没有化石能源，还能重建文明吗？（拓展阅读）
我们很轻易低估本日天下对于化石能源的依靠程度。提到化石能源，我们老是会想到它们最直观的用处是燃油驱动的车辆以及煤炭天然气供应的火力发电。但我们另有赖于大范围的产业质料，大多数环境下，原质料转换为可用的产品需求极高的温度，比如制造玻璃和金属成品、水泥、化肥等。大多数环境下，这些制造过程所需的热能来自化石燃料：石油、煤、天然气和油。
说得再详细一点，我们明天已经耗损了绝大多数易于开采的石油，另有相称一部分浅表而轻易开采的煤矿储备。化石能源既是当代产业社会得以构造起来的核心，又是产业化本身出世过程中的关头角色。而这是一个独一无二的角色——就算我们明天在某种程度上能够不靠化石能源（实在不能），我们能不能在底子没有化石能源的环境下重新达到本日的技术程度，但是别的一个题目。
但我们有多少木料能够用？
如许分解的“产生炉煤气”是一种多才多艺的燃料：它能够储藏或经过管道运输，用于街灯或者供暖体系，也能够用于庞大的机器如内燃机。二战汽油完善期间，天下各地有百万辆以上的木料气汽车保障了官方运输的运作。在占据期间的丹麦，有95%以上的农机、卡车和渔船是由木料气驱动的。约莫三公斤木料（取决于它的枯燥程度和密度）内含的能量和一升汽油差未几，而气动力汽车的能耗单位是英里/每公斤木料而不是英里/每加仑。战时的气动力汽车约莫每公斤木料能行驶1.5英里，明天的设想则在此根本上做了进一步的改进。
题目不止于此。从杀虫剂到塑料，当代天下运作所需的大量化学产品，都是来自原油的有机物。因为天下原油储量进一步减少，能够说，对这些有限资本的最华侈的利用莫过于把它烧掉。为了这些这些贵重的有机化合物，人们得非常谨慎地保存剩下的这些有限资本。
不过，从电能开端能够是一条精确的思路——当今的大多数可再生能源技术出产的是电力。在我们本身的汗青过程中，电的核心征象发明于十九世纪上半叶，大大晚于蒸汽机器的初期生长。当时的重产业已经依靠于基于内燃的机器装配，自那今后，电能在我们构造经济布局的过程中首要扮演了帮助型的角色。但是这个挨次能不能变更？产业化过程是否要求热能机器必须先呈现？
作者：Lewis Dartnell
在我们本身的汗青中，蒸汽引擎的初次胜利利用是用于煤矿抽水。这是一个燃料非常充盈的环境，以是最后的设想固然效力极低也没干系。不竭增加的煤产量起首用来熔化铁质料，然后把铁塑形成型。铁制部件被用来制造更多的蒸汽引擎，终究用于发掘矿藏或者驱动铸铁厂的鼓风炉。
欲速则不达，这类严格节制闷烧的高温炼炭体例约莫需求一周的时候。以此为根本的同类体例已经相沿千年，但如许出产出来的燃料的用处非常当代。巴西制造的柴炭被装车运出丛林，运送到鼓风炉，把矿石炼成生铁，后者是当代大范围出产钢材的根基质料。这些“巴西制造”出口到天下各国，在那边被加工成了汽车、水槽、浴缸和厨房用品。
恰是这个热能供应限定，将会成为没有化石能源的社会尝试产业化的最大题目。在我们的后启迪录天下，或者在任何没能操纵上化石能源的假想天下都是如此。一个社会没有这些前提而要实现产业化，就得把尽力集合在特定的极其优胜的天然环境上——不是像18世纪英国那样各处煤矿的岛屿，而是比如像斯堪的纳维亚或加拿大那样，既有快速水流供应的水力能源，又有广漠的植被供应的可持续热能。
