当我向《大众科学》提议一篇关于能源投资回报率（也称为 EROI）的文章时，我没有意识到为配合这篇文章收集信息图表所需的数字需要做多少前期工作。
从表面上看，EROI 的衡量标准似乎很简单。它只是能量输出除以能量输入。（例如，对于汽油，输出将是一加仑汽油中的能量，而输入将是制造汽油所需的所有能量——包括石油勘探、钻井和提炼。）
尽管 EROI 的公式很简单，但在其背后却存在很多复杂性。一个问题是，对于每种能源，文献中都有一个 EROI 范围。部分原因是不同的研究人员使用不同的方法来计算这个数字。这些差异通常反映了对于过程中各个步骤的能量密集程度的意见分歧。为了获得我认为合理的数字，我查阅了数十项研究，以了解每种能源的 EROI 数字范围，然后找出了哪些数字看起来比较折中，并且以与我使用的所有其他 EROI 数字一致的方式计算出来。
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此外，没有单一公认的 EROI 计算方法，因为它部分取决于您将什么计为输入。研究人员计算的两种主要类型的 EROI 也被称为“净能量比率”和“外部能量比率”。对于油砂等能源，这两种衡量标准之间可能存在很大差异，因为从地下提取油砂的某些方法从油砂本身中获取了流程所需的大量能量（参见 Adam Brandt 下面引用的论文）。“净能量比率”计算所有输入——无论是卡车的柴油燃料还是油砂本身。另一方面，外部能量比率仅计算社会投入的能量，而不计算来自资源本身的能量。这意味着外部能量比率始终高于净能量比率。在可能的情况下，我使用了外部能量比率，因为它与我们投入的能量可以获得多少能量的问题最相关。（另一方面，对于计算温室气体排放量，您需要考虑所有能量输入以及来自它们的总排放量。）
对于生物燃料，报告的 EROI 通常是外部能量比率，并且不包括从燃烧甘蔗秸秆中获得的能量，例如，帮助为将甘蔗汁提炼成乙醇的过程提供动力。因此，生物燃料的研究有时会引用“化石能源比率”，它类似于“外部能量比率”。
并非每种能源都有外部能量比率数字。例如，对于传统石油，只有净能量比率可用。然而，这两种类型的 EROI 之间的差异对于传统石油来说可能相对较小（个人通讯，查尔斯·霍尔）。
任何 EROI 估算都存在不确定性，部分原因是能源公司通常不报告其能源消耗的详细信息。为了计算能量输入，研究人员必须根据在各种流程和商品上花费的美元进行估算——例如用于油井衬里的钢材的成本。为了使信息图表尽可能简单，我们没有尝试在估算值上显示误差条或范围，并且通常将它们四舍五入到一位数字。这旨在反映任何单一估算的不确定性，以及任何能源都没有单一、精确的 EROI 值的事实。
为了获得我认为具有代表性的 EROI 数字，我回顾了尽可能多的关于每种能源的研究，至少浏览了数十项研究。然后，我为每种能源选择了一个最近的 EROI 估算值，该估算值看起来是典型的或平均的，并且似乎以与其他能源的估算值大致可比的方式计算出来的。以下是我从中选择 EROI 值的研究：
传统石油：M. C. Guilford 等人，“美国石油和天然气发现与生产的能源投资回报率 (EROI) 的新长期评估”，载于《可持续性》 (2011) (链接)。
甘蔗乙醇：I. C. Macedo 等人，“巴西甘蔗乙醇生产和使用中的温室气体排放：2005/2006 年平均值和 2020 年预测”，《生物质和生物能源》 (2008) (链接)。
大豆生物柴油：A. Pradhan 等人：“重新审视大豆生物柴油的能源生命周期评估”，《美国农业和生物工程师学会汇刊》 (2011) (pdf)。
油砂：据我所知，没有关于油砂 EROI 的同行评审、已发表的估算值。因此，我借鉴了斯坦福大学的 亚当·勃兰特 发送的一篇未发表的论文（Adam Brandt 等人，“油砂开采的能源效率：1970 年至 2010 年的能源回报率”，《能源》正在审阅中）。该论文报告了油砂的各种类型的 EROI，我使用了精炼燃料的外部能量比率的数字。
加州重油：Adam Brandt，“石油枯竭和石油生产的能源效率：加州案例”，《可持续性》 (2011)(链接)。请注意，这仅适用于加州；“重油”没有公认的定义，并且对于其他国家（例如委内瑞拉），其值可能有所不同，这些国家可能使用不同的开采和提炼技术。
玉米乙醇：关于玉米乙醇的 EROI 是多少一直存在激烈的争论，例如 2006 年《科学》杂志上的一次交流。但似乎所有人都同意其 EROI 小于 2——这使其在液体燃料堆中垫底。我借鉴了一项荟萃分析，该分析平均了六种不同的估算值，得出的 EROI 为 1.4。Hammerschlag，“乙醇的能源投资回报率：1990 年至今的文献调查”，《环境科学与技术》 (2006) (链接)。
对于电力来源，我使用了特定来源产生的电力的 EROI 值，而不是用于生产可用于发电的原始燃料的 EROI。因此，以煤炭为例，煤炭本身的 EROI 大约是煤电 EROI 的三倍（因为燃煤发电厂的典型效率约为 33%）。
