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    滕海鍵:人類開發利用能源的歷史進程與啟示

    金臺資訊發布時間:2022-09-19 11:40:54  作者:滕海鍵
      能源的開發和利用既是人類文明史的重要內容之一,也是人與自然發生互動關系的一個主要方面。人類探索利用新能源及開發新的能源利用技術的腳步從未停止過。歷史上曾經歷多次重大能源變革,每一次新能源的開發利用和技術突破,都極大地促進了生產力的提高和文明的進步。近代以來,能源的重要性與日俱增,那些能源豐富及能源技術創新領先的國家和地區,其經濟增長速度往往更快。今天,能源更是關乎各國民生與可持續發展乃至國家安全的重大戰略問題。

      人類歷史上第一次意義重大的能源進步,是對火的控制和利用。大約五十萬年前,直立人就已經學會了用火。對于史前人類而言,火的作用不可小視?;鹗谷祟愖叱隽巳忝嬔臅r代,增強了體質,提高了智力,人口數量隨之增加,活動范圍不斷擴大。晚至距今一萬年以前,除了南極以外,地球上所有大陸都有了人類的足跡。通過用火來獲取有機物中累積的太陽能,使人類首次支配了一種自然力,這是人類文明史上的一個巨大進步。

      從生態環境的角度來看,人類歷史上第二次重大能源進步是距今萬年前后農業的發生。通過種植作物與馴養家畜,人類更有效地把太陽能轉化為食物、熱量和動力。農業文明時代的燃料是薪柴,動力有人力、畜力、風力和水力等。距今約六千年前,烏克蘭大草原上的人們將馬馴化為馱獸,來拉運貨車和戰車,用以騎乘。公元1000年左右在波斯出現了風車,此外在中國沿海及荷蘭等多風地區,也經常能看到風車。1650年的荷蘭,在需要抽水的農村,至少矗立著8000座風車。水車源自中亞和東亞,從歐亞大陸到北非,在大河溪流之畔,經常能看到水車。

      化石能源的開發和利用是人類歷史上第三次影響深遠的能源進步?;茉词且环N儲存了太陽能的生物質,經由漫長的地質年代形成。迄今為人類開發利用的化石能源有泥炭、煤炭、石油和天然氣等。泥炭是一種初級化石能源,這種能源在多沼澤的荷蘭儲量豐富。荷蘭是第一個采用泥炭為主要燃料和動力的國家,由此開啟了人類利用化石能源的時代。英國本土藏有豐富的煤炭資源,且有很長的煤炭利用史。在此基礎上,18世紀的英國發生了近代史上最重要的能源技術革命,即高效利用煤炭的蒸汽機的發明和應用。這一變革使英國突破了制約經濟發展的能源瓶頸,實現經濟騰飛并確立了世界頭號強國地位。源于英國的化石能源技術革命開啟了近代世界工業文明的歷史大幕,極大地促進了工業化國家生產力的發展和經濟增長。

      不過,以煤炭為燃料的蒸汽機龐大笨重,燃煤還會造成嚴重的空氣污染。由煤炭制成的煤氣儲存與運輸成本高,并且有爆炸危險。被發現的石油是一種比煤炭能量更高且更容易儲存和輸送的化石燃料。起初人們對石油的需求不大,直到19世紀中葉,當人們了解到無法再依賴鯨脂照明時,才開始對石油產生了更大的需求。幾乎同時,從石油中蒸餾煤油的技術取得突破,由此掀起了第一輪石油開發熱。

      19世紀末,以石油為燃料的內燃機被發明出來。此后不久,效率更高的柴油機和渦輪機先后問世。19世紀末20世紀初,隨著內燃機的發明、應用和改進,汽車和飛機被制造出來并應用于生產和生活中。一個多世紀以來,發動了轎車、卡車與拖拉機的內燃機,可以說是地球上最有影響力的發明之一。整個20世紀,人類嚴重依賴石油,使石油成為決定國際事務、影響世界歷史變遷的主要因素之一。

