平理 | 理科常识科普：化工技术，是人类文明的福音。
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作者：天祥宋瑞 授权原创
化工泛指运用化学方法改变物质组成或结构、合成新物质的化学生产技术，也就是化学工艺，其产品被称为化学品或化工产品。现代人的生活对于各类化工产品须臾不能离，化工产品服务于人们衣食住行精神娱乐生老病死的方方面面，化工产业的水准反映了一个国家的现代化程度，有些化工产品化学技术在人类发展史中起着划时代的作用。它们的生产和应用，甚至代表着人类文明的某些阶段性转折。
早期人类对物质的获得来自天然资源的直接利用，对火的使用是最早的化学手段，通过燃烧、温度控制来改变物质的化学性质物理性质来得到需要的产品。在人类古代文明史中利用化学技术进行生产的例子很多，诸如对食物、药物的加工、陶瓷器的制作、金属物的获得等等。在古代化学手段经验积累的基础上，近代（18世纪开始）产生了科学的化学方法，进一步改善了产业技术，极大的提升了社会生产力，人类文明从古代过渡到现代，化学工艺的发展是关键节点。通过各种化工产业，人类很大程度上摆脱了对天然材料的依赖，用化学手段合成的物质应用到制造业的各个领域，一些在古代社会由于材料限制、自然限制而不可多得的产物，成为今天社会大众供应的常态。
以化学技术对农业生产的作用为例，农业技术的发明是人类文明的一次飞跃，跟渔猎采集获得食物的生产方式相比，种植庄稼能得到更稳定的食物供应。在渔猎采集时代，受到自然食物源产量不稳定造成人类文明聚落的人口难以扩充，区域内自然生长的动植物一旦低于人类聚落的消耗需求，人类聚落就只有迁徙或自我消减人口来适应自然供应。在农业时代之前，人类社会的人口总量很低，单独的部落形式一般不足千人。在农业时代初期，全球人口就产生了爆发性增长，并可以组成千人乃至万人的部落社会。
早期农业社会对肥料和农业生产的认知不是很清晰，依靠自然地力提供农作物生长需要的养分，但很快就认识到添加肥料增加农作物生长效率的知识。四大古文明（巴比伦、埃及、印度、中国）都崛起于农业，但只有中国通过主动施肥来提升农业产量，适应不断增长的人口需要，巴比伦和埃及都是在原始地力能量耗尽后，走上了文明衰落的下坡路。肥料的生产是中国古代对农业发展的重要技术，中国古人通过天然有机物发酵这种原始的化学手段来获得可以改善土壤性能的天然肥，不但提高了农田单位产量，更是将农业生产扩大到了很多在自然条件下本不适合农业发展的区域。伴随着可耕作地区的增长，古代中国文明扩张到了一种让人难以置信的广大程度。民以食为天，肥料技术是增长并保障农业产出的重中之重。
在世界范围内，用近代化学技术生产的“化肥”是主要农业区的生产必须。而化肥是现代化工产业的标志性技术产品之一。不能生产化肥或产能不足需要进口的国家，农业都不甚发达。即便是印度这种自然条件极佳的地区，也因为化肥不足而无法成为农业现代化大国，直接现象就是大多数国民过着三餐不继的生活。在降水、日照、温度、耕地面积、耕地自然土质都优于中国的前提下，其人均粮食保有量甚至比中国三年自然灾害时期还低。这仅是化工产业对国家影响的例子之一。
化工跟农业的关联还有农药、激素、除草剂这些农用剂的生产与使用。美国是全球农产品供应大国，美国靠区区三百万农业人口控制了30亿亩耕地，耕地面积面积居世界第一（印度耕地面积世界第二，中国仅第四）。除了使用农业机械外，美国的化学农用剂的研发、生产和使用都是世界前列，是当仁不让的农业超级大国。美国的化工产业更是世界首屈一指，很多化工技术都走在世界前列。拥有发达的化工产业技术能力，保障了美国社会的物质丰富程度，令很多国家难以望其项背。
不仅农业，化工产品更是覆盖到了社会的任何一个角落，化学工艺为全领域制造业提供技术服务，任何制成品以及生活细节都离不开化学技术的支持。化学能源是电力及机械运动能量的主要来源，人工化合物、天然化合物是一切材料的基础。在现有的科学水平上，一旦化学工业停止运作，人类文明会倒退到中世纪，全世界90%的人口都将由于缺乏食物、药物以及必须的生活用品而死亡，剩余的人口也会因为疾病（没有特效药）、营养（没有针对性的维生素、激素类保健品）等原因，寿命大为缩短，宝贵的化学产业关系到全人类文明的安危。基于当代化工业对于石化能源的高度依赖性，而社会生活对化工产品的高度依存性，在尚没有达到革命性的技术突破之前，化工产业也存在着脆弱的一面，如何提高产业效率，发挥现有技术潜力，使之能坚持到新技术诞生，让人类社会安全衔接和过渡到未来产业时代，是科学界一直在研究的战略课题。
