长夜之光

2018-03-04 06:24索何夫
科幻世界 2018年12期
关键词:燃料发电

索何夫

成为巨人的婴儿

正如贾雷德·戴蒙德所指出的那样,人类文明的进步从来不是匀速的。如果让一个奥古斯都时代的罗马人穿越到五贤帝治下的意大利,这个人多半不会有任何不适;但一个生活在公元1831年的人——哪怕他生活在那个时代最富足、最先进的地区——却必然无法想象现代社会的面貌。正是在这一年,刚从金相学与化学转行不久的法拉第,用一堆粗糙不堪的自制零件,造出了第一台圆盘式发电机,而除了圈内的少数专业人士外,这台不起眼的“婴儿”在那时也几乎没有引起任何人的兴趣。

然而在两个世纪之后的今天,当年的小婴儿,已经长成了巨人。

哦,没错,即便在21世纪的地球上,也确实有相当一部分人仍然不依赖电力而生活着,而且这些人的绝对数量,甚至还不算太少:在蓊郁的亚马孙盆地、新几内亚的重峦叠嶂与中非南部丛林的深处,仍然有数以万计的图皮印第安人、西美拉尼西亚人和俾格米人尚未與现代社会建立实质性的联系;而许多宗教——尤其是天启宗教——内部也存在着坚定的复古主义保守派别,哈瑞迪犹太人、门诺派基督徒和伊斯兰社会中的一部分“静默”萨拉菲主义者,仍然在小型的封闭式社区内坚持着中世纪社会的生活方式与技术水平。

但是,对99%的人类而言,电力的地位,已经与燃料、水和食物无异,甚至还要更加重要,因为他们所赖以生存的社会组织与社会架构,在每个角度都必须依靠电力方可运转。

但这也意味着现代人类所依赖的社会体系同样极为脆弱。

众所周知,越是复杂的系统,其潜在的风险也就越高,因为任何一个环节的失效与故障都可能导致体系的瓦解。而低平均成本、高普及度的供电网络,正是这类系统典型:从提供能源到发电、变电、输电,电力的生产与输送,有着极为冗杂的环节。有时,只需要一场不算特别严重的故障,甚或一次恰到好处的操作失误,便足以让数以百万户家庭陷入他们所完全不熟悉的黑暗之中。而在大规模的不可抗力灾难中,公共输电网络更是几乎不可能不出岔子。更何况,电力本身在现代社会中的重要性,也让它极易成为高优先级的攻击目标,无论是对发电厂的直接打击还是用石墨炸弹截断输电网络,都从来不是什么困难的事。而在高空引爆的电磁脉冲武器,更是能一劳永逸地让大片地区的文明水平倒退到第二次工业革命以前。

不过,也正是因为电力的重要性,一旦灾难的第一轮冲击平息下来,最初的混乱与喧嚣逐渐尘埃落定,那些幸存下来的人——至少是还能冷静思考,而且保留了行动能力的那部分人——所做的第一件事,必然是设法重获电力。无论是要实现重建社会的宏伟目标,抑或仅仅是为了让生活质量的衰退程度不至于那么令人难以忍受,实现有效的供电,永远都是必不可少的。于是乎,如何更加有效、科学以及安全地重获电力,也就成了亟需解决的重要问题。

不过,要做到这一点通常并不像人们想象的那么容易。

 巨人倒下的瞬间——末日后用电安全须知

让我们假设这样一个场景:由于某种规模极为巨大的灾难,这个世界的电力供应突然在眨眼之间完全中断——发电厂停止了运行,输电设备也不再运转,相关人员则索性统统人间蒸发,只剩下了空荡荡的设施,就连与车辆和飞行器引擎连接的发电机也都在第一时间停摆了。

