化石能源和可再生能源的種類很多，但其中的多數(shù)都離不開核聚變，是太陽(yáng)和地球合作的產(chǎn)物。

能源利用簡(jiǎn)史

早期人類使用的是原始形態(tài)的可再生能源，太陽(yáng)給人溫暖和熱，水和風(fēng)給人以動(dòng)力，水車和風(fēng)車出現(xiàn)的較早。風(fēng)是由于太陽(yáng)照射到對(duì)流層的不均勻，例如云的作用，引起大氣的溫度、壓力的不均導(dǎo)致的。

除了光、風(fēng)、水之外，人們經(jīng)常使用的就是林、木、草，能源的形式是柴薪和木炭，木炭是木材經(jīng)不完全燃燒熱解的產(chǎn)物，炭是薪燒出來(lái)的，延續(xù)了幾萬(wàn)年，是那時(shí)人類的基礎(chǔ)燃料。也就有了白居易的“賣炭翁，伐薪燒炭南山中。”因此，當(dāng)時(shí)人類依山林而居。太陽(yáng)能主導(dǎo)的可再生能源是人類早期的主要能源，那時(shí)太陽(yáng)上的核聚變就在為人類作貢獻(xiàn)了。但有些能源是地球的稟賦，如水能、地?zé)岷鸵徊糠趾Ｑ竽?如鹽差能)。

煤炭的發(fā)現(xiàn)和利用是人類能源史上的一次飛躍。煤比木柴熱值高，這是它的價(jià)值所在。且不說(shuō)煤炭如何提高了人類的生產(chǎn)力，它首先結(jié)束了人類大量伐木的歷史，保護(hù)了林木，所以它的頭功是環(huán)保。有了煤炭，就有了煤礦，開始有了工業(yè)，比如說(shuō)煤煉鐵，從而有了聚集人類的能源、工業(yè)，導(dǎo)致了城市的出現(xiàn)。然后有了蒸汽機(jī)，有了火車，實(shí)現(xiàn)了熱能變成動(dòng)能這樣的轉(zhuǎn)換。煤炭時(shí)代，為近代工業(yè)煥發(fā)了生機(jī)，正像一位英國(guó)作家所說(shuō)，“一些又小又破的村子轉(zhuǎn)眼變成了大城鎮(zhèn)，無(wú)休止的火焰、濃煙長(zhǎng)期漂浮在城市的上空。”人們后來(lái)認(rèn)識(shí)到煤炭清潔、高效利用的重要性。

老式蒸汽機(jī)車(圖片來(lái)源：veer圖庫(kù))

之后有了石油，它被稱為工業(yè)的血液，中國(guó)在20世紀(jì)初有了第一口油田(延長(zhǎng)油田)，新中國(guó)成立后有了克拉瑪依、大慶油田。石油和內(nèi)燃機(jī)的結(jié)合成就了現(xiàn)代交通，成為性價(jià)比最高的燃料。然后有了天然氣，熱值更高，非常規(guī)天然氣(如頁(yè)巖氣、天然氣水合物等)的加盟，是新的亮點(diǎn)。

作家筆下對(duì)煤炭時(shí)代有這樣的描述：“有了煤，我們才有了光明，有了力量、動(dòng)力、健康和文明，否則我們只有黑暗、貧窮和野蠻”。狄更斯也說(shuō)過：“這是最好的時(shí)代，也是最壞的時(shí)代，是光明的時(shí)代，也是黑暗的時(shí)代，是希望的春季，也是悲傷的冬季。”總之，化石能源像雙刃劍，為人類作出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境和氣候變化產(chǎn)生了負(fù)面的影響，提出了如何高效、清潔利用化石能源的挑戰(zhàn)，甚至如何為低碳作出貢獻(xiàn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，化石能源的不可再生性是對(duì)它的根本制約。人類需早做準(zhǔn)備，應(yīng)對(duì)氣候變化已經(jīng)成了全球性的戰(zhàn)略問題。

化石能源(煤、油、氣)的物理本源是什么呢?它們是由昨天的生物變成的，是昨天的動(dòng)物和植物在地下經(jīng)多年的化學(xué)、物理變化生成的，可以說(shuō)是昨天的太陽(yáng)能。被我們稱為太陽(yáng)能的就是太陽(yáng)上的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量。可以說(shuō)，化石能源是太陽(yáng)和地球合作的產(chǎn)物。

后來(lái)，人們發(fā)明了電。應(yīng)該說(shuō)電不是能源，而是能源存在的一種形式，這種形式的發(fā)現(xiàn)使能源如虎添翼，極大地改變了人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和生活。和早期人類不同，現(xiàn)代人對(duì)可再生能源的利用是用現(xiàn)代工業(yè)化的手段，如發(fā)電。而氫的利用，人們則往綠氫的方向努力。

太陽(yáng)能、風(fēng)能這些能源本身是可再生的，但是要通過發(fā)電利用它們，就需要相應(yīng)的裝備，如太陽(yáng)能電池、風(fēng)機(jī)等，這些裝備需要材料，除基本材料外，還有一些礦物質(zhì)。而這些材料并不是可再生的，所以要風(fēng)電、光電可持續(xù)地被利用，就要做好對(duì)這些材料和礦物質(zhì)的回收和循環(huán)利用，或材料學(xué)方面的發(fā)明、創(chuàng)新。