水电：报告的水坝水电的 EROI 值范围很广，从 40 左右到 250 以上不等。为了反映这个范围，我将值报告为“40+”。例如，参见 Gagnon 等人，“发电方案的生命周期评估：2001 年的研究状况”，《能源政策》 (2002) (链接)。
风能：我使用了一项对 50 项研究的荟萃分析，其中包括 119 个不同的风电场或涡轮机。Kubiszewski 等人，“风力发电系统净能量回报的荟萃分析”，《可再生能源》 (2010) (链接)。
煤炭：大多数关于煤炭 EROI 的研究报告了“矿口”的值，即煤炭中的所有能量含量。为了使其与其它电力来源（尤其是可再生能源）具有可比性，我使用了煤电的 EROI。我借鉴了一项特别侧重于太阳能的研究，但该研究将其与化石燃料进行了比较：Raugei 等人，“光伏的能源投资回报率 (EROI)”，《能源政策》 (2012) (链接)。那里的 EROI 数字与通过粗略计算得出的结果一致，即将煤炭的矿口 EROI 除以三，以考虑发电厂中的能量损失（个人通讯，纽约州立大学环境科学与林业科学学院的 查尔斯·霍尔）。
太阳能（光伏）：太阳能光伏的 EROI 估算值也多种多样——部分原因是技术和生产技术正在快速改进，这是过去十年价格大幅下降的主要原因。我使用了我能找到的最新同行评审研究（Raugei 等人，2012 年，如上所述）。太阳能光伏的 EROI 几乎肯定在上升（Raugei 等人，2012 年；个人通讯，斯坦福大学的 迈克尔·戴尔）。Raugei 研究中的最新数据至少是几年前的，因此今天的 EROI 很可能高于 6，即我在文章中引用的数字。
天然气：很难找到天然气的 EROI 估算值，因为天然气的数据通常与石油的数据一起报告。对于 7 的 EROI 数字，我使用了德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carey King 设计的另一种衡量标准，他称之为“能量强度比率”，它与 EROI 相当。King 的天然气发电能量强度比率值也与粗略计算得出的结果一致，即使用油气井口 EROI 为 20，并进行调整以考虑天然气发电厂的典型效率（约 40% 到 45%）。King，“作为美国能源生产和支出的净能量度量的能量强度比率”，《环境研究快报》 (2010) (链接)。
核能：与水力发电一样，核电的 EROI 估算值也跨越了非常大的范围。有些人声称 EROI 实际上小于 1——这意味着整个过程不是能源的来源，而是能源的消耗——而另一些人（例如 世界核能协会，一个行业组织）估计 EROI 远高于任何其他能源，在使用离心浓缩时约为 40 到 60。我借鉴了一篇回顾了许多研究的论文，并估计 EROI 为 5。Lenzen，“核能的生命周期能量和温室气体排放：综述”，《能量转换与管理》 (2008) (链接)。
对于显示 EROI 随时间变化的图表“石油的优势下降”，数据来自上面引用的论文。传统石油：Guilford 等人，2011 年。加州重油：Brandt，2011 年。大豆生物柴油：Pradhan 等人，2011 年。
图表“里程投资回报率”中的数字（对于所有液体燃料）基于德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carey King 未发表的著作中的一个相当简单的公式。将 EROI 乘以汽车的里程（以每加仑英里数计），然后除以燃料的能量密度（以每加仑千兆焦耳计），即可得出您可以用一千兆焦耳的燃料制造成本行驶的英里数。我使用了 EPA 燃油经济性估算值，即新汽油车平均每加仑 30 英里，柴油车平均每加仑 33 英里。EPA 燃油经济性估算值。（请注意，King 的计算使用的 EROI 值与我使用的值略有不同，因此“里程投资回报率”的数字与他的结果略有不同。）
对于电动汽车，我还使用了 EPA 估算值，即每千瓦时电力输入可以行驶的英里数，乘以美国平均电力的 EROI——基于 EIA 电力生产统计数据，美国所有电力来源的加权平均值。电动汽车的这个估算值不包括制造汽车及其电池所需的能量——传统汽车的估算值也不包括制造它们所需的能量。我们有充分的理由认为，电动汽车需要更多的能量来制造，因为电池生产过程确实需要一些额外的能量来构建。然而，生命周期分析，例如 Notter 等人，“锂离子电池对电动汽车环境影响的贡献”，《环境科学与技术》，(2010) 估计，制造电池所需的部分能量被抵消了，因为电动汽车具有更简单的动力传动系统，这需要更少的能量来构建。Notter 等人估计，总的来说，制造电动汽车所需的能量比制造传统汽车所需的能量大约高 20%。我希望研究人员能够发布更全面的“里程投资回报率”估算结果，或者一些类似的交通运输服务衡量标准，其中考虑了不同能源的 EROI。
作者感谢 查尔斯·霍尔、亚当·勃兰特、凯瑞·金、大卫·墨菲、马修·亨 和 迈克尔·戴尔 的采访、检查计算和提供信息。任何错误仍由作者负责。