在这种情况下,作为故事里的主角(或者说,那些自认为是主角的倒霉蛋),你要做的第一件事显然是……

……呃,很抱歉,并不是去重新让这些玩意儿运转起来。

除非你生活在一座与世隔绝,通信基本靠吼、赶路基本靠走的阿米什人社区或者哈瑞迪修道院里,否则电力消失的影响将在很短的时间内让你感受到切身的冲击!仅仅通信系统的全面停摆这一点,便足以让习惯于生活在信息化社会中的现代人陷入全面的恐慌与混乱之中,而随之而来的大规模事故(其中相当一部分是极为致命的)则会直接让一部分运气不够好的人在来得及开始考虑怎么办之前,就丢掉性命。不过,与更进一步的社会解体将会引发的海啸相比,这一切仍然不过是大餐前的开胃小菜罢了——作为一种生活在复杂社会之中的非真社会性生物,人类对秩序的需求,事实上远超绝大多数人的想象,盲目的恐惧本身对人类的杀伤力,绝不下于任何形式的武器。

好吧,假如你真的是个自带主角光环(或者不过是运气够好)的家伙,成功地活过了接连发生的事故、混乱与犯罪大潮,那么你现在确实可以考虑拉起一支队伍,筹划下一步行动了。只不过,在那之前,你还得好好考虑以下两个事实:离你家最近的发电厂到底是以什么方式发电的?它又在你所处位置的什么方向?

作为人类历史上一度最被看好,也引起了最多争议的发电方式,通过放射性重元素裂变产生能源的核电站,无疑能极为有效地解决大片地区的电力问题,但它的危险同样不容小觑:随着操作人员的消失,持续进行链式反应的反应堆除非被迅速关闭,否则融毁只是个时间问题——而且这段时间委实不会太长。除非你本人或者你的队伍里有一批技术过硬的专业人士,否则最好的选项莫过于立即撒丫子跑路,而且切记要向河流上游或者上风方向前进,以尽可能避免接触水与空气中的放射性物质,如果可能的话,揣上些碘片、密封包装的瓶装水,或者不需要电力就能运作的简易空气过滤装置,自然更好。当年切尔诺贝利的疏散者为大家提供了相关经验教训。

经常被一些人用来批判火电站污染大的“烟囱”照片,其实那是火电站的冷却塔,排出的都是水蒸气,直接喝都可以……

相对而言,饱受环保主义者诟病的火力发电站,在这方面倒是要“友好”不少。那些火电站纵然无人照料也不会有辐射污染之虞,而且还通常储存着数量可观的化石燃料——在世道不好的时候,这些玩意儿可是货真价实的无价之宝,纵然不能用来发电,用来烧菜做饭、取暖驱寒也是上佳选择。而水力发电站——在超过一半的国家里,这通常是仅次于火电的电力来源——虽说看上去要“人畜无害”得多,但事实却并非如此:在河水的持续压迫与冲击下,几乎所有水坝都必须接受定期检查与维护。尽管由于水坝本身的地理位置不同和建筑质量的差异,不同的大坝能够维持稳定的时间也不尽相同,但在无人维护的情况下,它们或迟或早都将变成一柄柄悬在河流下游居民头上的达摩克利斯之剑。没错,从理论上讲,像《猩球崛起2》中的人类幸存者那样在灾难发生多年后重新启动一座完好无损的水电站并非不可能,不过,如若你不是一等一的游泳健将或者水上运动好手的话,更加保险的选择显然是提早搬离遍布水坝的河流下游,尤其是在你住所附近的大河流域水量丰沛,而且恰好和你家所在的地方有着较大的海拔落差的情况下。

除此之外,风电、太阳能、潮汐能这类清洁能源的发电设施,通常也不至于对正在黑暗时代初期摸索的你造成太大的麻烦,因此,那些较为常见的小型风车与家用型号的太阳能发电设备,很有可能成为灾难后一段时间的重要电力来源。而化学能电池也能在一段时间内继续用于驱动那些低耗电量的家用电器——当然,上述手段全都仅限于数个月到数年时间尺度内的短期救急,要是人类文明实在是流年不利,在惨遭重创后一时看不到重新爬起来的希望,那么从长计议也就很有必要了。

从头开始——在黑暗的未来点燃光明

让我们继续先前设想的那个场景:在大灾难暂时告一段落后,你成功地独自一人或者带着一票人马,在这个破败的世界上活了下来(出于对身心健康因素的考量,我们通常更推荐后者而非前者),适应了与过去截然不同的环境,并成功地用那个已然分崩离析的社会留下的遗产在一定程度上维持了自己的生活水平。

