想象一下，我們所知的世界明天滅亡了。發(fā)生了世界級(jí)的大災(zāi)變：大流感、小行星撞擊，或者核毀滅。絕大部分人都死了，文明傾毀，后啟示錄時(shí)代的幸存者們發(fā)現(xiàn)他們身處一個(gè)劫后世界：城市荒蕪，人們互相劫掠，弱肉強(qiáng)食成為新的生存法則。

　　就算聽起來(lái)很糟糕，這也不是人類的末日，我們總會(huì)回來(lái)的。就像在歷史中無(wú)數(shù)次的重演，和平與秩序早晚會(huì)重建起來(lái)，穩(wěn)定的社群會(huì)逐漸成型，并痛苦地從頭開始重建技術(shù)基礎(chǔ)。但是這里有個(gè)問(wèn)題：這么個(gè)社會(huì)能走多遠(yuǎn)？一個(gè)后啟示錄時(shí)代的社會(huì)，還有沒(méi)有機(jī)會(huì)再重建一個(gè)技術(shù)文明？

　　說(shuō)得再具體一點(diǎn)，我們今天已經(jīng)消耗了絕大多數(shù)易于開采的石油，還有相當(dāng)一部分淺表而容易開采的煤礦儲(chǔ)備。化石能源既是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)得以組織起來(lái)的核心，又是工業(yè)化本身誕生過(guò)程中的關(guān)鍵角色。而這是一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的角色——就算我們今天在某種程度上可以不靠化石能源（其實(shí)不能），我們能不能在根本沒(méi)有化石能源的情況下重新達(dá)到今日的技術(shù)水平，可是另外一個(gè)問(wèn)題。

　　所以，在一個(gè)星球上，不依靠化石能源儲(chǔ)備而重建文明，有沒(méi)有可能達(dá)到新的工業(yè)革命的可能？換句話說(shuō)，如果地球人從來(lái)沒(méi)有過(guò)石油和煤礦能源會(huì)怎么樣？我們的文明，會(huì)不會(huì)必然停滯于18世紀(jì)以前的前工業(yè)化時(shí)代？

　　我們很容易低估今日世界對(duì)于化石能源的依賴程度。提到化石能源，我們總是會(huì)想到它們最直觀的用途是燃油驅(qū)動(dòng)的車輛以及煤炭天然氣提供的火力發(fā)電。但我們還有賴于大范圍的工業(yè)原料，大多數(shù)情況下，原材料轉(zhuǎn)換為可用的產(chǎn)品需要極高的溫度，比如制造玻璃和金屬制品、水泥、化肥等。大多數(shù)情況下，這些制造過(guò)程所需的熱能來(lái)自化石燃料：石油、煤、天然氣和油。

　　問(wèn)題不止于此。從殺蟲劑到塑料，現(xiàn)代世界運(yùn)作所需的大量化學(xué)產(chǎn)品，都是來(lái)自原油的有機(jī)物。由于世界原油儲(chǔ)量進(jìn)一步減少，可以說(shuō)，對(duì)這些有限資源的最浪費(fèi)的應(yīng)用莫過(guò)于把它燒掉。為了這些這些珍貴的有機(jī)化合物，人們得非常謹(jǐn)慎地保存剩下的這些有限資源。

　　不過(guò)本文要談的主題并不是我們現(xiàn)在應(yīng)該怎么辦——可能每個(gè)人都知道，無(wú)論如何人們都必須過(guò)渡到低碳經(jīng)濟(jì)。我要回答的是一個(gè)（但愿）更為理論化的問(wèn)題：一個(gè)技術(shù)發(fā)達(dá)的文明要崛起，是否必然有賴于易得的古老能源？有沒(méi)有可能在沒(méi)有化石能源的前提下建立工業(yè)文明？答案是：也許——不過(guò)極端困難。

