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离离原上草，一岁一枯荣。 野火烧不尽，春风吹又生。 摘自唐朝诗人白居易诗歌《草》 一、神奇的火
火的发现和利用是人类文明演化的转折点，它为人类驱赶了黑暗和寒冷，带来光明和温暖。人类对火的认知最早是从雷电开始的，雷电引发的熊熊燃烧的火让人类感到恐惧。但当我们的祖先从野火燃烧过的地方捡食到被火烧过的野兽、野菜和野果等，他们发现了这样的食物不仅容易咀嚼、口感更好，而且不容易导致生病。于是我们的祖先渐渐地敢于接近火了。同时，他们也发现了火的光亮和热量可以帮助他们抵御寒冷，防范野兽的侵袭。
于是，我们的祖先将自然火用火把点燃之后带回居住的洞穴，称为火种。人们取回火种之后要细心照料，以防火种熄灭或者造成火灾。慢慢地，人类根据自身的经验试着去造火，在不断尝试的过程之中，人类逐渐掌握了用石块敲击、摩擦取火的方法，后来人类发现了一旦在木材上以较快的速度钻孔时，会有火花产生的现象，从而进一步发明了钻木取火的方法。
总之，火的发现和利用使人类第一次拥有了支配自然的力量，自人类会使用火之后，彻底和动物有了区别，丰富了人类的食物种类，身体结构发生变化，大脑发育越加完善，并延长了寿命。人类也因为火开始了群居生活，成了部落联盟的起源。可以说，火的发现和利用无疑对人类生产力和社会的进步起到了巨大的推动作用。
从刀耕火种的原始农业，到烧制陶器、金属冶炼等都离不开火的发现和利用。人类进化的过程就是发明生产工具和生活工具的历史，有了火才能烧制窑炉、锻造金属，于是诞生了青铜器、瓷器，有了审美，使得人类创造出丰富的文明。渐渐地，人类也学会使用大自然取之不竭地风力、水力和太阳作为能源，发明了风车、水车等工具，这在宋代科学家宋应星的著作《天工开物》中有详细地记载。这种依赖大自然的能源利用一直持续到19世纪中期，在1860年的世界能源消费结构中，木炭薪柴和农作物秸秆是人类第一代主体能源，占能源消费总量的73.8%，这一情况随着煤炭、石油的出现而彻底转变……
二、化石能源
１、煤炭
公元前500年我国古人就发现了“黑石头”（煤），用煤作燃料。14世纪的中国、17世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。18世纪70年代，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的蒸汽机。蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源。煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从1860年的25％，上升到1920年的62％。
以煤炭作燃料的蒸汽机，使纺织、冶金、采矿、机械加工等工业获得迅速发展。同时，蒸汽机车、轮船的出现，使交通运输业得到巨大进步，蒸汽火车和轮船把人和货物带到更远的地方，人们开始远渡重洋经商、旅行、求学。可以说，蒸汽机的发明，使煤炭一跃成为第二代主体能源，并开创了18世纪的第一次工业革命，它开创了以机器代替手工工具的时代，这场从英国发起的第一次工业革命帮助英国成为全球殖民地最多的国家，称霸世界，号称“日不落帝国”，深刻地改变世界的政治经济发展格局。
２、石油
与煤炭一样，早在公元前250年，中国人就首先发现石油是一种可燃的液体。在《汉书》、《梦溪笔谈》中都有描述。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，石油工业由此发端。19世纪末，人们发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机，内燃机的发明解决了交通工具的发动机问题。1886年德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车，很快，美国人亨利.福特也发明了第一辆汽车。
内燃汽车、远洋轮船、飞机的发明与迅速发展，推动了石油开采业的发展和石油化工工业的生产，石油逐渐取代煤炭，在世界能源消费构成中占据主要地位。1965年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭占居首位，成为第三代主体能源。到1979年，石油所占的比重达到54%，世界进入了“石油时代”。
如果说火是大自然的赐予，那么电的发明可以说是人类历史上最伟大的发明。1831年，英国科学家法拉第发明了电磁感应现象，1866年，德国人西门子制成了发电机，电气开始成为补充和取代以蒸汽机为动力的新能源。随后，电灯、电车、电报、电话、电影放映机相继问世，人类进入了“电气时代”，开启了“第二次工业革命”。
第二次工业革命是科学与技术的结合，充分体现了科学在推动生产力方面的巨大作用。与第一次工业革命不同，第二次工业革命几乎同时发生在几个先进的资本主义国家，新的技术和发明超过一国的范围， 对人类社会的经济、政治、文化、军事，科技产生了深远的影响，资本主义逐步确立起对世界的统治，形成西方先进、东方落后的局面。
