介绍一种新观点（7）-业州愚公在此的专栏

介绍一种新观点（7）

2020-04-02 09:30:46栏目：默认栏目 IP属地：IP未知

4. 非再生能源和临近的熵的分界线
4.1 能源危机
要准确描绘美国人消费起能量来的那股劲头，就只能用
“上了瘾”这个词了。现有的统计数字骇人听闻。只占世界
人口 6%的美国人，要耗费全世界三分之一的能量。其它高度
工业化国家的能量消费与美国相比，不啻小巫见大巫。瑞典
和西德的生活水平与我们相近，但他们的人均耗能量只有我
们的一半。美国每年耗费的能量要高于西欧所有国家所耗费
的总能量，然而他们的总人口则比美国多 75%。
我们虽然不可能估算出我们整个能量流通的总值，但我
们可以先考虑一下发电量。1970 年美国用石油、天然气、煤
和原子能为燃料生产了 17,000 亿度电。这个数字大于苏联、
日本、西德、英国这世界上四大能源消费国一年的发电量。
美国的能源消费与第三世界的能源消费就根本不能同
日而语了。当你知道象海地这样的国家每人每年只消费相当
于 68 磅煤炭的能量，而美国每人每年消费相当于 23,000 磅
煤的能源时，你还怎么能去计算能源富裕与能源贫困呢？
尽管在能源消费上存在着如此巨大的差距，但美国所需
要的能源在最近 20 年内估计还要增长一倍。如果这种增长
速度继续下去，那么人们预计仅仅在 200 年内，要满足不断
增长的能源需要，整个美国的每一寸上地都将被发电厂占有。
到 2000 年，全世界的能源需求将是现在的 4 倍。这是
由于失去控制的人口增长所造成的。人口增长的统计结果令
人吃惊。在我们这个地球上每天有 333,000 个婴儿呱呱落地。
即使每天有 134,000 人死亡，那么目前做界上每 24 小时就
要增加 200,000 人。也就是说，明年世界上就要增加
73,000,000 个居民，他们每人都要摄入有效能量以求生存。
只有用历史的观点才能理解人口问题的实质。人类人口
要达到 10 亿需要 200 万年。但再增加 10 亿却只需要 100 年
的时间。第三个 10 亿只花了从 1930 年到 1960 年这 30 年。
增长第四个 10 亿只用了 15 年。1960 年到 1975 年，世界人
口的年增长率为 2%，人口从 25 亿增加到了 40 亿。以目前
1.7%的增长率增长，世界人口到 2015 年将达到 80 亿，2055
年将达到 160 亿。
人口指数的这种增长给世界能源基础带来了巨大的压
力。由诺贝尔经济奖获得者瓦西里·列昂惕夫主持的一项联
合国调查认为，要在将来几年内保持中等水平的全球经济增
长，那么普通矿产的消费必须增长 5 倍，食品消费必须增长
4 倍。
更有甚者，世界上许多经济学家还预测，要保证增长着
的人口的最低生活需要，就必须在今後的 30 年内“建造与
人类迄今所有建筑量相等的住房、医院、港口、桥梁以及其
它各种设施”。
这些工程要耗费的非再生能源将是一个天文数字。只要
认真考虑一下能源奇缺、价格暴涨、污染严重这些我们已有
的全球性能源问题，那么很明显，无论我们做出什么样的努
力，我们的国家和全世界都无法满足如人们所预测的未来能
源的需求。我们事实上正在耗尽非再生能源的“有效储备”，
向一个熵的分界线危险地滑去。虽然统计数字各异，但人们
都一致认为廉价非再生能源的时代已一去不复返了。
不久前麻省理工学院主持了一项由来自 15 个工业国家
的工业、政府和学术专家参加的研究。专家们的结论认为石
油供应“到 2000 年将无法满足不断增长的需要”。专家们的
报告认为，即使能源价格只比现在的价格水平上升 5O%,那么
在 1985 年到 1995 年之间世界还是可能经历一次石油危机。
成员包括西方国家一些炙手可热的企业界和政界领袖的三
方委员会也进行了一项调查，其预测与麻省理工学院的预测