你当然能够用电力来出产热能。我们现在已经在利用电炉和电窑了，当代电弧炉已经被用于出产铸铁和回收钢材。题目并不在于电能可否转化为热能，只不过，成心义的产业化出产需求巨量能源的支撑，如果仅仅利用可再生能源发电作为热能来源，比如风力和水力，会相称捉襟见肘。
为了在受控前提下开释出这些气体，我们得在一个密闭容器里头烤木头。氧气遭到严格节制，如许木头不会直接着火。它会产生一种称为高温分化的庞大化学分子分化过程，然后容器底部的这团高温碳化的柴炭和分化后的产品停止反应，产生一氧化碳和氢如许的可燃气体。
在像英国如许暖和的气候下，一英亩的阔叶树每年能够出产四到五吨的生物燃料。如果培养速生种类，比如柳树或芒草，产量能够达到四倍。最大化木料出产的诀窍，是利用“矮林功课法”：培养一些从本身的桩部长出基稍的树种，比如梣树或者柳树，它们在5-15年内便能够被再次砍伐。这能够包管持续的木料供应，而无需担忧把四周的树砍光了形成能源危急。
让我们快速回顾下当代产业的“史前期间”。在用上煤之前好久，柴炭就已经被遍及利用来熔化金属。它其实在很多方面更有上风：比煤烧起来温度更高，杂质还少很多。实际上，煤的杂质是延缓了产业反动过程的首要身分之一——在燃烧过程中开释出来的杂质会净化加热中的产品。在熔化过程中，硫杂质会渗入熔化的铁，从而使成品脆而易碎，形成利用时的安然题目。人们花了很长时候处理产业出产中如何利用煤的题目，而在这一段汗青期间中，柴炭的表示相称完美。
别的，木料气化能够也是一种相干的挑选。利用木料来供应热能和人类的汗青一样长远，而仅仅燃烧木头只操纵了它三分之一的能量；其他能量则跟着气体和蒸汽在燃烧过程中的开释而随风飘散了。在恰当的前提下，就算烟也是可燃的。我们不想华侈它。
在一个没有现成煤矿的天下里，人们有能够底子没机遇去测试那些浪费华侈的蒸汽机原型——固然这些原型跟着时候推移会变得更成熟更高效。如果没有在更加简朴的蒸汽引擎外燃机——独立锅炉和蔼缸活塞的蒸汽机上一试技艺，一个社会有多大的但愿能够充分了解热力学、冶金技术以及机器力学，来制造更庞大、更切确有效的内燃机组件呢？
但是，那并不料味着我们必须得烧化石能源。
但这就是费事地点了：矮林功课技术在前产业期间的英格兰已经生长得相称作熟。它没法跟上社会快速生长的脚步。核心题目在于，树林就算办理得再好，也要与其他地盘用处产生抵触——主如果农业用地。生长的两重窘境是，跟着人丁增加，人们需求更多的农场供应食品，也需求更多的木料供应能源，这两种需求争夺的是同一片地盘。
大要上来看，一个进步中的社会有才气建起发电机，然后把它们联到简易风车和水车上，稍晚再生长出风力涡轮和水力大坝，这统统并不是绝对不成能。在一个没有化石能源的天下里，我们能够假想一个在很大程度上绕过内燃机生长汗青的电力文明。它的运输根本设施是靠电气列车和有轨电车来支撑长途运输和都会交通。之以是说“很大程度上”，是因为我们没体例完整绕过它。
固然如此，没有煤储备的产业反动，少说也还是非常困难的。明天我们对化石燃料的利用实际上在增加，对此忧愁的诸多来由人们已经太熟谙，不需求在此反复。走向低碳经济势在必行。但同时我们也该当晓得，这些堆集起来的热能储备是如何支撑我们一步一步走到明天。如果向来没有它们，人们或许会采取一条艰巨之路，利用可再生能源和可持续的生物燃料来迟缓推动机器化过程，终究或许也有能够胜利——但是也能够不可。我们最好但愿我们本身文明的将来是悲观的，因为我们能够已经耗尽了任何后继社会步我们后尘所需的统统资本。