　　太陽(yáng)和風(fēng)：可持續(xù)能源能帶我們走多遠(yuǎn)？

　　首先是一個(gè)自然而然的想法。許多替代能源技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)了，比如說(shuō)，越來(lái)越多的房頂安裝上了太陽(yáng)能板以作家庭或商用之需。一個(gè)誘人的思路是，文明2.0能不能直接從廢墟里撿起前人遺產(chǎn)，以可再生能源作為工業(yè)化的起點(diǎn)呢？

　　唔，在非常有限的意義上是可行的。如果你是個(gè)后啟示錄世界的幸存者，確實(shí)可以收集到足夠過(guò)上一陣子的太陽(yáng)能板，維持電氣化的生活方式。光伏電池沒(méi)有活動(dòng)部件，需要的維護(hù)很少，而且能抵抗惡劣環(huán)境。但是它們也會(huì)隨著時(shí)間而逐漸損耗：濕氣會(huì)侵蝕其外表，陽(yáng)光本身也會(huì)降低硅層的純度，它提供的電力大約每年下降1%，幾代人以后，所有傳承下來(lái)的太陽(yáng)能板就都會(huì)損耗得無(wú)法使用。然后怎么辦呢？

　　要想從頭制造新的太陽(yáng)能板，難如登天。太陽(yáng)能板要用到極端純凈的薄硅片，雖然原料只是常見的沙子，但處理和精煉硅需要用到復(fù)雜精密的技術(shù)。這一技術(shù)能力差不多也就是我們用來(lái)做現(xiàn)代半導(dǎo)體電子元件所需的。開發(fā)這一技術(shù)已經(jīng)花費(fèi)了漫長(zhǎng)的時(shí)光，很可能恢復(fù)這一技術(shù)也一樣久。所以一個(gè)處于工業(yè)化早期的社會(huì)可能不會(huì)有能力生產(chǎn)光伏太陽(yáng)能了。

　　不過(guò)，從電能開始可能是一條正確的思路——現(xiàn)今的大多數(shù)可再生能源技術(shù)生產(chǎn)的是電力。在我們自己的歷史進(jìn)程中，電的核心現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于十九世紀(jì)上半葉，大大晚于蒸汽機(jī)械的早期發(fā)展。那時(shí)的重工業(yè)已經(jīng)依賴于基于內(nèi)燃的機(jī)械裝置，自那以后，電能在我們組織經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)程中主要扮演了輔助型的角色。但是這個(gè)順序能不能變換？工業(yè)化進(jìn)程是否要求熱能機(jī)械必須先出現(xiàn)？

　　表面上來(lái)看，一個(gè)進(jìn)步中的社會(huì)有能力建起發(fā)電機(jī)，然后把它們聯(lián)到簡(jiǎn)易風(fēng)車和水車上，稍晚再發(fā)展出風(fēng)力渦輪和水力大壩，這一切并不是絕對(duì)不可能。在一個(gè)沒(méi)有化石能源的世界里，我們可以設(shè)想一個(gè)在很大程度上繞過(guò)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展歷史的電力文明。它的運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施是靠電氣列車和有軌電車來(lái)支持長(zhǎng)途運(yùn)輸和城市交通。之所以說(shuō)“很大程度上”，是因?yàn)槲覀儧](méi)辦法完全繞過(guò)它。

　　雖然電動(dòng)機(jī)也許能取代燒煤的蒸汽引擎，滿足機(jī)械應(yīng)用，但是正如我們所見的，我們社會(huì)還在依賴熱能來(lái)驅(qū)動(dòng)許多必不可少的化學(xué)反應(yīng)和物理轉(zhuǎn)化。不用煤，一個(gè)工業(yè)化社會(huì)要怎么生產(chǎn)像鋼鐵、磚塊、灰泥、水泥和玻璃這些關(guān)鍵建筑材料呢？