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柑差无几。三方委员会的结论认为，到九十年代中期，世界
石油将供不应求。哥伦比亚科学家埃米尔・贝诺瓦在《原子
学家简报》上撰文说，如果全球消费继续以目前速度增长，
那么现存的贮备在 25 年内将被消耗一空，即使人们还能发
现 4 倍于目前的石油贮备（大多数专家都认为这是一个过高
的估计），那么全球石油告罄的时间不过推迟了 25 年。
在一本叫《第二十九天》的书里，生态学家赖斯特・布
朗作了个计算。他说，可开发的石油贮备摊到每一个美国人
头上，每人约有 500 桶。9提炼以後，每桶石油大约可以生产
42 加仑的汽汕。那么如果每一个美国人驾驶着一加仑汽油能
跑 10 英里的大型汽车每年开上 10,000 英里，那么世界石油
贮备中他那一份就会在十二年里被用完。
4.2 人工合成燃料
随着全球范围石油贮备的日益减少以及石油开发、加工
和消费的价格逐渐提高，人们正企图转向其它的非再生能源。
如人工合成能源正被誉为现代工业社会的救星。称之为人工
合成能源实际上是用词不当。一切所谓人工合成能源都来源
于非再生能源。
美国的政治家们正在为美国成了“煤炭沙特阿拉伯”而
欢呼。事实上，美国的煤炭贮备不象他们预料的那么丰富。
政府官员们坚持认为美国的煤还能用上 500 年。他们没有告
诉我们的是，如果煤的消费以目前每年 4.1%的速度增长的话，
那么人们普遍认为我们国家的煤炭贮备只够用上 135 年。虽
然这段时间看上去并不太短，但是如果国家为了抵消石油减
产而加快煤的开采，那么离煤的告罄就只是短短的几代人的
时间了。如果我们全力以赴地开采大地里剩下的煤矿，那么
一定会导致巨额的政府开支和通货膨胀，还会带来更多的污
染。
9在美国，一捅等于 31.5 加仑。一译者
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政府现在计划到 1990 年每天生产 100 万桶从煤中提炼
出的合成汽油。还在此计划的筹划期间，白宫的一位不愿透
露姓名的官员就告诉记者说：“这有可能成为联邦政府有史
以来所制定的最疯狂的计划之一。”
现由很简单。首先，使用目前的煤炭液化技术，那么一
吨以上的煤经提炼、加温、加压後才能得到 3 至 4 桶的液态
汽油。这就不仅意味着要把大量能源浪费在提炼过程中，而
且还意味着每年要比现在多开采好几百万吨煤。如果考虑到
合成过程所需要的大量用水，那么这也许是根本做不到的。
根据一项受到很高评价的调查，“如果目前计划中的所有煤
矿、发电站、液化和汽化工厂真的投产，那么不计回收的话，
这些工程还需要目前全国用水总量的 3 到 4 倍。”
其次，要加工合成燃料，就必须从无到有建立起一整套
的工业基础。目前美国只有一个合成燃料工厂。这家位于肯
塔基州凯特斯堡的工厂能从 250 吨煤中提炼出 625 桶合成汽
油——刚好够上一个汽车加油站的用油。如果要象政府所计
划的那样每天生产 100 万桶汽油，那么至少还要建立 20 家
日产量为 50,000 桶的合成燃料工厂，而且每家的规模都将
大于多数大型炼油厂。
政府预算每家合成燃料工厂将耗资 20 亿美元，但兰德
公司一项基于以往费用和能源超支估算的报告却认为，这项
合成燃料计划中每家工厂的造价至少还要高出一倍。根据兰
德公司的估计，整个合成燃料计划将耗费 1,000 亿美元，这
将是美国长达 10 年之久的阿波罗登月计划总投资的 4 倍。
当然还有无法估计的投资。比如必须建立庞大的运输管道系
统并扩大交通系统，用来多输送几十亿吨煤。《纽约时报》
估计，整个计划的耗费可能将达 3,000 亿美元。
即使这么一个天文数字也许还是个保守的估计。因为目
前美国还没有一个那么大的合成燃料工厂，那就必然会出现
无法预料的设计问题。既然政府的这次计划是一个必须在 10
