《能量与文明》:石油、煤、天然气,能源与文明有什么深层关系?

碳汇交易这个词,最近频繁被人们提起。

“碳汇”的“碳”其实是二氧化碳,“碳汇”代表的是从空气中消除二氧化碳的过程,通常是指森林吸收、储存及转换二氧化碳的能力。

“碳汇交易”简单来说就是二氧化碳排放权的买卖。以地域为交易主体打个比方吧,假如说A地区的碳汇能力是10,排放需求是6,那A地区就有4个单位碳汇差额可以用于出售;而B地区有7碳汇能力,但是却有9的排放需求,就需要2个单位的差额补充,那B地区就可以向A地区购买2个单位的排放指标,以达到生态抵偿的目的。

1997年,为控制全球二氧化碳排放总量,缓解气候变暖趋势,149个国家和地区代表签订了国际法案《京都议定书》,国际“碳排放权交易制度”“碳汇交易制度”由此建立,并于2005年正式生效。

2011年开始,我们国家在7个省市开展碳排放权交易试点,除国家试点地区之外,也有不少省市地区自行开展碳汇交易摸索尝试。

根据生态环境部的数据,截止2020年8月,在7个试点地区碳市场累计成交量超过4亿吨,累计成交额超过90亿元。

2021年2月,我国《碳排放权交易管理办法(试行)》正式生效,规定了全国碳交易市场的交易原则、制度框架以及实施流程,国内碳汇交易正式进入标准化时代。

以二氧化碳为主的温室气体主要来源于人类的生产活动,是化石能量转化后产生的主要产物,人类依靠能量的转化来生存,并且,依靠更多能量的流动来发展文明。

加拿大科学家瓦茨拉夫•斯米尔深入探究能量与人类历史发展进程之间的关系,完成《能量与文明》这部集学术与科普为一体的能量研究著作,以能量为标尺,系统性地分析了人类文明与社会发展进程,从远古时代到现代社会,呈现出能量利用与文明进化互相交织的历史。

《能量与文明》封面

01 能量消耗与文明发展水平

能量在我们的生活中无处不在,核能、电能、光能、热能、太阳能等等,都是被我们广泛利用的能量类型,除此之外,其实几乎所有物资都是处于静止状态的能量。

能量有多种形式,并可以通过某种途径进行相互转化。

智慧帮助人类解锁了各种能量的用法,人们制造工具,利用能量来完成各种各样的任务。

在远古采集时代,最重要的能量是燃烧释放的热量,随着新工具的发明,小部分风和水的动能被转化成可用动力,化石燃料的发现和使用使得燃烧这一利用热量的传统方式变得更为高效,更多的新工具又使传统能量具备更广泛的转化形式。

燃烧化石能量和发电创造了一种新形式的高能文明,并覆盖全球。

相同的能量和相同的原动力,通过相同的流程和机器在全球范围内被管理、提取和转换,这种一致性给人类社会带来许多极其相似的印记,也为能量作为标尺,丈量文明提供了可行性。

1954年的法国,不超过60%的家庭能用上干净的自来水,75%的家庭都在使用公共卫生间,只有10%的家庭拥有浴室和中央供暖系统。

到了20世纪70年代中叶,法国90%的家庭配置了冰箱,70%的家庭有了独立卫生间,60%用上中央供暖系统及洗衣机。

1990年时,所有以上设施几乎成为法国家庭标配。

过去天热了只能吹吹风扇,现在家家有空调,人均能量消耗大幅度增加。

1950-1960年,法国人均能量消耗量增长率为25%,1960-1974年,这一数据飙升至80%以上;1950-1990年,基本所有燃料的人均消耗量都翻了1倍,汽油消耗量翻了6倍,用电量更是翻了8倍。

我们国家更是典型,由于近100年跨越式的高速发展,1979年时,中国的人均年度能量消耗量仅为19GJ左右(GJ是热量常用单位,1GJ=10亿焦耳),2000年时到了近35GJ,2010年约75GJ,2015年约90GJ,增长速度非常之快。

2015年同一时间,欧盟发达国家、日本的人均年度消耗量约为150GJ,澳大利亚230GJ,美国300GJ,加拿大385GJ,基于人均能量消耗体现文明发展水平这一点,我们和发达国家之间,还存在不少差距。