　　你當(dāng)然可以用電力來(lái)生產(chǎn)熱能。我們現(xiàn)在已經(jīng)在使用電爐和電窯了，現(xiàn)代電弧爐已經(jīng)被用于生產(chǎn)鑄鐵和回收鋼材。問(wèn)題并不在于電能可否轉(zhuǎn)化為熱能，只不過(guò)，有意義的工業(yè)化生產(chǎn)需要巨量能源的支持，如果僅僅使用可再生能源發(fā)電作為熱能來(lái)源，比如風(fēng)力和水力，會(huì)相當(dāng)捉襟見肘。

　　另一種可能思路是直接用太陽(yáng)能生產(chǎn)高溫。比起對(duì)光伏板的依賴，太陽(yáng)能聚熱農(nóng)場(chǎng)可以用巨大的鏡子把陽(yáng)光的射線集中于一小點(diǎn)。用這種方式集中的熱能可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)特定的化學(xué)或工業(yè)過(guò)程，或者制造蒸汽，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。但盡管如此，這一系統(tǒng)仍然很難（比如說(shuō)）產(chǎn)生融鐵鼓風(fēng)爐內(nèi)部所需要的高溫。此外顯而易見的是，太陽(yáng)能聚熱的能效還重度依賴當(dāng)?shù)氐臍夂颉?/p>

　　位于西班牙的最早的太陽(yáng)能聚熱農(nóng)場(chǎng)

　　很遺憾，要想產(chǎn)生現(xiàn)代工業(yè)所需的“白熱”，除了燒東西，我們還真沒(méi)有太多好選擇。

　　但是，那并不意味著我們必須得燒化石能源。

　　燃燒的的力量：能不能重返木材時(shí)代？

　　讓我們快速回顧下現(xiàn)代工業(yè)的“史前時(shí)期”。在用上煤之前很久，木炭就已經(jīng)被廣泛使用來(lái)融化金屬。它其實(shí)在很多方面更有優(yōu)勢(shì)：比煤燒起來(lái)溫度更高，雜質(zhì)還少得多。實(shí)際上，煤的雜質(zhì)是延緩了工業(yè)革命進(jìn)程的主要因素之一——在燃燒過(guò)程中釋放出來(lái)的雜質(zhì)會(huì)污染加熱中的產(chǎn)品。在融化過(guò)程中，硫雜質(zhì)會(huì)滲入融化的鐵，從而使成品脆而易碎，造成使用時(shí)的安全問(wèn)題。人們花了很長(zhǎng)時(shí)間解決工業(yè)生產(chǎn)中怎樣應(yīng)用煤的問(wèn)題，而在這一段歷史時(shí)期中，木炭的表現(xiàn)相當(dāng)完美。

　　但是接下來(lái)，我們就不用木炭了。回頭看看，這有點(diǎn)可惜。只要木炭來(lái)自可持續(xù)來(lái)源，那它本質(zhì)上就是碳中性的，因?yàn)樗](méi)有往大氣里排放新的碳——雖然這對(duì)早期工業(yè)化文明而言倒也不是值得擔(dān)憂的事情。

　　不過(guò)以木炭為基礎(chǔ)的工業(yè)并沒(méi)有全部消亡。事實(shí)上，它在巴西活了下來(lái)而且有復(fù)興之勢(shì)。由于豐富的鐵礦儲(chǔ)備和稀缺的煤礦，巴西是世界第一大的木炭生產(chǎn)國(guó)，也是第九大鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，這并不是什么小作坊式的工業(yè)生產(chǎn)，所以巴西案例給我們的思想實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)鼓舞人心的例子。

　　巴西用來(lái)制造木炭的樹木主要是速生桉類，是專門為此目的培育的。傳統(tǒng)造炭的方法是把砍好自然風(fēng)干的木頭壘成圓頂狀的一堆，讓木頭悶燒的同時(shí)，用草皮或土壤覆蓋以隔絕空氣流動(dòng)。巴西企業(yè)把這一傳統(tǒng)技藝的規(guī)模大大擴(kuò)增，使其可以用于工業(yè)化生產(chǎn)。風(fēng)干的木塊被堆放在低矮的圓柱形磚石窯里，排成長(zhǎng)列以便于依序裝卸。最大的生產(chǎn)點(diǎn)可以容納上百個(gè)這樣的窯，置入木材后就封閉出入口，從上方點(diǎn)燃。

