نردبان انرژی
چگونه منابع انرژی مانع رشد اقتصاد می‌شوند؟
براساس پژوهش‌های انجام‌شده، زمانی که منابع انرژی در دسترس یک اقتصاد باشد، رشد اقتصاد بلندمدت آن را تعیین می‌کند. رشد اقتصاد پایدار کشورها در دوران انقلاب صنعتی با نخستین بهره‌برداری از منابع انرژی فسیلی همزمان بود. طی قرن‌ها پس از آن، هم تولید اقتصادی و هم مصرف منابع فسیلی به‌طور مداوم رشد کرده و باعث انباشت بی‌سابقه ثروت و گرمایش جهانی شده است. اقتصاد جهانی امروز در حال گذار از منابع فسیلی به منابع تجدیدپذیر، به‌ویژه انرژی خورشیدی است. برخی اندیشمندان نگران‌اند که این گذار، با کنار گذاشتن منافع ناشی از انرژی‌های فسیلی که پایه رشد اقتصاد کشورهاست، ممکن است باعث سرکوب رشد اقتصاد شود.
در این‌باره یک اقتصاددان به نام دِرِک لموین از دانشگاه آریزونا آمریکا در مقاله‌ای که به تازگی (می 2025) در انجمن ملی تحقیقات اقتصادی این کشور منتشر شده است، پایه‌های انرژی ایجادکننده رشد اقتصاد را مورد بررسی قرار داده است. در این مقاله این پرسش‌ها مورد ارزیابی قرار می‌گیرد که منابع انرژی فسیلی در چه شرایطی، رشد اقتصادی قدرتمند و پایدار به ارمغان می‌آورد؟ و بهره‌گیری از منابع خورشیدی چه مزیت‌هایی برای رشد اقتصاد به همراه دارد؟ به این دلیل، یک مدل رشد نئوکلاسیک سولو-سوان بسط داده می‌شود که در آن انرژی به‌عنوان یکی از عوامل تولید در نظر گرفته می‌شود. تا قرن نوزدهم، تمام جوامع انسانی از «منابع برداشت‌شدنی» (Harvested Resources) یا به عبارت دقیق‌تر «زیست‌توده‌ها» (Biomass) به‌عنوان منبع انرژی، نظیر استفاده از ضایعات کشاورزی و جنگل‌ها یا پسماند حیوانات در تولید انرژی استفاده می‌کردند. محدودیت در دسترسی به زمین و آب، مانعی برای رشد تولید بود. چنین نتیجه‌ای را می‌توان «کاهش رشد ناشی از کمبود انرژی» (Energy-Scarce Degrowth) نامید. تولید سرانه تنها در صورتی می‌توانست ثابت بماند یا رشد کند که تغییرات فناوری به‌اندازه کافی سریع باشد.
در قرن نوزدهم، چند اقتصاد اروپایی شروع به بهره‌برداری گسترده از «منابع معدنی» (Mined Resources) همانند زغال‌سنگ کردند. بهره‌برداری از این منابع (چه در زمینه اکتشاف و بازگشایی معادن و چه استخراج مستمر زغال سنگ) به عوامل تولید نظیر نیروی کار، سرمایه و انرژی نیاز دارد. منابع معدنی نظیر زغال‌سنگ نمی‌تواند رشد پایدار را برای تولید سرانه به ارمغان بیاورد، گرچه تولید را، حتی در غیاب تغییرات فناوری، در سطحی ثابت نگه دارد. چنین نتیجه‌ای را می‌توان «رشد توانمندشده با انرژی» (Energy-Enabled Growth) نامید. هر چند عامل اساسی رشد اقتصاد در دوران انقلاب صنعتی ممکن است چیزی غیر از انرژی باشد، اما افزایش استفاده از منابع زغال سنگ احتمالاً به این عوامل کمک کرده رشد را رقم بزنند.
در قرن بیستم، اقتصادهای توسعه‌یافته به «منابع بهره‌برداری‌شده» (Tapped Resources) همانند نفت و گاز متکی شدند. استحصال این منابع در ابتدا نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه در نیروی کار، سرمایه و انرژی است، اما پس از اینکه در دسترس قرار گرفتند، با افزایش عوامل تولید، مقیاس تولید انرژی افزایش نمی‌یابد. چاه‌های نفت و گاز در مرحله حفاری نیاز به عوامل تولید دارد، اما پس از حفاری، فشار درون چاه، تولید را بدون نیاز به نیروی کار یا ماشین‌آلات اضافی پیش می‌برد. در مقاله نتیجه گرفته می‌شود چنین منابعی می‌تواند تولید سرانه را حفظ کند، همانطور که منابع معدنی این کار را انجام می‌دهد. نتیجه دیگری نیز ممکن است اتفاق بیفتد: اگر در استخراج نفت و گاز، انرژی به عنوان یکی از عوامل تولید (در کنار نیروی کار و سرمایه) به‌اندازه کافی انرژی تولید نکند (استخراج نکند)، قادر نخواهد بود با نرخ کافی بازتولید شود که عرضه مداوم انرژی ادامه یابد. محدودیت در دسترسی به انرژی، اقتصاد را از رسیدن به مسیر رشد متوازن بازمی‌دارد. این نتیجه را «کاهش رشد ناشی از کمبود انرژی» (Energy-Scarce Degrowth) می‌توان نامید.
