本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
一本几百年前关于人口的论著为我们理解能源提供了启示。
1798年,一位名叫托马斯·马尔萨斯的人预测了他认为人类即将面临的厄运。根据他的计算,人类的增长速度超过了自身生产食物的能力。马尔萨斯是一位英国学者和经济学家,他认为每英亩耕地每年的产量只会增加很小的百分比。另一方面,人类大约每一百年人口就会翻一番。在他的论著《人口原理论》中,马尔萨斯正式提出了他对灾难性饥荒的预兆,他写道:“人口的力量远超地球为人类生产生活资料的力量,因此,早逝必然以某种形式降临人类。” 按照马尔萨斯的推理,这种“早逝”将在 1800 年代中期发生。
正如我们所知,马尔萨斯的预测并没有实现。人类并没有屈服于大规模的饥荒。从他 1798 年写作到 1800 年代中期,全球人口增加了 1 亿,总人口超过 10 亿。在新开发的美国开垦了新的耕地,那里土地肥沃、营养丰富,有助于养活不断增长的世界人口。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事。
但是,在 20 世纪中叶,发生了一些事情:人口爆炸式增长。人口数量在 1960 年代左右超过 30 亿,并在千禧年之交突破 60 亿。原因是什么?一项新的技术进步彻底改变了现代农业:化肥。通过从空气中提取看似无限量的氮,农民可以克服耕地中自然养分的限制,生产更多的食物。不再受农业自然限制的约束,可以提供更多的卡路里,这反过来又导致了更多的人口。
现代农业的增长与现代能源的故事有着很强的相似之处。新的科学和工程进步正在挑战先前关于世界能源供应的传统观念。水平钻井和水力压裂等技术的发展正在解锁以前无法获得的石油和天然气资源,本质上是在“喂养”一个不断增长的星球。
***
在 1950 年代,壳牌石油公司的地质学家 M. King Hubbert 提出,人类在可用的石油储量方面将遇到自然限制。根据 Hubbert 的计算,人类消耗石油的速度快于自然过程补充的速度。这样做,石油产量达到峰值是不可避免的:美国石油产量将在 1970 年代初期达到峰值,全球石油产量将在 2000 年左右达到峰值。
值得称赞的是,Hubbert 对美国的预测基本上是准确的,他预计美国石油产量将在 1970 年代初期达到峰值,并在随后的几十年中下降(巧合的是,德克萨斯州的石油产量也是如此)。然而,他对全球峰值的预测并没有实现。
虽然 Hubbert 的峰值在当时很有用,如果说有什么作用的话,那就是强化了速度的概念,但它严重低估了世界可采石油资源量。就像 18 世纪的马尔萨斯一样,Hubbert 的估计遗漏了开采技术的进步,这些进步已导致全球石油产量达到创纪录水平,以及其他方面的考虑。根据英国石油公司 2012 年统计回顾的数据,全球石油日产量超过 8300 万桶,这在很大程度上得益于美国国内的石油产量。大多数估计都预计全球能源需求将持续增长,石油产量也将随之增长(至少在本世纪中叶之前)。
然而,在某个时候,由于前面提到的时间尺度(这就是为什么生物燃料特别有趣的原因,因为我们实际上可以快进数百万年的热量和压力),再多的技术进步也不会带来更多的天然石油产量。我们基本上将达到石油生产“S 曲线”的顶峰,到那时,有理由假设石油的替代品将可用,这提出了更有趣的问题:新的资源将是什么?启动转变的触发因素又将是什么?
正如我们在现代食品经济中所了解到的那样,能源资源的自然限制最终必须得到尊重,但技术进步也必须得到尊重。