第 2 章 能源

能源、材料和信息被称为人类社会发展的三大支柱。所谓能源是指提供能量的自然资源。人类的文明始于火的使用，燃烧现象是人类最早的化学实践之一，燃烧把化学与能源紧密地联系在一起。人类巧妙地利用化学变化过程中所伴随的能量变化，创造了五光十色的物质文明。从人类社会的发展历史进程，可以从中找到能源品种的不断开发不断更替的作用。根据各个历史阶段所使用的主要能源，可以分为柴草时期、煤炭时期和石油时期。

柴草时期 从火的发现到 18 世纪产业革命期间，树枝杂草一直是人类使用的主要能源。柴草不仅能烧烤食物，驱寒取暖，还被用来烧制陶器和冶炼金属。

陶器是人类利用火制造出来的第一种自然界不存在的材料，世界古文明发源地都在新石器时代中后期出现过陶器。把自然界的粘土，加水调和，揉捏成一定形状的泥坯，晾干后用柴火烧烤，使粘土中部分成分发生化学变化， 冷却后即成为质地坚硬的陶器。制陶技术经过几千年的发展演变后出现的瓷器，至今还受到人们青睐。制陶技术的成熟也为金属冶炼和铸造技术的发展提供了条件。

金属冶炼技术的发展史中，以铜为先，翠绿色的孔雀石和深蓝色的蓝铜矿是铜的两种常见矿石，它们的主要成分是碱式碳酸铜。铜的熔点比较低， 是 1083℃（铁的熔点是 1537℃）。在陶制容器中用木炭可将碱式碳酸铜还原成金属铜，然后铸成各种形状的器皿和用具。考古学已证实在公元前 3000 年，亚、非、欧广大地区已普遍掌握了用木炭炼铜的技术。金属材料的出现加速了人类文明的进程。

能源中煤炭和石油天然气的重要性虽已居首位，但柴草作为生活能源却从未间断过，不少发展中国家的农牧民至今仍以柴灶为主。在能源危机的呼唤中，这种最古老的能源品种，又以它的容易再生而再度受到关注。可以说人类是在利用柴火的过程中，产生了支配自然的能力而成为万物之灵的。

煤炭时期 煤炭的开采始于 13 世纪，而大规模开采并使其成为世界的主要能源则是 18 世纪中叶的事了。1769 年，瓦特发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源而受到关注。第一次产业革命期间，冶金工业、机械工业、交通运输业、化学工业等的发展，使煤炭的需求量与日俱增，直至 20 世纪

40 年代末，在世界能源消费中煤炭仍占首位（见表 2－1）。

煤是发热量很高的一种固体燃料。它的主要成分是碳（C），还有一定量的氢（H）和少量的氧（O）、氮（N）、硫（S）和磷（P）等。煤是既含有机物也含无机物的复杂混合物。煤可以直接当燃料使用，但从物尽其用的角度来看，应多提倡煤的综合利用。例如煤经过干馏（隔绝空气情况下强热）， 可以分别得到焦炭、煤焦油和焦炉气。焦炭可以供炼铁用；煤焦油可提取苯、萘、酚等多种化工原料；从焦炉气中也可提取一定量的化工原料，也可直接作为气体燃料，其污染性远低于直接烧煤。

煤炭的利用使人类获得了更高的温度，推动了金属冶炼技术的发展，工业革命后 100 多年生产力的发展促进了人类近代社会的进步。

石油时期 第二次世界大战之后，在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气，每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。世界各国纷纷投资石油

的勘探和炼制，新技术和新工艺不断涌现，石油产品的成本大幅度降低，发达国家的石油消费量猛增。到 60 年代初期，在世界能源消费统计表里，石油和天然气的消耗比例开始超过煤炭而居首位。表 2－1 列举世界能源消费情况，摘自联合国《能源统计》（1991）。

表 2 － 1 1950 － 1990 年世界能源消费量和构成

* 各种不同品牌的煤和石油，它们的发热量是不同的。统计部门按其发热量折算，以便比较。标准煤的发热量定为 29.26 MJ·kg-1。若某种原煤的发热量为 20.92MJ·kg-1，那末 1kg 这种原煤就相当于 0.7150 kg 标准煤

（ 20.92 = 0.7150）。若某种原油的发热量为41.88MJ·kg^-1，那末1kg 29.26

这种原油就可折算为1.431kg标准煤（ 41.88 = 1.431）。

29.26

从表 2－1 中数据一方面可以看到从 1950 至 1990 年的 40 年间，世界能源消耗增长速度是相当快的；另一方面也可看到各种能源在消费中所占百分比有明显变化：煤的比例下降，石油和天然气、水电和核电都呈增长趋势（因天然气与石油共生，经常把两者合起来统计）。由表中数据看，1960 年时， 在能源总消费中，煤占 49.5％，石油和天然气占 48.4％，相差无几，此后石油和天然气的比例增大而居领先地位，目前实际上是多种能源互补的局面。煤和石油资源在地球上的分布是不均匀的，我国的煤炭资源比较丰富，石油资源则比较贫乏。60 年代初发现大庆油田后，能源结构大为改观，但现在我们是石油净进口国，随着工农业的发展，供需矛盾还将日益严峻。表 2－2 列举我国的能源消费量和构成，数据摘自《中国统计年鉴》（1995）。

表 2 － 2 中国的能源消费和构成

参看表 2－2 的数据，我国能源的结构以煤炭为主的状况可能还要延续相当的时间，因为石油的开发受资源、技术、资金等多方面的制约，恐难在短期内有所突破。