从木到氢，中国何时领先一把？

从钻木取火这一最伟大的技术革命开始，人类文明揭开了崭新的一页，能源被纳入主动管理。

一直到中世纪，木头一直是全球最主要的能量来源和生产资源，森林看起来是一个取之不尽用之不竭的燃料来源。据统计，木头除用作供暖、以及汽船和火车的燃料，还能直接生产多达101种不同的产品：从房子、门窗、鞋子、澡盆等生活用品、耙犁、风车、织布机、印刷机等机器设备，乃至马车、轮船、汽缸等交通工具和城市输水管道。随着全球人口的大幅增加，大片森林被砍伐，树木资源枯竭成了欧洲社会的一大问题。16世纪晚期，英国的木材价格比15世纪上涨了250%。燃料危机出现后，大规模开采和使用煤炭成为英国人的无奈选择。此前，当欧洲人对“昏暗的大洋”怀着恐惧心理，不敢贸然涉足的时候，中国伟大航海家郑和即已率领着庞大舰队纵横驰骋在印度洋上，往来于中国、南亚和东非之间，成为世界大航海时代的开拓者。然而，为时不久，以郑和为代表的明朝官方航海事业由盛而衰，遽然终止；西方航海活动却日渐发达，历久不废。

（郑和船队的中宝船总长超过120米，比其晚了一个世纪的哥伦布远航舰队旗舰“圣玛利亚”号总长25.5米，规模过于悬殊）

每一个煤筐里都装着动力与文明。早在亿万年前，大量埋在地下的植物慢慢形成煤。公元1世纪，罗马人入侵英国，发现了裸露在地面的煤炭，称之为“英国宝石”，并被用来制作首饰。但煤作为燃料的崛起并未伴随着人们的喜悦，相反，煤被认为是低等能量资源：开采、运输和存储较为困难，加工处理繁琐，燃烧又很脏。甚至早在1306年，英国政府还颁布过一道禁止燃煤的法令。但到了17世纪，英国运煤船数量已经远超过运送其他物品船只的总数。18世纪，以煤为燃料的蒸汽发动机问世。詹姆斯·瓦特改造的两台机器分别用在煤矿抽水和带动威尔金森铸铁厂的风箱。“铁路之父”史蒂芬森开通了从煤产地达灵顿到河岸城镇斯托克顿长达42公里的铁路。困扰煤炭开采、运输方式和使用场景的问题逐步得到解决，矿物燃料时代和工业革命隆重登场，“日不落帝国”扬帆起航，欧洲诸国纷纷效仿英国走上工业化道路。从1750年到1890年，燃煤带来的污染使得伦敦起雾的频率显著增长，多场严重的大雾使得伦敦城死亡数千人。时至今日，煤的争议从未停息。全球煤炭产量70多亿吨，中国占比45%，是第二名的5倍多，规模化用煤的发源地英国、法国、意大利以及德国已陆续宣布弃煤时间表。

（17世纪伦敦卸煤场Coal Drops Yard）

（历经长达四年的更新改造，Coal Drops Yard实现了从卸煤场到区域商业中心的华丽转身，成了媲美Covent Garden的世界级地标）

现代工业血管里流淌的是石油。在美国宾夕法尼亚西北部荒野，人们曾用原始的方法收集过几桶黑黑的又带有点臭味的东西，并用来制药。1854年，德雷克“上校”（其实是一名退休列车员）用一个拼凑起来的冲击塔在泰特斯维尔小镇附近地下69.5英尺的地方打出了石油，每天流到地面的有20桶，“德雷克井”成为现代石油工业的发源地。150年后，另一个美国人米歇尔用同样的坚持在德克萨斯开启了页岩气革命。其实，早在4000年前，古巴比伦王国已经开始使用一种后来称为“沥青”的东西，并用它来铺路。早期石油工业得益于美国南北战争而迅速发展，军队用原油给机器做润滑剂、照明以及部分火车燃料。1868年，在克利夫兰当过图书管理员的洛克菲勒在宾夕法尼亚创办标准石油公司，并逐步将油井、炼化到管道运输和销售纳入麾下，开启了石油大托拉斯时代。1885年，汽车之父德国人卡尔·本茨发明了内燃机，但真正实现产业化的是美国福特的T型车。1911年，美国第一个加油站在底特律开业；到1916年，美国马路上行驶的汽车就达340万辆，困扰城市多年的马粪问题也随之终结。以内燃机的规模化普及为标志的第二次工业革命和石油在保证美国及其盟国在两次世界大战中赢得胜利最终使得美国成为世界上最强大的国家。尤其二战让全球看到了石油对整个国家机器运转的作用，德国发起蓝色行动向高加索进攻的战略目的便是获取高加索地区石油，同时打击苏联的石油生产；同时煤制油技术也因石油封锁而获得大规模发展，战时最高峰年产560万吨油品，供应德军近67%的飞机和50%的汽车及装甲车用油。石油成为各国竞相角逐的战略资源，能源也成为影响并塑造全球政治格局的重要力量，战后全球地缘冲突多源自石油。进入21世纪以来，出于保障自身能源安全以及应对全球气候变化等因素，荷兰、挪威、英国以及印度等国已陆续发布了禁售燃油车的路线图。

