6月,佛罗里达州发布了一项不同寻常的声明:它将就美国陆军工程兵团计划减少佐治亚州水库流入阿巴拉契科拉河的水量起诉该兵团。阿巴拉契科拉河从佐治亚州-阿拉巴马州边界流经佛罗里达州。佛罗里达州担心,水量减少将威胁到某些濒危物种。阿拉巴马州也表示反对,担心另一种物种:核电站,核电站需要大量的水(通常从河流和湖泊中抽取)来冷却其大型反应堆。流量减少引发了人们的担忧,即阿拉巴马州多森附近的法利核电站可能需要关闭。
佐治亚州想留住自己的水是有充分理由的:一年前,多条河流的水位降至如此之低,以至于这个遭受干旱的州在几周内就差点关闭了自己的核电站。情况变得如此危急,以至于今年1月,该州的一位立法者建议佐治亚州将其北部边界向北移动一英里,以吞并田纳西州的淡水资源,并指出1818年的一项边界调查据称存在缺陷。在整个2008年,佐治亚州、阿拉巴马州和佛罗里达州之间的争斗仍在继续;受国会委托管理水资源的工程兵团一直处于左右为难的境地。干旱只是其中一个原因。人口的快速增长,尤其是在亚特兰大,以及过度开发和臭名昭著的缺乏水资源规划,正在使该地区的河流干涸。
水和能源是现代文明最基本的两种要素。没有水,人就会死亡。没有能源,我们就无法种植食物、运行电脑或为家庭、学校或办公室供电。随着世界人口数量和富裕程度的增长,对这两种资源的需求增长速度比以往任何时候都快。
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然而,人们严重低估了一个现实,即这些宝贵的商品中的每一种都可能很快削弱我们对另一种商品的使用。我们消耗大量的水来发电,我们消耗大量的能源来输送清洁的水。许多人担心石油峰值的危险——廉价石油即将耗尽。少数人正在表达对水峰值的担忧。但几乎没有人关注两者之间的紧张关系:用水限制正在阻碍增加能源生产的解决方案,而能源问题,特别是价格上涨,正在限制提供更多清洁水的努力。
这种悖论正在我们许多人的后院显现出来。1月份,北卡罗来纳州夏洛特附近的诺曼湖水位降至93.7英尺,仅比杜克能源公司麦奎尔核电站允许的最低水位高出不到一英尺。在拉斯维加斯郊外,由科罗拉多河供水的米德湖现在的水位通常比历史水位低100英尺。如果水位再下降50英尺,该市将不得不实行用水定量配给,而米德湖胡佛大坝内巨大的水力发电机将几乎无法发电,这可能会使这个蓬勃发展的沙漠大都市陷入黑暗。
美国地质调查局的研究科学家格雷戈里·J·麦凯布在6月份再次向国会重申了这一信息。他指出,即使西南地区平均气温因气候变化升高1.5华氏度,也可能损害科罗拉多河满足内华达州和其他六个州以及胡佛大坝用水需求的能力。今年早些时候,加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯海洋研究所的科学家宣布,如果气候变化如预期那样发生,并且未来的用水量没有得到控制,米德湖可能会在2021年干涸。
相反,迫切需要更多饮用水的圣地亚哥现在想在海岸边建造一座海水淡化厂,但当地活动人士正在反对该设施,因为它会消耗大量能源,而且电力供应紧张。伦敦市长在2006年以同样的理由拒绝了一项拟议的海水淡化厂,但他的继任者后来撤销了这一拒绝。乌拉圭的城市必须选择是希望将其水库中的水用于饮用还是用于发电。沙特阿拉伯正在纠结是出售所有石油和天然气以获取创纪录的价格,还是保留更多这些资源来生产它所没有的东西:为其人民和城市提供淡水。
我们不能在不意识到它们会侵占我们的淡水供应的情况下建造更多的发电厂。我们也不能在不提高能源需求的情况下建造更多的输水和净化设施。解决这一困境需要新的国家政策,将能源和水解决方案结合起来,并需要创新技术,以帮助提高一种资源的利用率,而不会耗尽另一种资源。
恶性循环
地球上大约有800万立方英里的淡水——是人类年消耗量的数万倍。不幸的是,其中大部分被囚禁在地下水库和永久冰雪覆盖层中;相对较少的水储存在容易获取和补充的湖泊和河流中。
此外,可用的水通常不干净或位置不在人口中心附近。凤凰城的大部分淡水是通过一条336英里长的渡槽从科罗拉多河引来的。市政供水也经常受到工业、农业和废水排放物的污染。据世界卫生组织称,约有24亿人生活在高度缺水的地区。两种主要的解决方案——长途运输水或净化附近但不干净的水源——都需要大量的能源,而能源价格正在飙升。
在全国范围内,淡水的两大用户是农业和发电厂。火力发电厂——那些消耗煤炭、石油、天然气或铀的发电厂——产生美国90%以上的电力,而且它们是用水大户。冷却发电厂所需的巨大水量影响着其他所有人的可用供应。虽然相当一部分水最终会返回水源(有些会蒸发),但当排放时,它的温度和生物成分与水源不同,从而威胁到环境。这种废水是否应该处理是有争议的;最高法院即将听取有关环境保护署要求发电厂改造其系统以最大限度地减少对当地水供应和水生生物影响的案件合并审理。
与此同时,我们使用大量能源来输送和处理水,有时跨越广阔的距离。加州渡槽将融雪水输送到干渴的沿海城市,跨越两个山脉,是该州最大的电力消耗者。随着便利资源的枯竭,供应商必须挖得更深、触及更远。人口众多但水源分散的国家正在考虑令人望而生畏的大型工程。例如,中国希望将水从南部水资源丰富地区的三个流域输送到数千英里外的北部缺水地区,这将消耗大量的能源。像T·布恩·皮肯斯这样的老牌投资者,他们从石油和天然气中赚取了数十亿美元,现在正将资金投入到水资源领域,其中包括一个在得克萨斯州铺设管道的项目。像埃尔帕索这样的城市也在尝试开发位于含盐地下蓄水层之上的海水淡化厂,这需要大量的能源和资金。