02 能量如何推动文明进步

史前时代,人类的直系祖先过着简单的采集生活,这个时候能量主要来自于火,烹饪食物、取暖、确保安全、加工材料等等,原动力主要是人力,平均功率大约100W。

直到大约一万年前,一小部分族群才开始尝试驯化植物和动物,当种植、养殖逐渐成为比采集、捕猎更为可靠的生活来源时,人类进入传统农业时代,前期主要依靠人力,后来用牛、马等畜力部分替代人力完成各种各样的田间劳作,这个阶段的原动力提升到役畜的300-400W。

到了工业社会,蒸汽机出现了,最初的蒸汽机功率还比不上水车,公元一千纪结束时,卧式水车的最大功率已经达到了约5000W,但蒸汽机很快迎头赶上,在1800年前后达到100kW功率。

随着化石燃料、电力与其他可再生能源的发现、发明与应用,到了1960年以后,世界已经完全是蒸汽轮机的天下了,其功率已经可以稳定在10亿W,动力功率的大幅度提升,极大地推动了工业化的进程。

插图-动力源功率发展趋势图

除了生产和生活所用的能量,还有更多能量消耗在了其他的途径。

比如在前工业时代,每个高级文明都修建了许多宏伟巨大的墓葬、宗教建筑,古埃及的金字塔、古印度的佛塔、中国古代的皇陵、伊拉姆的古城等等。

建设这些建筑需要投入巨大而持续的能量流动,包括但不限于长期的规划、杰出的组织、大规模的劳力、有效的监督以及令人钦佩的技术。

这些建筑体现了人类对于永恒、完美和超越的普遍追求,同时也是杰出璀璨的历史文明遗迹。

现代社会有了更多与生产、生活无关的活动在消耗大量的能量,它们构成了人类文明的一个部分。

插图-建筑遗迹

 03 能量高速发展带来的问题

能量的发展极大地推动了人类社会的发展,但是也带来很多问题。

丰富的食物供应导致大量的浪费和越来越高的肥胖比例;

城市化带来的地区发展不均与经济不平等;

社会的高度发展带来能量消耗量的激增和利用效率的下降;

围绕能量产生政治、经济、军备、战争等方面的问题;

可靠廉价化石燃料使用引发日益严重的环保压力等。

根据联合国的报告,如果不能在21世纪中叶实现全面碳中和,将导致全球性的气候极端危害。

所谓“碳中和”,是指通过碳汇等方式来抵消掉温室气体排放量,实现“收支平衡”,达到相对的“零排放”。

欧盟从1990年开始着手控制二氧化碳排放量,2009年开始提出严格的碳排放目标,并对超标部分罚款,减排成效显著。

根据欧盟做出的承诺,2030年时,欧盟将实现温室气体排放量相比1990年减少55%的目标,到2050年时,欧洲将成为世界第一个“碳中和”的大陆。

而我们国家提出的目标是2030实现碳达峰、2060年实现碳中和。

所谓“碳达峰”指二氧化碳排放总量的增长,在某一特定时间点达到历史最高值,之后逐步回落。

在中国提出碳达峰、碳中和目标之后,除美国、印度之外, 日本、英国、加拿大、韩国等世界主要经济体兼碳排放量大国相继做出2050年前实现碳中和目标的承诺。

我们国家相比较这些发达国家来说,要达成这一任务更为艰巨,因为作为一个发展中的国家,我们的碳排放量仍处于上升的阶段。在2008-2018年期间,我们的碳排放年均增速仍为2.6%,是世界平均增速1.1%的2.36倍,而发达国家基本都已经跨过碳达峰这一道坎了。

插图-能量与人类发展指数曲线

总结

福克斯曾说过:“能量流动方式的每一次改进,结果都带来了文化机制的提升。”

在《能量与文明》中,作者斯米尔介绍了人类利用能量的历史,讲述了能量是如何在过去的时间里推动我们的文明和经济发展的。

虽然能量的解释在一定程度存在局限性,但能量与文明的关系毋庸置疑,如果你也对相关内容感兴趣,不妨读一读这本书。

The End

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