山西能源加速转型。

资料图

　　《能量与文明：一部历史》是瓦茨拉夫·斯米尔年的最新著作，出版于2017年，聚焦能量这一切入点，研究人类万年历史进程。本书既有着文明层面的宏大叙事，又提供了大量能量角度的细节描写和数据。不论在宏观视角方面，还是在事实例证和数据方面，都为观察文明进程、技术进步和能量应用发展提供了参考。

　　太阳由聚变产生提供能量，以太阳能、辐射能等电磁能形态到达地球，通过光合作用转化为植物体内的化学能，储存起来，为所有高阶生命体提供营养。动物通过新陈代谢将营养物质重组为生长的组织，使所有高等物种能够维持身体功能和恒定的温度，并为工作的肌肉提供机械动能。这就是地球生物圈能量流动、存储和控制的最基础过程。

　　在采集社会，人类制作简单工具提升机械效益，运用火将植物的化学能转化为热能，既扩大了人类生活范围，也提高了人类食物能量的获取效率。随着环境的变化和支撑更高人口密度的能量需求增加，种植作物成为一种确保粮食供给充足的尝试，人类步入农业社会。

　　在农业社会，人类选择了能量供给效率和存储效率更高的谷物为主要作物，并开始大范围利用畜力、水力、风力等外部能量。随着轮作、肥料、灌溉等技术的引入，以及农民劳动投入的最大化，大量地区农业走向集约化，大幅提升了单位土地面积的可消化能量产量，支撑了人口密度增加。非农人口比例逐渐提高，导致了职业专业化、居住区规模的扩大、城市文明开始出现，社会日趋复杂。

　　在整个前工业时代，人类文明主要的原动力仍以人类劳力和畜力的生物能量为主，不过有效的组织和杠杆、绞盘、滑轮等工具大幅提升了生物能量的机械效益。

　　生物能量之外，水力和风力是最主要的能量来源。水车在公元前就已出现，从早期的碾磨谷物，到中世纪晚期的冶炼矿石、石头和木材的切割和加工、榨油、造纸、鞣革、锻铁，水力成为推动早期工业化的重要原动力。作为最有效的传统能量转换设备，水车的效率甚至长时间高于蒸汽机，直到19世纪60年代末，它们的有用能量输出才被蒸汽机超过，欧洲一些水车甚至在1950年后依然在运行。

　　风力的利用历史同样悠久，主要通过风帆将风力转化为动能。通过风车来大范围利用风力则要晚数百年，由于不稳定性和利用难度高，风车也不及水车那样具有决定性作用。但在平原和低地区域，风车仍是前工业时代的主要原动力之一。荷兰是最典型的风力受益国家，风车为该国的低洼田地排水，进而能够将堤围泽地垦为农田，成为荷兰的立国之本。

　　原动力之外，生物质燃料是前工业时代最主要的热、光能来源。木本植物和木炭是最主要的生物质燃料。古代中国是少数的例外，因为自汉代起，中国北方的人们就开始使用煤炭来炼铁，四川人则燃烧天然气来蒸发盐水。

　　化石燃料的广泛应用和工业化基本同步。化石燃料时代，不仅仅是化石燃料替代了植物质燃料，来直接提供热和光能，更重要的是能量转化的方法的提升和电的应用。人类引入了新原动力，包括蒸汽机、内燃机、蒸汽轮机和燃气轮机等，并发明了转化原始燃料的新工艺，包括用煤生产冶金焦炭、精炼原油以生产各种液体和非燃料物质，以及将煤和碳氢化合物用作原料的新的化学合成过程。这大幅提升了能量流动和控制的效率。蒸汽机是第一个能将煤的化学能转化为机械能且同时具备实用性、经济性和可靠性的转化设备，也是第一种由化石燃料驱动而非几乎即时转化太阳能的非生命原动力。

　　电气化是另一个化石燃料时代的革命性能量应用转变。电不仅有着极高的传输效率，还更易控制。蒸汽机替代水车并没有改变工业生产中的机械能传输方式，仍然是主轴连接大量副轴，通过皮带将动力传送到各个机器。机器的停机和传动故障都会使整个系统停摆。这种设置带来了巨大摩擦，造成了能量损失，并且复杂、巨大的传动装置极大限制了能量应用场景。但电动机能驱动的传动轴更短，能为小组机器独立提供动力，电力的广泛应用使得能量灵活、高效地控制成为可能。化石燃料的应用，伴随着工业化，带来了农业和交通运输业的变革，信息通信领域的创新，最终极大地推动了人类文明的发展。

　　从通常意义上来说，文明的进步似乎约等于更高的粮食产量，生产更多且更多样化的商品，运输更多的产品，并创造获得几乎无限量的信息的途径等。这些追求，从最根本的物理意义上来说，就是能量转换的过程。能量，是人类文明历史的唯一的通用货币。

　　基于此逻辑，从具体产业层面来看，能量转换的过程就是能量流动、存储和控制的过程，那么所有与人类能量相关的进步创新，例如新能源创新，也无外乎于能量流动、存储和控制三个维度的效率提升。

　　瓦茨拉夫·斯米尔在书中也提到了能源转型，认为能量的转型的过程是渐变的，既有的能源和原动力可能存续相当长时间，新的能源或技术可能需要经过长期的普及才能逐步占据主导。这种能量系统的惯性往往是功能性、可获得性和成本的组合因素造成。

　　在能量史上，此类例子比比皆是。罗马水磨坊最早在公元前1世纪就出现了，但要再过大约500年才真正普及，而且即便到那时，它们的用途仍几乎完全局限于谷物研磨。在林业资源丰富的美国，到19世纪80年代，煤燃烧的份额才超过木材。二战期间，美国主要的货运船是大规模生产的“自由”级(EC2)，它的驱动引擎不是当时新的高效柴油发动机，而是久经考验的由燃料油驱动的三缸蒸汽机。

　　结合现实，目前的新能源产业中，锂电等电池产业链的发展，核心正在于进一步改善化石燃料和风光可再生能源的能量转换中的存储效率。而风光能虽然在整体能源供给当中占比极低，但核聚变近年来取得的进展又再次激发了业界的热情，例如，2022年12月13日，美国能源部宣布美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室首次成功在核聚变反应中实现能量净增益。这些技术的发展很有可能代表了第四次能量转型的方向。

　　但在时间周期上，由于这些技术方向仍然还存在大量技术限制有待突破，也尚未实现能量转换的实质性大幅提效，叠加基础设施所需的巨额投资和大规模旧有能量系统的惯性等因素，第四次能量转型可能确实任重道远。

　　当然，人类对生态崩溃威胁的共识，理论上有可能加速可再生新能源从具备效率优势到快速替代化石燃料能源的过程。