想象一下,，我們所知的世界明天滅亡了。發(fā)生了世界級的大災(zāi)變：大流感,、小行星撞擊,，或者核毀滅。絕大部分人都死了,，文明傾毀,，后啟示錄時代的幸存者們發(fā)現(xiàn)他們身處一個劫后世界：城市荒蕪，人們互相劫掠,，弱肉強食成為新的生存法則,。

　　就算聽起來很糟糕，這也不是人類的末日,，我們總會回來的,。就像在歷史中無數(shù)次的重演，和平與秩序早晚會重建起來,，穩(wěn)定的社群會逐漸成型,，并痛苦地從頭開始重建技術(shù)基礎(chǔ)。但是這里有個問題：這么個社會能走多遠(yuǎn),？一個后啟示錄時代的社會,，還有沒有機(jī)會再重建一個技術(shù)文明？

　　說得再具體一點,，我們今天已經(jīng)消耗了絕大多數(shù)易于開采的石油,，還有相當(dāng)一部分淺表而容易開采的煤礦儲備。化石能源既是現(xiàn)代工業(yè)社會得以組織起來的核心,，又是工業(yè)化本身誕生過程中的關(guān)鍵角色,。而這是一個獨一無二的角色——就算我們今天在某種程度上可以不靠化石能源（其實不能），我們能不能在根本沒有化石能源的情況下重新達(dá)到今日的技術(shù)水平,，可是另外一個問題,。

　　所以,，在一個星球上，不依靠化石能源儲備而重建文明,，有沒有可能達(dá)到新的工業(yè)革命的可能,？換句話說，如果地球人從來沒有過石油和煤礦能源會怎么樣,？我們的文明,，會不會必然停滯于18世紀(jì)以前的前工業(yè)化時代？

　　我們很容易低估今日世界對于化石能源的依賴程度,。提到化石能源,，我們總是會想到它們最直觀的用途是燃油驅(qū)動的車輛以及煤炭天然氣提供的火力發(fā)電。但我們還有賴于大范圍的工業(yè)原料,，大多數(shù)情況下,，原材料轉(zhuǎn)換為可用的產(chǎn)品需要極高的溫度，比如制造玻璃和金屬制品,、水泥,、化肥等。大多數(shù)情況下,，這些制造過程所需的熱能來自化石燃料：石油,、煤、天然氣和油,。

　　問題不止于此,。從殺蟲劑到塑料，現(xiàn)代世界運作所需的大量化學(xué)產(chǎn)品,，都是來自原油的有機(jī)物,。由于世界原油儲量進(jìn)一步減少，可以說,，對這些有限資源的最浪費的應(yīng)用莫過于把它燒掉,。為了這些這些珍貴的有機(jī)化合物，人們得非常謹(jǐn)慎地保存剩下的這些有限資源,。

　　不過本文要談的主題并不是我們現(xiàn)在應(yīng)該怎么辦——可能每個人都知道，無論如何人們都必須過渡到低碳經(jīng)濟(jì),。我要回答的是一個（但愿）更為理論化的問題：一個技術(shù)發(fā)達(dá)的文明要崛起,，是否必然有賴于易得的古老能源？有沒有可能在沒有化石能源的前提下建立工業(yè)文明,？答案是：也許——不過極端困難,。

　　太陽和風(fēng)：可持續(xù)能源能帶我們走多遠(yuǎn)？

　　首先是一個自然而然的想法,。許多替代能源技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)了,，比如說,，越來越多的房頂安裝上了太陽能板以作家庭或商用之需。一個誘人的思路是,，文明2.0能不能直接從廢墟里撿起前人遺產(chǎn),，以可再生能源作為工業(yè)化的起點呢？

　　唔,，在非常有限的意義上是可行的,。如果你是個后啟示錄世界的幸存者，確實可以收集到足夠過上一陣子的太陽能板,，維持電氣化的生活方式,。光伏電池沒有活動部件，需要的維護(hù)很少,，而且能抵抗惡劣環(huán)境,。但是它們也會隨著時間而逐漸損耗：濕氣會侵蝕其外表，陽光本身也會降低硅層的純度,，它提供的電力大約每年下降1%,，幾代人以后，所有傳承下來的太陽能板就都會損耗得無法使用,。然后怎么辦呢,？