任何事物都有两面性，从远古人类使用最初级的化学技术开始，人为的化学污染问题就伴随着人类文明的发展而产生。使用火带来一系列生活生产上的方便的同时，不仅氧化燃烧造成的事故时有发生，在人类集中居住的地区，生活生产用火形成的烟霾现象就已经为古人所注意。古代那些初级的、涉及化学工艺的生产形式，比如造纸、印染、开矿、酿造、炼丹制药等，都会不同程度的对周边环境形成污染。中国周朝时期曾经禁止在河流上游浣洗桑麻，清代禁止在饮用水源周边采矿等作业，都是为了防止生产过程中的化学衍生物对环境造成负面效应。到了工业革命以后，大工业对环境的影响问题得到了更深刻的认识。上世纪七十年代以来，旨在以防治环境污染、改善生态环境、保护自然资源为目的环保产业崛起，用现代技术对人类一直以来的生产开发造成的环境破坏进行修正。主要措施包括关闭小型的、分散的高污企业，为中大型企业配套环保设备用化学手段中和生产排放物的毒性；减少毒副作用大的化学品在生产上的使用，比如通过分子生物工程技术培育新型农作物品种降低对传统农用剂的依赖；开发应用新型燃料，提高燃烧率，降低不完全燃烧产生的碳排放；研究新能源技术，增加水力、风力、太阳能、核能在发电量上的比例。
利用环保技术对现有化工产业进行升级改造，产能发展的前提下降低衍生物污染，已经是全球发达国家继续进步的核心技术牵引力。高分子合成技术是化学领域中出现的最重要的新技术和新方法，它们有助于节省能源并开发新能源，分离或分析环境污染物质和消除污染，是传统化学技术质的进步。新型高分子聚合物会越来多的取代传统材料（天然的、合成的），再度掀起全球制造业领域的技术革命，“工业4.0”时代的门槛，相对于激进环保主义者的去工业化意见，这才是用技术解决技术问题的积极途径。当然这对一个国家的整体产业实力、科技水平提出了新的挑战，在这方面落后的社会体系将在未来遭遇被崩溃的高概率可能性。
生物化学是化学的分支学科，在此基础上产生的分子生物工程是二十世纪七十年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科，是以微生物学、遗传学、生物化学和细胞学的理论和技术为基础，结合了化工、机械、计算机等现代工程技术，目的是主动操纵生物的遗传物质，定向改造生物功能。
生命的诞生来自太古前期地质时期自然的化学反应，由简单到复杂，无论高级生物还是低级生物都有着同样的原始化学属性，分子生物学是研究生命物质的化学组成、结构及生命活动过程中各种化学变化的基础生命科学。和所有的科学研究一样，这个一度是边缘学科的基础研究已经产生了技术上的实用性。通过对组成生命形式的基本物质“脱氧核糖核酸”（DNA、基因）的解码，可以找出影响生物性质的一系列关键化学物质和析出其中无效部分或负效部分加以改进，从而得到更符合需要的生物形式。
生物工程包括五大工程，即遗传工程（基因工程）、细胞工程、微生物工程（发酵工程）、酶工程（生化工程）和生物反应器工程。在这五大领域中，前两者作用是将常规菌（或动植物细胞株）作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。后三者的作用则是这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件，进行大规模的培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。（来自百度词条）
用生物工程技术对养殖类动植物体进行优化，进一步可拓展至生物遗传缺陷导致的亚健康、疾病的修正与治疗领域。当然进一步的发展仍然面临着巨大的技术障碍资金障碍以及人才不足的障碍，即便是发达国家在这方面也都是进展缓慢，至于广大发展中国家，更是遥不可及。
说了这么多，需要对中国在此领域的状况简要介绍一下。中国在近代错失了早期工业革命的阶段，直到新中国建立才开始集中现代化建设。以引进苏联的156个工业项目为全面工业化开端，一边补两次工业革命的技术欠课，一边和已经成型的现代发达国家进行新一轮产业竞争。了解新中国历史就会知道三年自然灾害这个时期，新中国伊始，政府集中举国之力对农田水利设施进行了改造，由于当时中国化工业受到资源的限制，石化能源难以自给，需要从苏联进口，无法进行大规模的石化产业扩展，化工产品尤其是化肥、农药的产能严重不足，中国的农业生产仍然延续了古典的农业技术模式，增产靠传统农家肥和开荒增加耕地来实现，效率很低。面对自然灾害（水旱蝗）的抵抗力不足，加之建国初期人口爆发（十年增长近两亿）达到了传统农业供应的临界，于是产生了长达三年之久的全社会饥饿。这是一段痛苦的历史阶段，直到七十年代末，中国的化工产能终于达到一种稳定的高增长高积累后，才彻底解决了全国人民的吃饭问题。
