能源的前世今生

2024-12-01 14:58:00

曾经有一句广为流传的名言:生命在于运动。后来又有人反驳说:生命在于静止。不同的观点一时纠缠不清。当我们继续深究下去就会发现,这些说法都流于表面,远未涉及本质。这两种说法只是说明了运动的多与少,完全没有涉及生命得以存在和延续的根本原因。从本质上说,生命在于能量。只有源源不断的能量,才能保证运动乃至生命绵绵不绝。那么,这些能量来自何方?经历了怎样的变化?未来前景又会如何?让我们一起跟随油博士穿越时空,寻找答案。

透过重重繁星,我们的视线聚焦到一颗美丽的蓝色行星,这就是地球,也是21世纪前人类唯一已知存在生命的星球。在诞生生命之前,地球经历了漫长的天文时期(地球形成岩层之前的时期,约为46亿年之前,那时地球尚未稳定,没有形成如今的地壳构造,可能是一个炽热的岩浆球)。形成地壳之后,来自地球核心的热能和来自太阳的辐射能提供了生命诞生的条件。

在人类出现之前,地球上早已出现了生命,地球核心向外散发着热量,同时太阳也日复一日照耀着世界,数不清的各类生物吸收着这些能量而生生不息。数十亿年间,植物和以植物为生的动物,通过能量转化积累了巨量富含能量的物质,在沧海桑田的地质变化中,一部分死亡的动物和植物被深埋在地下,逐渐转化成了石油、天然气与煤炭。

远古时代,地球上出现了人类。薪火相传是人类文明传承的重要开端。恩格斯在评价火的作用时说:“摩擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人与动物分开。”在中国神话中,普遍认为钻燧取火的燧人氏为华夏火祖。在希腊神话中,人间的火是泰坦神普罗米修斯盗取而得。无论怎样,人类学会了用火,开始食用熟食,用火驱赶野兽、照明防寒。火的应用改善了生存条件,使人类在发展进化过程中跨越了一大步。掌握用火技能之后,人们开始主动搜集薪柴,薪柴作为可以提供能量的物质,成为人类第一代主体能源,从此人类社会进入了漫长的薪柴时代。火的发明让人类从石器时代走向金属时代,从原始文明迈向农业文明。薪柴是人类掌握的第一代能源。

时光的剪影飞速掠过,定格在维多利亚时代的英国。19世纪中叶,亮闪闪的煤精饰品曾经风靡一时,像现在的宝石一样名贵,英国曾以出口煤精饰品闻名欧洲。几乎同时,人们发现煤炭具有很高的热值热值表示燃料品质的一种重要指标,指单位质量或体积的燃料完全燃烧时所放出的热量,常用单位千焦耳/千克或千焦耳/升)和含碳量,在燃烧的时候可以放出大量的热,既可以用作热源,又可以用作还原剂。特别是詹姆斯·瓦特(JamesWatt)将蒸汽机改良为“万能的原动机”以后,煤炭以其高热值、分布广的优点取代薪柴成为全球第一大能源,这是人类掌握的第二代能源。

詹姆斯·瓦特(JamesWatt),1736.1.19—1819.8.25,英国发明家、企业家。詹姆斯·瓦特出生于苏格兰,1757年,被格拉斯哥大学聘为数学仪器制造师。1763年,詹姆斯·瓦特争取到一个修理纽可门蒸汽机的机会,从此与蒸汽机结下不解之缘。经过近20年的艰苦努力,完成多项改进之后,蒸汽机已能够适用于各种机械运动,成为“万能的原动机”。詹姆斯·瓦特对蒸汽机的改良拉开了工业革命的序幕,使人类进入“蒸汽时代”。后人为了纪念这位伟大的发明家,把功率的单位定为“瓦特”(简称“瓦”,符号W)。

煤炭的广泛应用推动了钢铁冶炼、铁路交通、远洋航行、军工等行业的迅速发展,彻底改变了生产方式,极大促进了世界工业化进程,人类社会进入工业化时代。工业革命也促进了近代科学的发展,热力学、光学、电磁学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大突破,产生了很多较完善的理论体系,形成了对能量的系统认识,也促进了能源概念的产生,煤炭成为名副其实的世界能源。煤炭推动的世界经济发展,超过了人类以往数千年的积累,不仅形成了庞大的产业工人队伍,也从根本上改变了整个社会的物质条件,廉价工业品遍及全球,工业文明由此成型。

1859年,埃德温·德雷克(EdwinDrake)在美国宾夕法尼亚州钻出第一口现代工业油井。1877年后,实用型发电机进入商业化生产阶段,电力真正进入人类社会,煤炭开始慢慢隐入电力背后。1913年后,内燃机开始普及,世界能源逐渐进入了以电力和油气为主的时代。由于燃油热量高,比煤炭洁净,使用方便,转换效率高,价格低廉,工业化国家纷纷把燃煤电厂改为燃油电厂,从而使石油与电力成为第三代主体能源。燃油与电力解决了长期困扰人类的动力不足问题,人类社会能源逐渐由石油与电力主导,形成了第三次能源革命。同时,石油化工的发展带来了大量人工合成材料,造就了现代物质文明。

20世纪中后期,石油与电力的广泛应用使现代文明的发展越来越快,人类充分享受了物质丰富带来的幸福体验。但是,化石燃料大量燃烧带来的污染也越来越严重,终于超过了地球生态自我调节的极限,恶性污染事件频频爆发,并引发了气候变暖、两极冰川融化、极端天气骤增等一系列全球性危机,人类生存环境迎来了巨大的挑战,人们开始思考怎样替代传统的化石能源。

伴随着科学技术的进步,各类能源不断被发现和开发利用,每一种能源的发现和利用,又强有力地推动了人类文明的发展。因此能源的变迁,同人类社会文明发展紧密联系在一起。受全球气候治理影响,以低碳化、无碳化理念为核心的新一轮能源革命,正在世界范围内蓬勃兴起,新能源以其低污染、可再生等优势,成为人们关注的热点。新能源的出现,标志着世界能源发展正在由高碳转为无碳、由化石能源步入非化石能源,人类开启了新的以低碳为主要特征的能源时代,新能源正在成为人类掌握的第四代主体能源。

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