要想重新制造新的太阳能板，难如登天。太阳能板要用到极度纯洁的薄硅片，固然质料只是常见的沙子，但措置和精炼硅需求用到庞大紧密的技术。这一技术才气差未几也就是我们用来做当代半导体电子元件所需的。开辟这一技术已经破钞了冗长的光阴，很能够规复这一技术也一样久。以是一个处于产业化初期的社会能够不会有才气出产光伏太阳能了。
唔，在非常有限的意义上是可行的。如果你是个后启迪录天下的幸存者，确切能够汇集到充足过上一阵子的太阳能板，保持电气化的糊口体例。光伏电池没有活动部件，需求的保护很少，并且能抵当卑劣环境。但是它们也会跟着时候而逐步耗损：湿气会腐蚀其表面，阳光本身也会降落硅层的纯度，它供应的电力约莫每年降落1%，几代人今后，统统传承下来的太阳能板就都会耗损得没法利用。然后如何办呢？
起首是一个自但是然的设法。很多替代能源技术已经很发财了，比如说，越来越多的房顶安装上了太阳能板以作家庭或商用之需。一个诱人的思路是，文明2.0能不能直接从废墟里捡起前人遗产，以可再生能源作为产业化的起点呢?
太阳微风：可持续能源能带我们走多远？
巴西用来制造柴炭的树木主如果速生桉类，是专门为此目标培养的。传统造炭的体例是把砍好天然风干的木头垒成圆顶状的一堆，让木头闷烧的同时，用草皮或泥土覆盖以隔断氛围活动。巴西企业把这一传统技艺的范围大大扩增，使其能够用于产业化出产。风干的木块被堆放在低矮的圆柱形砖石窑里，排生长列以便于依序装卸。最大的出产点能够包容上百个如许的窑，置入木料后就封闭出入口，从上方扑灭。
不过以柴炭为根本的产业并没有全数灭亡。究竟上，它在巴西活了下来并且有答复之势。因为丰富的铁矿储备和稀缺的煤矿，巴西是天下第一大的柴炭出产国，也是第九大钢铁出产国，这并不是甚么小作坊式的产业出产，以是巴西案例给我们的思惟尝试供应了一个鼓励民气的例子。
在我们本身的汗青上，事情是如许生长的：从16世纪中期开端，英国通过大量开采煤矿来回应这一窘境——本质上是发掘地底下当代丛林的能源而无需降落农业产出。一英亩小树林一年出产的能量相称于5-10吨煤，但后者能够直接从地里挖，比等候树林重新长成要快很多。
作者：Lewis Dartnell
但实在，“木瓦斯”除了驱动汽车以外还大有可为。实际上它对于前述任何需求热能的制造过程都合用，比如给制造石灰水泥砖头的窑供能。木瓦斯的发电机组能够轻松为农业和产业设备以及各种泵供应电力。在这一范畴，瑞典和丹麦对于可持续丛林和农业废料的操纵居于天下抢先程度，他们将这些能源用于运转发电站里的蒸汽轮机。一旦蒸汽在“热电联供工厂”（CHP）操纵结束，它就被运送到四周城镇和工厂用于供热，使这一CHP电力工厂能够实现90%的能效。这类工厂揭示了完整不再依靠化石能源的出色产业远景。
那么这算不算就处理了？我们能不能把新的社会重修在木料供能和可再生能源供电的根本上？或许，如果人丁相称少的话。但是这里另有个困难。这些可替代选项的前提是幸存者们有才气制作高效的蒸汽涡轮、热电联供工厂和内燃机。我们当然晓得如何做这些东西，但是如果文明已经毁灭了，谁晓得这些工艺知识会不会一同消逝？如果连知识一起消逝了，先人另有多少能够机能够重修它们呢？
燃烧的的力量：能不能重返木料期间？
