能源与经济–基本原理和反馈回路

鱼知道鼻子湿吗？可能不是。它在水中游泳，并认为这是任何动物生存的唯一方式。

我们生活在一个经济世界中。几年前开发的经济模型是基于对当时经济运行方式的观察而创建的。随着时间的流逝，很明显，早期的经济学家错过了重要的联系。其中最重要的是能源的作用及其与经济的关系。从一块钢铁到一块面包，制作任何东西都需要能量。运输任何东西都需要能量。人类需要食物形式的能量才能继续生存。显然，能源应该在经济模型中占有一席之地。

在这篇文章中，我解释了一些基本原理：

1.人类已经进化为依赖外部能量。

2.现在，人类通过各种类型的外部能量来补充自己有限的能量供应。通常，使用的外部能源越多，人类控制环境的能力就越强。

3.在人类能够控制火力的一百万+年中，由于生产满足基本需求所需的商品和服务的效率不断提高，人类通常处于具有良好反馈回路的情况。这种循环使人口持续增长，经济持续增长。

4.我们现在在这些反馈回路上达到极限。结果是反馈循环从有利的反馈变为收缩。

5.反馈回路的部分变化与能源（例如石油）的成本有关。石油价格上涨往往会减少工人的工资（由于裁员），并减少可支配收入（由于较高的食品价格和通勤），这导致了收缩的趋势。

所有这些都令人非常担忧，因为在过去，这种类型的不利反馈回路似乎导致崩溃。

多种能源

至少从人类的角度来看，最基本的能源是人类的能源。这就是人类所拥有的能量，它使我们能够移动自己的身体并让我们思考。我们每个人的能量消耗都大致相同，男性的举起和推动物体的能量要多一些，而女性则具有生出新人类的特殊能力。

为了利用人类的能量，人类需要吃适当种类的食物。这些食物大部分来自我们为此目的以某种方式加工的动植物。（此处理通常需要某种类型的能量。）唯一不是来自动植物的食物是母乳。妇女需要增加自己从动植物中摄取的食物，以便为婴儿生产足够的牛奶。

人类能够利用多种外部能量来利用自身的能量。外部能源的一种非常古老的来源是燃烧木材和其他植物。这种能量用于保暖，烹饪食物，制作更锋利的工具以及抵御捕食者。外部能量的另一个非常古老的来源是来自训练有素的狩猎狗和训练有素的耕种动物的能量。

人类已经学会利用各种其他形式的其他能源，例如风能，水能和地热能。在过去的200年中，化石燃料（煤炭，天然气和石油）的使用极​​大地扩展了人类可利用的外部能源。

化石燃料很重要，不仅因为它们可以直接燃烧，还因为它们可以利用多种来源的电力，包括水力发电，核能和太阳能光伏。尽管我们将这些后一种来源视为非碳燃料来源，但今天它们仅在由化石燃料驱动的系统中可用。它需要化石燃料来产生金属，而金属的数量足以满足电力传输的需求。它需要化石燃料来制造和运输用于水力发电大坝和风力涡轮机的混凝土类型；它需要化石燃料来纯化用于制造太阳能光伏电池的硅和其他材料。

当人们谈论不需要化石燃料的系统时，没有人说明世界实际上如何从使用化石燃料捕获这类能源的系统过渡到无需化石燃料的系统。我们希望在未来100年内实现的最佳目标是更节俭地使用化石燃料。

能量的一种特殊形式是埋入式能量，已长期存储在商品中。早期嵌入能量的示例包括猎人收集者使用的热锐化石斧刀片，以及用手工或机器制造的衣服。如今，道路，管道和电力传输系统中埋藏着大量能量。当今的绝大多数嵌入式能源都来自化石燃料。

作为人类需求的外部能量

除了阳光之外，大多数动物似乎都没有外界能量就能过得很好。他们生活在他们适应的世界各地。他们或多或少与捕食者保持平衡。给定物种的数量可能会增加一段时间，但是如果数量增长过多，该物种将耗尽其食物供应，从而导致人口减少。