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年内把合成燃料的日产量从 625 桶提高到 100 万桶的应紧计
划。那么它的实施还必须快马加鞭。这又“会使费用更高，
整个系统的质量降低”。凯特斯堡合成燃料工厂的开支就要
比预计的几乎高出 3 倍。目前的原子能工业中由于设备故障
而造成的工厂长期关闭已是家常便饭，合成燃料工业也会遇
到同样的设计和施工问题。
我们还面临着一个把这 20 座巨型工厂建造在何处的问
题。在过去整整 10 年内，美国才设法找到了一处建造大型
炼油厂的场所。这主要是因为每个地区的居民都对建造会污
染他们家园的大型工厂有着一种天生的反感。虽然大家都需
要更多的燃料，可是谁也不想在自家的後院看见一家燃料工
厂。
事实上，哪怕是勉强适合建造合成燃料工厂的地点也是
十分有限的。能源部的一项研究总结说，整个美国只有 41
个县有足够的煤炭贮存和工业用水能满足一家大型合成燃
料工厂的需要。这些县中有一部分——包括煤产丰富的蒙大
拿州、怀俄明州、科罗拉多州以及北达科他州的一些县——
人口还不到 1,000。能源部估计每座标准的合成燃料工厂将
使一个县增加 20,500 人。因而就必须建造更多的居民设施，
诸如下水道、住房、街道、垃圾处理厂，学校等。能源部估
计每个居民区将负担起 7,000 万美元的额外开支。
另外，不管是什么形式，燃烧大量的煤还会给环境带来
严重的威胁。仅仅这一点就会使合成燃料计划成为泡影。但
是对大片荒野的露天开采以及合成燃料工厂的大量污染来
说还只是麻烦的开头。
美国科学院的一项研究告诉我们：“二氧化碳的排泄所
造成的气候影响可能在今後的几个世纪内成为限制矿物燃
料能源生产的主要因素。”
煤的过量使用会使大量的二氧化碳进入大气层。二氧化
碳阻止了地球的热量辐射进入空间，造成了所谓“温室效应”。
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美国科学院的报告说，在今後 75 年内大气层内的二氧化碳
将提高一倍，“使中纬度地区的温度上升 3-6 摄氏度，两极
地区的温度上升 9-12 摄氏度”。这将给地球上动植物的生存
带来破坏性的影响。整个地球的生态平衡将受到严重的破坏。
最可怕的後果之一就是两极的冰帽有可能融化，使地球海洋
的水平面提高，并把世界上几乎所有的重要港口和城市淹没
在波涛之中。世界气温的剧变还会导致大批动植物种类的灭
绝。仅仅是这个变化的速度（不到 75 年）就排除了任何种
类作出进化性调节的可能性，因为绝大多数动植物种类对地
球温度变化作出基因调节需要数百万年。
除了美国科学院，忧心忡忡的还大有人在。，过去几年
的许多报告都得出了类似的结论。世界瞭望学会的一项研究
认为，如果二氧化碳以目前的速度继续排放几十年，那么由
此造成的全世界气温上升将带来“可能有着与冰河时代降临
与离去时同样规模”的气候变化。
合成燃料使这个问题更加严重。环境质量协会指出，使
用合成燃料会使温室效应加剧，因为合成燃料比普通燃料要
排出更多的二氧化碳。就同样的热量和功而言，合成燃料排
出的二氧化碳是煤排出的二氧化碳的 1.4 倍，是石油排出的
1.7 倍，是天然气排出的 2.3 倍。环境质量协会警告说，如
果美国全国一致使用合成燃料，那么南北极冰帽在本价纪末
就会全部融解。
热力学定律告诉我们能量的转化过程本身也需要消耗
能量。能量的净值是我们减去转化所需要的能量後所剩下的
能量总值。如果我们从这个角度考虑合成能源，那么它们的
能量效率就是很低的。一家日产量为 50,000 桶的合成燃料
工厂的耗煤量，等于一座功率为 1,000 兆瓦的热电站耗煤量
的 3 倍。如果我们把用于开采煤矿和生产巨型工厂、运输管
道和新交通系统所需钢铁的能量也考虑进去，我们会发现要
生产含 50B.T.U.
