数字不会说谎 | 隐含能

点击

上方“IEEE电气电子工程师学会”即可订阅公众号。网罗全球科技前沿动态,为科研创业打开脑洞。


━━━ ━━━

能源生产的统计数据相当可靠;按主要行业分类的能源消耗的精确统计数据相对难以获得;而生产特定货品过程中能源消耗的相关数据就更加不可靠了。我们为拥有和使用一切产品而支付的环境代价中,都包括这样一部分隐藏在商品中的能源。

对工业制成品隐含能的估值不仅要依据确凿的事实——汽车上大量使用的钢铁,电脑中不计其数的微芯片——还必须依靠为了推导出总体数值而作出的不可避免的简化和假设。哪种型号的汽车?哪一款计算机或电话?我们所面临的挑战是挑选合理并具代表性的数值;所得到的回报是得出一个关于人造世界的全新观点。

让我们将目光聚焦于移动设备和汽车。选择移动设备是由于它们是即时通信和无限信息的主要推动者;选择汽车是因为人们在现实世界中也想要随心所欲地移动。

显而易见,一辆重1.4吨的汽车(比如本田雅阁LX)比一部重140克的智能手机(比如三星盖乐世)隐含更多的能量。但是能量差远不及它们重量上1万倍的差距。

在2015年,全球移动电话的销售量达到19亿台,笔记本电脑销售量总计约6000万台,平板电脑销售量逾2.3亿台。这些设备的总重量共计55万吨。让我们作一个谨慎的假设,平均每台移动电话的隐含能为2.5亿焦耳,每台笔记本电脑的隐含能为45亿焦耳,每台平板电脑的隐含能为10亿焦耳,那么每年生产这些设备需要约1艾焦耳(即1018焦耳)的一次能源。生产每辆汽车所需的一次能源消耗量约为1000亿焦耳,那么2015年全球7200万的汽车销售量所隐含的能量约为7艾焦耳,总重量共计1亿吨。因此新车的重量是所有便携式电子设备重量的180倍还多,但制造所需能量仅是后者的7倍。

━━━ ━━━

或许不可思议的是,我们能作一个更惊人的比较。便携式电子设备的寿命并不长——平均仅为两年——因此全球每年生产的这些产品中,被使用的隐含能约为0.5艾焦耳。而由于轿车一般使用寿命至少为10年,全球每年生产的轿车中,被使用的隐含能约为0.7艾焦耳——仅多了40%!这意味着,即便粗略合计得出的是背道而驰的错误结果(汽车的隐含能应该更多,而电子设备的应该更少),二者隐含能的全球总量也仍然会在同一个数量级上,而且很有可能相差在两倍以内。

当然,二者的运行能源成本就大相径庭了。一辆紧凑型的美国轿车在其10年的服役期内消耗约5000亿焦耳的汽油,是其隐含能成本的5倍。一部智能手机在其两年的服役期内年仅消耗4千瓦时电量,不到30兆焦耳;如果电能来源于风力涡轮机或者光伏电池,那么其消耗的能量仅为其隐含能源成本的3%;如果是采用效率没那么高的燃煤发电,那么这个比率就会上升至8%。

但是一部智能手机若没有网络就成为了不足挂齿之物,而发展网络的成本非常高昂且在持续上涨。在2013年,美国数据中心消耗了约910亿千瓦时的电量(全部发电量的2.2%),并且计划到2020年前提升至3.5%。有报道称,2012年全球范围内信息与通信网络的能源需求占到了电力产出的5%,并将于2020年前接近10%。总的来说,那些微小的智能电话为能源预算留下了浓墨重彩的一笔——对于环境亦然。

作者:Vaclav Smil

如有事情需要联系我们,请发送邮件到:lianxi@wmqn.net