人类已经转向了另一种模式。这种变化是在人类（或人类的前身）于一百万多年前首次学会控制火力时发生的。能够控制火力给人类带来了比其他动物更多的优势。人类能够煮出部分食物。这具有许多优点：它极大地减少了咀嚼时间，从而有时间进行其他活动，例如制作工具和衣服。通过使食物更易消化，它改善了营养。它允许人体以消耗更多能量进行大脑发育而消耗更少的能量进行咀嚼和消化的方式进化。

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自然秩序的运作方式是，每个物种的后代都比生存到成年所需的后代要多得多。“自然选择”决定了这些后代中的哪一个会幸存。如果人类像猿，黑猩猩或大猩猩一样，总人口可能已经达到了大约3,000,000（根据历史动物种群）的稳定水平。由于与其他物种的竞争，并且由于在狭窄范围之外气候不那么好客，因此可以达到此限制。

在外部能量的帮助下，例如有控制地使用火力和使用狗进行狩猎，人类能够获得优于其他物种的优势，并传播到全球各地。这就是人口增长的原因，并将继续帮助人口增长。

自然秩序可以确保人类后代的出生远远超过生存至成年所需的后代。如果人类是聪明的，他们希望延长自己的生命以及后代的生命。这种动态的结果是人口趋向于持续上升。

还有第二种动力。由于人类的智慧，人类有能力过度消费该地区的至少一些野生动植物。例如，我们在最近对冰岛的访问中获悉，维京人首次发现该岛时，岛上既有海象，也有不会飞的鸟auk，但在人类移居该岛后不久它们都消失了。

由于这些动态，随着时间的流逝，人们倾向于需要更多的食物和其他类型的能源。为了满足更多粮食供应的需求，人类大约在一万年前开始使用农业。随着农业的出现，每英亩可获得的人类粮食数量大大增加。

农业的可用性增加了先前为狩猎者和采集者指出的两个动态。与以前一样，（1）人口趋于增加，这是因为自然秩序所提供的生育远远多于替代所需的生育，并且因为人类现在已经拥有了自己的聪明才智，可以提供每英亩更多的食物。此外，（2）由于用于农业的方法不够完善，因此给定一英亩土地上可利用的食物数量会随着时间的流逝而退化。侵蚀是一个问题，尤其是在斜坡上种植时。如果使用灌溉，盐分沉积常常成为问题。人口的增加加上资源的退化导致对额外能源的不断需求，因为补充能源可以间接增加粮食供应。在没有发现更多能量的情况下，人口经过多年的增长有崩溃的趋势。

除了人口增长和资源退化导致需要额外资源的两种基本动力外，还有其他一些因素倾向于增加对能源的需求：

一种。首先使用最便宜的资源。农业开始后不久，人类就开始使用其他类型的资源，例如森林木材和铁和青铜等金属。使用这些资源中的任何一种，都倾向于首先使用“最便宜的”（最容易提取，最接近，最高的矿石浓度）。如果要继续提取，则以后提取可能需要增加单位提取的能量。

b。当人口更加紧密地聚集在一起时，疾病的传播增加。可以通过杀死细菌并使人类与其他人类的废物分离的技术来克服此问题。对这些技术的需求增加了对外部能量的需求。

C。砍伐森林。没有化​​石燃料，有过度使用森林的严重趋势。根据Sing Chew的说法，森林砍伐最早发生在公元前4000年。历史学家诺曼·坎托尔（Norman Cantor）写道：“到1500年，欧洲处于燃料和营养灾难的边缘，这场灾难仅在16世纪就通过燃烧软煤以及种植马铃薯和玉米得以挽救。”煤炭的使用使每人拥有更多的能源，并减轻了有限的森林资源的压力。

d。拉技术。从1800年左右开始，化石燃料的可获得性使我们现在所说的“技术”成为可能。没有化​​石燃料，我们制造金属和玻璃等材料的能力将受到严重限制。如果没有化石燃料，我们也缺少塑料，合成纤维甚至现代药物的基本结构单元。技术提供了使用化石燃料资源的方式，这些方式有助于克服许多人类的限制。在19世纪和20世纪，对使用更多技术的渴望导致了对化石燃料的更多使用。

亨特-采集经济

毫无疑问，在过去的一百万年中，人类和前人类都是狩猎者和采集者，其中有许多不同类型的经济体。一种有据可查的方法是礼物经济。通过这种方法，那些杀死动物的人与他们小组中的其他人分享了他们所获得的东西。根据一个人能够提供给组中其他人的能力获得状态。该小组的成员扮演着不同的角色，其中一些成员参与照顾孩子，或者年龄太大而无法工作，但可以与整个小组共享。