10热量的石油，或 17B.T.U．的合成燃料，
10B.T.U.，英国热量单位，等于 252 卡。——译者
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或 6.5B.T.U.的页岩油，就要用去含一个 B.T.U.热量的石油。
合成燃料计划的其它方面也存在着类似的问题。就拿页
岩油来说，1.5 吨的含油页岩才能提炼出 1 桶页岩油，而且
生产过程中还需要 2 桶水。而提炼过程中页岩油还会产生剧
毒气体，也需要妥善处理。要产生一桶焦油，就得炼 4,400
磅的焦油沙。由于从一种能量形式（页岩和焦油沙）转化为
另一种能量形式（液态油）需要耗费大量能量，因此最後能
量的净产值很小。人们估计，即使有最先进的提炼技术，页
岩大概也只能提供美国目前所消费的能量的 2%。
4.3 核裂变
到最近为止，人们还把找到能源代用品的希望寄托在原
子能上。这种希望正在迅速消失。早在 1979 年 3 月，美国
三里岛核电站几乎熔毁以前，核工业的一些内在问题便开始
给“和平原子”的未来笼罩了一层阴影。
由于生产成本高得出奇，以及出于缝康和安全的考虑，
核电站的兴建数大大减少。美国 1973 年定货的核电站有 34
座。1974 年是 27 座。到 1975 年定货单猛跌到 4 份，1976
年只有 2 份，1977 年又回升到 4 份。
先不考虑一座核电站的造价可达 20 亿美元之高，就是
它的隐蔽开支也会使原子能是“廉价能源”的神话不攻自破。
一份于 1978 年公布的众议院报告声称；“与流行的观念相反，
原子能已不再是一种廉价能源。实际上，如果我们把放射性
废料和耗尽的核燃料的处理，使之失效，以及永久性管理的
那些还无法预料的费用也估算到价格中去，那么原子能的价
格可能远远超过诸如煤这样的传统能源。”
除了价格因素，原子能还会带来无法用技术手段来解决
的社会和健康问题。开采核反应所需要的铀矿不仅会给矿工
带来癌症和其它疾病，还会给铀矿附近居民的健康带来严重
的副作用。美国西南各州已经积累了 1 亿吨铀矿下脚（铀被
提炼後所剩下的矿石）。这些放射性废料的半衰期将长达
80,000 年。科罗拉多州的建筑公司曾用这些下脚建造学校和
住宅。医生们已注意到在那些房子里居住或工作过的人们所
生的孩子先天生理缺陷有所增加。
核反应堆也根本不安全。三里岛事件不过是核工业遭受
的一连串故障和放射性物质泄漏中最严重的一次。其实美国
的每一座核反应堆都在不断地把少量的放射性物质排入环
境中。当然核工业界会马上声称放射性物质的泄漏低于可被
接受的标准。但他们却对任何剂量的放射性物质都有潜在危
险这一事实讳莫如深。任何量的放射性物质都是过量的。只
要有一颗放射性粒子侵入一只细胞就会引起癌症或遗传突
变。然而这个过程却是缓慢而又难以察觉的，从遭受辐射到
病变开始可能会长达 20 多年，因此，今天的核电站也许正
在传播一场未来的瘟疫。关注科学家协会估计到，2000 年，
在美国直接死于反应堆故障放射性泄漏事故的将约达
15,000 人。关注科学家协会预计，要是发生“中国综合症”，
那么死亡人数可达 10 万，而且成千上万平方英里的土地还
将被污染多年。
还有一个更为严重的问题。每个核反应堆每年要生产出
400 到 500 磅的鈈。鈈是制造原子弹的基本材料。照目前的
速度，美国的每一座反应堆每年可生产能制造出 40 枚核武
器的鈈。不到 20 年，各国使用的可裂变物质可用来制造
20,000 颗原子弹。要防止这些物质所引起的危险是不可能的。
在美国，有 700 磅的鈈已从核反应堆和贮存地点失踪。现在，
制造原子弹的技术在全国各地图书馆都可以查到，那么源源
不断地制造鈈就等于邀请人们制造或使用核武器。
在一项叫《核战争的影响》的研究报告中，技术评价局
提出，恐怖主义者的一个小规模核装置就可以炸毁闹市中心
