2014年11月4日

我们所知的全球发展的终结

贡献:乔什·卡恩斯

发展专业人士的工作是基于这样一个假设:发展中世界总有一天会变得和发达世界很像。但很有可能他们错了。对世界能源供应的实际观察，以及对能源、文化和生活质量之间联系的有趣新研究表明，情况可能恰恰相反:发达国家很快就会变得更像发展中国家。以下是为什么会发生这种情况，以及我们现在可以做些什么来为巨大的变化做准备。开云体育体育赛事

从农民到办公室骑师

自20世纪90年代初以来，美国政府在全国人口普查中就没有把“农民”作为一个类别，这是能源消耗的一个症状。柴油燃料、化肥和农药都是能源，它们已经取代了农场上的人和动物肌肉。这种能量，在发达国家流行的“隔间农奴”。全球发展专业人士正试图引导发展中国家沿着这条来自廉价、可获得的化石燃料的道路前进，这条道路已经把中世纪的农奴变成了今天的企业、政府和社会的道路。

自18世纪以来，化石能源促进了全球人口的三倍增长，同时在发达国家和发展中国家的权力中心建立了拜占庭式的技术社会等级制度。

能源投资回报率

让我们从会计的角度来看看能源。我们不会去看地球所拥有的总能量——化石煤、石油和天然气、阳光、风、潮汐、放射性原子核，或者化学键所包含的总能量。相反，我们关注的是净能量:减去探索能源、提取、提炼、加工能源等过程所消耗的能量后剩下的有用能量。

计算这种净能源盈余的一种方法被称为能源投资回报率，简称EROI。这个概念是由纽约州锡拉丘兹纽约州立大学的查尔斯·霍尔和他的同事们首创的。EROI的核心是一个简单的等式:EROI =返还给社会的能量/为获得该能量而投入的能量。

利用5亿年的阳光

获得高eroi能源使社会能够发展出我们今天所看到的先进技术系统和复杂的、高度分化的社会等级。

相比之下，中世纪的人们拥有低eroi能源——只有人类和动物的肌肉，加上可以燃烧的生物质，以及少量利用风和水流。在那些日子里，大多数人不得不重新投入到工作中，因为他们没有柴油发动机来为他们工作。

化石燃料时代带来了地球历史上前所未有的高eroi能源横财。人类已经释放了储存了5亿年的集中阳光的能量。我们一直在以惊人的速度消耗这有限的、一次性的能源宝藏。

EROI与开发直接相关

为了保持我们西方的生活方式，发达国家需要大量的净能源盈余。

纽约马塞勒斯的下一代能源计划公司的杰西卡·兰伯特和她的同事们假设，社会首先满足最基本和最重要的能源需求，然后如果还有剩余的能源，他们就会沿着一个阶梯满足越来越复杂的需求，他们称之为“能源需求等级”。它类似于马斯洛的人类需求层次论．

研究人员发表了他们的观点2013年8月版能源政策杂志(pdf)。上面，我附上了他们论文中的一个图，用箭头表示社会可用EROI增加和技术-社会复杂性增加的坐标。

研究人员计算了世界各国的能源获取和EROI，并将数据与发展和生活质量的常见指数进行对比，包括联合国人类发展指数(HDI)、儿童体重不足比例、公共卫生支出、女性识字率、性别平等以及获得“改善”的供水。我在左边复制了一个这样的图，上面有一条叠加线，对应于EROI，它标志着人类发展的上层和下层水平之间的近似边界。

研究人员发现，人类发展水平中等至高的国家的EROI往往超过20:1或30:1 (EROI为20:1表示每投入1单位能源，就能获得19单位能源)。另一方面，获得净能源比例低于20:1的国家通常无法实现高水平的发展。

为什么我们要用化石燃料取代人力?

一桶石油的价格约为100美元，所含的能量相当于一个人11年的体力劳动。按照美国的最低工资标准，支付这些人力劳动力需要50万美元。即使按一些发展中地区普遍的每天1美元的极低工资计算，每桶100美元的石油所含的能源也相当于价值5600美元的人力劳动。

作者还研究了当前能源技术(包括石油、天然气、煤炭、太阳能光伏和风能、核能、水力发电等)提供的EROI趋势。

最高的EROI来源消失了

20世纪的化石燃料资源的EROI远高于其他任何资源。，现在他们都走了。例如，历史上的常规油气田提供的EROIs规模为50:1至100:1，甚至更多。我们已经耗尽了最容易开采的矿藏，现在全球石油和天然气的eroi已经下降到20:1左右。

例如，过去的常规油井开采成本为40万美元，几十年来每天产量约为1000桶。如今，“水力压裂”页岩油井的每口钻井成本为600万至1200万美元，最多每天生产几百桶，持续1至3年。

可再生能源的EROI不高

但这仍然比可再生燃料所能提供的EROI高得多。可再生能源技术的eroi较低，约为5:1至15:1，而且它们依赖廉价的化石燃料进行大规模部署。举个例子，风力涡轮机中含有大量的钕，用来制造用于发电的磁铁，我们用哥斯拉大小的柴油动力机械来开采这种金属。