在狩猎采集者时代，经济的功能并不太复杂。几乎没有必要“为明天而保存”，因为在旅行中很难携带任何东西。一个人可以吃的食物量几乎受食欲的限制，因此为一个人“多吃”并不是特别有帮助。如果一个人是领导者，那么他（或她）可能会有特殊的装饰。

如果相对于资源而言，人口增长过高，则在“正常”时期（天气好时，以及特定的狩猎采集者群体拥有自己的一块土地），这可能并不明显。但是，如果遇到重大的天气问题或与另一个需要空间的团体相遇，人口压力可能会导致危机。死亡似乎不时发生，特别是在自然的“瓶颈”期间。

简单的农业经济

对一个简单的农业社会的思考使我们对早期经济必须如何运作有了一些见识。

考虑一个简单的经济，其中一些成员生产大麦；其他人生产鱼。可以将鱼腌制并干燥，因此，如果需要，可以将鱼和大麦都保存起来。这种系统的主要问题是大麦和鱼类的经营效率如何。如果为了养活该小组，该小组的一半必须全职工作的大麦生长，而该小组的一半必须全职工作的捕捞，腌制和干燥鱼，那么无论采用哪种经济体系，结果只会将鱼换成大麦。每个人都将继续从事生产鱼类或大麦的工作。经济体系只会将一些鱼类转移到大麦生产者，而将一些大麦转移到鱼类生产者。

让我们假设大麦和鱼类生产者的效率要高得多。假设有10％的人口从事大麦生产，而10％的人口从事鱼类生产，那么该人口可以为全部人口提供足够的食物，而剩下80％的人口（100％– 10％的大麦生产者– 10 ％的鱼类生产者）从事其他活动。其余80％的人如何度过时间将取决于可用资源和公民的愿望。也许30％的公民会生产各种类型的商品（建造房屋，服装和家具），而20％的公民会提供各种类型的服务（教育，保健，艺术品和剪发）。这将为政府和财政留出30％的资金。政府部分将包括支付政府官员和警察的费用，以及将款项转给老年人和残疾人。

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这样，社区的总财富就是该社区中所有商品和服务的总和。金融体系将在社区成员之间重新分配生产的商品和服务，也许可以为将来的消费提供一些“储蓄”。那些生产商品和服务的人将期望包括在重新分配中，但如果这是社区的传统，其他人也将包括在内。

如果经济在没有化石燃料的情况下运转，那么生产的数量将受到生物质再生的速度的限制。因此，除非社区愿意忍受砍伐森林，否则每年都不能使用大量木材。这对生产的商品数量提出了严格的限制。印更多的钱不会改变这种动态。

在上面的示例中，我建议一个高效的经济可能只需要其人口的20％用于粮食生产。实际上，各经济体参与粮食生产的人口百分比差异很大。在使用化石燃料之前，通常一个国家80％的人口参与农业生产。由于涉及农业的人数众多，参与所有类型的制造业和服务业（包括政府服务）的人数必然非常有限，因为他们需要“挤进”剩余的20％的经济体内。

图1。根据CIA World Factbook数据的农业劳动力百分比，与基于2012 EIA数据的人均能源消耗相比。

如果在我们的假设社区中，由于有更多的孩子活到成熟而导致人口增加，那么这将增加新的动力。需要为不断增长的人口提供更多的食物，衣服和住房。除非土地面积持续增加，否则就需要每英亩种植更多的大麦。在没有化石燃料的世界中，增加谷物产量变得困难。在给定的地块上可以增加更多的农民，但是额外的人工（可能是摘掉可能吃掉农作物的昆虫）带来的额外收益并不是很高。当人口相对于可用资源增加时，这种动态趋向于导致我们认为普通工人的工资下降。正如我在以前的帖子中提到的那样，基于Turchin和Nefedof的《世俗周期》一书，在这种情况下经常会发生崩溃。政府已承诺提供大量服务，但是随着普通工人工资的下降，很难收取足够的税款来支付这些服务。