در قرن بیست‌ویکم، اقتصادها به‌طور فزاینده در حال روی آوردن به انرژی خورشیدی هستند. پنل‌های خورشیدی عملکردی فراتر از انتظار در زمینه ظرفیت نصب‌شده و کاهش هزینه داشته‌اند. پیش‌بینی می‌شود تا حدود سال 2030، انرژی خورشیدی به بزرگ‌ترین منبع تولید برق در جهان تبدیل شود. پنل‌های خورشیدی از این جنبه که با یک سرمایه‌گذاری اولیه می‌توان برای سال‌ها، انرژی تولید کرد، شبیه به منابع نفت و گاز هستند. ویژگی متمایز پنل‌های خورشیدی این است که آنها «منابع ساخته‌شده» محسوب می‌شوند؛ یعنی اینکه نور خورشید با استفاده از ماشین‌آلات و انرژی، سیلیکون و سایر مواد معدنی به محصول استانداردی تبدیل می‌شود. درست است که برای ساخت پنل‌های خورشیدی به مواد معدنی استخراج‌شده نیاز است، اما تفاوت مهمی با منابعی همانند زغال سنگ وجود دارد: مواد معدنی به‌کاررفته در پنل‌های خورشیدی پس از ساخت، جریانی از انرژی را تولید می‌کند که تداوم تولید نیاز به به‌کارگیری مواد اولیه بیشتر ندارد، در حالی که زغال سنگ تنها زمانی می‌تواند انرژی تولید کند که فیزیک آن سوخته شود.
براساس شواهد مقاله، اقتصاد خورشیدی مبتنی بر پنل‌هایی که از سرمایه، نیروی کار و انرژی تولید می‌شوند، با همان پیامدهای بلندمدت اقتصادی مواجه است که اقتصادهای مبتنی بر سوخت‌های فسیلی دارند. پنل‌های خورشیدی می‌توانند محرک رشد اقتصاد بلندمدت باشند و آن را تضمین کنند، البته به شرطی که انرژی مورد نیاز برای ساخت آنها بتواند با سایر نهاده‌های تولید جایگزین شود و بهره‌وری انرژی‌های به‌کاررفته در تولید پنل‌ها، به‌اندازه کافی بالا باشد. در این صورت، انرژی خورشیدی به نهاده اصلی در تولید پنل‌های خورشیدی تبدیل می‌شود، به‌گونه‌ای که انرژی خورشیدی به تولید هرچه بیشترِ پنل‌ها منجر می‌شود. در نتیجه، انرژی فراوان می‌شود و می‌تواند باعث افزایش تولید سرانه اقتصاد در طول زمان شود. این وضع، «رشد تغذیه‌شده از انرژی» نامیده شده است.
در حال حاضر بسیاری از شرکت‌ها در حال تلاش برای خودکارسازی فرآیند تولید و نصب پنل‌های خورشیدی با استفاده از روبات‌ها و هوش مصنوعی هستند. در مطالعه سال 2019 دانشمندی به نام نِمِت نشان داد خودکارسازی و ماشینی شدن نقش کلیدی در کاهش هزینه پنل‌های خورشیدی ایفا می‌کند. در بسیاری کشورها، دامنه خودکارسازی فرآیند تولید پنل‌های خورشیدی از بخش‌های دیگر اقتصاد، جلو زده است. به‌عنوان مثال مدیر یکی از کارخانه‌های تولید پنل خورشیدی در ایالت فلوریدا آمریکا می‌گوید: «مقام‌های شهری و ایالتی که از کارخانه ما بازدید کرده‌اند، بر این باورند که این احتمالاً خودکارترین کارخانه در اقتصاد فلوریداست.»
