熵如何导致我们去增长

图片:Wendelin Jacober
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通过 克雷利斯·拉梅尔*

循环经济和其他绿色经济试图将增长与其有害的生态影响分开,但徒劳无功。

介绍

一只贪婪的野兽每 20 个月就会吞掉相当于整个珠穆朗玛峰的资源。它还会加速您的新陈代谢,因为它将在接下来的二十年中将这一时期缩短至仅 10 个月。[I]的 通过填饱肚子,这头野兽耗尽了环境,使废物超载,破坏了资源更新和废物管理的自然系统。最终,它毁灭了自己的栖息地。当然,我指的是全球资本主义。

这个系统需要不断积累资本,当这个过程受到损害时就会动摇。因此,应对生态危机的典型对策不是限制经济增长,而是寄希望于资本主义内部的效率、循环、去物质化、脱碳和其他以利润为导向的绿色创新。

在接下来的阐述中,我认为这种希望是错误的,因为熵总是随之而来。熵是无序的物理量度;现在,我们正在观察它在我们周围无情地增长:一切都在腐烂、腐烂、瓦解并陷入混乱。同时,生物圈通过光合作用、生态演替或细胞再生等过程建立秩序。这些自然过程会减慢并减少熵。

在本文中,我将展示资本主义体系如何破坏这种平衡,因为它增加了熵,从而使熵减少的自然过程超载。然后我认为,循环经济和其他绿色经济是试图将增长与其有害的生态影响分开的徒劳努力的囚徒。我们必须考虑不需要扩张的经济的想法。因此,我最后赞同去增长这一激进的主张。

节能减排

环境危机不仅源于世界经济可用资源与其消耗之间的数量失衡,而且还源于渗透到经济中的物质和能量的质量恶化。为了理解这一点,我们必须转向热力学,这是物理科学的一个分支,它解释能量如何遵循一些基本的自然法则从一种形式转变为另一种形式。鉴于热力学的复杂性,我将努力简单地表达论点。

在森林的中心,一只猴子发现了以香蕉形式浓缩的化学能。猴子很快将香蕉转化为可用能量来维持其身体状况,即爬树、与敌人战斗等。热力学第一定律指出,能量可以改变形式,但不能被创造或破坏。香蕉中最初的化学能转化为化学能,使猴子体内的细胞再生,动能推动其身体活动,热能则以体热的形式散发出来。

同样的原理也适用于天然气:当测量一立方米天然气所含的能量并燃烧以驱动发电机时,天然气中存储的能量相当于发电消耗的能量加上发电所释放的热量。发电机 。简而言之:能量会改变形式,但永远不会消失。

熵定律

能源坚不可摧,为何我们会面临能源危机?热力学第二定律,也称为熵定律,给出了答案。当我们关闭家中的暖气时,散热器的热量会扩散并渗透到墙壁中,直到达到“热平衡”状态,即室内和室外温度变得相等。

此时,衡量能量分散的熵达到最大值。根据熵定律,热能自发地从较热的物体流向较冷的物体,而不是相反。如果我们不重新启动供暖系统,热量最终会逃逸到外界,需要新的能源来再次提高环境温度。不可避免的是,这些新增加的能量也会消散,使其无法进一步使用。这概括了能源危机的本质。

熵定律不仅适用于热,也适用于一般能量。充电后的电池含有浓缩的化学能。当连接到设备时,这种化学能转化为电能,自发地从电池中流出。本质上,熵定律指出,能量自然地从能量集中的区域转移到能量集中的区域,导致熵增加。上一个示例中的散热器比其较冷的环境包含更集中的热能,导致该能量向外辐射。

总结一下:能量从高浓度流向低浓度。

这种能量的分散也会影响物质。例如,它可能导致食物腐败、金属腐蚀和衣服磨损。这种恶化是通过将原子和分子结合在一起的能量自发释放而发生的。根据熵定律,能量和物质都倾向于分散,从而增加总体熵。这个过程也是我们细胞逐渐分解的基础。 “熵带有非常不祥的含义,”我的伙伴曾经评论道。

能源消耗和效率低下

幸运的是,其他自然过程以相反的方向运作,否则香蕉永远不会存在。但是,当能量遵循熵定律自发分散时,它是如何集中的呢?答案在于熵定律的一个从属结论:热量只能从物理意义上“做功”的冷体流向热体。这意味着需要额外的能量才能将能量从分散状态转移到集中状态。

例如,散热器只有在供暖系统集中热能后才会散发热量。电池只有在充电器工作后才提供电力,集中化学能。同样,猴子必须通过收获和消化香蕉来完成工作,以补充损失的化学能并将其集中在体内。

简而言之:集中能量需要补充能量。

但要小心,有一个“但是”:“工作”是有成本的。做功可能会减少局部的熵,但它会消耗外部来源的能量,从而增加其他地方的熵。猴子通过吃香蕉来保持自己的熵较低,但通过丢弃的香蕉皮、体温和粪便导致森林中的熵增加。燃气加热器可以抵消热损失,但通过提取、纯化、输送和燃烧低熵天然气,以增加生物圈的熵为代价来实现内部熵的降低。