　　巴西的木炭生產(chǎn)

　　木炭生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)際上是在窯內(nèi)部保留剛夠反應(yīng)所需的空氣。需要有足夠的燃燒熱，產(chǎn)生足以驅(qū)走濕氣和可揮發(fā)物質(zhì)的熱量，并對(duì)木材進(jìn)行熱解，但熱量不能高到把木頭直接燒成一堆灰。窯的管理人員需要隨時(shí)監(jiān)視燃燒狀態(tài)，細(xì)心監(jiān)視窯口排出的煙，隨時(shí)用粘土打開或者封上通風(fēng)口來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)過(guò)程。

　　欲速則不達(dá)，這種嚴(yán)格控制悶燒的低溫?zé)捥糠椒ù蠹s需要一周的時(shí)間。以此為基礎(chǔ)的同類方法已經(jīng)沿用千年，但這樣生產(chǎn)出來(lái)的燃料的用途十分現(xiàn)代。巴西制造的木炭被裝車運(yùn)出森林，輸送到鼓風(fēng)爐，把礦石煉成生鐵，后者是現(xiàn)代大規(guī)模生產(chǎn)鋼材的基本原料。這些“巴西制造”出口到世界各國(guó)，在那里被加工成了汽車、水槽、浴缸和廚房用品。

　　大約三分之二的巴西產(chǎn)木炭來(lái)自可持續(xù)的種植體系，所以木炭的現(xiàn)代用途有“綠色鋼材”的美譽(yù)。遺憾的是是剩下三分之一是來(lái)自非可持續(xù)的原生林砍伐。盡管如此，巴西案例的確提供了一個(gè)榜樣：在化石能源之外，我們還有什么路徑可以供應(yīng)現(xiàn)代文明所需的原材料。

　　此外，木材氣化可能也是一種相關(guān)的選擇。使用木材來(lái)提供熱能和人類的歷史一樣久遠(yuǎn)，而僅僅燃燒木頭只利用了它三分之一的能量；其他能量則隨著氣體和蒸汽在燃燒過(guò)程中的釋放而隨風(fēng)飄散了。在適當(dāng)?shù)臈l件下，就算煙也是可燃的。我們不想浪費(fèi)它。

　　推動(dòng)木材的熱解并收集產(chǎn)生的氣體，比單純的燃燒更好。如果你點(diǎn)燃一根火柴，就能觀察到這一基本原理：明亮的火焰并不直接出現(xiàn)在木頭上：它飄舞在火柴梗之上，兩者之間有一道清晰的間隔，火焰實(shí)際上是由熱解的木頭所提供的熱量支持的，而氣體只有在和空氣中的氧氣相結(jié)合時(shí)才燃燒。近距離看一根火柴可好玩了。

　　一根點(diǎn)燃的火柴可以觀察到在木頭梗和火焰之間的空隙

　　為了在受控條件下釋放出這些氣體，我們得在一個(gè)密閉容器里頭烤木頭。氧氣受到嚴(yán)格控制，這樣木頭不會(huì)直接著火。它會(huì)發(fā)生一種稱為高溫分解的復(fù)雜化學(xué)分子分解過(guò)程，然后容器底部的這團(tuán)高溫碳化的木炭和分解后的產(chǎn)物進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳和氫這樣的可燃?xì)怏w。

