现实主义者评估能源转型

从化石燃料到其他能源的能源转型会发生吗？说它可能不会发生，或者说转型将停滞不前和不完整，这似乎近乎亵渎。但物理学家、风险投资家、能源和技术专家马克·米尔斯 (Mark Mills) 在今年 4 月在纽约基金会财务官小组发表演讲时，有力地证明了化石燃料将在未来很长一段时间内成为世界经济的重要组成部分。

主要原因是化石燃料作为能源的效率比替代能源高出许多倍。而打造一个完全电气化的全球能源产业所需的原材料价格昂贵、难以获得，并且受到严重的供应限制。

如果米尔斯是正确的，那么准备适应气候变化，而不是试图阻止它，就成为最重要的任务。

能源价格大幅下降

米尔斯首先在图表 1 中指出，自近代以来，世界 GDP 用于能源（包括食品和动物饲料）的比例已经下降了一个数量级。一个将 70% 以上的收入用于食品和饲料的社会确实很贫穷。有趣的是，这种情况在 17 世纪中后期开始改善，这比我们通常认为的工业革命早了一个世纪。

但直到 19 世纪以煤炭、石油和天然气为动力的快速工业化时期，能源成本占 GDP 的比例才真正大幅下降。这可能违反直觉：重工业不是消耗大量能源吗？是的，但工业经济比农业和手工业经济生产率高得多，因此分母——世界 GDP——大幅增长。因此，尽管能源绝对消耗量飙升，但能源占比却下降了。

有趣的是，自 20 世纪初以来，能源占 GDP 的比重一直保持不变，约为 10%。这并不是因为能源使用量保持稳定，而是因为能源使用量和经济产出大致同步增长。

拯救鲸鱼

我们以前经历过能源转型。在广泛使用液态和气态化石燃料之前，我们通过捕杀鲸鱼获取大量用于照明和其他用途的能源。米尔斯认为，拯救鲸鱼的功劳来自一位加拿大医生兼地质学家亚伯拉罕·格斯纳 (Abraham Gesner, 1797-1864)。格斯纳发明了煤油。尽管直到后来才大规模使用天然石油，但格斯纳在 1845 年发明了一种从煤中提取煤油的方法，从此开始了捕鲸业的终结。如果说有一位环境无名英雄，那就是他。

这一观点支持了我 2019 年出版的《更少、更富有、更绿色》一书中的观点，即前工业化生活方式是人类已知的最具环境破坏性的生活方式。我们拥有的资源越多，保护和改善环境就越容易。绿色就是致富。

化石燃料的使用量是在增加还是在减少？

快进到现在。关于能源使用，有好消息也有坏消息。我们先从坏消息开始。

从总体来看，化石燃料的使用量持续上升，如图 2 所示。这是由于人口增长和经济增长造成的，抵消了大多数供暖、照明、工业和运输用途的能源效率的稳步提高。

请注意，在这段时期的末期，“新”可再生能源（风能和太阳能）有所增加。虽然增幅不大，但方向正确，并且与最古老的可再生能源之一水力发电相辅相成，水力发电在此期间稳步增长。核电在这段时期的后半段完全没有增长，这让全球感到尴尬。“其他”包括地热发电，它有一定的前景。

好消息是，按人均计算，40 年来化石燃料使用量相对稳定，石油使用量实际上有所下降。这种下降是由于效率提高，而不是对石油生产服务的需求减少。

但是，由于世界贫困地区的经济增长（我们不希望这种增长停止！），对化石燃料的需求不断上升，并且将继续上升。印度只有 7.5% 的家庭拥有汽车，而在这个日益繁荣的国家，这个数字还会增长。撒哈拉以南非洲的情况类似，但程度没有那么严重。1^这些地区没有能源基础设施来支持快速转向电动汽车。石油熊市，小心了。

米尔斯用图 3 总结了他对当前能源转型现状的怀疑。这张令人沮丧的图表表明，除木材之外的可再生能源（是的，木材仍用于发电并且仍然很重要）仅占全球能源供应的 9%。

但这种能源结构不会发生根本性变化吗？

米尔斯说不会。随着使用化石燃料的环境成本与不使用化石燃料的财务、技术和人力成本相平衡，这一变化将非常缓慢。与此同时，正如米尔斯在《匹兹堡邮报》上所写：“为了减少世界对碳氢化合物的使用，我们需要使用……更多的碳氢化合物。” ²

从长远来看，从化石燃料向其他能源的转变将会发生。即使二氧化碳排放无害，石油也是有限的。我们离石油耗尽还很远，但随着寻找新矿藏变得越来越困难（容易开采的矿藏首先被开采），石油价格相对于其他能源将上涨。这将导致老式的经济能源转型，而不是政治、道德或人为的能源转型。

