能源更替规律：石油枯竭的先兆

2024-03-13 理论教育版权反馈

【摘要】：3．能源更替的规律使然石油如此重要，以至于对石油的替代显得困难重重。能源更替的规律简而言之就是：人类利用能源的过程从低品位能源向高品位能源，从低清洁能源向高清洁能源演进。当然，这里没有考虑氢能源生产获取过程中产生的碳排放。正是由于能源更替的客观规律使然，石油替代煤炭从而成为人类社会主导能源的步伐才如此轻便，同时也促进了人类社会向更高文明形态的更迭与转变。

3．能源更替的规律使然

石油如此重要，以至于对石油的替代显得困难重重。但正如人类社会历史上摆脱了对薪柴、对煤炭的完全依赖一样，人类不仅需要，而且一定能够摆脱对石油的依赖，这不依人类的意志为转移，而是由能源更替的规律所左右。

能源更替的规律简而言之就是：人类利用能源的过程从低品位能源向高品位能源，从低清洁能源向高清洁能源演进。

所谓能源品位的高低，是指某种能源其品质的优劣，衡量的主要标准是可比条件下其能量密度的大小。对于燃料，数值上一般以热值大小表示。我们对此一般都会有感性认识，例如，煮沸一壶水，我们需要烧一堆木柴；而同样的一壶水，煮沸它只要一小块煤。或者，对于同样的一堆术柴和一堆煤，前者只煮沸了一壶水，而后者可以煮沸十壶水，这就是我们对能源品质优劣的直接感受。这时，我们可以说木柴是低品位能源，煤是高品位能源。能源品位的高低当然是相对而言的，煤对于薪柴而言是高品位能源，但对于石油而言却是低品位能源，因为就能量密度而言，石油要比煤高出很多。能量转化过程中同样也存在品位高低的问题，如通常条件下，电能可以转化为热能，而反过来热能却无法完全转化为电能，转化过程中热能总会有损失。从这个意义上说电能是高品位能，热能是低品位能。这两者看起来有类比之处，但基本道理则有所不同，后文会详加阐述。

所谓能源的清洁程度，如果仅就字面含义而理解成某种能源表观上是否清净，那就谬之千里了。这里的“清洁”指的是能源生产与利用过程中对外围环境的影响程度，主旨是考察“碳排放”的大小。如果“碳排放”大，就说这种能源是低清洁能源，反之，如果“碳排放”小，就是清洁能源，如果是“零碳排放”，那就是高清洁能源。同样，能源的清洁程度的高低也是相对而言的。

“碳排放”是什么概念呢？这需要从人类能源利用的方式上说起。一直以来，人类开采能源加以利用的主要方式是燃烧，通过对燃烧这一化学反应过程中产生的热能直接利用或转换以后利用，驱动人类社会文明向更复杂的形态发展。由于我们大规模开采利用的燃料中几乎都含有碳元素，这包括薪柴、煤炭、石油、天然气等。因此，在燃烧过程中，不可避免地会大量产生以二氧化碳气体为主的“温室气体”的排放，这些气体的排放是人类大规模利用上述燃料而带来的必不可少的副产品，我们称其为“碳排放”。现代科学已有力地证明，温室气体的过度排放是造成全球变暖的主要因素之一，如何消减全球的碳排放也是人类必须共同面对的重大课题。

在过去几千年人类利用能源的进程中，占社会主导地位的能源分别经历了从薪柴到煤炭，从煤炭再到石油的变革；而每一次变革，便带来了能源从低品位到高品位的提升。与之相伴的是，人类社会也经历了从原始时代、蒸气时代、再到大工业时代的革命性飞跃。(www.chuimin.cn)

在从薪柴到煤炭，再到石油，这种能源从低品位向高品位更替的过程中，人类首先关注的是能源的品位问题。而与此同时，人类又自觉不自觉地遵循了从低清洁能源向高清洁能源演进的能源利用规律。

在能量密度可比的条件下，如果把石油中的碳含量作为一个碳单位，那么简单意义上可对比得到，薪柴的碳含量是一百个碳单位，煤炭的碳含量是十个碳单位。因此，煤炭相比薪柴更清洁，石油相比煤炭更清洁；而天然气中由于含有氢元素，相比石油则更清洁，到了氢能源，由于其不含碳元素，燃烧后的产物是水，因此可看作是“零碳排放”的高清洁能源。当然，这里没有考虑氢能源生产获取过程中产生的碳排放。由于自然界中单质的氢相当稀少，氢元素主要以化合态存在。假如氢能源获取过程是通过其他含碳和氢元素的化合物转换而来，如以天然气为原料制氢；或者通过含氢但不舍碳的化合物转换而来，如通过电解水制氢。前者在生产过程中直接产生了二氧化碳气体排放；后者尽管在生产过程中没有直接产生二氧化碳气体排放，但在将煤、石油或天然气等能源转换为电能的过程中产生了二氧化碳气体排放，相当于间接产生了排放。因此，从这个角度讲，氢能也并不完全是零碳排放的高清洁能源。

由此可见，能源革命其实质就是“脱碳的革命”，即如何将高碳排放能源替代为低碳排放能源。整个能源史可以说是脱碳的历史，整个社会的经济运行方式也就是从高碳经济向低碳经济转变的过程。能源革命的终极目标就是无碳能源，人类利用能源的总趋势是从低效、高污染向高效、零污染演进。

可以想象，在二百多年前，没有煤炭这种高品位能源的应用，人类社会还停留在伐薪烧炭、人畜并力的原始阶段，瓦特自然无法开动蒸汽机，人类也就不可能跨人蒸汽时代；同样，没有石油这种更高品位的能源，莱特兄弟也无法开动飞机，我们也就经历不了大工业文明的辉煌。

正是由于能源更替的客观规律使然，石油替代煤炭从而成为人类社会主导能源的步伐才如此轻便，同时也促进了人类社会向更高文明形态的更迭与转变。同样由于这个规律使然，石油终究将摆脱不了被其他更高层次的能源替代的命运。我们无需对此感到失落与恐慌，我们所能做的便是顺应这种更替进程，积极开拓下一代能源。

能源更替规律：石油枯竭的先兆

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