煤炭与化石能源:黑石头的爱与恨
它是上帝赐予的塑造文明的礼物,也被视为贫穷的标志和人类进步的缩影。

大到人类文明,小到一家一户,煤炭的重要性不言而喻。但这么重要的煤炭,中国人是什么时候开始使用的呢?

煤炭,简称煤,是远古植物遗骸埋在地层下,经过地壳隔绝空气的压力和温度等作用,产生的碳化化石矿物,主要被人类开采用作燃料虽然英国的工业革命与煤炭关系密切,但其实煤是最早由中国人开发利用的,时间比英国人起码早接近2000年。

人类利用煤炭的历史非常悠久。因为同样重量的煤炭比木柴具有更高的燃烧值,煤炭常常被作为木柴燃料的替代品。沈阳新乐遗址出土的近百块精煤制品证明,中国使用煤炭的历史可以上溯到7000年前,是世界上最早利用煤炭的国家。

山海经·西山经》中就有关于煤的记载:“西南三百里,曰女床之山,其阳多赤铜,其阴多石涅,其兽多虎豹犀兕,有鸟焉,其状如翟而五采文,名曰鸾鸟,见则天下安宁。”鸾鸟是古代传说的神鸟,女床山就是今天的陕西省凤翔县的岐山,石涅又名石墨,即现在的煤炭。其他古籍中还将煤称之为“石炭”“乌薪”“黑金”“燃石”等。

在中国历史的早期,煤炭被当作一种比较软的石材来雕刻工艺品。西周时期陕西地区的一些古墓里出土了一些黑色的玦,其成分正是煤炭,可见当时的人们是将煤作为类似玉石一样的石材加工成工艺品的。

煤雕工艺品在中国具有悠久的历史

到了春秋战国时期,中国的青铜冶铸技术高度发达,冶铁行业也在蓬勃发展,这个时候冶铸金属所用的燃料还是木炭。

西汉时期,冶铁业开始引入煤炭和鼓风机,大大改善了铁器成品的质量。与此同时,在汉代洛阳生活遗迹灰坑中发现了煤,说明当时的煤作为燃料,不仅应用于冶铁业,也被用于日常生活

在两汉时期,人们已经开始有意识地开挖煤炭资源了。当暴露于地表的煤炭被开采殆尽之后,在颍川郡(今河南登封、新密一带)的人们会开挖采煤窑洞,这种窑洞至今也还是浅层采煤的主要形式。司马迁《史记·外戚世家》就有中国乃至世界采煤的最早记录。当然,那个时期的采煤工具还非常原始,采到的煤还需要装进竹筐用人力或畜力运到地面。不过,中国古代的煤炭只被用作取暖,并没有大规模运用煤矿的需求,所以这种人力开采煤炭的方式持续了很久。

两汉期间,炼铁需要煤作燃料

魏晋南北朝到隋唐时期,煤炭已经是长安、洛阳等大城市重要的取暖燃料。“心忧炭贱愿天寒”,从白居易的《卖炭翁》一诗可以推知,唐时并不存在燃料短缺的情况。宋代人口猛增,燃料消耗与再生之间脆弱的平衡被打破。近处的林木消失后,人们只能去更远的地方获取,“伐材采木、山谷渐深,辇致劳苦”。没有了杂木,人们不得不砍伐桑树和枣树,以解燃眉之急。在这种情况下,煤炭作为燃料的重要性与日俱增。

“卖炭翁”将长安附近的森林消耗一空,煤成了紧俏的燃料

在这场燃料危机中,作为大宋帝国的首都——汴京(开封)经受了严峻的考验。尽管政府对生活必需的燃料免除一切税赋,但燃料紧缺的状态并没有丝毫缓解。特别是冬天,拥有百万人口的汴京滴水成冰,取暖更加重了燃料危机,煤炭逐渐进入汴京市场。相比木柴和木炭,煤炭的能量密度更高、更耐烧、温度更高,也便于运输,受到了市场的欢迎。因此,石炭(煤炭)很快成为超级大都市汴京的主要燃料。据宋朝笔记《鸡肋编》记载,北宋末年,“汴都(开封)数百万家,尽仰石炭,无一家燃薪者”。全部烧煤炭显然是夸张之辞,但是至少表明,大部分汴京居民已经烧上了煤,柴荒时代逐渐远去。

北宋都城开封的人们已经用上了煤炭

我国最早井工开采煤炭的记载也是在北宋时期,这些从河南鹤壁市北宋晚期煤矿的遗址中可以知道,先由地面开凿圆形竖井,深达四十六米,然后依地下自然煤层的变化开掘巷道。巷道高一米多,形状上窄下宽,上宽一米,下宽一米四,再把需要开采的煤田凿成若干小区,运用“跳格式”先内后外的方法逐步后撤。井下排水一方面用辘轳往外抽水,另一方面又把地下水引进采完煤的坑洼地区贮积起来。这种竖井采煤法一直沿用到明清时期。

《天工开物》的作者宋应星对这种竖井采煤法有生动的记载:“凡取煤经历久者,从土面能辨有无之色,然后掘挖。深至五丈许,方始得煤。初见煤端时,毒气的人。有将巨竹凿去中节,尖锐其未,插入炭中,其毒烟从竹中透上,人从其下施拾取者。或一井而下,炭纵横广有,则随其左右阔取。其上支板,以防压崩耳。”里面提及的用竹筒排毒气的办法是很科学的,也是中国古人用艰辛劳作甚至鲜血换来的经验。

《天工开物》中记录的竖井采煤

就这样,中国成为了世界上开采煤矿历史最为悠久的国家。后来马可·波罗游历杭州时,对中国民间用的这种“会冒火的黑色石头”感到大为震惊,这也是煤第一次走进西方人的视野。这之后西方人查阅自己的古代文献,才发现其实古罗马时代,煤就已经被发现,只不过其使用一直不成规模而已。13世纪,英国许多地方都发现并开始开采煤,最重要的煤田在纽卡斯尔周围。可以说正是因为英国拥有充足的水资源,能够把煤运到市场上去,才能如此广泛地运用煤。

直到18世纪,以煤为燃料的蒸汽发动机装置出现,使得人类终于能够将燃料转化为动力。蒸汽、煤和铁三者之间是互为促进的关系:蒸汽机增加了人们对煤和铁的需求,并降低了生产煤和铁所需的成本,便宜些的煤和铁又降低了建造和运转蒸汽机所需的费用,这又吸引着更多的人使用蒸汽动力装置,以此循环往复。可以说,如果煤单纯只是用作取暖,它不可能成为最重要的燃料。这也是采煤在中国发端,而最终却在英国引爆工业革命的根本原因。

瓦特改进的蒸汽机彻底改变了煤炭的用途

进入电力时代后,煤的重要性比之于工业革命时期不降反增。煤炭对于现代化工业来说,无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,都发挥着重要的作用。各种工业部门都在一定程度上消耗一定量的煤炭,因此有人称煤炭是工业“真正的粮食”,是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。

虽然现在煤炭的重要位置已逐渐被石油所代替,但在今后相当长的一段时间内,由于石油资源的日渐枯竭,必然走向衰败。而煤炭因为储量巨大,加之科学技术的飞速发展,煤炭汽化等新技术日趋成熟,并得到广泛应用,煤炭必将成为人类生产生活中无法替代的能源之一。

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