新能源开发与利用(新能源开发与利用前景)

 

能源的开发和利用既是人类文明史的重要内容之一，也是人与自然发生互动关系的一个主要方面。人类探索利用新能源及开发新的能源利用技术的脚步从未停止过。历史上曾经历多次重大能源变革，每一次新能源的开发利用和技术突破，都极大地促进了生产力的提高和文明的进步。近代以来，能源的重要性与日俱增，那些能源丰富及能源技术创新领先的国家和地区，其经济增长速度往往更快。今天，能源更是关乎各国民生与可持续发展乃至国家安全的重大战略问题。

人类历史上第一次意义重大的能源进步，是对火的控制和利用。大约五十万年前，直立人就已经学会了用火。对于史前人类而言，火的作用不可小视。火使人类走出了茹毛饮血的时代，增强了体质，提高了智力，人口数量随之增加，活动范围不断扩大。晚至距今一万年以前，除了南极以外，地球上所有大陆都有了人类的足迹。通过用火来获取有机物中累积的太阳能，使人类首次支配了一种自然力，这是人类文明史上的一个巨大进步。

从生态环境的角度来看，人类历史上第二次重大能源进步是距今万年前后农业的发生。通过种植作物与驯养家畜，人类更有效地把太阳能转化为食物、热量和动力。农业文明时代的燃料是薪柴，动力有人力、畜力、风力和水力等。距今约六千年前，乌克兰大草原上的人们将马驯化为驮兽，来拉运货车和战车，用以骑乘。公元1000年左右在波斯出现了风车，此外在中国沿海及荷兰等多风地区，也经常能看到风车。1650年的荷兰，在需要抽水的农村，至少矗立着8000座风车。水车源自中亚和东亚，从欧亚大陆到北非，在大河溪流之畔，经常能看到水车。

氢燃烧的产物是水，所以氢能是世界上最干净的能源。大力发展氢能，有利于实现“双碳”目标，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。而且，氢是自然界存在最普遍的元素，据估计，它构成了宇宙质量的75%，可谓取之不尽用之不竭！

化石能源的开发和利用是人类历史上第三次影响深远的能源进步。化石能源是一种储存了太阳能的生物质，经由漫长的地质年代形成。迄今为人类开发利用的化石能源有泥炭、煤炭、石油和天然气等。泥炭是一种初级化石能源，这种能源在多沼泽的荷兰储量丰富。荷兰是第一个采用泥炭为主要燃料和动力的国家，由此开启了人类利用化石能源的时代。英国本土藏有丰富的煤炭资源，且有很长的煤炭利用史。在此基础上，18世纪的英国发生了近代史上最重要的能源技术革命，即高效利用煤炭的蒸汽机的发明和应用。这一变革使英国突破了制约经济发展的能源瓶颈，实现经济腾飞并确立了世界头号强国地位。源于英国的化石能源技术革命开启了近代世界工业文明的历史大幕，极大地促进了工业化国家生产力的发展和经济增长。

不过，以煤炭为燃料的蒸汽机庞大笨重，燃煤还会造成严重的空气污染。由煤炭制成的煤气储存与运输成本高，并且有爆炸危险。被发现的石油是一种比煤炭能量更高且更容易储存和输送的化石燃料。起初人们对石油的需求不大，直到19世纪中叶，当人们了解到无法再依赖鲸脂照明时，才开始对石油产生了更大的需求。几乎同时，从石油中蒸馏煤油的技术取得突破，由此掀起了第一轮石油开发热。

19世纪末，以石油为燃料的内燃机被发明出来。此后不久，效率更高的柴油机和涡轮机先后问世。19世纪末20世纪初，随着内燃机的发明、应用和改进，汽车和飞机被制造出来并应用于生产和生活中。一个多世纪以来，发动了轿车、卡车与拖拉机的内燃机，可以说是地球上最有影响力的发明之一。整个20世纪，人类严重依赖石油，使石油成为决定国际事务、影响世界历史变迁的主要因素之一。

