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活力之源

阿莫里·洛文斯有一个愿景:美国经济持续运转——无需任何石油。

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洛文斯在温室里给热带植物浇水,这个温室是他位于科罗拉多州老斯诺马斯(Old Snowmass)的家/办公室的“炉子”,那里整个冬天都常见零度以下的气温。头顶的窗户有特殊涂层,既能透光又能反射室内热量。池塘里生活着鲶鱼、青蛙和小龙虾。本·施特奇舒尔特 摄

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阿莫里·洛文斯(Amory Lovins)是一位物理学家、经济学家、发明家、汽车设计师、18位国家元首的顾问、29本书的作者,也是落基山研究所(一个环境智库)的联合创始人。最重要的是,他是一个以节约能源为荣的人。他位于科罗拉多州老斯诺马斯4000平方英尺的住宅的电费每月只需五美元,他深信他能为我们所有人做到同样的事情。他的著作《赢得石油终局》(Winning the Oil Endgame)展示了美国如何在2015年前节省相当于从波斯湾获得的所有石油,以及如何在2040年前完全消除所有石油进口。而这仅仅是个开始。

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卡尔·富斯曼采访

当我做能源讲座时,听众已经了解了问题。那不是他们来听的。所以我只谈解决方案,不谈问题。但过了一会儿,在提问环节,后面有人会站起来长篇大论地讲述所有正在发生的坏事——其中大部分基本属实。我发现只有一种方法可以应对这种情况。等这个人平静下来后,我轻声问他,那样的感受是否让他更有效率。

正如著名生物学家雷内·杜博斯(René Dubos)曾经说过:“绝望是一种罪。”

能源

我曾为宝丽来摄影之父埃德温·兰德(Edwin Land)工作。兰德说,发明是愚蠢的突然停止。他还说,那些似乎有了新想法的人,往往只是停止了旧想法。所以我想,如果我给这个行业带来了什么不寻常的东西,那可能是我发现停止旧想法更容易。

我无法指出过去任何一个特定的时刻塑造了我。这更像是通过不断演变的镜头看世界。渐渐地,我学会了问不同的问题,并从与大多数人不同的角度审视问题。

我最出名的地方可能是在1976年用一篇题为《能源战略:未选择的路?》的《外交事务》文章重新定义了能源问题。

在此之前,能源问题通常被认为是:我们从哪里获得更多能源?人们全神贯注于我们能从任何来源、以任何价格获得更多任何种类的能源——好像我们的所有需求都是一样的。我反而从问题的另一端开始:我们想要能源做什么用?

你通常不想要煤块或一桶粘稠的黑油。你想要的是舒适、照明、移动、烤面包等等。对于每一种这些最终用途,我们都应该问:需要多少能量,什么质量,什么规模,从什么来源以最便宜的方式完成这项工作?这现在被称为“最终用途/最低成本方法”,我们落基山研究所的大部分工作都涉及将其应用于各种情况。

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最终用途/最低成本分析始于一个简单的问题:你真正想做什么?如果你去五金店买钻头,你真正想要的很可能不是钻头,而是一个孔。然后你想要这个孔有原因。正如丰田生产系统的发明者大野耐一告诉我们的那样,如果你问足够多的“为什么”,你通常会找到问题的根源。

石油

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让我们从一个基本问题开始。沙特阿拉伯拥有世界四分之一的石油储备。它是唯一一个拥有大量增产能力的灵活生产商,因此它控制着世界油价。

三分之二的沙特石油流经一个加工厂和两个码头,这些地方都处于恐怖分子的射程内。这些设施随时可能长期瘫痪。那将可能导致沙特家族和西方经济崩溃。所以对坏人来说,这是一举两得。他们很想这样做,并且已经尝试了几次。

现在,这应该会让你感到不安。但我们不必继续走目前的道路。我们可以走一条不同的路。

让我们通过一个历史类比来看待石油。大约1850年,美国最大或第二大的产业是捕鲸业。大多数建筑都用鲸油照明。但在1859年埃德温·德雷克(Edwin Drake)在宾夕法尼亚州发现石油并使煤油普及之前的九年里,至少有六分之五的鲸油照明市场已经被由煤制成的竞争产品所取代。这是由于鲸鱼变得稀少和价格相对较高所致。