如果除了食物以外的其他类型的能源供应（例如石油和煤炭）的增长速度不如人口增长快，则动态情况与此类似。除非技术进步能够抵消人均能耗的下降，否则使用这些能源供应生产的商品数量将趋于下降。此类技术通常取决于化石燃料。如果人均商品下降，这将反映在我们认为的通货膨胀调整后的工资下降中，因为工人不可能拥有比生产的更多的东西。

添加化石燃料

图2。根据能源转型的瓦茨拉夫·斯米尔（Vaclav Smil）估算，按来源分列的世界能源消耗量：历史，要求和前景，以及1965年及以后的BP统计数据

图3。人均世界能源消耗量，以世界能源消耗量除以计算得出（基于Vaclav Smil对《能源转型》的估算：根据安格斯·麦迪森（Angus Maddison）数据，根据人口估计数计算的历史，需求和前景以及1965年及以后的BP统计数据。

如果可以使用金属工具（例如金属犁），这些金属工具可以极大地提高耕作效率，从而减少在农业部门工作的人数。如果我们考虑最后一部分的结果，这种情况将允许更大比例的人口被雇用来提供自由裁量服务，从而为整个社区带来更多的财富。

使用可再生资源制造诸如铁之类的金属的问题在于，即使要生产少量的铁，也需要大量的木炭。如果人们想要合理数量的金属或现代合金，例如用于犁和卡车的钢，那么一个人就需要化石燃料。

如果一个人想要添加化石燃料以及化石燃料可以向没有化石燃料的社区制造的东西，那么问题就变成了如何使用化石燃料为新商品付款。举一个极端的例子，如果农民总是用棍棒种植大麦，那么每个农民生产的大麦数量很少，而且人口可能主要是农民。如果农民可以使用配备最新设备的新拖拉机，则单个农民也许可以养活整个社区。拖拉机将提供所需的提高的效率，以释放整个工人社区以用于其他目的。

添加化石燃料（或任何可以提高效率并允许更少的人生产基本商品和服务的能源）的秘密就是债务。尽管农民不能用用大棒种植大麦的收入来支付新拖拉机的费用，但农民确实可以用整个社区可以生产的所有商品和服务为拖拉机付款，现在需要很多工人来做。通过种植更多的谷物，并将该谷物出售给现在已获释以提供全权服务的所有工人，农民将来将有足够的资金偿还设备的贷款，这将大大提高效率。（问题是拖拉机需要化石燃料中大量的嵌入能量。没有使用化石燃料的工人将无力赚得足够的钱来偿还这种嵌入的能源，而无需承担债务。）

工人工资

在我想象中的简化经济中，只有一个国家。在这样一个国家，工人当时领取的工资数额与经济生产的商品和服务数额密切相关。生产的一部分将流向工厂，农场和其他生产来源的所有者，但他们不能吃得最多，也不能一次在一个以上的地方睡觉。如果他们得到的报酬比其他人高得多，其中有些必须以“纸面收入”的形式存在，他们理论上可以在将来的某个时候使用，但不涉及当前的消费。

一般而言，相对于人口生产的商品和服务越多，通货膨胀调整后的工资将得到更多的工人。如果经济如此扭曲，以至于大多数商品都是用机器制造的，则政府必须发挥更大的作用，向找不到工作的人提供转移支付（除非政府准备好应对公民的起义）。如果工人没有获得足够的工资来支付税款，则税收将需要来自其他来源，可能来自生产来源的所有者。

要了解油价上涨将如何影响经济，让我们考虑一下制造业公司可能发生的情况。假设对于一个特定的制造商，成本分配如下（实际百分比不重要-工资往往占工资总额的很大比例）：

• 工资40％•石油产品•10％电力•5％石油以外的原材料•20％租金•15％利润10％

如果石油成本增加一倍，而制造商无法提高价格，那么较高的成本将抵消利润。实际上，其他原料的成本也可能会上升，因为石油是用于提取和运输原料的。这将对利润的影响甚至比仅石油的比较所表明的还要糟。

为了“解决”这个问题，制造商必须进行某种调整，而这种调整几乎肯定会导致少付工资。一种这样的方法是“制造较小的批次”，使生产的数量等于可以更高价格出售的数量。如果这样做，制造商将雇用更少的工人。它还将减少石油消耗，其他原材料，电力消耗和租金。结果看起来像衰退。