3、天然气
随着电气时代的深入发展，形成了电热学、电化学、电物理的学科，开辟了一个又一个新的工业部门和科研领域。电的应用不仅影响到物质生产的各个侧面，也渗透到人类生活的各个层面，人类对电力的需求越来越大，煤炭、石油带来环境污染和气候问题，迫使人们急需寻找更清洁的能源。上世纪９０年代伴随着水力压裂法的成功，商业化开发天然气成为可能，于是天然气发电开始得到广泛使用。
与煤炭、石油一样，在古代希腊、波斯、印度的文献中，都有对天然气的记载。人们发现旷野和湖泊会出现一种气体，被闪电击中燃成火焰。在古代中国，由于钻探卤水，天然气被偶然发现。大约在公元前500年前，天然气被中国人第一次使用。在晋朝的《华阳国志》里，就有描述秦汉时期天然气的使用：“临邛县有火井，夜时光映上昭。民欲其火，先以家火投之。顷许如雷声，火焰出，通耀数十里。以竹筒盛其火藏之，可拽行终日不灭也……取井火煮之，一斛水得五斗盐。家火煮之，得无几也。”由此得知早在2000多年前，秦人就用竹筒装着天然气，当火把走夜路。而且用天然气煮盐，火力比普通火力强劲，出盐更快。
1659年在英国发现了天然气，然而它并没有得到广泛应用。天然气第一次商业应用在是在1821年纽约州弗洛德尼亚，通过一根小口径导管将天然气输送至用户，用于照明和烹饪。液化天然气是天然气在经净化及超低温状态下冷却液化的产物。液化后的天然气其体积大大减少，是天然气体积的1/600，这一特性使得液化天然气可以像石油一样安全方便地储存及运输，液化天然气技术的突破性发展，大大提高了天然气在全球能源中的竞争地位。
天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要储存在油田以及天然气田，也有少量藏于煤层。天然气的主要成分是甲烷（CH4），甲烷是最短和最轻的烃分子。它也可能含有一些较重的烃分子，例如乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10），还有一些酸性气体，如二氧化碳和硫化氢。天然气和石油常常并存于同样的岩层中，可以在这些油井中采集天然气。在以前，天然气是作为废料在开采石油的过程中被烧掉的，因为相对出产的石油来说，其用途不大。但随着化石燃料的储量逐渐消耗，而且由于天然气是化学成分，被称为是最清洁的化石能源，因此天然气在能源供应中地位不断上升。
20世纪90年代起，中国城市化的快速发展为我国天然气产业带来了重大变化，城市天然气供应总量快速增长，取得了发展的主导地位。从1978年的6.91亿立方米增至2017年的1226.27亿立方米，城镇用气人口从1127万人增长至6亿人，管道长度从4717公里增加到578260公里。2002年，中国开始建设一条西起新疆塔里木气田，东至长江三角洲、珠江三角洲的西气东输工程。2009年中国-中亚天然气管道也顺利通气，源源不断地将天然气输送到国内。与此同时，中国还从卡塔尔、澳大利亚、马来西亚、印度尼西亚、巴布亚新几内亚等全球25个国家进口液化天然气。
页岩气是蕴藏于页岩层可开采的天然气资源。页岩气革命的轰鸣之声，从北美向世界震荡，正在改变着全球的地缘政治。地中海天然气管道、北海天然气管道、高加索天然气管道、中亚天然气管道都已建成运营。俄罗斯-德国的“北溪2号“从开始就一直遭到美国和乌克兰的强烈反对，是美国与俄罗斯、欧洲博弈的焦点，2022年初爆发的俄乌战争，更是让能源成为地缘政治的焦点。
三、绿色能源
在人类历史发展进程中，特别是十八世纪之前，人类完全是依靠大自然的能源，我们把这些在自然界可以循环再生、取之不尽、用之不竭的能源称为绿色能源或可再生能源。它们包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等等，具有清洁、绿色、低碳的特点。
其中，最常见也最重要的是太阳能。在远古，人类就懂得用阳光晒干衣物。为保存食物，人们还利用阳光晒谷物、咸鱼、干果、葡萄干，食盐。同时也知道建造房屋把窗户和门放在朝向阳光的方位。但这些活动不需要特别装置、材料的辅助，直接获取的太阳光，我们并不称其为太阳能。
在古希腊，数学家狄奥克勒斯（DI OCLES ，大约公元前240~180）在论著（BURING MIRRORS）中描述了镜子的光学性质，介绍了用抛物面聚光来产生热量的方法。他还讲述了在阿基米德的指导下，叙拉古（SYRACUSE）的士兵用镜子把阳光汇聚到罗马战舰使其燃烧的故事。我们说阿基米德利用了太阳能。
太阳能（Solar energy）就是借助一系列技术装置捕获到的阳光能量。像太阳热能集热器，太阳能光伏发电，人工光合作用，使用的就是太阳能。太阳光很分散，而且地表的阳光时有时无，不太可靠。因此，当人们发现燃烧化石能源可以随时获取大量热能后，考虑太阳光是个热源就很少了。上世纪九十年代，光伏发电得到快速的推广，这是利用太阳能发电，本质是通过光伏电池（PV），这是一种利用光伏效应将光转换成电流使用的装置，被称为半导体的特殊材料制成，它们吸收具有特定能量范围的光子，并把这些光子的能量转化为电能。