از دیدگاه نویسنده مقاله هر یک از این نتایج با عنوان «بازدهی انرژیِ انرژی سرمایه‌گذاری‌شده» (Energy Return on Energy Investment) مرتبط است. این معیار در میان پژوهشگران حوزه سیستم‌های انرژی، مورد تجزیه‌وتحلیل قرار می‌گیرد. معیار «بازدهی انرژیِ انرژی سرمایه‌گذاری‌شده» یا به اختصار (EROI) بیانگر آن است که به ازای هر واحد انرژی که در تولید انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد (سرمایه‌گذاری می‌شود)، چه مقدار انرژی تولید می‌شود. پژوهشگران حوزه انرژی به‌خصوص این احتمال را مورد توجه قرار داده‌اند که اقتصادها در حال نزدیک شدن به «پرتگاه انرژی خالص» هستند. این عبارت اشاره به وضعی دارد که میزان انرژی که برای تولید انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حال افزایش و سطح انرژی که با هر واحد انرژی می‌توان تولید کرد، در حال کاهش است. ممکن است جامعه ناچار شود آنقدر انرژی برای تولید انرژی صرف کند که دیگر امکان تولید انرژی کافی برای اداره جامعه دشوار یا حتی ناممکن شود. در بحث‌های کنونی، EROI جایگاه برجسته‌ای دارد، به دو دلیل: نخست، EROI مربوط به سوخت‌های فسیلی در طول زمان روند کاهشی داشته است. دوم، بسیاری از تحلیلگران نگران‌اند که گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر ممکن است باعث کاهش EROI شود و خطر نزدیک شدن به پرتگاه انرژی خالص وجود دارد.
بحث‌های زیادی در مورد EROI فناوری‌های تجدیدپذیر وجود دارد. ارزیابی‌ها از معیار «بازدهی انرژیِ انرژی سرمایه‌گذاری‌شده» برای سیستم انرژی تجدیدپذیر نشان می‌دهد این مقدار حدود 5 است، مقداری که نگرانی‌هایی را در مورد رسیدن به نقطه پرتگاه انرژی خالص ایجاد می‌کند. هر چند که تعدادی از تحلیل‌ها نیز نشان می‌دهد معیار «بازدهی انرژیِ انرژی سرمایه‌گذاری‌شده» برای انرژی‌های تجدیدپذیر با تغییر سیستم انرژی کاهش خواهد یافت. از سوی دیگر معیار «بازدهی انرژیِ انرژی سرمایه‌گذاری‌شده» انرژی‌های تجدیدپذیر اکنون نسبتاً زیاد است و با گذشت زمان و پیشرفت‌های فناوری، بیشتر افزایش می‌یابد.
نتایج داده‌ها نشان می‌دهد EROI برای اقتصادها معمولاً درون‌زاست و به نهاده‌هایی که در آن اقتصاد مورد استفاده قرار می‌گیرد، بستگی دارد. در نتیجه درون‌زایی، EROI در اقتصادی با منابع معدنی بیشتر از یک به اضافه نرخ رشد جمعیت (1+gL) است. اما در اقتصادی با منابع بهره‌برداری‌شده (همانند انرژی‌های تجدیدپذیر) که نهاده‌های مکمل در فرآیند تولید دارد (همانند صفحات خورشیدی)، اگر EROI نتواند در مسیر رشد متوازن از (1+gL) فراتر رود، کاهش رشد ناشی از کمبود انرژی رخ می‌دهد. این احتمال، نگرانی‌ها درباره «پرتگاه انرژی خالص» را تایید می‌کند.
در اقتصادهایی با رشد مبتنی بر انرژی، EROI بیشتر از 1+gL است و این اختلاف با نرخ رشد اقتصاد افزایش می‌یابد. اما زمانی که صفحات خورشیدی با نهاده‌های قابل جایگزین یا از طریق روبات‌ها ساخته شود، منبع خورشیدی با EROI بالا می‌تواند انرژی را به‌صورت نامحدود انباشته کند؛ به‌طوری که هر صفحه، انرژی کافی برای تولید صفحه‌های بیشتر و همچنین تخصیص انرژی به تولید کالاهای نهایی دیگر ایجاد کند. چنین منبع خورشیدی، مفهوم «رمپ انرژی خالص» (Net Energy Ramp) را تداعی می‌کند که نقطه مقابل «پرتگاه انرژی خالص» است.