八十年代中国人口突破十亿，九十年代人口突破十一亿。但由于农用剂和新型农作物育种技术的使用，农作物产量空前提高，从上世纪九十年代末开始，在人口继续保持高增长的情况下，中国却启动了“退耕还林”和在荒漠带“植树造林”的国家政策。到现在减少了约一亿亩耕地，全国范围内造林三千多万公顷。很多在解放初期就已经秃化的荒山和在六七十年代过度开垦毁坏的自然林、湿地都得到了有效的恢复。2008年测量的森林覆盖率由上世纪九十年代的不足14%增加到了20%以上，国土森林覆盖率居世界第六，人工育林面积世界第一（资料援引中国网《中国环境状况公报》），中国的环保进步由此可见一斑。如果没有现代化工产业的大发展，降低了对自然材料的消耗，提高了资源的单位使用效率，是不可能有这样可喜的环保成绩。
发电量是国家现代化程度的硬指标，中国拥有四百多座热电站，整体发电量高居世界首位。但从实际需求来看，由于庞大的人口基数，人均仍然不足，许多家庭和企业单位仍然没有摆脱高峰限电的尴尬。中国的热电站主要是以煤作为燃料（占发电量的70%），尽管已经采取了相当程度的技术降污手段，煤电排放依旧是严重的污染源。对此中国政府已经启动了全国范围内的热电站改造工程，用天然气代替煤炭，全面改造完成后，煤电比例将降至20%以下，届时中国的大气污染程度会得到有效抑制，和英法美德这些工业国一样，在保持强势产能的前提下，还能拥有一个过得去的大环境。当然要彻底消除生产生活环节产生的污染，还要留待新能源技术革命的到来。
工业的污染问题在过去两个世纪困扰全球主要工业国，在今天已经通过技术进步不断得到解决。和激进环保主义者宣扬的不同，工业不发达国家的环境较发达国家实际上一直处于恶化状态。南美洲亚马逊雨林带的国家、亚洲赤道地区的国家、非洲广大地区工业化水平落后，为进口制成品需要大量出口原始资源，原材料价格与制成品的不对等性，造成这些国家和地区的出口进口的严重倾斜，不得不靠过度开采来维持经济局面，尽管如此仍是人民生活贫困，全球饥饿人口主要分布在上述区域，人均寿命也远远低于工业国的水平。非工业国在经济上、政治上、环保政策上全面受制于人，有些国家被联合国列入失败国家的名单，从根本上丧失了发展的机会。
发达工业国不仅对非工业国存在严重经济不对等的剥削，工业国之间的暗战博弈也时时存在。仍以化工业来举例，高分子聚合物是现代产业的不可或缺的因素，石化能源是这类物质生产的基础，大家耳熟能详的PX项目（对二甲苯化工项目。PX是英文P-Xylene的简写，以液态存在、无色透明、气味芬芳，属于芳烃的一种，是化工生产中非常重要的原料——百度词条）就是这个产业的关键领域。随着中国产业的大发展，各类生产中对PX的需求早已经超出了国内的供应能力，每年要花费大量外汇进口。国家选址建设新的PX工厂，却遭到民间抵制，从2010年中国国内开始大规模抵制PX项目开始，中国国内的PX产量增长及其缓慢，同时国际PX原料价格乘机翻了几番，给中国的化工生产造成巨大的经济压力和资金损失，这里面既有激进环保主义者的舆论误导也有国际资本势力有意打压中国产业竞争力的成分在内。
农业是基础产业，对于中国这样的人口大国，农业产能是关系到国家安全的敏感。虽然化学农用剂改变了全球的农业生产模式，极大的提升了农业产量，但也埋下了土壤退化的隐患。美国这样的农业超级大国从上世纪七十年代开始，由于土壤退化原因弃耕了大量的农田，这些弃耕的农田十几年后仍然无法长出茂盛的植被，也无法复耕。利用分子生物工程技术培育对农用剂低依赖型的农作物物种是美国从上世纪七十年代开始的产业项目，中国在八十年代到九十年代亦同步展开相关科目，是除美国外在此领域中技术积累较强的国家之一。中国曾引种了从烟草到棉花等多种新型作物，最成功的当属分子生物工程育种的木瓜，在这之前，木瓜难以在产区外普及，今天全国各地的市场都能买到新鲜的木瓜，而且价格不是高不可攀，是大众消费而非奢侈品。目前国家正在对粮食作物进行分子育种的研究，并取得了阶段性的技术成果。在农业生产上，中国不能和某一些发展中国家那样被美国的种子公司控制，这就需要国家投资和国内推广来形成技术研究到生产环节的良性互动，以此来抗衡美国公司在这方面的已经取得的优势，并形成出口反制，争取全球种子市场。新型的农业技术不仅要保障中国国内的供应还要打造更多的经济增长通道，进一步提升中国的国际竞争力。
综上所述，化学工业作为一切产业的基础，分子生物工程作为未来产业的新兴技术力量，对中国的国家发展，对世界格局的影响至关重要。在中国现代化、科学化的今天，我们不会再犯几百年前与工业革命失之交臂的错误，中国将会在全领域产业和所有发达国家正面较量。中国的产业技术体系、经济格局也将给全世界发展中国家提供一个可以跟进的平台，就如国家主席习近平在演讲中所说：“中国愿意为周边国家提供共同发展的机遇和空间，欢迎大家搭乘中国发展的列车，搭快车也好，搭便车也好，我们都欢迎。”
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