　　這樣合成的“發(fā)生爐煤氣”是一種多才多藝的燃料：它可以儲(chǔ)藏或經(jīng)由管道運(yùn)輸，用于街燈或者供暖系統(tǒng)，也可以用于復(fù)雜的機(jī)械如內(nèi)燃機(jī)。二戰(zhàn)汽油短缺時(shí)期，世界各地有百萬(wàn)輛以上的木材氣汽車保障了民間運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)作。在占領(lǐng)時(shí)期的丹麥，有95%以上的農(nóng)機(jī)、卡車和漁船是由木材氣驅(qū)動(dòng)的。大約三公斤木材（取決于它的干燥程度和密度）內(nèi)含的能量和一升汽油差不多，而氣動(dòng)力汽車的能耗單位是英里/每公斤木材而不是英里/每加侖。戰(zhàn)時(shí)的氣動(dòng)力汽車大約每公斤木材能行駛1.5英里，今天的設(shè)計(jì)則在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的改進(jìn)。

　　但其實(shí)，“木瓦斯”除了驅(qū)動(dòng)汽車以外還大有可為。實(shí)際上它對(duì)于前述任何需要熱能的制造過(guò)程都適用，比如給制造石灰水泥磚頭的窯供能。木瓦斯的發(fā)電機(jī)組可以輕松為農(nóng)業(yè)和工業(yè)設(shè)備以及各種泵提供電力。在這一領(lǐng)域，瑞典和丹麥對(duì)于可持續(xù)森林和農(nóng)業(yè)廢料的利用居于世界領(lǐng)先水平，他們將這些能源用于運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電站里的蒸汽輪機(jī)。一旦蒸汽在“熱電聯(lián)供工廠”（CHP）利用完畢，它就被輸送到附近城鎮(zhèn)和工廠用于供熱，使這一CHP電力工廠能夠?qū)崿F(xiàn)90%的能效。這種工廠展示了完全不再依賴化石能源的卓越工業(yè)前景。

　　但我們有多少木材可以用？

　　那么這算不算就解決了？我們能不能把新的社會(huì)重建在木材供能和可再生能源供電的基礎(chǔ)上？也許，如果人口相當(dāng)少的話。但是這里還有個(gè)難題。這些可替代選項(xiàng)的前提是幸存者們有能力建造高效的蒸汽渦輪、熱電聯(lián)供工廠和內(nèi)燃機(jī)。我們當(dāng)然知道怎么做這些東西，但是如果文明已經(jīng)毀滅了，誰(shuí)知道這些工藝知識(shí)會(huì)不會(huì)一同消失？如果連知識(shí)一起消失了，后人還有多少可能性能夠重建它們呢？

　　在我們自己的歷史中，蒸汽引擎的首次成功應(yīng)用是用于煤礦抽水。這是一個(gè)燃料十分充裕的環(huán)境，所以最初的設(shè)計(jì)雖然效率極低也沒(méi)關(guān)系。不斷增長(zhǎng)的煤產(chǎn)量首先用來(lái)融化鐵原料，然后把鐵塑造成型。鐵制部件被用來(lái)制造更多的蒸汽引擎，最終用于發(fā)掘礦藏或者驅(qū)動(dòng)鑄鐵廠的鼓風(fēng)爐。

　　而且，顯然機(jī)械工廠也使用蒸汽機(jī)制造更多的蒸汽機(jī)。只有在蒸汽引擎造好投入使用之后，后續(xù)的工程師才能著手改進(jìn)它的效率以及節(jié)能。人們其后研制出降低體積重量以及將它用于運(yùn)輸或工廠化生產(chǎn)的各種方法。換句話說(shuō)，工業(yè)革命的核心存在一個(gè)正反饋循環(huán)：生產(chǎn)煤、鐵和蒸汽機(jī)都是互相支撐的。

　　在一個(gè)沒(méi)有現(xiàn)成煤礦的世界里，人們有可能根本沒(méi)機(jī)會(huì)去測(cè)試那些鋪張浪費(fèi)的蒸汽機(jī)原型——雖然這些原型隨著時(shí)間推移會(huì)變得更成熟更高效。如果沒(méi)有在更為簡(jiǎn)單的蒸汽引擎外燃機(jī)——獨(dú)立鍋爐和氣缸活塞的蒸汽機(jī)上一試身手，一個(gè)社會(huì)有多大的希望能夠充分理解熱力學(xué)、冶金技術(shù)以及機(jī)械力學(xué)，來(lái)制造更復(fù)雜、更精確有效的內(nèi)燃機(jī)組件呢？

