我们的社会运转离不开能源的驱动,能源是维系我们日常生活所必须的东西。如果没有了能源,将意味着所有经济活动停止,城市中的人口会因为缺乏食品运输导致大面积饥荒。供水系统、供暖系统也都将无法运作,冰箱失去了作用,我们所储存的食物将在1周之内腐坏掉,整个社会将陷入一片混乱。
能源对于社会如此重要,我们前面已经提到过,能源可以简单的分为两种,一种是可以再生的能源,一种是不可再生的能源。人类自从进入工业革命开始,使用的就主要是非再生能源。这些非再生能源是有限的,我们如何使用这些非再生能源对于所有人来讲都是一个非常重要的问题。对于非再生能源的消耗主要来自于两个方面,一方面是各个国家大力发展经济所消耗的资源,另一方面是人口增长导致的能源消耗增加。人口第一次突破10亿花了200万年,突破第二个10亿只花了100年,到第三个10亿只花了30年,而第四个10亿更是只花了15年。1987年全球人口首次超过了50亿,之后的35年里人口又增加了30多亿,于2022年突破80亿,到2026年已超过83亿。
要满足83亿人的生活需求需要建设数量庞大的住房、医院、港口、桥梁、工厂、发电站以及其他基础设施。这些工程所耗费的非再生能源是一个天文数字。除了基础设施之外,为了满足75亿人的日常生活,每天都要耗费掉巨额的能源。并且只要人口继续增长,无论做出任何努力,都无法满足未来的能源需求,随着各种资源面临枯竭,整个社会的熵值正在快速增加,社会的混乱程度也在与日俱增,我们已经越来越靠近熵的分界线。
几十年前科学家依据当时的石油储备情况推测,地球上的石油资源只够人类继续开采几十年,几十年后石油这种资源将会枯竭,但是随着科技进步,很多新的石油被发现,到现在全球已经勘探出来的石油储备依然可以再维持几十年。于是有人开始鼓吹,随着不断发现新的石油,石油这种资源足够人类再使用上几百年。但是不要忘了,人类总是会优先选择容易获取的资源,随着容易被开采的油田消耗一空以后,人类只能被迫选择那些更难开采的部分,比如地下更深处或者在海洋的更深处。要发现和开采这些很难获取的资源,本身就会产生更大的工作量和消耗更多的其他非再生资源。这将使得能够被有效利用的能量变得很少。而且地球上的石油到底还能维持多久,谁也不知道。
随着全球石油资源越用越少,开发和加工变得越来越困难,费用也在逐渐提高,人类开始寻求通过人工合成能源来替代石油的方案,比如从煤炭、页岩、焦沙中提取汽油,所谓的人工合成能源,本质上还是消耗地球的非再生能源。而且要从这些替代性资源中获取能量,就必然花费更大的代价。按书中所说,上个世纪80年代,利用煤炭液化技术,需要1吨煤,才能合成3-4桶汽油。目前美国页岩油的平均开采成本约为60到65美元一桶,而中东地区常规油田的开采成本要低得多,沙特阿美公司的举升成本仅为3到5美元一桶。
另外,无论采用什么技术,矿物燃烧以后形成的二氧化碳会将地球包裹起来,使得地球升温。二氧化碳排泄所造成的气候问题会成为限制矿物能源生产的主要因素。我们知道,2020年南极气温曾首次超过20度,气温的升高将严重破坏了地球的生态环境,给动植物的生存带来了致命的影响。气温升高最可怕的后果之一就是南北两极冰帽的融化,这会使海平面升高,把世界上几乎所有的重要港口和城市淹没在海水之中。
除了矿物燃料,一些人还把希望寄托在原子能上,实际上,原子能的生产成本非常高昂。如果将核电站的建设费用、废料的处理费用算在一起,原子能的价格可能远远超过煤炭之类的传统能源。而且原子能还会带来一系列健康问题。铀矿废料的半衰期长达8万年,在此期间这些放射性物质都是非常危险的,任何计量的放射性物质都是过量的,只要有一颗放射性粒子侵入一只细胞就会引起癌症或遗传突变。这个过程又是非常难以察觉的,从遭受辐射到病变的时间可能长达20年。虽然人们订了许多计划来储存核废料,但是没有一种办法行得通,因为要保证一种致命物质能够安全存放几千年是根本没有办法做到的事。