生活在物质世界里

米尔斯在题词中描述了构成整个宇宙的三个“事物”——能量、材料和信息——其中材料是现代世界最不受重视的。每个人都知道能量的重要性，如果你正在读这篇文章，你可能整天都在处理信息，但我们却把材料，即“东西”，视为理所当然。

然而，我们的近亲却没有。1910 年，在3750 万劳动力中，约有 120 万美国人从事危险的采矿职业。这占劳动力的 3.2%。（今天，这一数字是556,000，占我们多出许多倍的劳动人口的 0.36%。）每个人都关心材料，尤其是那些不知道配偶当天是否会带着箱子下班回家的人^。3

现代生活的九种基本材料

但我们现在和 1910 年一样需要材料。什么材料？哈佛大学教授兼记者埃德康威在他的《物质世界》一书中说，“塑造现代文明的六种原材料”是沙子、盐、铁、铜、石油和锂。在《世界究竟是如何运转的》一书中，世界材料和能源领域的顶尖专家瓦茨拉夫斯米尔将现代生活的构成要素确定为氨、塑料、钢铁和水泥。（氨用于制造肥料，没有它，我们很多人就会饿死。）去掉一个重复的——钢铁主要是由铁制成的——这就是我们生活方式的基础九种材料。没有它们，能源和信息对我们也没什么帮助。

世界脱碳——现实需要还是白日梦？

以下是米尔斯在纽约演讲中对材料在能源转型中的作用的看法：

为了使世界电力系统脱碳——忘掉其他一切，只考虑电力，即世界能源的五分之一——你必须建造和安装 1000 台三兆瓦的风力涡轮机，每台都与华盛顿纪念碑一样大，持续 30 年。

那个建设计划是不可能实现的，而且也不会发生。

那么，会发生什么呢？“无论如何，我们都会尝试，”米尔斯继续说道，

这将导致实物材料的使用量大幅增加。如果你从 [化石燃料驱动的] 燃气轮机到水坝、风力涡轮机到太阳能电池阵列，那么每单位向社会输送的能量，普通材料（钢铁、玻璃和混凝土）的物理量就会增加十倍。这个房间里的同一小时的光照、同一小时的热量、同一小时的计算机时间，需要普通材料的使用量增加十倍。

这必然会产生成本后果。这些材料随处可见，但需要花钱。

米尔斯随后指出，“更有趣”的挑战是使用稀有金属和矿物。在从化石燃料向可再生能源的过渡中，每单位能源输送到社会，此类材料的使用量将增加 20 倍至 50 倍。从纤细的华盛顿纪念碑到巨大的吉萨大金字塔，类比如下：

全世界每年已经挖出相当于 7000 座大金字塔的泥土，以从天然气、石油和煤炭转换为能源转型所需的矿物。这些矿物包括镍、镉、碲、锂和钴等。每年必须挖出相当于 50,000 座金字塔的泥土才能获得 [足够的] 这些矿物 [以完成转型]。

米尔斯总结道，这样的努力将“导致能源矿物完全主导所有用途的矿物使用”，如图 4 所示。

由于图表 4 有点难读，我们用一种材料——锂来解释它。2020 年，用于生产能源的锂占当年锂总用量的 27%。到 2040 年，如果能源转型按计划进行（但米尔斯提醒我们，情况并非如此），用于能源的锂将占当年锂总用量的 91%。请注意，分母（一年内使用的锂总量）会随时间而变化，大概是增加而不是减少。因此，锂的能源相关用途将挤占其他用途，并推高价格。钴、镍、铜和稀土也是如此。

因此，材料是石油向可再生能源转型的一个制约变量——很可能就是唯一的制约变量。（还有钱。材料供应和钱的供应与供需价格体系紧密相关。）

“我们看看会变得多热”

“如果某件事不能永远持续下去，它就会停止，”尼克松政府经济学家、著名经济学家和艺人本·斯坦的父亲赫伯·斯坦说。根据这一原则，如果某件事不能发生，它就不会发生。我们不可能在 30 年内每天建造和安装 1000 台 3 兆瓦的风力涡轮机，我们可能也无法（也不应该试图）每年挖掘相当于 7000 座大金字塔的泥土来获取稀有矿物。因此，从化石燃料到可再生能源的全面能源转型不会发生。我们将继续向大气中排放大量二氧化碳，正如经济学家兼博主泰勒·科文 (Tyler Cowen) 所说的那样，“我们主要会看看天气会变得多热。”

没有核武器就是好核武器？再想想

但部分脱碳转型将会发生，因为它既是必要的也是可能的。它将涉及大量广受诟病的核能。（我说的“核能”是指裂变反应堆。如果核聚变在相关时间范围内实现大规模商业可行性，那么一切都将不复存在。）如果走核路线，我们必须建造和提供 5000 个 3 千兆瓦反应堆的燃料，以取代我们今天消耗的化石燃料能源。但这只是一个开始！随着发展中国家工业化和繁荣，未来的能源需求将是当前需求的数倍。