然而,还有另一个“但是”:总熵增加。熵定律的第二个次要推论表明,任何能量转化为有用功的效率都不是 100%。当工作减少熵时,它被认为是“有用的”。

如前所述,我们的灵长类朋友吃香蕉是为了保持体内相对较低的熵。然而,在能量从香蕉转移到猴子的过程中,能量会以食物浪费和汗水的形式损失。猴子不仅以森林增加为代价减少了自己的熵,而且由于这些损失,减少的量小于增加的量。有用的工作总是会带来损失,就像早餐后留在刀上的花生酱残渣一样。

简而言之:能源转换永远不会 100% 有效。

熵与经济学

这些自然法则对经济意味着什么? 1970世纪XNUMX年代,生态经济学先驱尼古拉斯·乔治斯库·罗根(Nicholas Georgescu-Roegen)预测资本主义不可避免的终结,主要是由于其固有的熵增趋势。[II] 他论证了经济不仅是一个循环系统,更是一个两端与环境直接相连的消化系统。

因此,经济的增长率本质上就是我们将低熵资源转化为高熵废物的速度。化石燃料以有组织的物质和能源的形式进入我们的经济,但以分散的热量、化学品、二氧化碳和微塑料的形式离开。

当我们假设我们的经济可以通过将低熵自然资源转化为更低熵的材料来建立秩序时,我们是在欺骗自己。这种秩序的表象是具有欺骗性的,因为生产过程总是意味着环境中熵的增加。

将矿石提纯成可用材料可以减少材料本身的熵,但提纯过程需要外部能源(由熵定律的第一个子后果决定),并且不可避免地会产生能量损失(由熵定律的第二个子后果决定)熵定律),从而增加总体熵。因此,与生产半成品的材料相比,半成品的熵较低并不意味着违反了熵定律。

自然对熵的平衡

到目前为止,我主要讨论了熵是如何增加的,那么如何才能使其局部减少呢?当猴子吃香蕉时,它们会增加森林中的熵。那么森林如何才能生产出新的香蕉呢?森林可以回收果皮和粪便,但这些废物所含的能量不足以生产新香蕉,因为猴子已经耗尽了其中的能量。

大自然通过太阳取之不尽的能量进行干预,以弥补这一不足。生物圈利用太阳能进行“有用的工作”,即将分散的能量和物质以新香蕉的形式集中(根据熵定律的第一个从属结果所规定)。因此,健康且运转良好的生物圈是地球上唯一能够抵消熵增加的力量。

然而,大自然在吸收和回收废物流方面有其局限性。例如,香蕉的再生取决于光合作用、养分吸收、树木生长和结果的速率。这些比率也限制了猴子的繁殖率。与一群森林猴子的新陈代谢相反,被称为资本主义的破坏性野兽的新陈代谢扩张得太快,生物圈无法跟上。

生态系统经过数百万年的发展,优化了生态食物网的能源消耗,并通过生物多样性减缓和减少熵。可悲的是,增长型经济体却恰恰相反,违背了这种自然秩序,并以毁灭性的速度增加了熵。

当自然施加限制时,资本主义就会积极寻找绕过这些限制的方法,这不可避免地会导致新的限制。举例来说,我们发展单一栽培以促进机械农业,但结果是土壤变干。作为回应,我们引入灌溉,这会耗尽地下水,并种植耐旱作物。

当这些作物破坏土壤中的生命时,我们就发明了其他东西。不幸的是,这种模式产生了严重后果,持续的气候危机和生物多样性下降就证明了这一点。资本主义在追求持续增长的过程中,损害了它赖以减轻其熵放大活动的生物圈。如果我们继续走这条路,地球将面临一个黯淡的未来,就像一片环境沙漠。

使经济与自然脱钩?

我们不能通过节俭和循环生产来对抗熵吗?应对生态危机的典型应对措施不是放慢增长速度,而是依靠去物质化和循环化。然而,“绿色资本主义”仅通过重复利用自己的废物和副产品无法维持自身,更不用说发展了。

正如猴子需要森林里的新鲜香蕉而不能靠自己的粪便生存一样,生产系统也需要新的低熵物质和能量投入才能发挥作用。这适用于依赖太空太阳能且无法仅靠落叶生存的森林。转向生物质作为生产原料也不会拯救绿色增长,因为它将加剧对土地、水和土壤的压力。

乍一看,考虑到全球经济仅回收了不到 10% 的废物,循环和效率似乎仍有巨大潜力[III] 转换后仅保留全球一次能源消费的28%。[IV] 然而,在实现 100% 循环性和效率之前,就会出现严重的限制。循环潜力仅限于总吞吐量的 29%。其余部分包括遭受不可逆转退化的食品和能源,以及无法回收的建筑物和基础设施的净增加。[V]

