2030：我们的“洛各斯悬崖”危机——工业文明的能源末路

这张照片由 Brandon Mowinkel 在 Unsplash 拍摄。

指数增长通常是不好的结局。那么它是如何结束的呢？用海明威的经典话来说就是：“两种方式。先是逐渐地，然后突然地。”当我们越来越接近那个让人不安的“突然”阶段时——大约在2030年开始——我觉得有必要总结一下我们迄今为止对能源及其在经济中的作用所学到的知识。但是为什么工业文明的长期缓慢停滞不能持续下去呢？为什么突然的急转直下似乎即将来临？

下面的并不是一个预测，而是一种解释，说明情况会如何突然变得极其艰难。当我提到“突然”时，我所说的突然并不是指从一天到另一天的变化，而是指数年到数十年的时间里。然而，与历史上财富积累的速度以及相应的能源需求增长相比，这将绝对像是在[Seneca Cliff]上急速下滑。话虽如此，衰退的开始和速度将受到多种因素和大量不确定性的影响。在许多情况下，我们只能获得近似数据，但这并不会改变根本原则。只会改变事情分崩离析的速度和程度。是什么让我赞同Ugo Bardi教授的观点，他引用了Lucius Annaeus Seneca的话，“增长缓慢，但走向毁灭的速度却很快”？

塞内卡断崖是一个简单的建模示例，展示了资源和/或能源的提取可能会突然急剧下降。出处：乌戈·巴尔迪

首先，尽管大家说得很多，我们仍然有大约85%的基本能源来自化石燃料——和半个世纪前一样。然而，与20世纪50年代和60年代不同，我们已经无法像以前那样以指数级的速度开采化石燃料。这对气候和地球生物圈来说是个好消息，但对于工业文明而言却不是好事。全球经济离不开廉价石油。采矿、农业和长途运输都依赖于廉价的柴油和燃料油。石油是这一系列资源的主导资源，使其他资源的生产成为可能。从食品到木材，从矿物到金属，所有资源的采集和提取都依靠石油驱动的机械设备，并且这些资源的提炼依赖于煤炭或天然气提供的电力和热量——煤炭和天然气的开采、钻探和提取同样依赖于石油作为主要能源……用于太阳能板和风力发电机的所有原材料和回收材料也是如此，更不用说由石油制成的各种产品，包括塑料、沥青（柏油）、润滑油、油漆、清洁剂、纤维（衣物）、鞋子、化妆品等。

“石油仍然是世界上最大的能源来源之一——约占总量的大约30%——并且对交通运输至关重要，它提供了超过90%的交通燃料需求。” — 科尔特·科布（Kurt Cobb）

最常被提及的“替代品”，比如氢气和电池，却不可能在物流、矿业或农业方面取代石油，因为这两种技术本质上是能量储存（有损耗），而不是能量的来源。因此，为了取代石油，我们不仅需要挖掘所有这些技术所需的原材料（这还需要用到石油），还要扩大电力网的容量，以满足电池充电和氢气生产的需要。（这同样需要燃烧大量的化石燃料。）正如Rystad的一项最近研究指出，但并未认识到的，我们只有最多几年时间来完成这一任务，否则将面临全球石油供应的急剧下降。在短短五年内即将达到全球石油供应的顶峰，并随后面临急剧下降：

“根据更现实的石油生产前景，总产量将在2030年达到1.08亿桶/天的峰值，并在2050年下降到5500万桶/天，而石油价格将在实际条件下保持在每桶约50美元。在这一情景下，由于开发无利可图，世界上大约三分之一的可采石油，即500亿桶，将无法开采。”

但是为什么呢？难道我们不能通过增加对勘探和科技发展的投资，即便世界仍在燃烧，也将剩余的那部分从地下开采出来吗？为什么我们会看到仅仅20年里，我们的产量减少了一半，而从1970年代的开采水平增加到现在却花了超过半个世纪的时间？确实，为什么增长如此缓慢，而走向毁灭的道路却如此迅速？原因众多，我们一一来看这些因素。

石油产量与石油净能量的对比——预测至2080年。原图来自Our World in Data；红色的预测曲线和蓝色的注释：个人创作。粉色的历史净能量曲线是从1980年开始估算，比实际产量低3%，到2023年比实际产量低15%。数据来源：能源研究所——世界能源统计报告（2024）；转型数据平台（2019）；Rystad（2024）；Delannoy等人（2021年）