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捕鲸者惊讶地发现,他们在鲸鱼用完之前,顾客就已经用完了。他们没有预见到这一点,因为他们没有把竞争对手算进去。今天的油田可能也像这样。

今天,美国从每桶石油中榨取的功用是1975年的两倍。凭借更先进的技术,我们可以以每桶平均12美元的成本再次将石油效率提高一倍。我们可以用先进的生物燃料和节约的天然气取代剩余的石油需求,平均成本为每桶18美元。两者合计,平均成本为每桶15美元。这比前几天的每桶61美元,甚至比2025年官方预测的26美元便宜得多。

比每桶26美元便宜多少?嗯,大约每年700亿美元,外加一百万个就业岗位,主要在美国乡村和小城镇。另外还有一百万个目前面临风险的就业岗位得以保留,主要在汽车制造州。

我们面临一个选择:要么我们继续进口高效汽车以帮助取代外国石油,要么我们雇佣自己的人民制造高效汽车,既不进口石油也不进口汽车——这听起来是个更好的主意。

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重量

一辆现代汽车,在戈特利布·戴姆勒(Gottlieb Daimler)制造出第一辆汽油动力汽车之后,经过120年的精心工程设计,其燃料不到1%用于移动驾驶员。这是怎么发生的?

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嗯,只有八分之一的燃料能量到达车轮。其余的都在发动机、传动系统和附件中损失了,或者在汽车怠速时浪费了。到达车轮的八分之一能量中,一半以上用于加热路面上的轮胎或汽车推开的空气。因此,最初的燃料能量中只有6%用于加速汽车。但请记住,被加速的质量中大约95%是汽车——而不是驾驶员。因此,不到1%的燃料能量用于移动驾驶员。这并不令人满意。

嗯,解决方案同样蕴含在我刚才描述的基本物理学中。四分之三的燃料消耗是由汽车的重量造成的。通过大幅减轻汽车重量,你在车轮上每节省一个单位的能量,就能额外节省七个单位的燃料,这些燃料你就不需要浪费在传递到车轮上了。

因此,通过从汽车的物理学入手,使其更轻、阻力更小,你可以从车轮到油箱获得大约八倍的杠杆效应(混合动力车是三到四倍)。事实上,你可以让汽车大幅减重。我们已经找出了一种经济有效的方法,让你最终可以拥有一辆不妥协的66英里/加仑的SUV,它的重量是正常的一半,燃料消耗是正常的三分之一,更安全,并且在不到两年内就能收回混合动力带来的额外成本。

由洛文斯担任主席的Fiberforge公司生产的汽车座椅骨架超轻超强。碳纤维铺设在预定位置,并与增强尼龙夹层。然后将平整裁剪的毛坯加热、在热成型模具上冲压、冷却并修剪,以生产出成品部件。| 本·施特奇舒尔特 摄

塑料

亨利·福特曾说,强度不需要重量。如果强度需要重量,你的自行车头盔就会用钢材而不是碳纤维制造。如果你想知道一种非常轻的材料能有多坚固,试试不用工具吃一只大西洋龙虾。

汽车行业需要转向超轻、超强的碳纤维复合材料,几乎肯定会使用受热时流动且易于成型的热塑性塑料——而不是更脆、更昂贵的热固性塑料,后者需要化学反应、烘烤或其他变化才能使树脂固化成最终的硬态。热塑性塑料极其坚韧。它们每磅能吸收的碰撞能量是钢的12倍。因此,即使你的汽车只有以前一半的重量,当被一辆更重的汽车撞击时,它仍然会更安全。

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有了这些材料,你可以将尺寸与重量解耦。你可以把车做大——受到保护且舒适。但它不会很重——也就不会有攻击性且效率低下。这可以同时节省石油和生命,而且事实证明,你可以大大改善汽车的制造成本,因为一辆碳纤维SUV可能只有14个车身部件——而不是钢制车身汽车的140到280个——每个部件只需要一套低压模具,而不是钢制车身平均需要四套高压钢冲压模具。这些部件可以像组装儿童玩具一样精确地卡合到位进行粘合,因此你不需要所有那些夹具和机器人。基本上,你用这种方式摆脱了车身车间,然后通过在模具中铺设颜色,你也摆脱了喷漆车间。这样一来,汽车制造中最困难和最昂贵的部分就消失了。

