3.人类是怎样一步步使用能源的？

能源是大自然馈赠给人类的礼物，在人类文明发展的历史过程中，能源为人类的生产和生活提供了一个必不可少的物质保障。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。根据各个历史阶段所使用的主要能源，可以分为柴草时期、煤炭时期和石油时期，目前正向新能源时期过渡，并且无数学者仍在不懈地为社会进步寻找、开发更新更安全的能源，可以相信能源的多元时代即将来临。

（1）柴草时期

大约在1万年前的旧石器时代，原始人开始了火的使用并发明了钻木取火。他们用火取暖、烤熟食物（图1-1），有效地促进了自身体质的改善，加速了原始人的进化，这是人类有目的地利用能源的开始。钻木取火是人类从利用自然火到利用人工火的转变，导致了以柴薪作为主要能源的时代的到来，这就是人类第一次能源革命。

相对于当时的人口和当时的生产力，柴薪是一种数量巨大、能够方便获取的可再生能源。从火的发现到18世纪产业革命期间，树枝杂草一直是人类使用的主要能源。柴草不仅能烧烤食物、驱寒取暖，还被用来烧制陶器和冶炼金属。陶器是人类利用火制造出来的第一种自然界不存在的材料，世界古文明发源地都在新石器时代中后期出现过陶器。在陶制容器中用木炭可将翠绿色的孔雀石和深蓝色的蓝铜矿（铜的两种常见矿石，主要成分为碱式碳酸铜）还原成金属铜，然后铸成各种形状的器皿和用具。考古学已证实，在公元前3000年左右，分布在亚、非、欧广大地区的人们已普遍掌握了用木炭炼铜的技术，金属材料的出现加速了人类文明的进程。

人类以柴薪为主要能源的时代持续了近1万年。目前柴薪仍是某些发展中国家的重要生活能源。

（2）煤炭时期

人类开发利用煤炭的历史悠久，我国早在2000多年前的春秋战国时期，人们就已用煤作燃料。煤炭的开采始于13世纪，而大规模开采并使其成为世界的主要能源则是18世纪中叶的事了。1769年，瓦特发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源而受到关注，促进了煤炭的大规模开采。蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类从此逐步以机械动力大规模代替人力和畜力，它直接导致了第二次能源革命（蒸汽机机车车头见图1-2）。

第一次产业革命期间，冶金工业、机械工业、交通运输业、化学工业等的发展，使煤炭的需求量与日俱增。1860年，煤炭在世界一次能源消费结构中占24%，1920年上升为62%。从此，世界进入了“煤炭时代”，至今煤炭仍是人类最重要的能源之一。

（3）石油时期

第二次世界大战之后，在美国、中东、北非等地区相继发现了大油田及伴生的天然气，每吨原油产生的热量比每吨煤高一倍。石油炼制得到的汽油、柴油等是汽车、飞机用的内燃机燃料。世界各国纷纷投资石油的勘探和炼制，新技术和新工艺不断涌现，石油产品的成本大幅度降低，发达国家的石油消费量猛增。1967年，石油首次取代煤炭占居首位，世界进入了“石油时代”。这一年石油在一次能源消费结构中的比例达到40.4%，而煤炭所占比例下降到38.8%。20世纪70年代世界经历了两次石油危机，此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。煤炭、石油和天然气等化石能源是近现代的主要能源，因此人们把近300年称为化石能源时代。

电能是在19世纪被人类发现的。1831年英国物理学家法拉第发现磁铁同导线相对运动时，导线中有电流产生，从而开辟了一种新能源—电能，人类利用电力的大门由此开启。电能的开发及其广泛应用极大促进了社会生产的发展，使人类社会步入“电气化时代”。

电能作为一种二次能源，便于从多种途径获得，如水力发电、火力发电、核能发电、太阳能发电及其他各种新能源发电等，同时又便于转换为其他能量形式以满足社会生产和生活的种种需要，如电动力、电热能、电化学能、电光源等。与其他能源相比，电能在生产、传送、使用中更易于调控。这一系列优点，使电能成为最理想的二次能源，格外受到人们关注。

电力输送的方便性和经济性，电能和机械能之间的高转换效率以及易于控制等特点，使得电力成为现代社会使用最广、增长最快的二次能源。自19世纪80年代开始的电能应用，改变了人类社会的生活方式，使20世纪以“电世纪”载入史册。电能照明带给人类的便捷和好处最显著，它消除了黑夜对人类生活和生产劳动的限制，大大延长了人类用于创造财富的劳动时间，改善了劳动条件，丰富了人们的生活。电气化已在某种程度上成为现代化的同义语，同时也已成为衡量人类社会物质文明发展水平的重要标志。

20世纪40年代，物理学家发明了可以控制核能释放的装置—反应堆，拉开了以核能为代表的第三次能源革命的序幕。1954年6月，苏联在奥布宁克斯建造了世界上第一座原子能发电站（图1-3），核能的和平利用登上历史舞台。

几十年来，核电已经成为一种相当成熟的技术。由于核电比火电更清洁、安全、经济，核能在许多经济发达国家已经成为常规能源。同时，太阳能、风能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用。

纵观人类利用能源的发展历程，世界能源结构先是以柴薪为主，后来又以煤炭和石油、天然气为主，现在已进入常规能源的使用与相对成熟的水能、核能、风能、太阳能等新能源的开发与利用并举的时期（图1-4）。人类对能源研究与探索的脚步从未停止过。目前，在继续开发现有新能源的同时，还在不断探索和寻求未来能源的新思路，如开发利用海洋能、可燃冰、氢能等未来能源。

人类社会越发展，生产力越提高，人类对能源的需求量及依赖程度越高。随着社会突飞猛进的发展，能源需求量亦成倍增加。以煤炭、石油、天然气为主的化石能源属于不可再生能源，地球上其资源总量是有限的，而且化石燃料燃烧排放的CO₂、SO₂和NO_x会给全球带来严重的环境问题，诸如温室效应、酸雨等，世界能源正面临一个新的转折点。人类已开始深入地研究能源问题和能源开发，随着人类社会的不断发展、科学技术的进步，未来能源的利用将进入多元化的复合能源时代，同时世界能源的利用也将向着更清洁化、高效化的方向发展，以更好为人类造福。