但随着时间的推移,一个严重的问题也不可避免地出现在了你的面前:你手头的那些遗产正在无法逆转地变成一堆垃圾与废金属。毕竟,无论再怎么精心养护,发电设备都会不可避免地老化损坏。事先储存大量替换用零部件或许是个不错的点子,但归根结底,没有了复杂的工业体系支撑,这么做也只能延缓而不是阻止那个不可避免的结局的到来。

即便在最乐观的情况下,绝大多数民用发电设施都会在半个世纪之内彻底报销,你的儿子或者孙子辈则不得不在近乎毫无基础的前提下从头再来。哦,列祖列宗在上,为了子孙后代以及整个人类文明的未来,你显然不能对此坐视不管……如果能留下一些有益的记录,或许就可以让下一代少走一点儿弯路。

当然,前提是你知道应该留下些什么。

首先,你必须明白,电这玩意儿在自然界中其实并不像那些过惯了不辨菽麦的都市生活的人想象的那么罕见。但不幸的是,自然界中的电力通常也很难被直接利用。大气中的放电现象难以预测,而且往往表现为危险的瞬间放电,指望每个人都有富兰克林那样的运气,显然有些不太现实。相较之下,无处不在的生物电似乎是个更稳定且常见的电力来源,不过可惜的是,像《黑客帝国》中的超级人体电池组,或者《红色警戒》里的生物反应炉,其变成现实的可能性,并不比你在现实中像尼奧一样表演空手挡子弹的概率更大多少。生物能在自然条件下转换为电能的效率是极低的,大部分发生在生物体内的电化学反应都只为了一个目的——让神经系统传递讯号——而进行,实际能量小到可以忽略不计,而许多捕食者(主要是水栖动物)为了侦测猎物位置而进行的弱放电,同样无足轻重。没错,更“劲爆”的生物放电现象倒也不是没有:生活在亚马孙河流域的电鳗,可以在瞬间放出数百伏特的电流,而地中海的电鳐,更是在数千年前就被人们用来执行治疗痛风的电击疗法(当然,没什么用处),可即便是这些家伙,所产生的电力仍然远远不足以做除了把人撂倒之外的任何事。

考古学家们发现的“巴格达电池”

除了大气放电现象与生物电之外,比较容易被从零起步的人们所接触到的发电方式,就是化学放电了。虽说电池这东西是个近现代事物,但事实上,它的基本原理却不难弄清楚。早在四十个世纪前的美索不达米亚,人们很可能就已经误打误撞地摸索出了金属电极和电解液反应发电的现象,亦即考古学家们所谓的“巴格达电池”。而在发电机还不比儿童玩具强多少的19世纪中叶,早期的锌-铜电池与经过改进的铅酸电池,已经初步投入了实用领域。尽管时至今日,现代电池已经发展得颇为复杂,但归根结底,电池技术仍然是一种门槛相对较低、足够实用的技术。

当然,由于原始电池发电能力和续航能力的有限性,这些笨拙的玩意儿提供的电力,用来发发电报、驱动驱动精密仪器和小型家电还行,但要想拿来派上更大的用处——比如说,为普通居民提供长时间照明——可就有些力不从心了。到了这一步,货真价实的发电机就成了唯一的选择。

值得庆幸的是,切割磁感线发电同样也不是什么难以理解的事,一点儿简明扼要的提示就能让未来的发明家们很容易地重新造出发电机的雏形。真正的问题在于,该用什么来为发电机提供动力?

化石燃料——尤其是煤炭——在很长时间内都是全球电力系统的主要能源,即便在绿色能源崛起的现代,火电在不发达国家发电量中的占比仍旧颇为可观。而且从理论上讲,它们的潜在储量还足够人类用上很长一阵子,截至2016年初,全球探明煤炭储量尚有8900亿吨以上,天然气180余万亿立方米,石油近2400亿吨,你的子孙后代看起来似乎只需要依样画葫芦地照搬现代人的做法就行了……

但是且慢,“有资源”和“有能用的资源”,在许多时候可并不总是一回事。经过工业革命后两个世纪的持续疯狂开采,位于地表和地壳浅层的容易获得的化石燃料,其实已经寥寥无几,而且大多是质量较次、缺乏开采价值的小规模次生矿。而要搞到储存在地壳深处的高品质化石燃料,对材料科学和工程技术的要求,显然已经超出了一个连电力供应都难以保证的没落文明体系的水平。换言之,如果你不幸生活在那些较为发达的已经进行了长期化石燃料开采活动的地区,那么很可能将不得不在面对这一问题时另寻他途。