      晚近得到開發利用的化石燃料是天然氣。天然氣是儲藏于地層中的烴類和非烴類氣體混合物?,F代意義上的天然氣開發利用始于20世紀20年代的美國,最初主要作為照明、取暖和炊煮的燃料。在美國,二戰后特別是20世紀70年代以來,隨著輸送管道網絡建設的發展,天然氣在居民生活和工業中得到廣泛應用。1965年以后,天然氣在西歐一些國家也得到較快發展。如今,天然氣在很多國家都成為一種不可或缺的能源,特別是在民用生活領域。

      19世紀中葉,對更為便捷靈活的動力和交通運輸條件以及更充足照明的需求促進了人類歷史上新的一次重大能源進步的發生——電力的發明和應用。到19世紀末,西方社會迅速進入了電氣化時代。電力被人類學家視為現代文明的重要標志和象征。電力引起許多國家,包括十月革命勝利后的蘇俄的高度重視。1920年,列寧在全俄國民大會上講道:“共產主義是蘇維埃力量加上整個國家的電氣化。”內戰后蘇聯建設了許多發電廠。美國也建設了越來越多用來發電的水壩,這些水壩及其產生的電力在美國研發原子彈時發揮了重要作用。

      20世紀尤其是20世紀下半葉,人類在能源開發利用的道路上又取得了重大突破,通過控制原子核的變化——核裂變和核聚變來獲取巨大的能量。20世紀三四十年代,納粹德國和美國等都進行了核裂變實驗。通過實施曼哈頓工程,美國取得成功并于二戰結束前在日本廣島和長崎投下兩顆原子彈。二戰后人類希望和平利用核能。20世紀50年代,蘇聯、英國和美國先后建設用于發電的核反應堆。其后,世界大部分工業化國家紛紛建造自己的核反應堆用來發電。然而,頻發的核事故消解了人們對核電的熱情,發展核電也遭遇了越來越大的阻力。

      相比化石能源與核裂變,受控核聚變因其能產生巨大能量而備受期待。核聚變產生的放射性物質不多,也不會產生二氧化碳及其他污染物。未來氫聚變是一種理想的選擇,但技術突破依然是一個極大的挑戰。

      回顧人類對能源開發利用的歷史,可以得出以下幾點啟示。首先,人類開發利用的能源類型一直在拓展,能源開發利用技術也在不斷進步。這種拓展和進步的動力源于既有能源結構對人類生存和發展的制約。從根本上說,是人類對更有效率的生產和更便捷生活的追求提供了原動力。其次,能源結構的演進有歷史的階段性。能源的轉型往往是一種緩慢的、長期的過程,一個新能源時代的到來并不意味著原有能源利用方式的消失。再次,在歷史發展的進程中,能源的豐富與能源類型的轉換固然重要,但更重要的是能源技術的創新及能源新用途的發現。在很多情況下,并非因獲得豐富的能源,而是能源技術創新造就了不同國家和地區發展的差異。最后,隨著經濟社會的發展和人口的增加,人類對能源的需求也一直在增長,不斷增長的需求與能源稀缺構成了一對矛盾,由此也成為引發各種社會沖突的一大根源。

      目前,在能源問題上人類依然面臨諸多挑戰:首先是對煤炭、石油和天然氣等化石能源的過度依賴。目前尚無其他足夠豐富廉價的能源取代化石燃料,由此也導致化石能源短缺與巨大的能源需求的矛盾。其次,化石燃料是導致空氣污染和氣候變化的二氧化碳等有害氣體的主要來源,這將使對流層溫度升高,南北極冰蓋消融和海平面上升,進一步破壞全球生態平衡,引發一系列環境問題。

      基于化石能源短缺及其環境影響,推動實現能源轉型和替代顯得十分緊迫。迄今,能源多樣化已經成為一種現實選擇和趨勢,諸如太陽能、海浪和潮汐及地熱等,都已成為人類利用的新能源。不過,這些能源在現有能源利用結構中僅占很小比重,而且還存在著不少局限。另外,挖掘現有能源潛力的技術創新也是解決能源短缺的一條重要途徑。對于個人來說,應增強能源節約意識,轉換消費觀念,倡導極簡生活方式,減少能源消耗和浪費,為建設生態文明作出貢獻。

      (作者:滕海鍵,系遼寧大學環境史與經濟社會可持續發展研究院教授)

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