劉建平：能源形式更替發展的新方向

　　人類利用能源的形式，根據所蘊含的人類智慧程度，可以分為啟智能源、小智能源、中智能源和大智能源，其對應的能源形式分別是柴薪燃料、“馴化”能源、化石能源與混合能源。能源形式的改進，是為改善人類生存、更好地滿足文明運行的需要;能源形式的更替，是為促進人類發展、推動文明形態的演進。更替不可能突然發生，要以能源形式的改進為基礎。無論是改進還是更替，都是人類的智慧成果的成功運用。

　　在采獵文明時期，人們從自然界獲取食物，采集植物，狩獵動物，以獲取生存必需的能量。后來，人類發現并利用了火，柴薪、秸稈等天然生物質燃料便成為主要的能源。

　　在農耕文明時期，除了繼續利用火外，人類開始嘗試“馴化”自然，畜力、風力、水力漸漸成為獲得能源的重要方式，以此完成磨面、提水、紡紗和織布等簡單的農業和手工業活動。現在看來，人類直接獲取水力、風力等能源形式有著明顯的缺陷：一是能源動力受自然條件和氣候限制大，沒有風和水，風車與水車寸步難行;二是能源獲得渠道窄，主要是通過地表和地上，地上能源是太陽能，地表則是太陽能經過光合作用而形成的能源，如柴薪能源等。對于地下能源，我們當時的視野還難以觸及。盡管如此，低下的能源利用技術仍然與當時同樣低下的勞動生產率相適應，生產技術水平的落后使得我們對能源的需求并不迫切，改進能源利用技術的動力不足。較低的能源技術和較低的能源需求相互適應，互為因果，支撐著文明緩慢前行。

　　受益于科學技術的進步，人類的活動范圍逐漸從地表延伸到地下，發現了豐富的煤炭資源。煤炭燃燒后能釋放出較高的熱量，也適應生產的批量化、持續性需求，因而迅速成為主要的能源。18世紀蒸汽機的發明，煤炭取代柴薪成為支撐工業文明運行的主體能源。到了19世紀，發明了比蒸汽機熱效率高、體積小、功率大、更潔凈的內燃機，隨之進入了以燃油為主體燃料的時代。石油和天然氣比煤炭燃燒值更高、污染更小，更符合工業社會的需要，因而得到大規模的推廣和應用。

　　通過蒸汽機和內燃機產生的動力難以在較大的空間范圍內隨意傳遞，只能圍繞一臺動力機械進行小范圍、小規模的生產。19世紀以來，電磁感應定律的發現，為隨后發電機、電動機，以及變壓器、電站、低壓電網和超高壓電網等一系列技術裝備的發明及廣泛應用提供了條件，開啟了第二次工業革命，迎來了電磁動力新時代。煤炭、石油、水力、風力等各種能源都可以轉換成機械能、再轉換為電能，然后將電能通過電網延伸到城市、鄉村和山間，廣泛地滿足城鄉生產生活所需。

　　借助以煤炭與燃油為燃料的蒸汽機和內燃機，我們由依賴人力、畜力、風力和水力轉向依賴機器，人類手臂向外拓展;憑借電力的發現和應用，我們將各種機械能轉化為電能，并將之運往遠方，使得生產和生活的視野進一步開闊。兩次工業革命的能源基礎——化石能源的發現和利用，滿足了工業文明對能源的巨大需求，但其儲量有限，不可再生，終究會枯竭，同時也催生了環境破壞、氣候變化、安全事故等一系列嚴重問題。

　　未來清潔高效的新型能源不可或缺。20世紀60年代以來，“能源革命”的呼聲日漸高漲，開發包括新型能源和再生能源等在內的能源，成為能源形式更替與發展的新方向。

　　回顧由火而始走過的漫長歷程，我們可以發現幾條能源形式改進和更替的重要線索。

　　一是從被動到主動。我們對能源的利用，最早是以“靠天吃飯”的方式被動獲取。即采集植物和狩獵動物以獲取它們本身含有的能量。后來，通過認識和利用火，包括引用自然火種和鉆木取火，人們對能源的利用從被動逐漸轉為有意識的主動。后來，隨著技術的不斷進步，能源利用逐漸主動轉移到煤炭和石油，乃至之后的核能、太陽能、風能、水能等新的能源形式上。

　　二是從發現到發明。人類從用火山和閃電留下來的火種取火，到掌握鉆木取火歷經的時間數以萬年。而從1820年荷蘭人漢斯·奧斯特發現了電流磁效應，到法拉第用磁棒來回進出金屬線圈制造電力僅僅歷經了11年。偶然的發現是小概率事件，需要等待漫長的時間，同時只能發現比較單一的規律。試驗發明是一個復雜、系統的過程，同時又有更加明確的目的性和研究方向，大大縮短了發明的時間。

　　三是從“膚淺”到深遠。在采獵文明和農耕文明時期，我們就地取材，在視線所及范圍內行動。在工業文明時期，能源利用的目光穿透地層，地下的煤炭、石油和天然氣，成為文明前行的重要動力來源。隨著技術的進步，能源形式開始從有形轉為無形，電能開始得到普遍使用，核能、太陽能、可燃冰和地熱能等開始進入我們的視野。

　　總之，我們對能源的利用是從小聰明逐步過渡到大智慧的過程。在農耕文明時期，人們利用畜力靠馬車等出行。進入工業文明時期，蒸汽機、內燃機、發電機及電動機讓能源變得更加豐富和強勁。后來，混合能源又開始被使用，再后來，能源形式進一步更新，燃料電池、混合動力、氫能源動力和太陽能等發展迅猛。隨著文明的演進，生產技術水平的提升，主流能源形式中所蘊含的人類智慧元素比重越來越大。