地热能发电

相对而言,由地球引力转化而来的水能,来自地核内部衰变的同位素的地热能,以及基于太阳核心氢聚变反应产生的太阳能(当然,还有它的次生能源风能)倒是不必担心有枯竭之虞,但怎么利用它们却是个大问题。在缺乏工程能力与完整工业体系依托的前提下,弄几台像《未来水世界》里水上浮城中那样的风车倒还有点儿可能,但要造出一座顶用的水电站可就不那么容易了。地热能则只在少数位于板块交界处的地质活动活跃地区,或者像冰岛那样的大洋中脊地带,才能指望得上。而太阳能的利用,更是困难得多——现代太阳能发电板和太阳能薄膜的制造可不是什么容易的活计,纵使撇开诸多技术问题不论,光是生产过程本身需要消耗的大量电力本身,就已经足够让陷入衰落的人类打消念头了。

换言之,如果你恰好生活在化石燃料不够豐富,或者因为长期开采而变得以目前的技术而难以获得的地方,那么生物能恐怕还是你在这一阶段的不二选择。虽然太阳能发电设施这东西造起来太过困难,但在自然界中,当第一批红褐色的厌氧古菌被新出现在生物圈内的好氧生产者们所取代时,最常见的现成“太阳能电池”——叶绿体就已经登上了舞台,通过这一关键产物,植被能够源源不断地将无尽的太阳能变成地球生态圈能量循环的源头!而要把这些能源投入火力发电厂转化成电力,我们其实完全不必等到它们在几百上千万年之后变成化石燃料。

除此之外,另一种另类“生物能”:由人力或者畜力直接牵引发电设备来发电的方式,也是完全值得考虑的。从理论上讲,比起已经遥不可及的各类高端发电方式,这些更加“亲民”的手段,几乎在从极地到赤道的各个角落都可以称得上是“万金油”模式,完全足以成为人们重建文明时的不二之选。

但前提是,他们在做出选择时必须足够谨慎。

电力、社会与人——电的诅咒

百万年前,当人类那些进化程度尚不完全的先祖懵懂地开始头一次试着有目的、有意识地改造客观世界时,通过受控的氧化反应让生物体内的化学能转换成热能,就成了他们的第一课。在漫长的文明史中,“烧点儿什么”几乎已经成了智人这种生物的第二本能,而在绝大多数情况下,慷慨的自然界总能随时随地地为它的这些任性的孩子们提供充足的燃料。

不过,如果要进行稳定的、大规模的工业发电,随便“烧点儿什么”就不太够了——普通的劈柴、干草之类的热值决定了它们拿来烧火做饭倒是绰绰有余,但以工业生产的标准却完全不够看,这也是工业革命发源于有着充足且相对容易开掘的煤炭资源的英伦三岛的原因之一。作为一种无须进行精加工就能使用,而且安全又易于保存的燃料,煤比石油和天然气更加适应低技术工业社会的需要(天然气储存与运输技术到第二次工业革命后才全面成熟,而未经精炼的石油往往只能作为助燃剂使用)。

在优质煤炭已经不像过去那样容易搞到的情况下,另一种曾长期充当燃料的碳单质——木炭,就成了前者最显而易见的代用品。通过不完全燃烧的方式制取木炭是一种历史悠久、技术含量不是很高、劳动强度不特别大(至少和19世纪那些一天干十五个小时苦工的煤矿矿工相比是这样),而且还带着点儿革命浪漫主义意味的活儿,任何一群有点儿这方面常识的人,都能用简单的工具迅速搭建起一座像样的炭窑。虽说得冒点儿失火与一氧化碳中毒的危险,但总体而言,在技术水平低下的时代,烧炭还是比挖煤——尤其是深埋在地下的煤矿——要安全多了。更重要的是,木炭的热值大多在30兆焦/千克的水平上,与标准煤相去无几,远高于木柴或者在地壳表层相对常见的泥煤、褐煤之类,用来驱动火力发电站已经绰绰有余。看起来,只要有了足够的木炭,一夜回到解放后倒也不是件不可能的事。