此外,地方政府还必须清洁进水和处理出水,这两项加起来约占全国电力消耗的3%。健康标准通常会随着时间的推移而变得更加严格,因此每加仑水需要消耗的能源量只会增加。
从进口石油到国内水资源
资源之间的紧张关系在地方层面,尤其是在像沙漠西南地区这样陆地和水资源受限的地区,表现为艰难的选择。一个城市是进口淡水更好,还是进口电力来淡化地下深层微咸水更好?或者,将人们迁移到有水的地方是否更好?有了无限的能源,就可以获得淡水,但即使公共金库是无限的,决策者也面临着限制碳排放的压力。随着气候变化可能改变干旱、洪水和降雨的周期,燃烧更多能源来获取更多水资源可能会更加糟糕。挑战变得更加严峻,因为美国最终承认,解决其能源和安全问题的最佳方法是打破对进口石油的依赖。《2007年能源独立与安全法案》和其他立法反映了这一新观点。由于交通运输部门是主要的石油消耗者——也是主要的碳排放者——它已成为决策者、创新者和企业家进行根本性变革的首选目标。取代汽油的两个最受欢迎的选择似乎是插电式汽车的电力和生物燃料。这两种途径都有优点,但与我们目前的系统相比,两者都更耗水。
插电式汽车尤其具有吸引力,因为管理1500个发电厂的排放比管理数亿个尾气排放口更容易。电力基础设施已经到位。但电力部门会消耗水资源。根据得克萨斯大学奥斯汀分校的研究,与为汽车生产汽油相比,为插电式混合动力汽车或全电动汽车发电,取水量是汽油的10倍,每英里耗水量是汽油的三倍。
生物燃料的情况更糟。最近的分析表明,从农场种植灌溉作物到将生物燃料泵入汽车的整个生产周期,每行驶一英里,耗水量可能是汽油生产的20倍或更多。当扩大到美国乘用车每年行驶的2.7万亿英里时,水资源很可能成为一个限制因素。各市政府已经在与蓬勃发展的生物燃料行业争夺水资源供应:伊利诺伊州香槟市和厄巴纳市的市民最近反对当地一家乙醇厂每天从当地含水层抽取200万加仑水以每年生产1亿加仑乙醇的申请。随着牧场主的井水干涸,阻力将会增大。
无论支持者是否意识到,任何从汽油转向电力或生物燃料的计划都是一项战略决策,即将我们的依赖从外国石油转向国内水资源。虽然这种选择可能比减少能源消耗更具吸引力,但我们明智的做法是首先确保我们拥有必要的水资源。
也需要新的思维模式
无论美国还是世界可能倾向于哪种能源,水资源最终都比石油更重要,因为它对生命来说更直接地至关重要,而且没有替代品。而且,我们似乎正在接近水峰值时代——缺乏廉价的水。这种情况应该已经被认为是危机了,但公众尚未意识到其紧迫性。
公众确实已经对石油峰值的风险更加开明,其风险从可怕的(大规模饥荒和资源战争)到漠不关心的(市场带来拯救世界的新技术)不等。供应短缺和飞涨的价格提高了人们对“峰值论者”主张的信心。政策杠杆和市场力量正在被部署,以寻找廉价石油的替代品。
我们需要付出什么才能在水资源方面实现飞跃,甚至更好的是,将这两个问题视为一个问题?当石油产量下降的预测与不断增长的用水需求叠加时,风险变得严重起来。由于水的生产越来越耗能,我们很可能要依靠化石燃料从更深的含水层抽水或通过更长的管道输送水。任何石油生产的峰值都可能迫使水生产达到峰值。石油峰值可能会造成一些人类苦难,但水峰值将产生更极端的后果:每年已经有数百万人死于淡水获取受限,而且这个数字可能会增加一个数量级。
也许一些迹象会唤醒我们的集体意识。堪萨斯州最近在州际用水诉讼中败诉给密苏里州,导致堪萨斯州的农民重新调整他们种植作物的方式。定量配给肯定会让社会注意到,而且它已经开始了。我的家乡得克萨斯州奥斯汀市现在实行严格的草坪浇水限制。加利福尼亚州正遭受创纪录的低降雪量,已经发布了全州范围内的市政节水和用水定量配给要求,这让人想起20世纪70年代的汽油管制。
总有一天,我们可能会带着好奇的怀旧之情回顾那些挥霍无度的房主浪费地用液态黄金喷洒草坪以使草生长,只是为了然后在周末燃烧黑金来修剪草坪的日子。我们的子孙后代会想知道我们为什么如此愚蠢。
强制解决方案
水和能源之间日益紧张的关系令人担忧,但也带来了机遇。我们可以解决这个问题。第一步是整合美国的决策过程。尽管这两种资源高度相互依赖,但能源和水资源监管机构是分开运作的,具有不同的资金来源、问责机制、政府监督和立法委员会。我们必须让水资源规划者和能源规划者坐在一起做出决策,而不是让水资源规划者假定他们将拥有他们所需的所有能源,而能源规划者假定他们将拥有他们所需的所有水资源。
联邦政府长期以来一直设有能源部,但没有水资源部。环保署负责监督水质,美国地质调查局负责收集数据和监测供应,但没有联邦机构确保水的有效利用。国会应该设立一个单一的监督机构,可能设在内政部(因为水资源的环境重要性)或商务部(因为水资源在经济中的作用)。部分原因是水资源历来是在当地生产的,因此大部分监管责任都下放到了州和市政府层面。然而,当含水层、河流和流域跨越多个城市或州时,地方政策很容易失败。当另一个城市取走你的水时会发生什么?
