當我向《大眾科學》提議一篇關於能源投資回報率（也稱為 EROI）的文章時，我沒有意識到為配合這篇文章收集資訊圖表所需的數字需要做多少前期工作。
從表面上看，EROI 的衡量標準似乎很簡單。它只是能量輸出除以能量輸入。（例如，對於汽油，輸出將是一加侖汽油中的能量，而輸入將是製造汽油所需的所有能量——包括石油勘探、鑽井和提煉。）
儘管 EROI 的公式很簡單，但在其背後卻存在很多複雜性。一個問題是，對於每種能源，文獻中都有一個 EROI 範圍。部分原因是不同的研究人員使用不同的方法來計算這個數字。這些差異通常反映了對於過程中各個步驟的能量密集程度的意見分歧。為了獲得我認為合理的數字，我查閱了數十項研究，以瞭解每種能源的 EROI 數字範圍，然後找出了哪些數字看起來比較折中，並且以與我使用的所有其他 EROI 數字一致的方式計算出來。
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此外，沒有單一公認的 EROI 計算方法，因為它部分取決於您將什麼計為輸入。研究人員計算的兩種主要型別的 EROI 也被稱為“淨能量比率”和“外部能量比率”。對於油砂等能源，這兩種衡量標準之間可能存在很大差異，因為從地下提取油砂的某些方法從油砂本身中獲取了流程所需的大量能量（參見 Adam Brandt 下面引用的論文）。“淨能量比率”計算所有輸入——無論是卡車的柴油燃料還是油砂本身。另一方面，外部能量比率僅計算社會投入的能量，而不計算來自資源本身的能量。這意味著外部能量比率始終高於淨能量比率。在可能的情況下，我使用了外部能量比率，因為它與我們投入的能量可以獲得多少能量的問題最相關。（另一方面，對於計算溫室氣體排放量，您需要考慮所有能量輸入以及來自它們的總排放量。）
對於生物燃料，報告的 EROI 通常是外部能量比率，並且不包括從燃燒甘蔗秸稈中獲得的能量，例如，幫助為將甘蔗汁提煉成乙醇的過程提供動力。因此，生物燃料的研究有時會引用“化石能源比率”，它類似於“外部能量比率”。
並非每種能源都有外部能量比率數字。例如，對於傳統石油，只有淨能量比率可用。然而，這兩種型別的 EROI 之間的差異對於傳統石油來說可能相對較小（個人通訊，查爾斯·霍爾）。
任何 EROI 估算都存在不確定性，部分原因是能源公司通常不報告其能源消耗的詳細資訊。為了計算能量輸入，研究人員必須根據在各種流程和商品上花費的美元進行估算——例如用於油井襯裡的鋼材的成本。為了使資訊圖表儘可能簡單，我們沒有嘗試在估算值上顯示誤差條或範圍，並且通常將它們四捨五入到一位數字。這旨在反映任何單一估算的不確定性，以及任何能源都沒有單一、精確的 EROI 值的事實。
為了獲得我認為具有代表性的 EROI 數字，我回顧了儘可能多的關於每種能源的研究，至少瀏覽了數十項研究。然後，我為每種能源選擇了一個最近的 EROI 估算值，該估算值看起來是典型的或平均的，並且似乎以與其他能源的估算值大致可比的方式計算出來的。以下是我從中選擇 EROI 值的研究：
傳統石油：M. C. Guilford 等人，“美國石油和天然氣發現與生產的能源投資回報率 (EROI) 的新長期評估”，載於《可持續性》 (2011) (連結)。
甘蔗乙醇：I. C. Macedo 等人，“巴西甘蔗乙醇生產和使用中的溫室氣體排放：2005/2006 年平均值和 2020 年預測”，《生物質和生物能源》 (2008) (連結)。
大豆生物柴油：A. Pradhan 等人：“重新審視大豆生物柴油的能源生命週期評估”，《美國農業和生物工程師學會彙刊》 (2011) (pdf)。
油砂：據我所知，沒有關於油砂 EROI 的同行評審、已發表的估算值。因此，我借鑑了斯坦福大學的 亞當·勃蘭特 傳送的一篇未發表的論文（Adam Brandt 等人，“油砂開採的能源效率：1970 年至 2010 年的能源回報率”，《能源》正在審閱中）。該論文報告了油砂的各種型別的 EROI，我使用了精煉燃料的外部能量比率的數字。
加州重油：Adam Brandt，“石油枯竭和石油生產的能源效率：加州案例”，《可持續性》 (2011)(連結)。請注意，這僅適用於加州；“重油”沒有公認的定義，並且對於其他國家（例如委內瑞拉），其值可能有所不同，這些國家可能使用不同的開採和提煉技術。
玉米乙醇：關於玉米乙醇的 EROI 是多少一直存在激烈的爭論，例如 2006 年《科學》雜誌上的一次交流。但似乎所有人都同意其 EROI 小於 2——這使其在液體燃料堆中墊底。我借鑑了一項薈萃分析，該分析平均了六種不同的估算值，得出的 EROI 為 1.4。Hammerschlag，“乙醇的能源投資回報率：1990 年至今的文獻調查”，《環境科學與技術》 (2006) (連結)。
對於電力來源，我使用了特定來源產生的電力的 EROI 值，而不是用於生產可用於發電的原始燃料的 EROI。因此，以煤炭為例，煤炭本身的 EROI 大約是煤電 EROI 的三倍（因為燃煤發電廠的典型效率約為 33%）。