　　為了達(dá)到當(dāng)代的技術(shù)高度，我們消耗了大量的能源，大概要重來(lái)一次也需要許多能源。沒(méi)有了化石能源，就意味著我們未來(lái)的世界所需要的木材量多得嚇人。

　　在像英國(guó)這樣溫和的氣候下，一英畝的闊葉樹每年可以生產(chǎn)四到五噸的生物燃料。如果培養(yǎng)速生品種，比如柳樹或芒草，產(chǎn)量可以達(dá)到四倍。最大化木材生產(chǎn)的訣竅，是使用“矮林作業(yè)法”：培養(yǎng)一些從自己的樁部長(zhǎng)出基稍的樹種，比如梣樹或者柳樹，它們?cè)?-15年內(nèi)就可以被再次砍伐。這可以保證持續(xù)的木材供應(yīng)，而無(wú)需擔(dān)心把周圍的樹砍光了造成能源危機(jī)。

　　“矮林作業(yè)法”：一棵砍伐完畢的樹次年從樁部直接長(zhǎng)出基稍

　　但這就是麻煩所在了：矮林作業(yè)技術(shù)在前工業(yè)時(shí)代的英格蘭已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟。它無(wú)法跟上社會(huì)快速發(fā)展的腳步。核心問(wèn)題在于，樹林就算管理得再好，也要與其他土地用途發(fā)生沖突——主要是農(nóng)業(yè)用地。發(fā)展的雙重困境是，隨著人口增長(zhǎng)，人們需要更多的農(nóng)場(chǎng)提供食物，也需要更多的木材提供能源，這兩種需求爭(zhēng)奪的是同一片土地。

　　在我們自己的歷史上，事情是這樣發(fā)展的：從16世紀(jì)中期開始，英國(guó)通過(guò)大量開采煤礦來(lái)回應(yīng)這一困境——本質(zhì)上是發(fā)掘地底下古代森林的能源而無(wú)需降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。一英畝小樹林一年生產(chǎn)的能量相當(dāng)于5-10噸煤，但后者可以直接從地里挖，比等待樹林重新長(zhǎng)成要快得多。

　　正是這個(gè)熱能供給限制，將會(huì)成為沒(méi)有化石能源的社會(huì)嘗試工業(yè)化的最大問(wèn)題。在我們的后啟示錄世界，或者在任何沒(méi)能利用上化石能源的假想世界都是如此。一個(gè)社會(huì)沒(méi)有這些條件而要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，就得把努力集中在特定的極為優(yōu)越的自然環(huán)境上——不是像18世紀(jì)英國(guó)那樣遍地煤礦的島嶼，而是比如像斯堪的納維亞或加拿大那樣，既有快速水流提供的水力能源，又有廣闊的植被提供的可持續(xù)熱能。

　　盡管如此，沒(méi)有煤儲(chǔ)備的工業(yè)革命，少說(shuō)也還是非常困難的。今天我們對(duì)化石燃料的使用實(shí)際上在增長(zhǎng)，對(duì)此憂慮的諸多理由人們已經(jīng)太熟悉，不需要在此重復(fù)。走向低碳經(jīng)濟(jì)勢(shì)在必行。但同時(shí)我們也應(yīng)當(dāng)知曉，這些積累起來(lái)的熱能儲(chǔ)備是怎樣支持我們一步一步走到今天。如果從來(lái)沒(méi)有它們，人們也許會(huì)采用一條艱難之路，使用可再生能源和可持續(xù)的生物燃料來(lái)緩慢推進(jìn)機(jī)械化進(jìn)程，最終或許也有可能成功——但是也可能不行。我們最好希望我們自己文明的未來(lái)是樂(lè)觀的，因?yàn)槲覀兛赡芤呀?jīng)耗盡了任何后繼社會(huì)步我們后塵所需的所有資源。