联邦能源和水资源机构随后应制定一项综合决策计划。例如,当发电厂所有者为特定地点寻求建筑许可证时,他们必须证明新装置将符合环保署的空气质量标准;来自新机构的类似要求也应该必须满足用水量要求。能源规划者应该在他们的同行辩论是否发放用水许可证时在场,以提出对电力需求增加的担忧。当考虑发电厂的选址和许可时,水资源专家应该在那里就任何潜在的稀缺风险升高发表评论。这些互动可以采取简单的
协作形式。
同样的跨部门对话也应该为气候变化立法提供信息。5月份,大都会水务机构协会副执行主任迈克尔·阿塞诺开始了一项单人运动,以教育国会,正在审议中的高调法案,特别是那些涉及碳排放总量管制和交易系统的法案,对水资源供应产生了严重的但未被考虑的影响。
随着美国更好地协调决策,创新技术可以减少社会提取和消耗的淡水量。农业是开始的地方。滴灌(而不是向田地喷水,导致大部分水蒸发)需要的水量要少得多,并且直接将水输送到作物的根部。科罗拉多河以东高平原的农民应该为了自己的利益而转向滴灌。他们几乎都利用了奥加拉拉含水层,美国最大的含水层,但它的消耗速度为每年150亿立方码——远远超过到达它以补充它的降雨和径流。灌溉现在占该地区地下水总用量的94%。
通过从水冷改为风冷,或至少是混合风水冷,可以显著减少发电厂的用水量。虽然风冷系统更昂贵,并且在运行期间效率较低,但它们几乎消除了水的抽取。
重复利用市政和工业废水也将节省供水并减少输送它们所消耗的能源。虽然许多人一想到将废水转化为饮用水的“厕所到水龙头”循环就感到不寒而栗,但空间站上的宇航员和新加坡的居民每天都在愉快地饮用经过处理的废水,没有任何不良影响。即使这种选择对许多消费者来说仍然难以接受,市政府当然可以将再生水用于农业和工业,以及用于冷却发电厂。
工程技术的进步也可以使水处理的能源密集程度大大降低。例如,纽约州石溪的石溪净化公司正在开发更有效地净化废水和淡化海水的先进膜。发现了一种以最小的能量净化水的方法的发明者可能会成为世界上最富有的人,并永远被铭记。
智能监控器可以减少居民和商业浪费。在下午的酷热中——蒸发最大化和灌溉效果最小化时——以及在暴雨中,看到喷洒系统全力喷洒草坪的情况并不少见。奥斯汀的Accuwater等公司将传感器、智能软件和互联网连接相结合,以获取实时天气信息,从而更好地控制此类系统。
居民还可以通过广泛实施太阳能热水来节省加热水所消耗的能源。这项简单的技术价格合理、可靠、经过时间考验且物有所值。但也许是因为这项技术看起来并不尖端,而且没有得到联邦政府的大力支持,其市场渗透率仍然很小。
我们也可能需要做出社会选择。节约能源和水意味着我们可能需要放弃我们对玉米乙醇的短暂恋情。
然而,最重要的是,我们需要重视水。我们必须摆脱长期以来认为水应该是免费或廉价的期望。如果我们认为水很重要,我们就应该给它定一个合理的价格。否则,我们会发出一个令人困惑的信号,即每个人都可以对浪费水资源漠不关心。
一旦真正的定价到位,美国或许可以更进一步,向消费者和监管机构展示水价如何抬高能源价格,以及能源价格如何抬高水价。这两个指标将使我们直面节约这两种资源的困境,从而促使我们找到有效的解决方案。
注:本文最初的标题是“第22条军规:水与能源”。