柴炭出产技术，实际上是在窑内部保存刚够反应所需的氛围。需求有充足的燃烧热，产生足以驱走湿气和可挥发物质的热量，并对木料停止热解，但热量不能高到把木头直接烧成一堆灰。窑的办理职员需求随时监督燃烧状况，细心监督窑口排挤的烟，随时用黏土翻开或者封上通风口来调度全部过程。
固然电动机或许能代替烧煤的蒸汽引擎，满足机器利用，但是正如我们所见的，我们社会还在依靠热能来驱动很多必不成少的化学反应和物理转化。不消煤，一个产业化社会要如何出产像钢铁、砖块、灰泥、水泥和玻璃这些关头修建质料呢？
就算听起来很糟糕，这也不是人类的末日，我们总会返来的。就像在汗青中无数次的重演，战役与次序迟早会重修起来，稳定的社群会逐步成型，并痛苦地重新开端重修技术根本。但是这里有个题目：这么个社会能走多远？一个后启迪录期间的社会，另有没有机遇再重修一个技术文明？
设想一下，我们所知的天下明天灭亡了。产生了天下级的大灾变：大流感、小行星撞击，或者核毁灭。绝大部分人都死了，文明倾毁，后启迪录期间的幸存者们发明他们身处一个劫后代界：都会荒凉，人们相互劫夺，弱肉强食成为新的保存法例。
不过本文要谈的主题并不是我们现在应当如何办——能够每小我都晓得，不管如何人们都必须过渡到低碳经济。我要答复的是一个（但愿）更加实际化的题目：一个技术发财的文明要崛起，是否必定有赖于易得的陈腐能源？有没有能够在没有化石能源的前提下建立产业文明？答案是：或许——不过极度困难。
为了达到当代的技术高度，我们耗损了大量的能源，大抵要重来一次也需求很多能源。没有了化石能源，就意味着我们将来的天下所需求的木料量多得吓人。
鞭策木料的热解并汇集产生的气体，比纯真的燃烧更好。如果你扑灭一根洋火，就能察看到这一根基道理：敞亮的火焰并不直接呈现在木头上：它飘舞在洋火梗之上，二者之间有一道清楚的间隔，火焰实际上是由热解的木头所供应的热量支撑的，而气体只要在和氛围中的氧气相结应时才燃烧。近间隔看一根洋火可好玩了。
但是接下来，我们就不消柴炭了。转头看看，这有点可惜。只要柴炭来自可持续来源，那它本质上就是碳中性的，因为它并没有往大气里排放新的碳——固然这对初期产业化文明而言倒也不是值得担忧的事情。
以是，在一个星球上，不依托化石能源储备而重修文明，有没有能够达到新的产业反动的能够？换句话说，如果地球人向来没有过石油和煤矿能源会如何样？我们的文明，会不会必定停滞于18世纪之前的前产业化期间？
并且，明显机器工厂也利用蒸汽机制造更多的蒸汽机。只要在蒸汽引擎造好投入利用以后，后续的工程师才气动手改进它的效力以及节能。人们厥后研制出降落体积重量以及将它用于运输或工厂化出产的各种体例。换句话说，产业反动的核心存在一个正反应循环：出产煤、铁和蒸汽机都是相互支撑的。
另一种能够思路是直接用太阳能出产高温。比起对光伏板的依靠，太阳能聚热农场能够用庞大的镜子把阳光的射线集合于一小点。用这类体例集合的热能能够用来驱动特定的化学或产业过程，或者制造蒸汽，驱动发电机。但固然如此，这一体系仍然很难（比如说）产生融铁鼓风炉内部所需求的高温。别的显而易见的是，太阳能聚热的能效还重度依靠本地的气候。
很遗憾，要想产生当代产业所需的“白热”，除了烧东西，我们还真没有太多好挑选。
约莫三分之二的巴西产柴炭来自可持续的莳植体系，以是柴炭的当代用处有“绿色钢材”的佳誉。遗憾的是是剩下三分之一是来自非可持续的原生林砍伐。固然如此，巴西案例的确供应了一个表率：在化石能源以外，我们另有甚么途径能够供应当代文明所需的原质料。