好几个街区的高楼大厦，释放出比人体可忍受剂量高出
1,000 倍的放射性物质，并给郊区带来致命的污染。要屠杀
生灵其实也不一定非要原子弹不可。如果把鈈释放到城市的
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上空，那么一块 40 平方英里的地区将被污染 100,000 年。
接着还有一个无法解决的核废料处置问题。令人难以置
信的是，尽管人们为研究和发展核能而呕心沥血，为建造核
电站而耗费了几十亿美元的巨资，但科学界，能源公司和政
府对如何处理放射性废料却是一筹莫展。美国科学院核废料
处理委员会的负责人，哈佛大学的哈维・布鲁克斯说：“我
估计，如果公众最终不能接受原子能的话，那么主要原因将
是他们对核废料处置的看法。”
到 1976 年底，美国各地的核贮存库已有 3,000 公吨的
废燃料棒。1983 年底，这个数字己增加到 13,000 吨。另外
一个麻烦是固态废料，即被污染了的衣物和设备。现在已有
13,000,000 立方英尺的带放射性物质的固态废料，共含有
2,200 磅鈈。核工业界还预计到 2000 年，还会有 15,200 万
加仑放射性液态废料。虽然人们订了许多计划来“安全地”
埋掉这些核废料，但没有一项计划最後能行得通，因为根本
无法保证一种致命物质能被安全地存放几千年。我们民族一
共只有 200 年的历史，而人类文明也只有几千年。然而我们
却胆大包天，自己制造出一项计划，能在比人类文明历史还
长的时间里安全存放这些致命的放射性物质。
除了长远问题以外，核工业至今还未成功地找到适用于
八十年代的贮存手段。尽管现在原子能核废料并不太多，但
核废料存放地的泄漏事故已时有所闻。目前已有 50 多万加
仑的放射性液体从华盛顿州里奇兰美国政府核基地的贮存
罐里泄漏出来。联邦环境保护局的一项调查报告提出，“放
射性颗粒正向核电站外逸散”後，肯塔基州于 1978 年 6 月
关闭了它在麦克西第莱茨的核基地。田纳西州的橡树岭，马
里兰州的海洋城以及加里福尼亚州的旧金山附近，都发生过
类似的泄漏事件。
即使美国原子能工业的发展势头继续平缓，本世纪後每
过两三年还是需要找到新的存放地来埋掉所有废料。这就需
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要人们把这些地方严密监测、武装守卫 25 万年，以防止核
废料对生态环境的污染。核废料失去有害作用的平均时间为
25 万年。
4.4 核聚变
尽管原子能带来了无法克服的困难，但它的阴魂却久久
不散。20 年前有人向美国公众夸下海口，说核裂变将给人类
带来一个“用之不竭、没有污染又极为廉价”的能源的时代。
如今虽然三里岛之类事故已给了这一类神话致命打击，但又
有人开始对一种新的希望——核聚变的希望——顶礼膜拜
起来。其实核聚变的热衷者所鼓吹的东西与 20 年前核裂变
的热心者所宣扬的神话是同出一辙的。
聚变按其定义而言是裂变的逆过程。核裂变反应是使一
个原子核分离，而聚变则把两个不同原子的原子核互相碰撞後“聚合”在一起。核聚变原子能并非新鲜事物，太阳上的
核聚合反应千秋万代从来就没有停止过，几十亿年来一直在
释放着哺育地球生命的能量。五十年代人们在制造氢弹时发
明了通过核聚变来释放能蛋。科学家们目前企图找到一种途
径来把核聚变反应控制在核电站里，从而控制并利用它所释
放出来的能量。
热衷于核聚变原子能的人坚信，聚变过程比裂变过程更
为有效，产生的放射性污染又少得多，而且也许有一天能以
海水中的取之不尽的氢为原料。从一定意义上说，核聚变原
子能就是当代的永动机。但是熵定律既然排除了任何永动机
的可能性，它也就大大地限制了核聚变原子能的可行性了。
首先，谁也不能保证受控核聚变是否能持续进行。一个
反应堆要有商业价值，反应堆核心部分每秒钟必须聚合 100