除了太阳能，大自然中的流动的水和拂过的风也是取之不尽用之不竭的天然能源，人类在很早以前就开始利用水能和风能来满足人类对能源的需求。人类利用水能的历史相当的悠久，中国也是世界上最早利用水能的国家之一。早在1900多年前，智慧的中国古代人民就发明了木制的水轮，让流水冲击水轮转动，从而将流动的水的机械能转化成水轮的动能，进一步带动其他的装置，完成汲水、磨粉、碾谷、灌溉、排涝等等工作。我国宋代的科学家宋应星的著作《天工开物》中，就详细地记载了古代人民对水能的利用。
至于风能，最主要的利用方式是“风帆行舟”，几千年之前，古埃及人的风帆船就在尼罗河上航行。我国也是最早使用帆船和风车的国家之一，唐代的诗仙李白诗云：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，可见唐代时风帆船广泛地应用于江河航行。至于风帆船最辉煌的时期则要数中国的明代，明朝时三宝太监郑和七下西洋，远扬国威，成熟的风帆船制造技术功不可没。明朝以后，风车在中国得到了广泛的利用，宋应星的《天工开物》一书中记载有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”，这就是对风车比较完整的一个描述。16世纪的时候，荷兰人利用风车排水，与海争地，在低洼的海滩地上发展，逐渐成为一个经济相当发达的国家。当今的荷兰人将风车视为国宝，风车已成为了人类利用风能的历史见证。
今天，风能、水能依旧发挥着重要作用，风力发电站在解决无电农牧区人民的用电问题方面起到了非常重要的作用。水利发电站在我国西南水力充沛的地区广泛使用，为人类提供着大量的清洁、可持续能源。可以预见的是，绿色能源作为储量极其丰富、清洁无污染的自然能源，必将会有进一步的发展，成为多能源结构的一个重要组成部分。
四、核能
1905年，物理学家爱因斯坦提出一个令人难以置信的理论：E=mc2物质的质量和能量可以互相转化，即质量可以转化成能量，能量可以转化成质量。
在20世纪30年代，人们开始了从原子核获得能量的研究，40年代建成核反应堆，50年代建成核电站，以后核能开发技术日趋成熟。1942年美国建立世界上第一座核反应堆。1954年前苏联建成世界第一座发电的反应堆并正式启用。
由于受石油危机的影响，核能利用在20世纪80年代发展最快，据统计，1980年至1985年世界核能消费量增长了90%，截至2020年全世界共有448座核电机组，前15个核电国家占全球核电产量的91%以上，发电量约占总量的10%，占全球一次能源消费的4.3%。
在美国，核能占全国无碳清洁电力的50%以上。作为世界第二大核电生产国，中国正在进一步投资核能，以实现其气候目标，计划到2035年建造150座新机组，耗资4400亿美元。欧洲对核能的看法好坏参半。德国核电在全球排名第八，但计划逐步取消核电；法国计划扩大，目前法国的核电占发电比例70.6%。日本由于国土狭小、资源有限，一直大力发展核电，2011年福岛核事故前，日本核能发电占比曾达约三分之一。
核能生产需要核燃料，如铀、钍氘、锂、硼等等，世界上有比较丰富的核燃料资源，全球铀的储量约为417万吨。核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。例如，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。
另外，核能发电的方式是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，所以核能发电不会排放巨量的污染物质到大气中，不会产生地球温室效应的"罪魁祸首"——二氧化碳，不会造成空气污染。
尽管核能有以上优点，但是因为核能发电的核裂变，是必须由人通过一定装置进行控制。一旦失去控制，核裂变不仅不能用于发电，还会酿成灾害，对生态及民众造成了巨大伤害。全球已经发生了数起核泄露事故，其中比较严重的是，1986年切尔诺贝利核泄漏事故和2011年日本福岛核事故，到目前为止，福岛核事故受污染的水如何处理还是悬在头上的利剑。尽管核电的安全性饱受争议，但是由于全球气候变化和环境污染的加剧，包括中国在内的很多国家坚持使用核能。
核能不是大自然所拥有的，是人类的发明创造，它显然不属于可再生能源。有些赞成利用核能的人士认为，随着科技的高度发达，核能的安全性已经得到保证，民众不必感到恐慌。但是，反对利用核能的人士认为，科技只是一方面，人类会犯错误，人类会因为战争、政治等因素，利用核能成为杀戮的武器，危害人类安全。特别值得提到的是，核废料的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少，这需要非常漫长的时间，对环境危害很大。因此与其他能源相比，核能并不是一种安全的能源。 |