　　要想從頭制造新的太陽能板，難如登天,。太陽能板要用到極端純凈的薄硅片,，雖然原料只是常見的沙子，但處理和精煉硅需要用到復(fù)雜精密的技術(shù),。這一技術(shù)能力差不多也就是我們用來做現(xiàn)代半導(dǎo)體電子元件所需的,。開發(fā)這一技術(shù)已經(jīng)花費了漫長的時光，很可能恢復(fù)這一技術(shù)也一樣久,。所以一個處于工業(yè)化早期的社會可能不會有能力生產(chǎn)光伏太陽能了,。

　　不過，從電能開始可能是一條正確的思路——現(xiàn)今的大多數(shù)可再生能源技術(shù)生產(chǎn)的是電力,。在我們自己的歷史進(jìn)程中,，電的核心現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于十九世紀(jì)上半葉，大大晚于蒸汽機(jī)械的早期發(fā)展,。那時的重工業(yè)已經(jīng)依賴于基于內(nèi)燃的機(jī)械裝置,，自那以后，電能在我們組織經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)程中主要扮演了輔助型的角色,。但是這個順序能不能變換,？工業(yè)化進(jìn)程是否要求熱能機(jī)械必須先出現(xiàn)？

　　表面上來看,，一個進(jìn)步中的社會有能力建起發(fā)電機(jī),，然后把它們聯(lián)到簡易風(fēng)車和水車上,，稍晚再發(fā)展出風(fēng)力渦輪和水力大壩，這一切并不是絕對不可能,。在一個沒有化石能源的世界里,，我們可以設(shè)想一個在很大程度上繞過內(nèi)燃機(jī)發(fā)展歷史的電力文明。它的運輸基礎(chǔ)設(shè)施是靠電氣列車和有軌電車來支持長途運輸和城市交通,。之所以說“很大程度上”,，是因為我們沒辦法完全繞過它。

　　雖然電動機(jī)也許能取代燒煤的蒸汽引擎,，滿足機(jī)械應(yīng)用,，但是正如我們所見的，我們社會還在依賴熱能來驅(qū)動許多必不可少的化學(xué)反應(yīng)和物理轉(zhuǎn)化,。不用煤,，一個工業(yè)化社會要怎么生產(chǎn)像鋼鐵、磚塊,、灰泥,、水泥和玻璃這些關(guān)鍵建筑材料呢？

　　你當(dāng)然可以用電力來生產(chǎn)熱能,。我們現(xiàn)在已經(jīng)在使用電爐和電窯了,，現(xiàn)代電弧爐已經(jīng)被用于生產(chǎn)鑄鐵和回收鋼材。問題并不在于電能可否轉(zhuǎn)化為熱能,，只不過,，有意義的工業(yè)化生產(chǎn)需要巨量能源的支持，如果僅僅使用可再生能源發(fā)電作為熱能來源,，比如風(fēng)力和水力,，會相當(dāng)捉襟見肘。

　　另一種可能思路是直接用太陽能生產(chǎn)高溫,。比起對光伏板的依賴,，太陽能聚熱農(nóng)場可以用巨大的鏡子把陽光的射線集中于一小點。用這種方式集中的熱能可以用來驅(qū)動特定的化學(xué)或工業(yè)過程,，或者制造蒸汽,，驅(qū)動發(fā)電機(jī)。但盡管如此,，這一系統(tǒng)仍然很難（比如說）產(chǎn)生融鐵鼓風(fēng)爐內(nèi)部所需要的高溫,。此外顯而易見的是，太陽能聚熱的能效還重度依賴當(dāng)?shù)氐臍夂颉?/p>

　　位于西班牙的最早的太陽能聚熱農(nóng)場

　　很遺憾,，要想產(chǎn)生現(xiàn)代工業(yè)所需的“白熱”,，除了燒東西,，我們還真沒有太多好選擇,。

　　但是,，那并不意味著我們必須得燒化石能源。

　　燃燒的的力量：能不能重返木材時代,？

　　讓我們快速回顧下現(xiàn)代工業(yè)的“史前時期”,。在用上煤之前很久，木炭就已經(jīng)被廣泛使用來融化金屬,。它其實在很多方面更有優(yōu)勢：比煤燒起來溫度更高,，雜質(zhì)還少得多。實際上,，煤的雜質(zhì)是延緩了工業(yè)革命進(jìn)程的主要因素之一——在燃燒過程中釋放出來的雜質(zhì)會污染加熱中的產(chǎn)品,。在融化過程中，硫雜質(zhì)會滲入融化的鐵,，從而使成品脆而易碎,，造成使用時的安全問題。人們花了很長時間解決工業(yè)生產(chǎn)中怎樣應(yīng)用煤的問題,，而在這一段歷史時期中,，木炭的表現(xiàn)相當(dāng)完美。