新的就业机会部分来自于拥有一个充满活力的竞争性汽车产业,而不是一个正在衰落的产业,部分来自于汽车产业向计算机化的逻辑演进。想象一下改进和定制软件的售后市场。产业结构会有所不同,但我们认为就业机会不会净减少。这些工作会更安全、更健康,分布也更均匀。而且,先进材料给汽车制造带来的革命也适用于任何其他移动的物体。

洛文斯在他两个3x6英尺的太阳能跟踪光伏收集器前吃香蕉,这两个收集器共同为他的家庭提供所有电力。多年来,他和他的同事们在温室中培育出了多种香蕉作物。“我们有时称这座建筑为被动式太阳能香蕉农场,”洛文斯说。| 本·施特奇舒尔特 摄

氢能

许多汽车制造商开始明白,谁先实现超轻量化,谁就能在氢燃料电池竞赛中领先。

获胜的策略将是改善汽车的物理性能。他们仍然需要制造出廉价耐用的燃料电池。但如果他们能将燃料电池和储氢体积减少三倍,成本就会降低三倍。

话虽如此,超高效汽车对氢气的需求远不及氢气对超高效汽车的需求。比如说,如果你有一辆以每加仑66英里行驶的超轻混合动力SUV,那还不算太糟——至少与目前路上行驶的每加仑18.5英里的同类汽车相比。

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如果你再将其与E85燃料(15%汽油和85%乙醇)结合使用,你就得到了一辆每加仑320英里的SUV,因为效率乘以生物燃料节省的石油会倍增。

就此而言,如果2025年路上每辆汽车或轻型卡车的效率都能达到目前展厅中最好的混合动力汽车和SUV的水平,那将节省我们目前从波斯湾进口石油量的两倍。所以,这不是一个非常宏伟的目标——而且它甚至不涉及制造超轻型车辆。

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非常高效的汽车可以通过使用今天的汽油/混合动力推进系统,在没有氢气的情况下获得大部分相同的优势。然而,一旦你拥有了这样的车辆,用氢气驱动它们就有了强大的商业案例。在你拥有这些高效车辆之前,这个商业案例并不十分令人信服。

我认为到2050年,氢气将成为一种重要甚至主导的能源载体。在《赢得石油终局》一书中,我们落基山研究所制定了结束石油依赖的综合战略,我们将氢气视为一种可选的附加项。这将是利用和节约天然气最有利可图和最有效的方式。但它并非国家盈利脱离石油所必需;它只是锦上添花。

电力

我经常问的一个问题是,这项工作的合适规模是多少?我有一本书叫做《小而有利可图:使电力资源规模恰当的隐藏经济效益》。它指出了分布式资源(如太阳能和风能)的207种好处。当我开始描述它们时,你会发现它们确实显而易见。

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  • 可再生能源,例如风能,由于不需要燃料,因此比化石燃料发电厂在燃料价格波动方面面临更小的财务风险。

  • 像太阳能电池或风力涡轮机这样的小型资源,比需要多年才能建成的大型发电厂面临更小的财务风险。

  • 像太阳能电池板这样的可移动资源,比固定式发电厂面临更小的财务风险,因为如果系统发展与你预期不同,你宁愿把它放在别处,你只需把它装上卡车搬走。

这一切都显而易见,然而在公用事业公司购买其价值五千亿美元的资产时,却从未被考虑在内。

事情是这样的:在电力业务的第一个百年里,发电厂比电网更昂贵、更不可靠,所以建设一堆大型发电厂通过电网相互支持是合理的。然而——令人惊讶的是——在过去的20年里,发电厂变得比电网更便宜、更可靠。我们99%的电力故障都源于电网——大部分在配电环节。所以现在如果你想提供可靠、负担得起的电力,你需要在客户所在地或附近发电。

许多人没有注意到这一点。但尽管市场尚未认识到这些好处,去中心化、低碳或零碳发电机组的容量和产出在全球范围内已经超过了核电。大卫已经击败了歌利亚,但没人注意到。

核能倡导者经常声称,只有核能足够庞大和快速,才能应对全球变暖。嗯,未来五年内,官方行业预测显示,分散式低碳和零碳发电机组的增量容量将是核能同期增量的160倍。因此,那些认为分散式发电机组小、慢、未来主义,或在市场上大规模采用存在不可接受的风险的人,需要认真解释一下了。