不过,足够的木炭会带来的可不只是这些。

在前现代社会中,纯粹作为一种辅助燃料使用的木炭,通常用量不大,这在一定程度上掩盖了它的缺点:对木材资源的严重消耗。但当它变成主要的发电用能源之后,这个问题必然会不可避免地暴露出来。纵然撇开碳排放这个在大灾难后已经显得有点儿“阳春白雪”的问题,仅仅严重的水土流失可能造成的耕地退化与洪涝灾害增加,就足以对正在重建的文明体系构成迫在眉睫的威胁。早在20世纪80年代,历史学界就有理论认为,为修筑巨型宗教建筑生产石灰而产生的大量木炭消耗引发的土地退化,就是玛雅古典时期诸城邦衰退的原因之一。而持续不断地发电对树木的消耗,显然不是古代社会石灰生产业可比的。纵然大规模种植桉树这类能迅速生长成材的速生树木,也很难扛得住如此强烈的消耗。

那么,换一种可以更快生产的生物能源是否可能呢?

答案是肯定的——与生长速度缓慢的木本植物相比,一到两年生的草本植物长起来可就没什么顾忌了,并且相当一部分短命草本植物的种子与块茎都能提供一样非常有用的东西:糖类。在经过人类持续上千代的驯化选育之后,无论是产自南美洲的土豆、红薯,来自旧大陆的谷物,源于美拉尼西亚的甘蔗,或者玛雅人硬生生从杂草堆里培育出来的玉米,都堪称高效糖类制造机。众所周知,蔗糖、淀粉等糖类则是人类历史上最悠久的液态燃料——酒精的原材料。从20世纪末开始,发达国家推行的“绿色能源”计划中的重要一环,便是通过大规模生产“可再生的”燃料用酒精,来代替过去的纯化石燃料。虽说酒精有着挥发性高、相对不易储存的缺点,但除此之外,高热值和易制取的特点,还是让它有足够的资格跻身于发电备选能源之一。

不过,虽然通过农业活动生产的酒精相对于生产木炭而言对环境危害更小,但以酒精为主要燃料也意味着一个不祥的可能性:要知道,咱们的祖宗选育农作物的最初目的是用来填肚子,而不是拿来麻醉自己的脑子,人类历史上延绵不绝的禁酒现象虽然有着道德伦理与宗教层面的考虑,但最初的动因却是简单而直白的——用糖类,尤其是淀粉生产酒精,实在是一种相当浪费粮食的行径!中世纪时期,围城战爆发后守方所做的第一件事,往往就是关闭城内的酿酒作坊。甚至早在十多年前,使用酒精代替汽油的做法就一度被指责为“从穷人的胃里开采石油”,而在农耕技术退步、劳动力不足的状况下,要避免发电燃料和人抢粮,可不是件容易的事。

除此之外,我们还必须记住一点:一个社会所采取的生产方式,会在极大程度上决定它的上层建筑面貌。当至关重要的能源必须从土地里辛辛苦苦地刨挖出来时,殖民时代的加勒比或者美国南部邦联那样的高度劳动密集型经济,几乎不可避免地会让大型种植园成为主流生产方式。而历史早已证明,遍地开花的劳动力密集型种植园对廉价劳动力的巨大需求,极有可能催生出奴隶制和血腥压迫,并严重地阻碍下一步的工业化进程——当大量青壮年劳动力都被束缚在土地上时,工厂里的自由劳动力是很难多起来的。而工业发展水平的受限反过来又会限制电力生产方式的进步,从而形成一个危险的恶性死循环。

另一種备选能源——油脂,也面临着相同的问题。植物油脂的生产模式和用于制造酒精的作物的生产模式并没有多少区别,某些油料作物甚至在劳动力方面的需求还要更大一些,比如花生与芝麻。而且,像油棕这类高产量的产油作物往往对于降水、年均温度和光照的条件有着不算太低的要求。这意味着在大多数地区,你都不大可能在餐桌之外的地方指望得上它们。什么?你说你打算考虑动物油脂?很抱歉,食物链中生产者-初级消费者这一过程中的能量利用率已经说明了一切。

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