　　但是接下來,，我們就不用木炭了,。回頭看看,，這有點可惜,。只要木炭來自可持續(xù)來源，那它本質(zhì)上就是碳中性的,，因為它并沒有往大氣里排放新的碳——雖然這對早期工業(yè)化文明而言倒也不是值得擔(dān)憂的事情,。

　　不過以木炭為基礎(chǔ)的工業(yè)并沒有全部消亡。事實上,，它在巴西活了下來而且有復(fù)興之勢,。由于豐富的鐵礦儲備和稀缺的煤礦，巴西是世界第一大的木炭生產(chǎn)國,，也是第九大鋼鐵生產(chǎn)國,，這并不是什么小作坊式的工業(yè)生產(chǎn)，所以巴西案例給我們的思想實驗提供了一個鼓舞人心的例子,。

　　巴西用來制造木炭的樹木主要是速生桉類,，是專門為此目的培育的。傳統(tǒng)造炭的方法是把砍好自然風(fēng)干的木頭壘成圓頂狀的一堆,，讓木頭悶燒的同時,，用草皮或土壤覆蓋以隔絕空氣流動。巴西企業(yè)把這一傳統(tǒng)技藝的規(guī)模大大擴(kuò)增，使其可以用于工業(yè)化生產(chǎn),。風(fēng)干的木塊被堆放在低矮的圓柱形磚石窯里,，排成長列以便于依序裝卸。最大的生產(chǎn)點可以容納上百個這樣的窯,，置入木材后就封閉出入口,，從上方點燃。

　　巴西的木炭生產(chǎn)

　　木炭生產(chǎn)技術(shù),，實際上是在窯內(nèi)部保留剛夠反應(yīng)所需的空氣,。需要有足夠的燃燒熱，產(chǎn)生足以驅(qū)走濕氣和可揮發(fā)物質(zhì)的熱量,，并對木材進(jìn)行熱解,，但熱量不能高到把木頭直接燒成一堆灰。窯的管理人員需要隨時監(jiān)視燃燒狀態(tài),，細(xì)心監(jiān)視窯口排出的煙,，隨時用粘土打開或者封上通風(fēng)口來調(diào)節(jié)整個過程。

　　欲速則不達(dá),，這種嚴(yán)格控制悶燒的低溫?zé)捥糠椒ù蠹s需要一周的時間,。以此為基礎(chǔ)的同類方法已經(jīng)沿用千年，但這樣生產(chǎn)出來的燃料的用途十分現(xiàn)代,。巴西制造的木炭被裝車運出森林,，輸送到鼓風(fēng)爐，把礦石煉成生鐵,，后者是現(xiàn)代大規(guī)模生產(chǎn)鋼材的基本原料,。這些“巴西制造”出口到世界各國，在那里被加工成了汽車,、水槽,、浴缸和廚房用品。

　　大約三分之二的巴西產(chǎn)木炭來自可持續(xù)的種植體系,，所以木炭的現(xiàn)代用途有“綠色鋼材”的美譽,。遺憾的是是剩下三分之一是來自非可持續(xù)的原生林砍伐。盡管如此,，巴西案例的確提供了一個榜樣：在化石能源之外,，我們還有什么路徑可以供應(yīng)現(xiàn)代文明所需的原材料。

　　此外,，木材氣化可能也是一種相關(guān)的選擇,。使用木材來提供熱能和人類的歷史一樣久遠(yuǎn)，而僅僅燃燒木頭只利用了它三分之一的能量,；其他能量則隨著氣體和蒸汽在燃燒過程中的釋放而隨風(fēng)飄散了,。在適當(dāng)?shù)臈l件下,，就算煙也是可燃的。我們不想浪費它,。