万亿个氢原子核。到目前为止，受控热聚变的持续时间还不
到几分之一秒。除非把反应时间延长，否则聚变过程所耗去
的能量将大大超过产生出来的能量。根据最乐观的估计，核
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聚变至少要等到 2025 年才能产生有商业价值的能量，而靠
它来解救世界所面临的能源危机，也许已为时过晚了。
核聚变原子能还有一个问题。在现有的几种核聚变技术
中，人们正在探索的是一种叫氘—氚反应的聚变类型。之所
以称它氘—氚反应，是因为它将这两种同位素聚合在一起。
氚是从锂里提炼出来的，而後者是一种几乎与铀同样稀少的
非再生物质。因此，核聚变原子能并非用之不竭，只要锂的
储存耗尽，那么用核聚变来生产原子能就是不可能的了11。
核聚变原子能电站还将需要大量能量高度集中的非再生资
源，例如铌与钒；这些资源本身就已经十分稀少了。一座功
率为 1,000 兆瓦的核电站还需要 280 万磅铜，而铜的供应又
是日益稀少的物资。
第三，一座核聚变反应堆的“干净”并非真正的干净。
就象铀矿矿工会遭受辐射伤害一样，开采锂矿的工人健康也
会受到影响。核聚变反应堆也不能说不会产生核废料。一座
大型核聚变原子能电站每年能带来 250 吨放射性垃圾。核裂
变反应堆所面临的放射性物质的贮存问题，也会给核聚变反
应堆带来麻烦。
目前可以想象的任何核聚变反应堆的设计都会遇上巨
大的技术和维修上的困难。科学家们之所以试验氘—氚反应，
原因之一就是这个反应的工作温度只有摄氏一亿度。可用海
水作为原料的氢—硼反应的反应温度可达 30 亿度。一旦我
们意识到至今还没有任何材料能抵御如此高的持续温度和
如此强烈的辐射的话，那么这些惊心动魄的数字就又有一层
更深的意义了。
巴特勒太平洋西北实验室的高级科研人员布朗·R.伦纳
德博士说过，核反应过程所产生的热量和辐射可能会使核聚
变发电代价过高。“那种等级的辐射会摧毁钢铁和其它结构
11实际上氚是从把含有氘、锂、硼或氮原子的物质放到具有强大中子流的原子反应堆里，或者用快速的氘
原子核去轰击含有大量氘的化合物(如重水）而得出的。虽然 6,000 个氢原子里只有一个氘原子，但每个水
分子里有两个氢原子，而地球上 70%的表面都是水。——译者
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的材料„„使这些材料迅速变脆。核电站会经常关闭，部件
得不断更换。”像核电站反应堆围墙之类的结构部件有可能
必须每年更换。鉴于核反应堆辐射的强度，人类是无法安全
完成维修工作的。而要设计整整一代用于维修工作的机器人
又要用去一大笔开支。目前谁也无法预料核电站的寿命有多
长，但一般估计不过 25 年而已。当核电站的工作量超过了
它的负荷量时，电站就得被拆除、运走并埋掉。
物理学家、利用太阳能发电的倡导者艾默里，洛文斯说
过，即使不谈技术和资源上的问题，核聚变发电也是“一种
违背意愿的做法，即建立综合性的、权力集中、技术密集、
造价昂贵而进程又缓慢的工程，目的是为了发电”。他认为，
任何核能技术都无异于用链锯割黄油。
4.5 矿物
无论是体现为石油、煤、铀还是太阳能的能源都不能被
割裂开来加以考虑。如果我们想从环境中提取能源，我们就
要花去以井架、拖拉机和机械设备为形式的非再生资源。因
此，能量的耗散只是我们这个地球正在经历着的物质极限的
一个部分而己。地球上维持高度工业化经济所需要的每一种
重要的非再生矿产正在被消耗殆尽。仅仅在美国，每年“为
发电厂、交通运输、学校、机械工具、家庭、桥梁、医疗和
重型设备而消费的新矿物摊在每个人头上要达 40,000 磅”。
美国要对地球上所剩无几的珍贵矿物的疯狂开采负主
要责任12。据美国内务部的统计，美国每年生产、进口全世