水電：報告的水壩水電的 EROI 值範圍很廣，從 40 左右到 250 以上不等。為了反映這個範圍，我將值報告為“40+”。例如，參見 Gagnon 等人，“發電方案的生命週期評估：2001 年的研究狀況”，《能源政策》 (2002) (連結)。
風能：我使用了一項對 50 項研究的薈萃分析，其中包括 119 個不同的風電場或渦輪機。Kubiszewski 等人，“風力發電系統淨能量回報的薈萃分析”，《可再生能源》 (2010) (連結)。
煤炭：大多數關於煤炭 EROI 的研究報告了“礦口”的值，即煤炭中的所有能量含量。為了使其與其它電力來源（尤其是可再生能源）具有可比性，我使用了煤電的 EROI。我借鑑了一項特別側重於太陽能的研究，但該研究將其與化石燃料進行了比較：Raugei 等人，“光伏的能源投資回報率 (EROI)”，《能源政策》 (2012) (連結)。那裡的 EROI 數字與透過粗略計算得出的結果一致，即將煤炭的礦口 EROI 除以三，以考慮發電廠中的能量損失（個人通訊，紐約州立大學環境科學與林業科學學院的 查爾斯·霍爾）。
太陽能（光伏）：太陽能光伏的 EROI 估算值也多種多樣——部分原因是技術和生產技術正在快速改進，這是過去十年價格大幅下降的主要原因。我使用了我能找到的最新同行評審研究（Raugei 等人，2012 年，如上所述）。太陽能光伏的 EROI 幾乎肯定在上升（Raugei 等人，2012 年；個人通訊，斯坦福大學的 邁克爾·戴爾）。Raugei 研究中的最新資料至少是幾年前的，因此今天的 EROI 很可能高於 6，即我在文章中引用的數字。
天然氣：很難找到天然氣的 EROI 估算值，因為天然氣的資料通常與石油的資料一起報告。對於 7 的 EROI 數字，我使用了德克薩斯大學奧斯汀分校的 Carey King 設計的另一種衡量標準，他稱之為“能量強度比率”，它與 EROI 相當。King 的天然氣發電能量強度比率值也與粗略計算得出的結果一致，即使用油氣井口 EROI 為 20，並進行調整以考慮天然氣發電廠的典型效率（約 40% 到 45%）。King，“作為美國能源生產和支出的淨能量度量的能量強度比率”，《環境研究快報》 (2010) (連結)。
核能：與水力發電一樣，核電的 EROI 估算值也跨越了非常大的範圍。有些人聲稱 EROI 實際上小於 1——這意味著整個過程不是能源的來源，而是能源的消耗——而另一些人（例如 世界核能協會，一個行業組織）估計 EROI 遠高於任何其他能源，在使用離心濃縮時約為 40 到 60。我借鑑了一篇回顧了許多研究的論文，並估計 EROI 為 5。Lenzen，“核能的生命週期能量和溫室氣體排放：綜述”，《能量轉換與管理》 (2008) (連結)。
對於顯示 EROI 隨時間變化的圖表“石油的優勢下降”，資料來自上面引用的論文。傳統石油：Guilford 等人，2011 年。加州重油：Brandt，2011 年。大豆生物柴油：Pradhan 等人，2011 年。
圖表“里程投資回報率”中的數字（對於所有液體燃料）基於德克薩斯大學奧斯汀分校的 Carey King 未發表的著作中的一個相當簡單的公式。將 EROI 乘以汽車的里程（以每加侖英里數計），然後除以燃料的能量密度（以每加侖千兆焦耳計），即可得出您可以用一千兆焦耳的燃料製造成本行駛的英里數。我使用了 EPA 燃油經濟性估算值，即新汽油車平均每加侖 30 英里，柴油車平均每加侖 33 英里。EPA 燃油經濟性估算值。（請注意，King 的計算使用的 EROI 值與我使用的值略有不同，因此“里程投資回報率”的數字與他的結果略有不同。）
對於電動汽車，我還使用了 EPA 估算值，即每千瓦時電力輸入可以行駛的英里數，乘以美國平均電力的 EROI——基於 EIA 電力生產統計資料，美國所有電力來源的加權平均值。電動汽車的這個估算值不包括製造汽車及其電池所需的能量——傳統汽車的估算值也不包括製造它們所需的能量。我們有充分的理由認為，電動汽車需要更多的能量來製造，因為電池生產過程確實需要一些額外的能量來構建。然而，生命週期分析，例如 Notter 等人，“鋰離子電池對電動汽車環境影響的貢獻”，《環境科學與技術》，(2010) 估計，製造電池所需的部分能量被抵消了，因為電動汽車具有更簡單的動力傳動系統，這需要更少的能量來構建。Notter 等人估計，總的來說，製造電動汽車所需的能量比製造傳統汽車所需的能量大約高 20%。我希望研究人員能夠釋出更全面的“里程投資回報率”估算結果，或者一些類似的交通運輸服務衡量標準，其中考慮了不同能源的 EROI。
作者感謝 查爾斯·霍爾、亞當·勃蘭特、凱瑞·金、大衛·墨菲、馬修·亨 和 邁克爾·戴爾 的採訪、檢查計算和提供資訊。任何錯誤仍由作者負責。