风能和太阳能光伏发电在全球能源组合中所占比例不到1%。在美国，太阳能光伏发电所提供的电力不到1%的百分之一。由于可再生能源eroi相对较低，并且依赖于廉价的高eroi化石燃料平台进行制造、安装和维护，如果我们的目标是保持国家经济、人口和财富的指数级增长，那么快速扩大可再生能源规模以满足未来的能源需求是不可实现的。

因此，我们似乎面临着一个非常麻烦的净能源短缺问题。随着化石燃料的枯竭和质量的下降，迄今为止推动我们发展的EROI将很快消失，我们无法通过替代可再生能源来弥补这一差距。然而，更令人不安的是，EROI似乎并没有以线性方式下降。

净能源悬崖

这种分析的含义至少可以说是令人不安的。

在全球范围内，主要能源石油和天然气的净回报率已经下降到20:1 - 30:1的范围。看看今天的全球发展状况就会发现，这是一种EROI，使社会难以实现高质量的生活。可再生技术的EROIs处于或低于这一范围。

现在看看EROI在10:1 - 20:1的范围内发生了什么。指数EROI函数开始急剧下降。这就是所谓的“净能源悬崖”。一个经历EROI下降范围的社会越来越不能支持高水平的技术-社会复杂性。我们生活在富裕的西方，已经把这种复杂性的成果理所当然地视为高生活水平的必要条件，以及我们与生俱来的永久权利。

全球发展的终结

对于E4C的读者和参与全球开发工程的每个人来说，这个分析有两个重要的信息。开云全站app登录官网入口下载开云体育官方首先，发展中国家不太可能像发展中国家那样“发展”。其次，富裕的发达国家将面临分解代谢的“发展”，因为能源来源减少，最终无法支持能源需求层次的上层。分解代谢发生在一个社会耗尽其资源，不能再增长，并开始分解其基础设施以消耗能源，如约翰·迈克尔·格里尔解释(pdf)。

我们需要这样做，不仅仅是出于对世界穷人的道德义务，也是因为，在短期内，我们自己也将需要这些相同的技术。

很快，现代富裕生活中许多被认为是理所当然的电枢将被打破，随着历史的风呼啸而去。不幸的是，这将是一个痛苦的过程，会让许多人措手不及。普遍的假设是，增长是无止境的，繁荣总是在上升。我们对技术和创新带来的纯粹有益收益抱有一种准乌托邦式的信念。但从净能量的实际情况来看，情况并非如此。

工程师们的反应

我们现在就应该采取行动，为衰退做准备。首要任务应该是获得更多的经验，开发能够适应未来资源限制的技术。我们需要这样做，不仅仅是出于对世界上穷人的道德义务，也是因为，在不久的将来，我们自己也将需要这些同样的技术。

EROI的计算应该为科学和工程研究和发展过程的决策提供信息。开云全站app登录官网入口下载创新要有针对性，更好利用本地资源。我们所建造的必须帮助我们用更少的能源生活，强调质量而不是物质数量，与此同时，我们总体上越来越穷。它还应该帮助我们预测未来会有什么样的冲击，以及我们如何才能明智和创造性地应对。

简而言之，工程科学和开云全站app登录官网入口下载技术研发应该专注于满足基本需求的解决方案，而不依赖于高EROI投入、长而脆弱的供应链或脆弱而复杂的技术-社会系统。
一旦人们开始认真考虑并接受商业的限制，就有很多创新、创造力、希望、改善生活质量和社区建设的选择。

为了为这种创新设定适当的目标，我们必须接受这样一种可能性，即未来的发达世界将更像今天的发展中世界，而不是发展部门传统上假设的相反。

一旦人们开始认真考虑并接受常规商业的限制，就会有很多创新、创造力、希望、生活质量的改善和社区建设的选择。现在有太多的商业活动是低效和不健康的，所以改变真的可能是双赢的，即使是在衰退和长期经济崩溃的艰难未来。开云体育体育赛事

痛苦但实际的预测

我们可以对未来做出怎样合理的推测来绘制技术研发的目标?这里有一些，我邀请你在评论区提交更多。

• 未来将有更多直接从事太阳能转换活动的职业，如小规模农业和林业。(卷起袖子，拿起锄头!)
• 随着依赖廉价化石燃料的长途运输链不再可行，地方经济将变得越来越重要。(了解你的邻居和当地的企业!)
• 我们不敢假设复杂的、全球性的、高科技和能源密集型系统，如互联网和无处不在的24/7移动无线连接，是人类存在的永久特征。(谁会不愿意少花点时间在发光的屏幕前呢?)
• 政府、商业、媒体、学术界等的领导人将尽一切努力尽可能长时间地维持现状和业务正常，同时坚持认为没有任何问题，尽管越来越多的证据表明情况相反。(这取决于我们——让我们开始工作吧!)

标签:能源投资回报率，EROI，全球发展，乔什·卡恩斯，技术