1. 提取石油这种主要资源的能源成本急剧上升。 随着富油藏（大型陆上油区）枯竭，更多成本更高的油藏取代前者，生产过程中消耗的能源越来越多。1970年时，只有3%的从石油中获得的能源需要重新投资于开采，而如今这一比例相当于石油液体生产总量的15.5%，到了2050年这一数字将高达50%。（资料来源：ScienceDirect）能源成本的急剧上升将很快导致一个实质性的净能源悬崖，这是上文提到的Seneca效应的主要原因。实际上，这意味着尽管我们今天仍然可以使用100多万桶石油中的85万桶，到2050年，石油的净能源将锐减至27.5万桶石油当量（以2050年预计生产的55万桶为基准）。简单来说：在短短的二十年内——从2030年开始——我们将失去今天使用的液体燃料能源的三分之二，相当于每年减少5-6%的净能源。（与2020年世界经历的情况类似，但这次是年年如此。）值得注意的是：目前所有交通运输、农业和矿业的燃料仍然有90%来自石油。

2. 缺乏新发现和旧油井的加速枯竭。 几十年来，新油藏的发现率远低于实际消耗率，平均每年仅新增约11亿桶，而每年消耗量却达30亿桶。在2022年和2023年，石油公司仅发现了5亿桶，这仅相当于当年消耗量的六分之一。（资料来源：Rystad Energy）原因很简单：大油藏早在很久以前就被找到了，而剩下的新增储量对整体油藏来说影响甚微（除了找到它们消耗了大量能源）。问题在于，虽然大油藏初期枯竭速度缓慢，但其枯竭速度会随着时间的推移而加快。不幸的是，这一加速阶段现在与新近较小的非常规油井（如页岩油）的快速枯竭重合，导致全球枯竭率年年上升。因此，我们越推迟峰值产量，通过投资延长现有油井的生产，衰落的速度就越快。

3. 提取原材料的能源成本急剧上升。 类似于化石燃料，随着铜和其他许多关键金属的富矿藏枯竭，越来越难以获取的矿藏将增加单位资源提取的能源成本。这主要是因为新矿的矿石品位（即一吨岩石中金属的百分比）比已枯竭的旧矿低。结果，为了保持当前金属产量不变，全球必须开采越来越多的矿石。由于我们仍然使用柴油挖掘机和自卸卡车进行矿物开采，这一过程将导致原材料整体能源成本的超指数级上升，因为生产柴油燃料的能源成本上升将被挖掘和运输更多矿石至炼油厂的增加量所累加。需要注意的是，即使使用由光伏电池提供的太阳能进行采矿，我们仍然会面临同样的问题。富矿藏的枯竭将导致生产太阳能电池板的整体能源成本不断上升，这些电池板又被用于为生产质量更低的矿石的新矿提供动力，从而导致生产新光伏电池所需的能源和材料投资进一步增加……如此循环往复。此外，实现到2050年净零碳排放将需要铜产量增加460%，这需要在未来32年内启用194个新大型矿场。这一切都将使用今天可用石油净能源的三分之一，并且矿石品位仍在持续下降。听起来合理吗？你是在开玩笑吧。

4. 技术复杂性的增加导致能源需求上升。 当任何技术达到其物理极限时，就需要另一次创新和新的技术发现。安静的一面是，技术进步总是以增加复杂性为代价：通过增加更多层、更多奇特材料、更长的供应链、更复杂的制造工艺等。所有这些都需要更多的劳动力、更多的资源，最终需要更多的能源。芯片制造就是一个例子。当第一颗微芯片进入市场时，它不需要横跨六大洲的供应链，也不需要使用激光束来高频爆炸锌颗粒（以生产尖端光刻技术所需的紫外线光源），更不用说千步制造过程或城市规模的巨型工厂了。

5. 人工智能。 构建人工智能需要数百万颗微芯片——更不用说需要核电厂全部输出功率或几台燃烧大量天然气的涡轮机的数据中心。难怪谷歌的碳排放在过去五年里飙升了48%。（来源：BBC）最近，康奈尔大学的研究人员发现，像ChatGPT这样的生成式人工智能系统使用的能源比运行特定任务软件的计算机多出33倍。（来源：Yahoo Finance）此外，每次AI驱动的互联网查询消耗的能源是传统互联网搜索的十倍。AI的巨大水资源消耗及其对稀有材料的需求，如锗、钇、砷、镓或高纯度氧化铝——其中回收率仍低于1%——更是雪上加霜。

6. “新”能源源。 将可再生能源接入电网也会增加复杂性，因为整个电网必须进行改造以容纳越来越多的依赖天气的风能和太阳能。因此，在某个阈值之上，其效用开始降低，因为需要建造更多的电池、开关设备、变压器等来弥补这些“可再生能源”的间歇性。根据Lion Hirth在2013年进行的研究（研究链接），当风电超过总发电量的30%，光伏发电超过15%时，其市场价值实际上会减半。至少在这之前，公用事业公司需要投资更先进和复杂的设备和储能设施。因此，太阳能和风能比化石燃料便宜的说法，仅在这些技术由旧的污染性化石燃料生产并保持平衡的情况下成立。

7. 气候变化。 对空调的需求增加，以及修复或抵御风暴、洪水、飓风和野火而建设基础设施的混凝土和钢铁需求增加，也将加速能源需求的增长。更不用说更换已经无法承受负荷的老化基础设施了。

