人类能源史的三个阶段

人类能源史的三个阶段

人类的能源利用经历了“火与柴草”、“煤炭与蒸汽机”、“石油与内燃机”三个时代的演变，在能源利用总量不断增长的同时，能源结构也在不断变化（图2.1）。每一次能源时代的变迁，都伴随着生产力的巨大飞跃，极大地推动了人类经济社会的发展。

图2.1　过去100多年世界能源结构的变化

一、火与柴草时代

摩擦取火的发明和柴草的利用促使古代生产力诸要素发生了巨大的变化。摩擦取火使人体的机械运动转化为柴草的热运动，从而使柴草通过燃烧释放出大量的热能。火和柴草相结合的能源体系促使原始社会的劳动者、劳动工具和原材料迅速发展。首先，用火改变了劳动者的饮食习惯，扩大了食物的来源和种类。热食有助于人体消化和吸收，这对于增进人的身体健康和脑的发展，减少疾病和延长人的寿命都具有不可低估的作用。用火燃柴还可驱赶猛兽，从而能保证劳动者的安全。正因为摩擦取火对于人类的发展起着巨大的作用，所以人们把摩擦取火的发明作为猿转变为人的整个过渡阶段的终渡线。其次，火和柴草相结合的能源体系对于劳动工具的发展也起了重大作用。例如，木矛、弓箭、木臼、独木舟的加工，陶瓷工具、金属工具的制作都离不开火。再次，用火还增加了原材料的种类，提高了原材料的质量。例如，陶瓷的制作，砖瓦的烘焙，金属的冶炼都需要火和柴草。

摩擦取火的发明和柴草的大规模利用，还引起古代生产力的布局发生重大转变。在远古时代，人类发祥地非洲和亚洲南部地区，都离赤道不远。因为没有火，人类是很难在温带和寒带地区生息和劳动的。用火燃柴会给人带来温暖，人们就可以到寒冷的地方定居，这就扩大了人类生产活动的空间，从热带扩展到温带和寒带，从而在世界范围内改变了原始社会生产力的布局。摩擦取火是人类历史上一个划时代的发明，恩格斯曾高度评价说：“就世界性的解放作用而言，摩擦生火还是超过了蒸汽机，因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人同动物界分开。”

二、煤炭与蒸汽机时代

18世纪是奴隶贸易的鼎盛时期，因为欧洲人需要更多的人力来支撑他们在美洲的种植业，因此，他们不仅从欧洲本地征召劳动力，还要奴役非洲人到美洲从事种植。人类使用太阳能的能力（肌力）已遇到瓶颈，如果人类想要称霸生物圈，就必须创造出与“驯化火”相匹敌的能源奇迹。大英帝国最终发动了一场依托于煤炭与蒸汽机的能源变革。当时，英国工业发展遇到森林资源短缺的瓶颈。1500～1630年期间，英国的木材价格猛涨7倍，速度比通货膨胀还快了许多。后来英国采用了含量丰富的煤炭资源，但浅层的煤炭也很快就耗尽。到1700年，矿井的深度已达200英尺（约合61米）。此时，人们在矿井中遇到沼气与渗水的难题。为了将矿井的水抽出，英国动用了人力、兽力、水车与风车，然而这却是一场永无止境的战役，在1700年左右，当时的技术还无法克服这个难题。英国的工业革命差点“胎死腹中”。因为对于当时的英国人来说，设想利用“火”来排干矿井内的积水，甚至比起要当代人设想利用“氢聚变”来为屋子取暖还要困难。幸运的是，1712年，纽可曼制造出第一台蒸汽机，后来大部分装设在英国矿井入口抽水。1700年，英国生产了270万吨煤炭，到了1815年，煤炭产量达到2 300万吨，相当于英国当时林地每年可生产能源的20倍。如果把这些煤炭用在蒸汽机内，那么产生的动力相当于5 000万人所产生的动力。后来，经瓦特改良的蒸汽机问世，其每蒲式耳煤炭所产生的动力是最新式纽可曼蒸汽机的三倍，应用范围从矿井抽水扩展到磨粉、造纸、冶炼等各种行业。也正是因为蒸汽动力的运用，使运输机械发生了巨大的变革，将社会文明推向了一个热火朝天的新世界。交通运输业的巨变主要表现在两个方面即汽船、铁路与火车。汽船的发明开创了世界航运史上的新时代，将全球连成一体，使人类生活世界的空间距离大大缩小。蒸汽动力用于陆路运输的主要标志是火车的出现。火车的鸣叫，召唤了一个“铁路时代”的到来，使世界真正认识到铁路运输的巨大优越性。但受蒸汽机影响最大的行业是纺织业，这是第一个因为蒸汽机引入而商业化的产业。早在1800年，用蒸汽机驱动的走锭细纱机每单位时间的产量，相当于200到300名纺纱工人每单位时间的总产量。

19世纪建立在煤炭能源上的工业革命迅速改变了全球经济，全球的权力平衡也因此重新布局。18世纪期间，印度、中国与欧洲的GDP累计占全球GDP的70%，其中大致各占三分之一。但到了1900年，中国占全球制成品的产量比重跌到7%，印度更是暴跌到2%，而欧洲占60%，美国占20%。添加浓缩了太阳能量的化石能源，人类发动了第一场工业革命，导致人类的生产力巨额增长，全球权力与影响力重新洗牌，全球霸权中心转移。而煤炭与蒸汽机正是工业革命的关键，促进人类进入能源史的第二阶段。

三、石油与内燃机

如果说煤炭与蒸汽机是能源史的第二阶段，那么石油与内燃机就掀起了第三次人类能源史的变革。1859年，德瑞克用小型蒸汽机为动力的钻探机在21.6米深的地方发现石油，为美国与全球拉开了第一波石油热的序幕。石油的应用与内燃机的发明，引起了交通运输领域的革命性变革。19世纪晚期，新型的交通工具——汽车出现了。80年代，德国人卡尔•本茨成功地制成了第一辆用汽油内燃机驱动的汽车。1896年，美国人亨利•福特制造出他的第一辆四轮汽车。与此同时，许多国家都开始建立汽车工业。随后，以内燃机为动力的内燃机车、远洋轮船、飞机等也不断涌现。1903年，美国人莱特兄弟制造的飞机试飞成功，实现了人类翱翔天空的梦想，预告了交通运输新纪元的到来。另一方面，内燃机的发明推动了石油开采业的发展和石油化学工业的产生。有机化学工业方面，从19世纪80年代起，人们开始从煤焦油中提炼氨、苯、人造染料等。利用化学合成方法，美国人发明了塑料，法国人发明了人造纤维。化学工业的发展，极大地改变了人们的生活。石油成为一种极为重要的新能源。1870年，全世界开采的石油只有80万吨，到1900年猛增至2 000万吨。

依托于石油、内燃机和电力的应用，世界由“蒸汽时代”进入“电气时代”。在这一时期里，一些发达资本主义国家的工业总产值超过了农业总产值；工业重心由轻纺工业转为重工业，出现了电气、化学、通讯等新兴工业部门。石油的应用越来越广泛，成为了经济血液，各国展开了石油资源的争夺。石油也牵动着20世纪的战争，例如，日本偷袭珍珠港，直接诱因是美国对日本实施石油禁运。历次中东战争，两伊战争，伊拉克入侵科威特，两次海湾战争，也都与石油息息相关。生产力的迅猛发展改变着社会结构和世界形势，西方国家掌握了先进的生产力，实力日益壮大，开始确立对世界的统治。