除此之外还有一个更严重的问题,每个核反应堆每年要生产出400-500磅的钚,钚是制造原子弹的基本材料,在上个世纪80年代就已经有700磅的钚从核反应堆和储存地点失踪。而屠杀生灵并不非得用原子弹,如果将钚从城市上空释放,那么就可以污染40平方英里的地区长达10万年。
然后我们来谈一下矿物,无论是石油、煤炭、铀矿还是太阳能的能源都不能单独考虑,因为我们要想从环境中提取能源,就要花费非再生能源来制造相应的开采和加工设备,地球上维持高度工业化所需要的每一种重要的非再生的矿产都正在被消耗殆尽。
这些非再生资源在社会中的流通还会导致可再生资源的消费。我们对森林和鱼类的过量消费已经超过他们再生的速度,使得这些再生资源也变成了非再生资源,自1967年以来,全球森林的面积不断缩小,森林的生产能力也一直在下降,海洋中许多传统捕鱼区的鱼群已经捕捞一空了。草原地区的羊毛、羊肉、牛肉的人均产量也都在减少。
有人认为,使用常见的矿产来代替稀有的矿产,或者通过有效的回收再利用,就能够使非再生的矿产永不枯竭。但是绝大多数的重要金属既然都在迅速减少,那么使用一种金属来替代另一种金属的做法实际上没有太大意义。作为替代品的金属肯定不如被替代的材料那么有效,比如铜线的导电性能就比银线的导电性能弱,因此要完成一种特定的功用,使用替代品需要更多的能量。而且有些材料有着独无二的特性,是任何其它材料都替代不了的。
另外,回收也常常被看成是解决物质资源耗散的手段。但回收过程也是受热力学第二定律的制约的。在某种矿产的回收过程中,它的一部分必然会不可挽回地损失掉。比如汽车在使用的过程中被磨损的部分是没有办法进行回收的。目前大多数废旧金属的平均有效回收率为30%。回收过程还会带来更多的污染,而且也需要更大量的能量来进行“收集、运输和转化”这些分散的材料。如果考到矿产消费的指数增长,那么金属的回收就像金属的替代一样,只能争取到几十年时间。
节约的方法与回收一样,是有一定价值的,但它也不能解决全部问题,就算将全球的能量流通速度降低一半,也依然存在指数增长、能源耗散和污染等问题。虽然节约是必不可少的,但实际上任何节约方案都必须在现在的能量高消费的基础上加以实施,因而必然会受到很大的限制。任何节约的行为,一旦超过了某个界线,就会在能量流通的各个环节造成严重的混乱。
美国联邦政府在上个世纪的80年代,希望通过提高空调系统的恒温器的温度来节省电力的事情,就表明了在一个高能量系统中厉行节约会造成什么样的混乱。当时美国各地建筑的窗子很多都是设计成密封式的。当时大家都以为将有足够的电力能为一个彻底密封的系统提供空调。
然而,一旦恒温器的温度提高后,楼内的居民就需要新鲜空气和习习清风。唯一能办到的就是把成千上万幢建筑中的几百万张窗子全部换掉,这就需要耗废大量的能量、资源、时间和人力。
节约电力这个简单的举动还造成了其他混乱,新建筑的冷曖气系统的最佳工作温度比政府规定的温度要低。一些大楼的管理员发现,要使大楼的温度符合政府条例,他们还得加热通气管道。
问题还远远不止这些。我们认为必不可少的许多程序都是为空调系统专门设计的。如计算机要正常运行就需要低湿度和较凉的空气。空调一旦关掉,它们就不能工作了。各个银行发现,把恒温器温度提高会使室内湿度提高,从而使信封的胶水发粘。许多饭店的顾客发现,他们心爱的饭店一旦离开了空调,就无法排除厨房烤炉发出的高温。
改变恒温器的温度,还会产生生理和心理的影响。我们中的很多人对空调已经产生了依赖,现在已经完全没有办法忍受没有空调的夏天。某一项报告说明,空调较差的办公室内的工作人员的效率会降低。这样的例子不胜枚举。
这并不是说我们不需要节约,只是节约的方法只能在系统的最低能量流通的极限之内才是有效的。就像我们人体需要通过食物才能维持生存,为了节约食物,我们决定少吃一点,但是少吃是有一定限度,超过了这个限度,人就可能会出问题,甚至饿死。而城市化、工业社会的设计就是要尽可能地提高能量的流通。在这种社会下节约措施不过是一种缓冲剂而已。
好了,我们今天的分享就到这里,我们下次再见。