微弱火种照亮了能源发展的漫漫长路,之后,人类驾驭风力、水力,煤炭、石油推动科技创新。于是,火车、汽车和飞机取代了牛车和马车,电灯取代了蜡烛,只需按动电源开关便可开启动力。能源形式不断更替变迁,推动人类文明绵延前行,现在就让我们一同来了解能源的前世与今生。
从薪火相传到风车水车
发现和掌握火是人类的伟大突破。在此之前,人类使用木棍、石斧等进行生产,根本的能量来源还是人自身。经过无数次探索,原始人类终于发现可以利用摩擦生热来钻木取火,或用石块大力撞击产生火花,聚集的热量使可燃物局部位置达到燃点以取火。火的一个作用是改善人类的生存环境,如照明、取暖、抵御猛兽等;另外一个作用是烹煮。烹煮不仅让食物更加美味,而且让人类利用自然能量的形式跃上了一个新台阶,使大脑、肠胃及牙齿等更加快速地向新文明迈进。
在人类有了相对稳定的居住场所,积累了相对充足的食物和工具后,开始驯养野生动物和栽培植物。公元前3000年,风得到了利用,成为人类在抽水时可以借助的力量,当时波斯湾和尼罗河上已经有了制作简陋的横帆。风的利用、横帆的出现表明人类第一次成功地利用人造的力量做动力。中国汉代(公元前202年～公元220年)开始利用水车生产谷物。风车、水车和帆船的不懈转动,促进了人类社会的文明和进步。
煤炭石油推动工业革命
煤炭是埋藏在地下的古代植物遗体经成煤作用后转变成的一种化石能源,主要成分为碳、氢、氧元素,用作燃料或工业原料。
13世纪,意大利旅行家马可·波罗游历了中国各地。他特别注意观察当地的居民和资源,曾这样记录:“有一种黑石块,像别的石头一样,从山里挖掘出来,但却可以像木头一样燃烧。”这是他眼中的“煤炭”。1765年,苏格兰工程师詹姆斯·瓦特改进了蒸汽机,提高了效率,蒸汽机以煤炭为能源。到1800年已有500台左右的瓦特蒸汽机投入使用,其中有38%的蒸汽机用于抽水,其余的用于为纺织厂、炼铁炉、面粉厂和其他工业提供旋转式动力。煤炭与蒸汽机的配合替代柴薪成为生产的主要动力。这是继钻木取火之后,人类能源利用史上的又一次伟大变革。
蒸汽机为开动机器和火车头提供了动力。1830年,英国采矿工程师乔治·斯蒂芬森的机车“火箭号”开创了铁路时代,女演员弗朗丝(范妮)·金伯尔幼年时曾在世界上最初铁路(利物浦至曼彻斯特)开通时搭乘过,她对那段旅程做了描述。“有人介绍了将要带着我们在铁轨上奔跑的小小发动机,这个总是让我想去拍拍它的、发着喷气声的小动物……你难以想像切开空气向前奔跑的感觉是怎样的……”此外,蒸汽机还被用于水上运输。
1870年以后,科学技术的发展突飞猛进,人们继续寻求更有效的动力形式。1876年,德国尼考罗斯·奥古斯特·奥托为他研制的四冲程发动机申请了专利,命名为“奥托发动机”。奥托发动机是第一部可实际应用的内燃机,至今仍然应用在汽车中。
石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的,主要被用来制取汽油、柴油等成品油和燃料油,也是许多化学工业产品的原料。随着内燃机的发明,一直到今天,石油都是最重要的内燃机燃料。内燃机的发明把人类带上了天空,而汽车的发明更是带来了实际的好处,让人们有了经济便利的交通工具。