晚近得到开发利用的化石燃料是天然气。天然气是储藏于地层中的烃类和非烃类气体混合物。现代意义上的天然气开发利用始于20世纪20年代的美国，最初主要作为照明、取暖和炊煮的燃料。在美国，二战后特别是20世纪70年代以来，随着输送管道网络建设的发展，天然气在居民生活和工业中得到广泛应用。1965年以后，天然气在西欧一些国家也得到较快发展。如今，天然气在很多国家都成为一种不可或缺的能源，特别是在民用生活领域。

19世纪中叶，对更为便捷灵活的动力和交通运输条件以及更充足照明的需求促进了人类历史上新的一次重大能源进步的发生——电力的发明和应用。到19世纪末，西方社会迅速进入了电气化时代。电力被人类学家视为现代文明的重要标志和象征。电力引起许多国家，包括十月革命胜利后的苏俄的高度重视。1920年，列宁在全俄国民大会上讲道：共产主义是苏维埃力量加上整个国家的电气化。内战后苏联建设了许多发电厂。美国也建设了越来越多用来发电的水坝，这些水坝及其产生的电力在美国研发原子弹时发挥了重要作用。

选用可选择冲水量或者水箱容量≤6升的节水型坐便器，将坐便器进水机构内的浮子调整到低水位，可减少冲水量。

20世纪尤其是20世纪下半叶，人类在能源开发利用的道路上又取得了重大突破，通过控制原子核的变化——核裂变和核聚变来获取巨大的能量。20世纪三四十年代，纳粹德国和美国等都进行了核裂变实验。通过实施曼哈顿工程，美国取得成功并于二战结束前在日本广岛和长崎投下两颗原子弹。二战后人类希望和平利用核能。20世纪50年代，苏联、英国和美国先后建设用于发电的核反应堆。其后，世界大部分工业化国家纷纷建造自己的核反应堆用来发电。然而，频发的核事故消解了人们对核电的热情，发展核电也遭遇了越来越大的阻力。

相比化石能源与核裂变，受控核聚变因其能产生巨大能量而备受期待。核聚变产生的放射性物质不多，也不会产生二氧化碳及其他污染物。未来氢聚变是一种理想的选择，但技术突破依然是一个极大的挑战。

回顾人类对能源开发利用的历史，可以得出以下几点启示。首先，人类开发利用的能源类型一直在拓展，能源开发利用技术也在不断进步。这种拓展和进步的动力源于既有能源结构对人类生存和发展的制约。从根本上说，是人类对更有效率的生产和更便捷生活的追求提供了原动力。其次，能源结构的演进有历史的阶段性。能源的转型往往是一种缓慢的、长期的过程，一个新能源时代的到来并不意味着原有能源利用方式的消失。再次，在历史发展的进程中，能源的丰富与能源类型的转换固然重要，但更重要的是能源技术的创新及能源新用途的发现。在很多情况下，并非因获得丰富的能源，而是能源技术创新造就了不同国家和地区发展的差异。最后，随着经济社会的发展和人口的增加，人类对能源的需求也一直在增长，不断增长的需求与能源稀缺构成了一对矛盾，由此也成为引发各种社会冲突的一大根源。

目前，在能源问题上人类依然面临诸多挑战：首先是对煤炭、石油和天然气等化石能源的过度依赖。目前尚无其他足够丰富廉价的能源取代化石燃料，由此也导致化石能源短缺与巨大的能源需求的矛盾。其次，化石燃料是导致空气污染和气候变化的二氧化碳等有害气体的主要来源，这将使对流层温度升高，南北极冰盖消融和海平面上升，进一步破坏全球生态平衡，引发一系列环境问题。

基于化石能源短缺及其环境影响，推动实现能源转型和替代显得十分紧迫。迄今，能源多样化已经成为一种现实选择和趋势，诸如太阳能、海浪和潮汐及地热等，都已成为人类利用的新能源。不过，这些能源在现有能源利用结构中仅占很小比重，而且还存在着不少局限。另外，挖掘现有能源潜力的技术创新也是解决能源短缺的一条重要途径。对于个人来说，应增强能源节约意识，转换消费观念，倡导极简生活方式，减少能源消耗和浪费，为建设生态文明作出贡献。

（作者：滕海键，系辽宁大学环境史与经济社会可持续发展研究院教授）

生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。