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风力

如果我能做一件事来解决我们的能源问题,我就会让能源以公平的价格进行公平竞争,无论它是哪种类型,使用什么技术,规模多大,或者谁拥有它。如果那样做,我们就不会有石油问题,气候问题,或者核扩散问题。这些都是公共政策扭曲市场购买了原本不会购买的东西所造成的,因为那些东西是废物。

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仅仅在达科他州可用的土地上,我们就拥有足够多的成本效益高的风力发电,足以满足美国的电力需求。我们不一定非要在两个州内全部完成,而且还有更便宜的其他技术组合来完成全部工作,但这是一个巨大的资源。

德国和西班牙每年都安装超过2000兆瓦的风力发电。这个数字超过了本十年全球核电年均净增量。丹麦现在五分之一的电力来自风能;德国大约十分之一。

全球风能每三年翻一番,太阳能每两年翻一番,这并非因为一些国家大力补贴。事实上,补贴在德国正在缓慢取消,在日本则迅速取消,因为它们已经实现了创建世界级产业的目标,这些产业将能够自力更生。

如果一切只凭优点竞争,美国的风能状况会好得多。它获得的补贴比竞争对手少,而且它的补贴是暂时的,而竞争对手的补贴是永久的。换句话说,化石燃料和核能的补贴——核能是最大的——是永久性的,而可再生能源的补贴是暂时的。

国会对风力发电税收抵免的短暂且不规律的延期,曾多次导致美国风力涡轮机制造商破产。类似的错误政策也削弱了太阳能电池行业。十年前,美国销售的太阳能电池中有一半是国内生产的。现在这个数字只有8%。

国防

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五角大楼将是我们能源未来的一个主要参与者。原因如下:每半英里消耗一加仑油的艾布拉姆斯坦克——如果你能把它开到战场上,它就是一台无与伦比的作战机器——后面跟着两辆没有装甲的运油车。猜猜坏人会射击什么?

这是一个非常具有教育意义的时刻——当五角大楼敏锐地意识到在战场上运送燃料的成本和风险时。他们显然需要更轻、更灵活、燃料效率更高得多的部队。

军事转型将带来更大的回报,就像五角大楼的研发创造了互联网、全球定位系统、现代微芯片产业和先进航空发动机一样。

如果你调整军事科学和技术投资,以便在战术、作战和战略层面抓住这一巨大改进,你猜怎么着?你从而改变了汽车、卡车和飞机行业,使国家摆脱了石油,这样我们就不必为石油而战,因为我们不再使用它。任务不再必要。

香蕉

当我们设计落基山研究所的研究设施时,我们并没有计划在里面建一个香蕉农场。我们位于落基山脉7100英尺高的地方,冬天最低气温曾达到零下47度。

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我们规划了大约900平方英尺的丛林空间,有五种不同的能量收集方式:热量、热空气、热水、光和光合作用。支撑它的拱门有12种不同的功能,但我只付了一次钱。整个建筑体现了设计整合:从单一支出中获得多重效益。它节省了大约99%的正常空间和水加热能量需求,大约90%的家庭用电,以及一半的水。所有这些效率在10个月内就收回了成本——而且那还是1983年的技术!现在我们可以做得更好。

反正,我们没打算在这里种香蕉,但一个欠我人情的人给了我一棵香蕉树来偿还。他说它会长到六英尺高,但不会结果——他忘了告诉那棵树。当它得到12年的马粪时,它疯长起来,长到25英尺高,在头一年半里结了九季果,还试图冲破屋顶。然后它又试图吞噬鱼塘。

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我担心发生水力灾难,所以我们把它砍倒,挖了出来,并在残留的根球和鱼塘之间建了一道钢栅栏。但它又长回来了,又结了18季果。最终,几年前,它以其设计寿命的两倍时间磨损殆尽,所以我们彻底把它移除了,换上了各种幼小的香蕉树。我们还在落基山脉这里种植了芒果、葡萄、木瓜和百香果。

这棵香蕉树曲折的故事提供了一个非常简单的教训:保持对可能性的开放心态。

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