我不是核工程师，所以我不知道这个建设计划是否可行，但它听起来比用风力涡轮机、太阳能电池板和电池农场覆盖地球更实用。世界上已经有 436 座核反应堆，我们并没有努力建造新的反应堆。10 倍的增幅是雄心勃勃的，但听起来并非完全遥不可及。材料要求，包括铀燃料和反应堆的材料，将是艰巨的，但这些是另一天的话题。

因此，鼓励你的孩子获得核工程学位，而不是“绿色技术”。（核能才是真正的绿色技术。）那些更喜欢户外活动的人应该研究铀矿开采^。4

可再生能源——便宜还是昂贵？

尽管新闻媒体大肆宣扬太阳能、风能和其他可再生能源的产能和成本效益不断提高，但米尔斯提供的证据表明（至少到目前为止）可再生能源增加了而不是减少了消费者支付的能源成本。

图 5 有两个面板，左边比较了某一时间点各个国家的电力成本，右边比较了某一地区（美国中西部）一段时间内的电力成本。看看欧洲国家的散点图，x 轴是人均风能和太阳能发电量，y 轴是消费者的电力成本。两者之间几乎完全相关，但方向可能并非你所希望的那样：风能和太阳能发电量越大，成本越高！而且差异并不小——成本最高的国家丹麦和德国，消费者的电力成本几乎是成本最低的国家匈牙利的三倍。

图 5 右侧面板显示了过去 20 年来美国 Xcel Energy 服务区内风能和太阳能发电容量增加时电力成本的变化。y 轴表示时间，两个 x 轴分别表示风能和太阳能在公司发电容量中的占比（右侧，橙色柱）和成本（左侧，蓝线）。随着可再生能源发电容量的增加，从 2004 年的几乎为零到 2024 年占公司总发电容量的近一半，年平均电费从不到 900 美元飙升至近 1,900 美元。虽然一般通货膨胀和用电量的增加可能是造成这一增长的部分原因，但消费者显然比以前支付了更多。

为什么，当广泛报道风能和太阳能发电成本低于化石燃料成本时？因为风能和太阳能的固定成本非常高，这些成本必须分期偿还消费者的电费。米尔斯在匹兹堡邮报的文章中写道，

一个关键现实是，可再生能源的关键上游产业的性质和位置决定了其发展前景。制造风能、太阳能和电池硬件需要大幅增加一系列矿物的使用，从铜和镍到铝和石墨，以及钕等稀土。每单位能源生产所需的矿物用量增长了 700% 至 4,000%。

为了满足风能、太阳能和电动汽车的要求，需要对传统采矿和矿物精炼行业进行前所未有的惊人增产。转型需要投资数千亿美元，在某个地方开采数百座大型新矿。然而，如果真的进行“转型”，现有的和计划中的全球采矿能力都无法满足需求，只能达到需求的两倍到十倍。

我们又回到了那些不会发生、因为它们不可能发生的事情。如果米尔斯的分析是正确的，那么我们正在挑战甚至超越可能的极限，致力于在短时间内实现几乎所有事物的电气化。

结论

有人会说，为了“拯救地球”，我们几乎可以牺牲生活中所有宝贵的东西。我不同意，米尔斯显然也不同意。我认为地球变暖会给人类带来麻烦——大规模移民、保护沿海城市免受海平面上升的影响以及农业模式的改变只是显而易见的问题——但我们可以而且会适应这些可能发生的情况。另一种选择是大幅减少碳排放，这与 80 亿人口的世界文明是不相容的。最后，我以米尔斯的一件展品作为结束，这件展品本身就说明了一切。

你宁愿生活在世界泡沫的右边还是左边？经济增长正在推动几乎每个国家都向右走向繁荣。如果把它们推回到这张图的左边，那将是有史以来对弗朗茨·法农所说的“地球上的可怜虫”开的最残酷的玩笑。

不要这样做。

劳伦斯·B·西格尔是特许金融分析师协会研究基金会的加里·P·布林森研究主任、Vintage Quants LLC 的经济学家和未来学家，也是一名独立顾问、作家和演讲者。他的著作《 更少、更富有、更环保》 和 《未知的已知》探讨了经济学、投资、环保主义和人类进步方面的思想。他的网站是 http://www.larrysiegel.org。他的联系方式是 lbsiegel@uchicago.edu。

¹截至 2022/2023 年的人均 PPP GDP：印度 9,172 美元，撒哈拉以南非洲 4,640 美元（世界银行数据）。

² 2023 年 12 月 6 日，网址：https://www.post-gazette.com/opinion/Op-Ed/2023/12/06/mills-hydrocarbons-energy-transition-oil-gas-coal/stories/202312060007。

³我岳父在一次煤矿火灾中幸存了下来。那并不是很久以前的事情（大约 1948 年）。

⁴有关铀矿开采的非常好的入门资料请访问：https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/mining-of-uranium/uranium-mining-overview。