界矾土产量的 27%，全世界铁矿产量的 18%，全世界镍矿产
量的 28%。全世界要是达到美国这样的生活水平，那么假定
从现在到二十一世纪初世界人口增长一倍的话，地球上许多
非再生矿物的产量就必须提高 200 倍。虽然绝大多数发展中
国家都把美国的生活水准作为目标，但这显然是个梦想。
许多专家们预计（以目前的消费率来看）全球各国将在
75 年或更短的时间内“耗完人们迄今所知道的世界上有用金
属可再生贮备的一半”。美国地质勘测局的地质学家普雷斯
顿·克劳德也是这么认为的。克劳德 1978 年在众议院联合
经济委员会作证时说，到下个世纪初，濒临告罄的矿物资源
中包括铜、黄金、锑、铋和银。到 2050 年，美国国内可开
采的锡、商用石棉、钶、氟石、云母片、高品级磷、锶、水
银、铬和镍己经开采完了。
对需要进口的重要矿产的不断依赖，再加上为占有所剩
无几的物资的全球性竞争，必然会使价裕飞涨，使矿产输出
国手中讨价还价的筹码增加。石油输出国组织就是这样一个
例子。
非再生资源在社会中的流通必然也会影响到可再生资
源的消费。虽然森林和鱼类作为有机体繁殖後代是绰绰有余
的，但这些资源的年消费量已高于它们的补充了。
熵值很高的经济系统对再生资源的消耗如此之快，以致
这些再生资源本身实际上也变成了非再生资源了。在矿物燃
料时代到来之前，人类的能量流通几乎完全依靠森林、草原
和谷物耕地。现在有迹象表明，这些系统的生产能力已经过
了顶峰阶段，正开始下降。自 1967 年以来，全球的森林生
产能力一直在下降，而海洋中许多传统捕鱼区的鱼群“已捕
捞一空”了。谷物产地的生产能力按每人每年生产的谷物公
斤数计算，在 1976 年也达到了顶峰。至于草原地区羊毛、
12 现在应负主要责任者是中国
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羊肉、牛肉的人均产量都已开始减少。
尽管联合国、美国国会和学术界的研究报告和听证会提
供了不可辩驳的数据与证明，但还是有那么一些人顽固地认
为按目前的增长速度，世界上的非再生能源能永远——或至
少在将来很长一段时间内——满足人类的需要。他们的出发
点是毫无根据的。
比如有人就常常鼓吹整个地球都是由矿物组成的。这个
观点忽视了如下的事实，即只有很小一部份矿物是有用的，
或者有开采的可能性。假定整个地球都被转化成了能量，那
么我们就都可洋洋自得了。如果世界上 10 种最有用的矿产
按目前的 3%的速度增长的话，那么在 700 年内我们的确会开
采掉与地球重量相等的矿石了。只要我们考虑一下人类在地
球上已经存在了 350 万年，而地球本身又比人类多存在了 40
亿年，那么 700 年就不算太长的时间了。
还有人坚持说，从海底开发出来的锰团能够成为一种有
色金属资源。一些专家们认为，锰团能够提供“等于目前产
量四分之一的铜，3 倍于目前产量的镍，以及 6 倍于目前产
量的锰”。专家们相信这些数字在将来还可以翻两番。
这些数字乍听起来确实喜人，但只要考虑到指数的增长，
那么事情就不一样了。按目前的消费水平发展下去，100 年後铜的需要量将是目前水平的 90 倍，镍将是目前水平的 28
倍，锰将是目前的 17 倍。这将完全抵消掉从这些附加贮藏
量自然增长的几年或几十年的短期优势。
4.6 替代、再生与节约
有人认为，通过用较常见的矿产来代替较稀有的矿产，
或者通过对现存矿产的有效回收，我们能够使现存的非再生
矿物贮备万世不竭。既然绝大多数重要金属的供应都在迅速
减缩，在生产过程中用一种金属来替代另一种金属实际上无
甚意义。正如威廉・奥弗尔斯指出的：“总的来说，替代品
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（比如用来替代铜的铝）不如被替代的材料那么有效，因此
要完成某一特定功用，它需要更多的能量。”而且有些材料
