脱掉我们的化石燃料套装

钢铁侠式图形

来自Pixabay (Ramdlon)

化石燃料在很大程度上利用了人类的力量和创造力。它们的发现和加速利用彻底改变了我们的生活方式、成就,甚至改变了我们对自己作为一个物种的看法。

然而,有一件事是我们可以肯定的,那就是化石燃料是一种有限的这个星球上的资源——在特定的地点,经过数亿年的缓慢发展,其使用速度比生产速度快100万倍。我们知道,我们已经消耗了最初遗产的相当大一部分:也许现在已经消耗了不可替代的石油分配的一半。所以我们知道,人类冒险的这一阶段是暂时的。

传达这一理念的典型图表我已经使用过很多次,因为我相信这是现代人可能吸收的最重要的情节。在过去的150年里,人类的能源消耗急剧上升,而在化石燃料的背景下,在类似的时间尺度上,将会急剧下降,留下——到底是什么?

化石燃料的使用是最近的,快速的,很快就会结束

化石燃料能源爆炸为我们目前的烟花表演提供动力,这是一个短暂的现象,将在历史上很短的时间内结束。

在与文明相关的时间尺度上(文明始于一万年前的农业和城市),几乎任何与人类活动有关的图看起来都像曲棍球棒:人口、农业产出、工业产出、开采材料、森林砍伐、物种灭绝等等2019中国必威常用网址 ].其中许多当然与人口增长有关,但是人均影响也急剧增加,使人类的足迹达到了可怕的程度。在这一点上,人类和他们的牲畜占了地球上哺乳动物质量的96%,而所有野生动物只剩下4%(其中一半来自大型鲸鱼和其他海洋哺乳动物)。它不再只是一个脚印:它是一脚踩在地球喉咙上的靴子,让非人类生命喘着粗气,默默地乞求哪怕是一点怜悯。有人看到视频了吗?

几乎所有这些爆炸性的影响都可以追溯到化石燃料,我已经开始把它想象成一个西装人类给了我们字面意义上的超级大国.我们要是没了这身漂亮的西装会怎么样?

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天基太阳能

由于夜间、天气和季节的原因,太阳能电池板只能获得其潜力的一小部分,同时引入间歇性,因此需要大量的存储才能使太阳能大规模工作。克服这些障碍的一个长期主张是,我们将太阳能收集器发射到太空中——那里永远有阳光照耀,不可能有云,而且地轴的倾斜也无关紧要。在地球上,在典型的位置,一块向南倾斜的平板平均每天约有5个相当于全太阳的小时,这比在太空中预期的情况要差5倍左右。更重要的是,太空中太阳通量的恒定减少了对储存的需求——尤其是在季节性时间尺度上。我喜欢太阳能。我和太空事业有联系。当然把两者放在一起真的让我的船浮起来,不是吗?不。

我暂时不写关于行为适应的文章,回到“做数学题”的源头,对太空太阳能进行评估,以及这样的计划将面临的巨大障碍。必威在线总而言之,我不期望看到这项技术逃离幻想的领域,在我们的世界中找到一席之地。所付出的代价和所遇到的困难与所获得的收益是不相称的。

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生物燃料的磨砺

对这些材料的更新处理出现在第14章有限星球上的能源和人类野心(免费)教科书。

当我们进入传统石油的衰落阶段时——可能在2020年之前——我们将争先恐后地用替代液体燃料来填补空白。的赫希报告2005年由美国能源部委托进行的一项研究,认真研究了能够及时应对这一问题并产生影响的替代方案。报告中认为目前可行的方法没有一种脱离化石燃料。那么生物燃料呢?他们能在多大程度上解决我们的问题?我们将尝试一下数学,看看初步分析会给我们带来什么。

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能量陷阱

该主题也出现在第18章有限星球上的能源和人类野心(免费)教科书。

许多Do 必威在线the Math帖子都谈到了不可避免的增长停止,以及一旦我们的化石燃料遗产被消耗殆尽,我们将面临开发替代能源基础设施的挑战。关注的焦点一直是长期的物理限制,而不是我们在短期内应对的混乱细节。但是,我们对化石燃料能源流量减少的短期反应,将决定我们是向可持续的技术生存过渡,还是让自己崩溃。有一个障碍尤其让我担心。我称之为能量陷阱

简而言之,其观点是,一旦我们进入化石燃料供应的下降阶段——首先是石油——我们以增长为基础的经济体系将难以应对其命脉的收缩。燃料价格将飙升,一些个人和出口国将通过囤积来应对,能源短缺将很快成为新常态。市场这只看不见的手会让我们愚蠢地要求建立基于非化石解决方案的新能源基础设施。但问题就在这里。建造这种崭新的基础设施不仅需要资金,而且……能源.这是这种商品供不应求.我们会真的愿意做出牺牲额外的短期内的能源——有效地加剧下降——对长期能源计划的影响?这是个陷阱!

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经济增长能持续吗?

这一材料的更新处理出现在第2章有限星球上的能源和人类野心(免费)的教科书,也构成了2022年的基础《自然物理》上的文章

正如我们在以前的文章在美国,自1650年以来,美国的能源使用量以每年2.9%的典型速度增长。我们了解到这种能量增长率的延续任何形式的技术导致在短短几百年内的热计算(不是温和的全球变暖,而是沸腾的皮肤!)这对经济增长的长期前景说明了什么?

世界生产总值

上个世纪的世界经济增长,以1990年美元不变表示。在本世纪上半叶,经济很好地跟踪了2.9%的能源增长率,但此后增长到5%,超过了能源增长率。

左图显示的是上个世纪全球经济增长率,由布拉德福德·德龙.最初,经济增长的速度与能源增长的速度一致。自1950年以来,美国经济以每年5%的速度增长,超过了能源的发展速度。这可能被视为好消息:我们并不一定需要实物增长来维持经济增长。但我们需要了解额外增长的来源,才能确信这种状况能够长期持续下去。毕竟,五十年并不意味着永远不变。

经济增长和能源增长之间的差异可以分为效率的提高(我们每单位能源提取更多的活动)和“其他一切”。后者包括与能源使用没有直接联系的经济活动部门。宽泛地说,这可以被认为是非制造业活动:金融、房地产、创新和“服务”经济的其他方面。作为一名物理学家,我关注的焦点是理解无限物理增长(即能源、食品、制造业)的不可能性是否意味着一般的经济增长也注定会结束或逆转。我们将从仔细研究效率开始,然后继续讨论更有活力的经济因素。继续阅读

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