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第468章 没有化石能源,还能重建文明吗?(拓展阅读)

你当然可以用电力来生产热能。我们现在已经在使用电炉和电窑了,现代电弧炉已经被用于生产铸铁和回收钢材。问题并不在于电能可否转化为热能,只不过,有意义的工业化生产需要巨量能源的支持,如果仅仅使用可再生能源发电作为热能来源,比如风力和水力,会相当捉襟见肘。

另一种可能思路是直接用太阳能生产高温。比起对光伏板的依赖,太阳能聚热农场可以用巨大的镜子把阳光的射线集中于一小点。用这种方式集中的热能可以用来驱动特定的化学或工业过程,或者制造蒸汽,驱动发电机。但尽管如此,这一系统仍然很难(比如说)产生融铁鼓风炉内部所需要的高温。此外显而易见的是,太阳能聚热的能效还重度依赖当地的气候。

很遗憾,要想产生现代工业所需的“白热”,除了烧东西,我们还真没有太多好选择。

但是,那并不意味着我们必须得烧化石能源。

燃烧的的力量:能不能重返木材时代?

让我们快速回顾下现代工业的“史前时期”。在用上煤之前很久,木炭就已经被广泛使用来融化金属。它其实在很多方面更有优势:比煤烧起来温度更高,杂质还少得多。实际上,煤的杂质是延缓了工业革命进程的主要因素之一——在燃烧过程中释放出来的杂质会污染加热中的产品。在融化过程中,硫杂质会渗入融化的铁,从而使成品脆而易碎,造成使用时的安全问题。人们花了很长时间解决工业生产中怎样应用煤的问题,而在这一段历史时期中,木炭的表现相当完美。

但是接下来,我们就不用木炭了。回头看看,这有点可惜。只要木炭来自可持续来源,那它本质上就是碳中性的,因为它并没有往大气里排放新的碳——虽然这对早期工业化文明而言倒也不是值得担忧的事情。

不过以木炭为基础的工业并没有全部消亡。事实上,它在巴西活了下来而且有复兴之势。由于丰富的铁矿储备和稀缺的煤矿,巴西是世界第一大的木炭生产国,也是第九大钢铁生产国,这并不是什么小作坊式的工业生产,所以巴西案例给我们的思想实验提供了一个鼓舞人心的例子。

巴西用来制造木炭的树木主要是速生桉类,是专门为此目的培育的。传统造炭的方法是把砍好自然风干的木头垒成圆顶状的一堆,让木头闷烧的同时,用草皮或土壤覆盖以隔绝空气流动。巴西企业把这一传统技艺的规模大大扩增,使其可以用于工业化生产。风干的木块被堆放在低矮的圆柱形砖石窑里,排成长列以便于依序装卸。最大的生产点可以容纳上百个这样的窑,置入木材后就封闭出入口,从上方点燃。

木炭生产技术,实际上是在窑内部保留刚够反应所需的空气。需要有足够的燃烧热,产生足以驱走湿气和可挥发物质的热量,并对木材进行热解,但热量不能高到把木头直接烧成一堆灰。窑的管理人员需要随时监视燃烧状态,细心监视窑口排出的烟,随时用粘土打开或者封上通风口来调节整个过程。

欲速则不达,这种严格控制闷烧的低温炼炭方法大约需要一周的时间。以此为基础的同类方法已经沿用千年,但这样生产出来的燃料的用途十分现代。巴西制造的木炭被装车运出森林,输送到鼓风炉,把矿石炼成生铁,后者是现代大规模生产钢材的基本原料。这些“巴西制造”出口到世界各国,在那里被加工成了汽车、水槽、浴缸和厨房用品。

大约三分之二的巴西产木炭来自可持续的种植体系,所以木炭的现代用途有“绿色钢材”的美誉。遗憾的是是剩下三分之一是来自非可持续的原生林砍伐。尽管如此,巴西案例的确提供了一个榜样:在化石能源之外,我们还有什么路径可以供应现代文明所需的原材料。

此外,木材气化可能也是一种相关的选择。使用木材来提供热能和人类的历史一样久远,而仅仅燃烧木头只利用了它三分之一的能量;其他能量则随着气体和蒸汽在燃烧过程中的释放而随风飘散了。在适当的条件下,就算烟也是可燃的。我们不想浪费它。

推动木材的热解并收集产生的气体,比单纯的燃烧更好。如果你点燃一根火柴,就能观察到这一基本原理:明亮的火焰并不直接出现在木头上:它飘舞在火柴梗之上,两者之间有一道清晰的间隔,火焰实际上是由热解的木头所提供的热量支持的,而气体只有在和空气中的氧气相结合时才燃烧。近距离看一根火柴可好玩了。

为了在受控条件下释放出这些气体,我们得在一个密闭容器里头烤木头。氧气受到严格控制,这样木头不会直接着火。它会发生一种称为高温分解的复杂化学分子分解过程,然后容器底部的这团高温碳化的木炭和分解后的产物进行反应,产生一氧化碳和氢这样的可燃气体。

这样合成的“发生炉煤气”是一种多才多艺的燃料:它可以储藏或经由管道运输,用于街灯或者供暖系统,也可以用于复杂的机械如内燃机。二战汽油短缺时期,世界各地有百万辆以上的木材气汽车保障了民间运输的运作。在占领时期的丹麦,有95%以上的农机、卡车和渔船是由木材气驱动的。大约三公斤木材(取决于它的干燥程度和密度)内含的能量和一升汽油差不多,而气动力汽车的能耗单位是英里/每公斤木材而不是英里/每加仑。战时的气动力汽车大约每公斤木材能行驶1.5英里,今天的设计则在此基础上做了进一步的改进。

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