人人都该懂的能源新趋势

隐含能量：商品的能量成本

在购买商品和服务时，人们常会问“多少钱”，但在 OPEC首轮油价大幅提价之前，只有能源开支占到了总生产成本大部分的公司才会详细跟踪它们的能源支出情况，以便更好地管理或减少这些支出。随着能源价格上涨，许多计算产品能量成本的研究也随之出现，从大宗工业产品（基本金属、建筑材料和化工产品）到消费类产品（如汽车、电脑），再到食物。这类信息没有改变普通西方消费者的消费方式，他们依然完全不清楚日常产品和服务的总体能量成本或相对能量成本，但这些信息对想要降低能量成本的生产商来说却非常有用，只有详细了解了各个工艺过程或产品组件的燃料和电力需求量，生产商才有寻找改进管理方式的机会以及进行技术改良的基础，进而尽可能地减少这些开支。

只有当单一过程且仅有少数几个明显的直接能量输入（比如高炉生产生铁时的焦炭、碳氢化合物和电）时，能量成本分析才会简单，而当目标是分析乘用车等复杂的工业产品的总体能量成本时，分析过程将变得非常复杂，而且在分析范围的选择上还存在争议。完整的能量分析不仅应纳入汽车组装过程中使用的能量，而且还应包含隐含在结构材料（金属、塑料、橡胶、玻璃）以及汽车电子控件中的燃料能量和电能。第三级能量成本分析需要确定用于生产主要材料和建造生产设施的资本设备的成本。下一步是分析实现所有这一切的能量成本，但这时候已经很清楚了，更高层级的能量输入在总体能量成本中的份额会迅速变小。一件产品的级和第二级能量成本通常就占到了总体能量成本的80%～90%。

无须惊讶，很多已公布的能量成本数据的数值都几乎一样，这说明很多先进的工业技术得到了广泛的应用或全世界都在用相同的工艺或产品。正如之前的章节提到的那样，目前全世界仅有两家大型客机制造商，而生产这些客机发动机的公司也仅有3家，分别为通用电气航空发动机公司、普拉特·惠特尼集团公司、罗尔斯·罗伊斯股份公司。比较不同国家的情况又可以发现，很多基本一样的产品的能量输入却大相径庭，这种差别源自工业基础设施和管理方面的差异。我会根据产品产出的总体情况而衡量的重要程度，谈谈少数重要商品的能量成本，它们来自4个关键类别：大宗原材料、工业大批量生产、主要消费品、基本食品，并且我会把所有的数值表示成每吨终产品的千克油当量（kgoe）或吨油当量（toe）。

基本建筑材料的生产很简单，木材、沙和石材等材料可以直接获取，砖、水泥和玻璃等仅需热处理，尽管现代伐木工作几乎已经完全实现机械化，1 t木材的能量成本仅有0.1 toe左右，效的砖、干墙和水泥生产的能量成本也相差不多。制作混凝土时的总能量成本不超过25 kgoe，但用钢筋加固它的能量成本接近其3倍。在房屋建造常用的材料中，耗能的保温材料和平板玻璃均超过每吨0.5 toe。将这些输入整合到整个建筑物中，可以算出北美地区的普通三居室独座房屋的总能量成本在12 toe左右，每层1 000 m²的百层摩天大楼的能量成本超过2万toe。在商业建筑和高层住宅中，总能源成本的常用材料是钢。

全球相互依存，能量的连锁关系

在前工业化时期，日常活动所需的燃料绝大多数都来自离定 居点非常近的或者运输距离非常短的地方，比如，村庄燃烧的木柴来自附近的林地、树林或森林以及已收获田地的农作物剩余部分。过去也曾有一些更长距离运输木材或木炭的情况，但直到采煤变得非常广泛且采用了铁路和蒸汽动力运输之后，跨国燃料输送才变得普遍起来。从煤到原油和天然气的能量过渡以及电力重要性的增长都极大地改变了能量供应的模式。但是，在我们的日常生活中，又有谁想过这些了不起的长距离能量关系呢？