風(fēng)力渦輪機(jī)(圖片來(lái)源：veer圖庫(kù))

說(shuō)到底，化石能源和多數(shù)可再生能源原本是一家。都與太陽(yáng)能密切相關(guān)、與核聚變密切相關(guān)，可再生能源是比較直接地利用了太陽(yáng)能，而化石能源則是經(jīng)過較多的化學(xué)、物理變化成為供人們使用的能源，這個(gè)化學(xué)、物理過程提高了化石能源的熱值和集中度，但也增加了使用它的復(fù)雜性，如化石能源使用時(shí)產(chǎn)生多種排放，包括污染物和溫室氣體。

既然化石能源和可再生能源是一家，就應(yīng)該完整準(zhǔn)確地理解我國(guó)的能源資源稟賦，它不只是化石能源的“富煤缺油少氣”，還有豐富的可再生能源資源。我國(guó)已開發(fā)的可再生能源不到技術(shù)可開發(fā)資源量的十分之一。這樣的認(rèn)識(shí)才能為我國(guó)能源安全和能源轉(zhuǎn)型奠定準(zhǔn)確的基礎(chǔ)認(rèn)知。

關(guān)于核聚變

下面說(shuō)一下核聚變。太陽(yáng)上的和地球上人們正在努力實(shí)現(xiàn)的“人造太陽(yáng)”都是核聚變，但反應(yīng)道有些差別。在受控?zé)岷司圩?人造太陽(yáng))中，首先可能實(shí)現(xiàn)的是氘氚反應(yīng)：

其中釋放中子(n)的能量是14.1 MeV。在更高的反應(yīng)條件(溫度、壓力)下，才可能實(shí)現(xiàn)氘氘(D+D)反應(yīng)[1]。

而太陽(yáng)上的核聚變已經(jīng)存在了幾十億年，現(xiàn)在還在發(fā)光、發(fā)熱。太陽(yáng)能量的99%來(lái)自PP反應(yīng)鏈(P代表質(zhì)子)[2]，1%來(lái)自碳氮循環(huán)。PP反應(yīng)鏈有多個(gè)反應(yīng)道，例如：

其中ν代表中微子，核反應(yīng)產(chǎn)生的能量Q=Q'(電磁輻射能)+Qν(中微子能量)=1.192 MeV+0.250 MeV。

為了維持太陽(yáng)目前的光度，每秒鐘大約消耗5×1012g氫燃料，太陽(yáng)的氫若全部燃燒，需時(shí)大約10^11年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過太陽(yáng)的年齡。

太空中的太陽(yáng)(圖片來(lái)源：veer圖庫(kù))

太陽(yáng)上的核聚變?yōu)槿祟愄峁┝四茉础Ｈ藗冏匀粫?huì)問，太陽(yáng)又是從何而來(lái)呢?這個(gè)充滿了原子核聚變反應(yīng)的宏大的宇宙天體是怎么產(chǎn)生的呢?回答這個(gè)問題是核天體物理學(xué)的任務(wù)，它是核物理學(xué)和天體物理學(xué)交叉形成的前沿科學(xué)，萌芽于20世紀(jì)初。它的幾個(gè)里程碑式的進(jìn)展是[3]：

(1)美國(guó)科學(xué)家漢斯·貝特在1938年指出：核反應(yīng)為太陽(yáng)提供了持續(xù)不斷的能量，他因此獲得了1967年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);

(2)美籍俄裔物理學(xué)家喬治·伽莫夫在1948年提出了宇宙大爆炸模型，大爆炸過程產(chǎn)生了物質(zhì)世界最基礎(chǔ)的元素——氫、氦、鋰;

(3)1957年，英國(guó)著名天文學(xué)家弗雷德·霍伊爾、伯比奇夫婦、美國(guó)物理學(xué)家威廉·福勒四人一起發(fā)表了著名論文《恒星中的元素合成》，威廉·福勒因在元素起源研究中的貢獻(xiàn)獲得1983年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

后來(lái)發(fā)現(xiàn)的宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸理論的證據(jù)。20世紀(jì)發(fā)射的哈勃望遠(yuǎn)鏡、21世紀(jì)發(fā)射的開普勒號(hào)太空望遠(yuǎn)鏡和韋布望遠(yuǎn)鏡讓人們看到了宇宙早期的模樣。

所以，粗略地說(shuō)，宇宙是大爆炸“炸”出來(lái)的，太陽(yáng)也是“炸”出來(lái)的!實(shí)際上，人類對(duì)古老而神秘的宇宙的認(rèn)識(shí)還非常有限，宇宙之源、太陽(yáng)之源、能源之源還都在探索之中。

這篇短文，如果需要一個(gè)結(jié)語(yǔ)的話，最好是請(qǐng)意大利的男高音歌唱家帕瓦羅蒂高歌一首：

“呵，我的太陽(yáng)!”

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