因此，可以预见的是，自2000年代初以来石油价格的上涨已经开始影响到石油消耗量大的国家的反馈回路。

图4。世界原油产量和布伦特原油现货价格均基于EIA数据。

正反馈回路

经济什么时候可以增长？如果经济能够提高效率，也就是说，越来越少的人创造了生活的基本要求，那么就可以雇用更多的人口来提供自由服务。总体而言，经济财富将增长。从历史上看，随着增加化石燃料能源来补充人类能源，这种情况发生了。

如果一个经济体可以增加其债务，并且该债务可以为设备或基础设施提供资金，从而可以提高生产基本服务的效率，那么这也将使经济增长。

在经济分析中，人口增长被视为经济增长的一部分。人口增长的问题在于，这导致每英亩可耕种的人口增加，相对于各种外部能源而言，人口增加。这就引发了一场竞争：是否可以增加足够的外部能量来维持（甚至增加）人均商品和服务？

规模经济对于产生正反馈回路也很重要。一旦进行了能源投资（例如道路），便可以将其用于越来越多的人口，而通常不需要太多额外费用。企业还发现增长是有益的，因为他们可以建造工厂，并在不增加额外成本的情况下运营更多小时。

所有这些有利的反馈的结合导致了经济学家似乎认为总是会发生的增长模式。

有什么问题吗？

当我们开始达到自然极限时，就会发生大的“哎呀”：

1.采油的成本上升，因为我们首先将易提取的油抽出了。这意味着工人开始拥有较少的可支配收入，而不是更多，因为他们现在需要在上下班和食物上花费更多。由于上述原因，工资趋于停滞或下降。很大一部分人口需要从事石油开采工作，并且必须在石油开采中使用更多种类的化石燃料，从而减少了其他工作人员的劳动量和能源供应。

2.消耗大量石油的国家的经济受到价格上涨的不成比例的影响，尽管这些国家的石油总消费量仍在上升，但这些国家的石油消费开始下降。

图5。石油消耗量是根据BP 2013年《世界能源统计评论》得出的。

3.随着石油开采成本的增加，为生产石油而增加的债务往往会使每美元投资产生的石油桶越来越少。每美元投资产生的石油桶数减少，则美元投资减少的货物运输量。如果其他能源产品的开采成本也增加了，或者金属制造的成本增加了，那么我们就会遇到这样一种情况，即债务增加，总的来说，每美元投资增加了越来越少的商品数量。（替换其他高成本能源并不能解决这种情况。）最终，从额外的债务中获得的收益很少，以至于发生巨大的违约。这些巨大的违约可能导致更高的利率和更多的裁员。

当然，在有利的反馈循环中，能源消耗增加带来的经济增长在允许偿还债务方面起着重要作用。实际上，如果能源消耗开始收缩，那么这种收缩将导致债务违约。

4.随着各个国家的经济越来越富裕，自然的趋势是增加更多的政府服务。根据经济快速增长时可能出现的情况，承诺提供养老金和医疗保健。现在，经济增长速度并没有那么快，工资差距也在增加。没有办法对平民百姓征税，足以支付给人民的诺言。当人们被告知政府无法支付承诺的养老金时，人们会非常不高兴。趋势是增加对政府现状的不满，甚至可能导致新的（廉价的）政府形式。

5.由于能量的限制，我们发现需要进行保存，但是在此过程中发现我们无意中遇到了“缺乏规模的疾病”而不是“规模经济”。取代基于新基础设施的建设不断增加新工作的机会，年轻人的就业机会开始消失。即使计划了更改，这也会增加收缩的动力。

6.一直以来，自然力量正在侵蚀已建成的大量基础设施。如果要维护当前的系统，飓风和地震会造成破坏，必须对其进行修复。较小的力量，例如冻结和解冻以及树木的根系随着时间的流逝往往会毁坏道路，并导致建筑物需要维修。尽管这种情况一直存在，但如果政府更穷，成本就会增加负担。

由于这些影响，自然反馈回路现在正变为收缩，而不是持续增加正增量。相对于我们习惯的情况，这是未知的情况。经济上没有“倒档”。

我们知道，过去，遭受这些不利反馈循环影响的经济体往往会崩溃。情况确实令人担忧。

通过。盖尔·特维尔伯格