英格兰用来发电的煤可能是通过大型散装货轮从南非运来的；用于生产英国钢材的炼焦煤很可能船运自遥远的澳大利亚；纽约的汽车中燃烧的汽油可能源自2 000 km外墨西哥湾的海底泵出的原油，这些原油在得克萨斯州完成精炼，然后被沿海油轮运到新泽西；东京一户人家用于煮饭的天然气可能来自卡塔尔，通过天然气油轮跨越近14 000 km 运来；而一家德国家庭的照明用电则可能源自挪威一座水电站中的水流。

在全球范围内，能量在国际贸易总值中所占的份额越来越高，2000年时大约为8%，而在 2003年时已将近11%，其中主要的出口类别是高附加值的制成品。全球燃料贸易总额在1999 年增至4 000亿美元，并在2003年时达到了7 500亿美元，超过食品出口约40%。世界前5大能源出口国分别为沙特阿拉伯、加拿大、挪威、阿拉伯联合酋长国和俄罗斯，其出口总值占

全球出口总值的比例不到30%，这一事实说明全球能源出口分布情况相对分散。从质量上看，全球燃料贸易包含大约1×t天然气、超过5×t煤炭以及超过2×t原油和精炼成品油，超过矿石、成品金属和农产品等其他任何大宗商品。不管是在年运输量上还是在货币价值上，原油都处于领先位置，21世纪早期的年交易额均超过5 000亿美元。2005年，全世界近60%的原油出口到130多个国家，沙特阿拉伯、伊朗、俄罗斯、挪威和科威特这5个排名靠前的出口国售出了全球交易总量的一半，而中国、美国、日本、德国、韩国和意大利这6个的进口国进口了全球交易总量的70%。

全球接近80%的原油出口量都是从中东、非洲、俄罗斯、拉丁美洲和东南亚的大型码头（沙特阿拉伯的拉斯坦努拉港是全球的码头），通过油轮运到位于西欧（鹿特丹港是欧洲的石油港口）、美国和日本的巨型储油库和精炼设施。世界其他原油出口则主要通过管道运输，这是安全、廉价的大规模陆地输油模式。在20世纪中叶之前，美国已经建造了越来越密集的石油管道网络，但主要的出口管道是1950年之后才建造的。世界上长的石油管道从西西伯利亚的超巨型油田——萨莫特尔油田一直延伸到了俄罗斯的欧洲部分，之后更是进一步延长到了欧洲西部，这条20世纪70年代铺设建成的管道长度超过4 600 km，年输油量达9×t。

能量既不会产生也不会消失吗？如果没有太阳，地球上还会有生命吗？人类的能量来源以及代谢的比例如何？现代文明越来越依赖什么能源？我们的日常生活中必需的能量输入是什么？全球年均耗能是多少？到目前为止规模的可再生能源是什么？

《人人都该懂的能源新趋势》从我们所认知的能量，生物圈中的能量，人类历史中的能量，现代世界中的能量，日常生活中的能量，以及未来的能量等6个方面解读能源的历史、现状及未来，让你对无处不在的能源获得一个全方位的认知，为你解答以上关于能源的种种疑惑，助你读懂能源的前世今生，寻获人类的未来之路。

瓦茨拉夫·斯米尔（Vaclav Smil） 

加拿大皇家学会（科学院）会员，曼尼托巴大学特聘的荣誉退休教授。一直以来从事能源、环境和人口变化方面的研究，已经出版了食物生产及营养等方面的30多本专著，并发表了500多篇论文。

我想读瓦茨拉夫·斯米尔的每一本书！斯米尔的书让我对钢铁、水泥、电力等物质经济产生了浓厚的兴趣。他让我意识到，人们对轻易获取各种资源感到理所应当。比如电力非常可靠又廉价，斯米尔在书中谈到电力普及方面各种令人惊叹的举措，当然，这些举措也是导致温室气体排放和加剧气候变化的因素。所以，我开始思考如何改变一切，并在想：“这真能实现吗？”

——比尔·盖茨

微软联合创始人

这是一本关于物理而非社会科学的书，它探讨了能量如何运转、我们的产品和其用途如何进化，以及这些是如何影响气候变化的等重要话题。比尔·盖茨等人强烈推荐过瓦茨拉夫·斯米尔的作品。有机会的话，我还打算读一读斯米尔的另一本书——Making The Modern World。

——马克·扎克伯格

Facebook创始人兼首席执行官