（19世纪宾夕法尼亚州的油井）

可再生能源回归的时代。在化石能源大规模应用之前，所有使用的能源都是可再生能源，其主要形式是人力、牲畜、水磨、风磨和薪柴。4000年前，美索不达米亚地区居民立起了人类历史上第一台风车，1000年以后在东地中沿岸和中国均出现了风车，直到7世纪欧洲才出现了当地最早的风车，主要用来碾米和提水。12世纪，第一台水平轴式风力机出现。1887年，美国电力工业奠基人Brush安装了一台自动运行的且用于发电的风机——叶轮直径是17米，有144个由雪松木制成的叶片，这台发电机仅为12千瓦运行了约20年。1918年，风电装机已占全球电力总装机的3%，随后10多年，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术成功地研制了多种小型风力发电装置。从1839年法国科学家.Becquerel发现液体的光生伏特效应算起，太阳能电池已经走过了160多年的漫长的发展历史。1854年，贝尔实验室三位研究人员关于单晶硅太阳电池的研制成功（当时报道效率4.5%），对太阳电池的实际应用起到决定性作用。1979年全球太阳能电池安装总量达到1MW。风与光的大发展得益于电气化时代的到来，以电力的广泛应用为特征第二次工业革命将石油打造为工业经济血液的同时也为风与光的普及应用奠定了坚实基础。2018年全球电力装机规模约70亿千瓦，其中风、光发电装机占比18.14%；新增发电装机2亿千瓦，其中风、光装机占比达到80％以上，已成为全球主力增量能源，中国功不可没。

与电相比，氢是一种更灵活的能源载体：容易获得、能量密度高、易存储并广泛使用。在解决可再生能源生产与使用分布（地理和时间）的不均衡性上将发挥重要作用，并连接电网和油气管网构筑低碳现代能源供应体系。当前氢能来源主要有化工副产、化石能源重整制氢以及电解水制氢，规模化制氢能力不存在问题。1913年，德国化学家伯吉尤斯在实验室成功地实现了煤氢化为液体燃料，1927年建成世界上第一家煤氢化工厂。经历一战、二战洗礼，煤制油（氢）工业化规模全球首屈一指。未来，零边际成本的可再生能源大规模使用将带动用电成本下降，全周期零碳的可再生能源电解水制氢技术成本将随之快速下降。与此同时，多个国家的科学家声明他们在地球上发现了游离态的氢气。法国石油与新能源研究院埃里克德维尔认为，陆地之下可能蕴含着大量氢—更准确地说是氢气，并源源不断地向外释放。自20世纪70年代以来，法国、美国、俄罗斯先后在亚速尔群岛以南以及巴西等地发现了富含氢气的热液，甚至2012年，有加拿大天然气公司声称，在距离马里首都巴马科60km处的一片含水层中，打出了一个纯度高达98%的氢气井（过于专业非氢能首席观察员所能核实）。

人类从远古一路走来，先用木头做燃料，后来改用煤、石油，再到目前大规模使用天然气和新能源。不同历史时期各种能源种类互有交叉，共同为人类使用。从能源品类的变化来看，从化石能源消耗型向绿色能源再生型过渡呈现以下特征：从固体到液体再到气体、从集中式到分布式、从不可持续到可持续、从多碳到无碳即“加氢减碳”。最重要的两点是，历次能源品类更迭绝不是被替代品种用光了，而是随着科技进步，新的能源品类更经济更实惠更方便。正是由于科技的引领，不同于之前煤炭和石油等替代能源的价格上升，新一轮可再生能源革命带来的是能源价格的持续降低。每一次能源利用方式的转变都会变革人类生活方式，重塑全球工业体系乃至全球地缘政治格局。

在全球能源发展历程中，中国常常“起大早，赶晚集”。中国是世界上发现和利用煤炭和石油最早的国家之一，远在公元前500年左右的春秋战国，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石，用于冶铁和炼铜。魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期为石炭，明朝始称煤炭，于谦一首《咏煤炭》更是源远流长。早在宋代，四川一带人们便开始使用石油。沈括在《梦溪笔谈》谈到：“鄜、延境内有石油，旧说高奴县出脂水，即此也。生于水际，沙石与泉水相杂，“惘惘”而出，土人以雉尾挹之，乃采入缶中，颇似淳漆，燃之如麻，但烟甚浓，所沾帷幕皆黑。”但在相当长的时期内，我国的煤炭、石油开采技术始终停留在手工作业生产的水平上，大规模应用更是无从谈起。究其原因，《中国科学技术史》中的“李约瑟之谜”，马克思用“奇异的悲歌”均给出了不同角度的描述。

今天，中国每年投资于国内可再生能源的金额高达1000多亿美元，是美国两倍，超过了美国和欧盟的年度投资总额。随着新能源、特高压、储能及氢能技术的发展，中国风光资源将实现更大范围、更高效的配置，可充分利用不同地区能源的资源差、时区差、季节差及价格差，打造一个全面电—氢—热耦合的优质高效能源供给体系。同时终端部门的综合用能效率提高，与工业和交通领域的低碳化进程一道，将进一步加深能源消费侧革命，并带动能源科技革命。中国版的“能源革命”正在引领全球第三次工业革命，并成为世界能源需求和能源行业尖端技术的主要来源。这也就意味着中国掌握着前所未有的优势机会，能够在世界能源市场中占据领导地位，从而开启人类大规模清洁用能的新纪元。

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参考资料：

里夫金《第三次能源革命》、毛宗强《制氢工艺与技术》、卢安武《重塑能源》

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