有着独一无二的特性，是任何其它材料都替代不了的。
回收也常常被看成是解决物质资源耗散的手段。目前，
回收已能满足锑的年需求量的二分之一，铁、铅、镍的年需
求量的三分之一，水银，白银，黄金与铂的四分之一。但我
们不能忘记，回收过程也是受热力学第二定律的制约的。在
某种矿产的回收过程中，它的一部分必然会不可挽回地损失
掉。我们前面已经谈过，目前大多数废金属的平均有效回收
率为 30%。回收过程还会带来更多的污染，而且也需要更大
量的能量输入来“收集、运榆、转化”分散的材料。
如果考虑到矿产消费的指数增长，那么金属的回收就像
金属的替代一样，只能争取到短得不能再短的时间——几十
年，最多 50 年。虽然卓有成效的回收对我们的未来是必不
可少的，但现有的数据表明，在看得见的未来，回收只能满
足我们能源总需求的 1%强。
节约的方法与回收一样，无疑是有一定价值的。但它也
不能解决全部问题。人们常说生活水平与我们相等的欧洲国
家的人均能量消费只是我们美国的一半（对这种说法我们自
然可以回驳说，即使美国把目前的能量流通紧缩一半，我们
面临的指数增长、能源耗散和污染等基本问题会依然存在。
欧洲毕竟不是环境的天堂）。虽然节约是必不可少的，但实
际上任何节约方案都必须在现存的能量高消费的基础上加
以实施，因而必然受到很大限制。任何节约的努力，一旦超
过了现存基础所严格规定的界线，就只会在能量流通过程的
各个环节造成严重的混乱。
联邦政府目前希望提高空调系统的恒温器温度来节省
电力的企图，就从微观上表明了在一个高能量系统中厉行节
约会造成什么样的混乱。美国人对空调的依赖是举世闻名的。
早在 1922 年，美国的一家电影院就第一次安装了空气冷却
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器。现在，美国人仅仅在夏季三个月内为空调所消费的电力，
就要比整个中华人民共和国一年内所消费的电力还多。而中
国的人口是美国的 4 倍！
空调一开始只是一种新奇玩意和便利设施，但现在已成
了我们社会不可缺少的一部分。过去的 20 年内能量流通高
得惊人，从纽约的世界贸易中心到加利福尼亚的假日旅馆，
美国各地建筑的窗子很多都是设计成密封式的。当时大家都
以为将有足够的电力能为一个彻底密封的系统提供空调。然
而一旦恒温器的温度提高後，楼内的居民就需要新鲜空气和
习习清风。唯一能办到的是把成千上万幢建筑中的几百万张
窗子全部换掉，这就需要耗废大量的能量、资源、时间和人
力。
节约电力的这一简单举动还有其它的意义。新建筑的冷
暖气系统的最佳工作温度比政府规定的温度要低。一些大楼
的管理员发现，要使大楼温度符合政府条例，他们还得加热
通气管道。
问题还远远不止这些。我们认为必不可少的许多程序都
是为空调系统专门设计的。如计算机要正常运行就需要低湿
度和较凉的空气。空调一旦关掉，它们就不能工作了。各银
行发现，把恒温器温度提高会使室内湿度提高，从而使信封
胶水发粘。许多饭店顾客发现，他们心爱的饭店一旦离开了
空调，就无法排除厨房烤炉发出的高温．
改变恒温器的温度，还会产生生理和心理的影响。从某
种意义上说，我们中的很多人已完全习惯于空调，以致人类
在历史的 99%时间内都轻而易举地忍受了的夏季温度和湿度，
在我们已是无法忍受了。某一项报告说明，空调较差的办公
室内的工作人员的效率会降低。熵定律又一次显示了威力。
这样的例子不胜枚举。这并不是说我们不需要节约。但
节约方法只是在某一系统的最低能量流通的极限内才是有
效的。而城市化、工业社会的设计往往恰好相反——设计这
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样的社会就是尽可能地提高能量流通的。在当代生活的前提
下，现存的高能量基础上的节约措施不过是一种缓冲剂而已。