплавов для облегчения переплавки, внедрение технологий извлечения редкоземельных магнитов из мелкого электронного лома. 

Региональный аспект требует политических решений: внедрение общего энергетического коэффициента, охватывающего всю цепочку от рудника до свалки, и обязательной маркировки продукции этим показателем. Потребитель получает возможность сравнивать не только цену и мощность, но и истинную энергетическую стоимость. Производитель, лишённый возможности скрывать внешние издержки, заинтересован в сокращении именно тех звеньев, которые сейчас игнорируются. 

Таким образом, высокое техническое КПД внутри устройства не гарантирует энергетической пользы для общества. Без учёта региональной энергетики, производственного и утилизационного долга современные достижения микро- и макротехники рискуют остаться красивой иллюстрацией, а не инструментом устойчивого развития. Только внешняя прозрачность и системная оптимизация всего жизненного цикла способны превратить кремниевые и стальные чудеса в реальный энергетический выигрыш. Остаётся только добавить, что если один смартфон использует три и более представителя африканского племени, а ленивый американец имеет три смартфона, которыми пользуются лишь изредка, то вклад в глобальный КПД этапа эксплуатации перекрывает все технологические недостатки этапа производства.