　　推動木材的熱解并收集產(chǎn)生的氣體,，比單純的燃燒更好。如果你點燃一根火柴,，就能觀察到這一基本原理：明亮的火焰并不直接出現(xiàn)在木頭上：它飄舞在火柴梗之上，兩者之間有一道清晰的間隔,，火焰實際上是由熱解的木頭所提供的熱量支持的,，而氣體只有在和空氣中的氧氣相結(jié)合時才燃燒。近距離看一根火柴可好玩了,。

　　一根點燃的火柴可以觀察到在木頭梗和火焰之間的空隙

　　為了在受控條件下釋放出這些氣體,，我們得在一個密閉容器里頭烤木頭。氧氣受到嚴(yán)格控制,，這樣木頭不會直接著火,。它會發(fā)生一種稱為高溫分解的復(fù)雜化學(xué)分子分解過程，然后容器底部的這團(tuán)高溫碳化的木炭和分解后的產(chǎn)物進(jìn)行反應(yīng),，產(chǎn)生一氧化碳和氫這樣的可燃?xì)怏w,。

　　這樣合成的“發(fā)生爐煤氣”是一種多才多藝的燃料：它可以儲藏或經(jīng)由管道運輸，用于街燈或者供暖系統(tǒng),，也可以用于復(fù)雜的機(jī)械如內(nèi)燃機(jī),。二戰(zhàn)汽油短缺時期，世界各地有百萬輛以上的木材氣汽車保障了民間運輸?shù)倪\作,。在占領(lǐng)時期的丹麥,，有95%以上的農(nóng)機(jī)、卡車和漁船是由木材氣驅(qū)動的,。大約三公斤木材（取決于它的干燥程度和密度）內(nèi)含的能量和一升汽油差不多,，而氣動力汽車的能耗單位是英里/每公斤木材而不是英里/每加侖。戰(zhàn)時的氣動力汽車大約每公斤木材能行駛1.5英里,，今天的設(shè)計則在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的改進(jìn),。

　　但其實，“木瓦斯”除了驅(qū)動汽車以外還大有可為,。實際上它對于前述任何需要熱能的制造過程都適用,，比如給制造石灰水泥磚頭的窯供能。木瓦斯的發(fā)電機(jī)組可以輕松為農(nóng)業(yè)和工業(yè)設(shè)備以及各種泵提供電力,。在這一領(lǐng)域,，瑞典和丹麥對于可持續(xù)森林和農(nóng)業(yè)廢料的利用居于世界領(lǐng)先水平，他們將這些能源用于運轉(zhuǎn)發(fā)電站里的蒸汽輪機(jī),。一旦蒸汽在“熱電聯(lián)供工廠”（CHP）利用完畢,，它就被輸送到附近城鎮(zhèn)和工廠用于供熱,，使這一CHP電力工廠能夠?qū)崿F(xiàn)90%的能效。這種工廠展示了完全不再依賴化石能源的卓越工業(yè)前景,。

　　但我們有多少木材可以用,？

　　那么這算不算就解決了？我們能不能把新的社會重建在木材供能和可再生能源供電的基礎(chǔ)上,？也許,，如果人口相當(dāng)少的話。但是這里還有個難題,。這些可替代選項的前提是幸存者們有能力建造高效的蒸汽渦輪,、熱電聯(lián)供工廠和內(nèi)燃機(jī)。我們當(dāng)然知道怎么做這些東西,，但是如果文明已經(jīng)毀滅了,，誰知道這些工藝知識會不會一同消失？如果連知識一起消失了,，后人還有多少可能性能夠重建它們呢,？

　　在我們自己的歷史中，蒸汽引擎的首次成功應(yīng)用是用于煤礦抽水,。這是一個燃料十分充裕的環(huán)境,，所以最初的設(shè)計雖然效率極低也沒關(guān)系。不斷增長的煤產(chǎn)量首先用來融化鐵原料,，然后把鐵塑造成型,。鐵制部件被用來制造更多的蒸汽引擎，最終用于發(fā)掘礦藏或者驅(qū)動鑄鐵廠的鼓風(fēng)爐,。