زیست‌توده
دسترسی به منبع جدید و بازتنظیم سرمایه‌های اقتصادی، مستلزم آن است که بخش قابل توجهی از تولید به جای مصرف به سرمایه‌گذاری اختصاص داده شود. هزینه اولیه یادگیری چگونگی استخراج نفت ناچیز نیست و به همین منوال هزینه یادگیری مهار و تجاری‌سازی اثر فوتوالکتریک (که قلب فناوری صفحات خورشیدی است) سنگین است. در این مقاله نشان داده می‌شود که وقتی هزینه‌های ثابت بالا باشد، اقتصاد مبتنی بر منابع طبیعی (مثل زیست‌توده) ممکن است آنقدر تولید نداشته باشد که هزینه‌ها را بپردازد و بتواند به منبع انرژی جدید (مانند نفت یا خورشیدی) دست یابد. در نتیجه، اگر منبع انرژی جایگزین وجود نداشته باشد، چنین اقتصادی در دنیای وابسته به زیست‌توده باقی می‌ماند. در دنیای واقعی معمولاً یک منبع انرژی جایگزین همانند زغال سنگ، منبعی که در سطح زمین قابل دسترس و به‌راحتی برای تولید قابل استفاده است، وجود دارد. براساس یافته‌های مقاله، وقتی بهره‌وری زغال سنگ به اندازه کافی بالا باشد، اقتصاد به‌صورت بهینه به سمت استفاده از آن حرکت می‌کند. منبع زغال سنگ پربازده می‌تواند تولید ناخالص سرانه را به حدی افزایش دهد که جامعه بتواند هزینه ثابت دسترسی به نفت را بپردازد و در نتیجه، اقتصاد به سمت نفت حرکت کند. اگر این منبع نفتی به اندازه کافی مولد باشد، جامعه می‌تواند هزینه ثابت منبع خورشیدی را نیز تقبل کند، و اگر این منبع خورشیدی هم به اندازه کافی کارآمد باشد، اقتصاد به سمت انرژی خورشیدی گذار می‌کند. به این ترتیب، اقتصاد از نردبان انرژی بالا می‌رود که به منبع خورشیدی و امکان رشد بدون آلایندگی دست یابد. صفحات خورشیدی پاک، بر شانه‌های منابع فسیلی آلوده ایستاده‌اند (بنابراین آلودگی‌های آب‌وهوایی ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی در مقطعی اجتناب‌ناپذیر است).
رشد بلندمدت
منابع انرژی از اهمیت بالقوه‌ای برای رشد اقتصاد بلندمدت برخوردارند، زیرا براساس قانون دوم ترمودینامیک، انرژی را نمی‌توان به طور کامل بازیافت کرد. بنابراین رسیدن به مصرف انرژی پایدار به ذخایر منابع فسیلی و جریان منابع تجدیدپذیر وابسته است. انرژی می‌تواند از دو طریق رشد اقتصاد را پایدار کند:
نخست، «جایگزینی انرژی در تولید صفحات خورشیدی». وقتی انرژی به‌عنوان نهاده‌ای قابل جایگزین در فرآیند تولید صفحات خورشیدی عمل کند، انرژی می‌تواند سایر نهاده‌ها (به‌ویژه نیروی کار) را از چرخه تولید خارج کند. جایگزینی، تولید انرژی را به رابطه‌ای خطی نسبت به انرژی تبدیل می‌کند. این سازوکار شبیه جایگزینی سرمایه به جای نیروی کار در توابع تولید کلان با کشش جایگزینی بالاست. در واقعیت، سرمایه نیازمند انرژی است، بنابراین این تحلیل پیش‌شرط‌های لازم برای رشد مبتنی بر جایگزینی نیروی کار را روشن می‌کند.
دوم، «تولید خودکار صفحات خورشیدی». در صورتی که صفحات خورشیدی به وسیله روبات‌ها تولید شوند، ذخایر روبات‌ها و صفحات خورشیدی به صورت هماهنگ رشد می‌کند و معادله گذار به سوی صفحات خورشیدی، به رابطه‌ای خطی تبدیل می‌شود. این سازوکار مشابه یافته‌های گذشته درباره هوش مصنوعی و روبات‌هاست. موکهرجی و ری (2017) نشان داده‌اند جایگزینی نیروی کار به وسیله روبات‌ها در تولید روبات‌ها و محصول نهایی به شرطی بهینه است که هر روبات اضافی بتواند بیش از یک روبات جدید تولید کند (شرطی شبیه EROI) که آنها را «شرط تکینگی فون نویمان» می‌نامند. براساس یافته‌ها، رشد پایدار اقتصاد، مستلزم انباشت سرمایه است.
ادبیات موجود معمولاً این واقعیت محدودکننده را نادیده می‌گیرد که عملکرد روبات‌ها نیازمند انرژی است. بنابراین محدودیت منابع انرژی می‌تواند رشد پایدار اقتصادی را مختل کند. اگر توابع تولید انرژی خورشیدی بتوانند بازخورد پایدار میان انرژی و روبات‌ها ایجاد کنند، ارتباط میان روبات‌ها و رشد اقتصاد پایدار احیا می‌شود. همانطور که نوردهاوس (2021) نشان داد، اگر هوش مصنوعی بتواند سرمایه را جایگزین نیروی کار کند، می‌تواند نرخ رشد اقتصادی را نیز افزایش دهد.