8. Jevons悖论。 如果一项技术由于效率提升（无论是通过新的提取方法、制造技术，还是最终产品本身变得更加节能）而变得更加易于获得，越来越多的人将能够负担得起它，从而导致其广泛采用……最终导致全球能源使用呈指数级增长，这与发明者原本的意图截然相反。只要我们有足够的净能源供应，这并不是问题，反而促进了技术的广泛应用，创造了更高的期望和更强烈的渴望。在过去两百年中，我们见证了人类社会的指数级增长：我们的人口、食物、材料和最重要的是能源消费每二十年到三十五年翻一番——与GDP增长完全一致——尽管我们做出了巨大努力提高能源效率。提高能源效率实际上会创造更多的需求。

9. 数十亿人加入高消费行列。 人类历史上从未有过如此多的人同时经历能源密集型经济发展的阶段。世界秩序的变化和全球南方的迅速工业化可以从其能源需求的增加中看出，这被西方迅速去工业化的大量能源“节省”所掩盖。但这只是短暂的缓解：发展中国家的消费最终将取代西方失去的部分，Jevons悖论将卷土重来。

10. 最大功率原理。 生态学中有一个规则，称为Lokta于1925年提出的最大功率原理，可以总结为：“在竞争中生存下来的系统是那些能够开发更多能量输入并最有效地利用它来满足生存需要的系统。”这不仅适用于生物系统，也适用于人类政治实体。游戏规则是：“工业化或被殖民化。”国家不能自愿减少能源使用，否则将面临营养不良、不满和被他人剥削的风险。从这一规则和上述所有内容来看，人类整体将尽力从这颗星球上汲取最大能量，只能被资源枯竭、气候灾难、全球战争——或它们的组合所阻止。

11. 战争、出口下降、禁运、阻塞点被封锁。 地缘政治和欧亚与西方之间的分歧将继续导致石油供应的突然中断和价格飙升，导致整个经济体崩溃。然而，除了核战争外，所有这些都是暂时现象。

反思乌戈·巴尔迪（Ugo Bardi）于2011年发表的文章，解释了塞内卡效应（文章链接）——结合上述情况——很明显，导致这一文明加速衰败的反馈回路不会由污染或气候变化启动。相反，我们将见证当不可阻挡的能量需求呈指数级增长，遇到石油峰值及净能源生产的下降（最终所有其他来源的能源生产将在大约2030年达到顶峰并下降）时会发生什么。（关于巴尔迪教授对此主题的最新观点，请点击这里查看。）但这并不意味着气候变化不会在现代文明的衰败中扮演越来越重要的角色——尤其是从长远来看这一点——或说如果按照当前模式继续下去而不做出任何改变，它不会导致文明的终结。然而，即将到来的石油净能源产量急剧下滑（以及石油产量绝对减少）无疑将成为焦点所在。

埃克森美孚的严厉信息。来源：埃克森美孚全球展望——执行摘要: 2024年8月版

这种能源净能困境也无法通过更多的投资来解决，正如埃克森美孚的全球展望……这份文件试图通过吓唬决策者来增加勘探和开采投资，从而加剧污染问题，却未提及能源投资回报率急剧下降的事实。如果任何石油公司想要成功地在新的油田上进行投资（这需要比以往更多的能源投入），它们必须确信价格能够保持足够高，以覆盖更高的前期投资和更高的运营成本。另一方面，世界经济无法承受不断上升的债务利息和油价。那么，问题到底在哪里呢？因此，正如Gail Tverberg所指出的，我们可能已经过了石油产量的峰值。

这是因为我们将面临即将到来的绝对产量峰值：由于石油变得太便宜以至于没有人愿意投资，同时又太昂贵，使得全球的经济难以维持。

文明是复杂的自适应系统，受热力学定律、能量和物质输入的可用性以及其环境对污染的容忍度的支配。从这个角度来说，经济的作用只不过是尽可能多地提取能量，并将其转化为巨大的物质、废热和污染。是否回收一些在过程中使用过的材料其实并不重要：因为回收本身依赖于能量的可用性和质量这两个因素，而这一点——至少目前来看——正迅速耗尽。

毋庸置疑，这些输入和输出都难以估计，因此预测加速衰落的到来时间和速度，就像无法准确预测五年的天气一样毫无意义。一切都在变化之中，每个部分都以某种方式影响着其他部分。不过可以肯定的是，在像人类社会这样的大型热力学系统中，是没有平衡状态的。要么增长，要么随着能源枯竭而萎缩并最终崩溃。虽然我们可能就文明衰落的速度和持续时间争论不休，但不应怀疑当前的工业模式不可能持久。一旦全球能源产量停止增长——由于丰富化石燃料和矿产资源的枯竭——我们的现有安排将不再可行，加速且自我强化的衰落过程将启动，从而产生人类历史上最大的塞纳悬崖效应。

下回见

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