　　而且,，顯然機(jī)械工廠也使用蒸汽機(jī)制造更多的蒸汽機(jī)。只有在蒸汽引擎造好投入使用之后,，后續(xù)的工程師才能著手改進(jìn)它的效率以及節(jié)能,。人們其后研制出降低體積重量以及將它用于運輸或工廠化生產(chǎn)的各種方法。換句話說,，工業(yè)革命的核心存在一個正反饋循環(huán)：生產(chǎn)煤,、鐵和蒸汽機(jī)都是互相支撐的。

　　在一個沒有現(xiàn)成煤礦的世界里,，人們有可能根本沒機(jī)會去測試那些鋪張浪費的蒸汽機(jī)原型——雖然這些原型隨著時間推移會變得更成熟更高效,。如果沒有在更為簡單的蒸汽引擎外燃機(jī)——獨立鍋爐和氣缸活塞的蒸汽機(jī)上一試身手，一個社會有多大的希望能夠充分理解熱力學(xué),、冶金技術(shù)以及機(jī)械力學(xué),，來制造更復(fù)雜、更精確有效的內(nèi)燃機(jī)組件呢,？

　　為了達(dá)到當(dāng)代的技術(shù)高度,，我們消耗了大量的能源,，大概要重來一次也需要許多能源。沒有了化石能源,，就意味著我們未來的世界所需要的木材量多得嚇人,。

　　在像英國這樣溫和的氣候下，一英畝的闊葉樹每年可以生產(chǎn)四到五噸的生物燃料,。如果培養(yǎng)速生品種,，比如柳樹或芒草，產(chǎn)量可以達(dá)到四倍,。最大化木材生產(chǎn)的訣竅,，是使用“矮林作業(yè)法”：培養(yǎng)一些從自己的樁部長出基稍的樹種，比如梣樹或者柳樹,，它們在5-15年內(nèi)就可以被再次砍伐。這可以保證持續(xù)的木材供應(yīng),，而無需擔(dān)心把周圍的樹砍光了造成能源危機(jī),。

　　“矮林作業(yè)法”：一棵砍伐完畢的樹次年從樁部直接長出基稍

　　但這就是麻煩所在了：矮林作業(yè)技術(shù)在前工業(yè)時代的英格蘭已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟。它無法跟上社會快速發(fā)展的腳步,。核心問題在于,，樹林就算管理得再好，也要與其他土地用途發(fā)生沖突——主要是農(nóng)業(yè)用地,。發(fā)展的雙重困境是,，隨著人口增長，人們需要更多的農(nóng)場提供食物,，也需要更多的木材提供能源,，這兩種需求爭奪的是同一片土地。

　　在我們自己的歷史上,，事情是這樣發(fā)展的：從16世紀(jì)中期開始,，英國通過大量開采煤礦來回應(yīng)這一困境——本質(zhì)上是發(fā)掘地底下古代森林的能源而無需降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。一英畝小樹林一年生產(chǎn)的能量相當(dāng)于5-10噸煤,，但后者可以直接從地里挖,，比等待樹林重新長成要快得多。

　　正是這個熱能供給限制,，將會成為沒有化石能源的社會嘗試工業(yè)化的最大問題,。在我們的后啟示錄世界，或者在任何沒能利用上化石能源的假想世界都是如此,。一個社會沒有這些條件而要實現(xiàn)工業(yè)化,，就得把努力集中在特定的極為優(yōu)越的自然環(huán)境上——不是像18世紀(jì)英國那樣遍地煤礦的島嶼，而是比如像斯堪的納維亞或加拿大那樣,，既有快速水流提供的水力能源,，又有廣闊的植被提供的可持續(xù)熱能,。

　　盡管如此，沒有煤儲備的工業(yè)革命,，少說也還是非常困難的,。今天我們對化石燃料的使用實際上在增長，對此憂慮的諸多理由人們已經(jīng)太熟悉,，不需要在此重復(fù),。走向低碳經(jīng)濟(jì)勢在必行。但同時我們也應(yīng)當(dāng)知曉,，這些積累起來的熱能儲備是怎樣支持我們一步一步走到今天,。如果從來沒有它們，人們也許會采用一條艱難之路,，使用可再生能源和可持續(xù)的生物燃料來緩慢推進(jìn)機(jī)械化進(jìn)程,，最終或許也有可能成功——但是也可能不行。我們最好希望我們自己文明的未來是樂觀的,，因為我們可能已經(jīng)耗盡了任何后繼社會步我們后塵所需的所有資源,。