即使要达到 29% 的目标也很困难。正如所解释的,分散材料的重新集中需要能源投资,并且伴随着不可避免的传输损失,从而增加整体熵。能源消耗随着回收率的提高而增加,而能源本身无法回收。即使我们能够获得取之不尽用之不竭的可再生能源,也无法为农用化学品、涂料、润滑剂、粘合剂、油漆和其他无法利用回收技术的复杂材料建立闭环。

我要强调的是:即使我们距离实现100%的循环和效率还很远,自然规律也永远会阻止我们实现这一目标。为了抵消所有不可避免的损失和低效率,我们需要不断涌入新鲜的低熵物质和能量。这一要求也适用于循环经济和其他绿色增长模式。令人鼓舞的消息是,生物圈可以将某些类型和数量的废物转化为原材料。然而,预期生物圈将以与我们的经济增加熵相同的速度提供这项服务是不合理的。

寻找激进的替代方案

我们所谓的对自然的统治只是一种幻觉。无论技术创新看起来多么聪明,它们仍然受到热力学定律的约束。因此,以增长为中心的资本主义经济发现自己陷入了徒劳的尝试中,试图完全脱离自然——目标是100%循环、服务导向和无浪费的存在。这种痴迷源于无法想象一个不增长的经济,其新陈代谢的数量和质量都保持在安全的生态和地球限度内。

因此,我们必须寻求完全不同的道路(拉丁语 基数 表示根)。这些替代方案之一是“去生长”。从最广泛的意义上讲,“去增长”代表了一种社会经济转型,旨在减少和重新分配物质和能源流动,以尊重地球边界和促进社会正义。

我在这篇文章的开头提到了这只饥饿的野兽不断增加的新陈代谢,它带来的负担和好处分布不均。世界贸易导致低熵资源从世界最贫困地区净流出[六] 以及高熵废物流入这些相同区域。[七] 其后果是剥夺了穷人的重要资源并损害了当地的生态系统,而财富却继续为少数人积累。

去增长的论点超出了对生态危机的反应,还包括寻求更公平的体系。贪婪的野兽必须屈服于乌龟。小时候,我的父母给了我一只小乌龟。随着时间的推移,我注意到他在变得太大而无法放入水族馆之前就停止了生长。当我们买了一个更大的水族箱后,乌龟又恢复了生长。但再一次,它在变得太大之前停了下来。尽管海龟的体型和重量不再增长,但它的比例、颜色和行为仍在继续变化。因此,增长的终结并不意味着发展的终结,而是将我们从强制性和毁灭性的资本主义制度中解放出来的机会。这将使我们能够过上更健康、社会、可持续和公平的生活。

*克雷利斯·拉梅尔特 阿姆斯特丹大学环境地理学教授.

翻译: Eleutério FS 普拉多.

最初发表于 现实世界经济学评论,版本号。 107,2024 年 XNUMX 月。

参考文献


克里斯蒂安·多宁格、阿尔夫·霍恩伯格、大卫·J·阿布森、亨利克·冯·韦尔登、安克·沙法茨克、斯特凡·吉尔朱姆、约翰-奥利弗·恩格勒、罗伯特·L·费勒、克劳斯·胡巴塞克和汉斯彼得·维兰德。 2021 年。“生态不平等交换的全球模式:对 21 世纪可持续发展的影响。” 生态经济 179(2021):106824。

福尔曼、克莱门斯、易卜拉欣·科拉沃·穆里塔拉、罗伯特·帕德曼和贝恩德·迈耶。 2016。“估计全球废热潜力。” 可再生和可持续能源评论 57(五月):1568-1579。

乔治斯库-罗根,尼古拉。 1971年。 熵定律和经济过程。 剑桥:哈佛大学出版社。

哈斯、威利、弗里多林·克劳斯曼、多米尼克·维登霍费尔和马库斯·海因茨。 2015年。“全球经济的循环程度如何?:2005年欧盟和世界物质流动、废物产生和回收的评估”。 工业生态杂志 19(5):765 777。

霍恩堡、阿尔夫. 2009年。“零和世界:世界体系中环境负担转移和生态不平等交换概念的挑战。” 国际比较社会学杂志 50 (3-4), 237-262.

克劳斯曼、弗里多林、克里斯蒂安·劳克、威利·哈斯和多米尼克·维登霍费尔。 2018 年。“从资源开采到废物流出和排放:全球经济的社会经济代谢,1900-2015 年。” 全球环境变化 52(九月):131-140。

联合国环境规划署和国际资源小组。 2017年。 评估全球资源利用:资源效率和污染减少的系统方法. https://wedocs.unep.org/20.500.11822/27432

联合国环境规划署和国际资源小组。 2020。“全球物质流数据库。” https://www.resourcepanel.org/global-material-flows-database

笔记


[I]的 根据 Krausmann 等人,2018 年,UNEP 和 IRP 2017 计算。

[II] 乔治斯库-罗根 1971

[III] 环境署和IRP 2020

[IV] Forman等人,2016

[V] 哈斯等。等人。 2015年。

[六] 多宁格等人,2021

[七] 霍恩堡 2009


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