万物想要生存，都离不开能量。
植物吸收太阳能，将其转化为化学能储存起来，维持生命。
而动物则通过食用其它的动植物，获取化学能，维持生命运转。
但对于人类而言，在生存的基础上，更多了“生活”的需求。
休闲娱乐，交通运输，工业生产……所有的这些，都离不开“能源”。
能源，为人类创造了多姿多彩的生活。
人类文明的进步，某种程度上，也是由能源所推动的。
火火，是人类最先掌握的一种能量形式，最早可以追溯到数百万年前。
通过火释放的热量，人类可以加热食物，烧制器具，驱寒取暖以及进行夜晚的照明。
食物加热后，杀菌消毒，风味鲜美，更容易吸收，大大增加了人类的身体素质，促进了人类大脑的发育。
而新材料、新器具的发明，驱赶野兽的作用，夜晚时间的利用，则大大提高了人类生存几率和有效时间，加快了文明发展的进程。
图1 火的使用，使人类文明发展迈上了一个新的台阶。
图2、3 建造砖窑、陶瓷窑等，可以用火将泥土烧制成各种工具和建筑材料。
图4 冶金技术的发明，让人类先后进入青铜和铁器时代。
木材、木炭人类学会了用火，而木材，则是人类最先使用的能源。
由于木材含有水等杂质，难以充分燃烧，火焰温度低、烟气大。
由木材隔绝空气加热制成的木炭，则可以解决这一问题。
图5、6 在隔绝空气的条件下对木材进行高温处理，可以制作木炭。
木炭的燃烧比木材更稳定，烟少、温度也更高。
木材作为主要的能源，一直持续到工业革命前后。
随着城市的不断扩张，和工业生产的不断发展，木材的弊病开始逐渐显现：森林生长缓慢，无法供给人类的日常需求。
人类迫切需要一种全新的能源，来解决这一问题。
图7 在工业革命前，一座城市的能源需求，至少需要50-150倍面积的森林来支撑。
煤煤，是人类较早发现并使用的能源之一。
1973年，在我国辽宁省沈阳市北陵附近的新石器时代的新乐遗址下，就发现了不少用煤制作的器物，说明在六七千年前，我国就已经发现并使用煤炭。
这也是世界上用煤最早的确凿证据。
煤作为燃料用于冶金等用途，在我国最早可以追溯至西汉。
但是，煤作为一种主要能源，真正登上历史舞台，则从第一次工业革命开始。
图8 乌黑油亮的煤块，曾经是、现在也依旧是人类主要的能源，推动了工业革命的发展。
煤开始大规模使用，始于18世纪初的英国。
人们乐于使用它，并不是因为它好用，而是因为英国的森林越烧越少，几乎消耗殆尽，造成木炭价格的大幅提高。
因此大家只好退而求其次，选择烧煤。
一时间，煤烟滚滚，英国首都伦敦，也成了著名的“雾都”。
图9、10 由于煤炭中含有各种杂质，以及难以充分燃烧，使其散发出浓重的黑烟，对空气造成了恶劣的影响。
英国伦敦曾在第一次工业革命期间变成了雾都，根源就在此。
英国的煤含硫量高，烧起来浓烟滚滚，十分呛人。
用于炼铁，硫进入钢铁，也会使其变脆。
至于其它行业如食品、酿酒业的生产，则更不可能使用煤。
直到有人模仿木炭的生产，把煤在无氧下加热生成焦炭，并发明了焦炭鼓风高炉，才解决了这一问题。
图11 直到今天，焦炭依然是冶铁的主要燃料。
图12 煤矿区内，运煤车将煤运往各地。
图13 淮南长壁煤矿，采煤机正在煤层上采煤。
随着煤的不断开采，浅层煤挖空，煤矿也不断向地下发展。
越挖越深，一直挖到了地下水面。
起初，人们只能雇佣工人来搬水，效率很低。
1712年，托马斯·纽科门（Thomas Newcomen）发明了蒸汽水泵用于抽水，解决了这一问题。
1776年，詹姆斯·瓦特（James Watt）设计了一个冷凝装置，大大提高了蒸汽机的效率。
后来又有人设计了高压蒸汽机，使得蒸汽机效率进一步提高。
而为了运输开采出来的煤，一个叫亨廷顿·比尔蒙特（Huntington Beaumont）的人于1604年发明了用铁轨铺成的马车轨道，方便马车运煤。
后来，理查德·特里维西克（Richard Trevithick）把一台瓦特蒸汽机安装在了车头上，火车就顺利成章的诞生了。
图14 由煤炭驱动的蒸汽火车，使得长距离、大承载量的运输成为现实，大大加快人类文明的进程。
自两百多年前的工业革命起，直到今天，煤仍是支撑我们生活的重要能源之一。
截至2021年底，我国的电力主要以煤电为主，火力发电量为57702.7亿千瓦时，占总发电量的71.13%。
石油、天然气石油的兴起，最早和照明的需求有关。
木材和煤炭烧起来也会发光，但同时会产生多余的热量和烟气。
古人更喜欢用的是油灯，油灯多用动物脂肪制成，其中尤以鲸油最受人们欢迎。
18-19世纪期间，捕鲸业高度发达，平均每年都有超过5万头鲸被捕杀，导致鲸的数量大幅下降，几近灭绝。
一位名叫亚伯拉罕·盖斯纳的加拿大发明家发明了从沥青中提取煤油的技术，才使得鲸免遭灭绝。
同时，也带动了石油产业的快速崛起。
图15 煤油提炼技术的发明，使得石油的开采利用登上了历史舞台。
图16 夕阳下的油田，抽油机（俗称磕头机）正在运作，把“工业血液”从地下抽出。
早期的石油开采，主要以煤油生产为主，其它的成分大都当作废物处理掉了。
后来，一个名叫约翰·洛克菲勒（John Rockefeller）的商人学会了如何把各种长度的碳链从石油中分离出来，并制成各类化工制品，石油化工行业诞生了。
再后来，人类又发明了利用石油合成塑料和人造纤维的方法，新材料的发明更给人类生活带来了天翻地覆的变化。
十九世纪末期，德国人发明了轻型内燃机，使用汽油作为燃料；1903年，亨利·福特成立了福特汽车公司，开发了全世界第一款面向普通民众的廉价汽车Model T，燃油汽车遂成为主流，一直持续至今。
图17 石油中分解出的不同碳链长度的物质及其用途。
图18 炼油厂，油田开采的原油，在这里经过一系列加工，生产为汽油、柴油、煤油、润滑油、沥青、乙烯等各种产品。
图19 亨利·福特生产了世界上第一辆面向普通民众的Model T汽车，从此开启了家用燃油汽车的时代。
汽油、柴油的能量密度高，平均每千克汽油含有44MJ（百万焦耳）的能量，是最优质燃煤的1.5倍。
而截至目前，电池的最高能量密度也才刚刚突破200Wh/kg（1Wh=3600焦耳，即电池的能量密度约合72万焦耳/千克）。
因此，直到今天，石油仍占据着交通行业以及工业生产的大半，远洋航运、航空航天、军工国防、工业生产，都离不开石油。
因此，石油也被誉为“工业血液”、“黑色黄金”。
过去数十年，大国之间的利益竞争，也多围绕着这一能源展开。
近年来，随着石油需求量的不断增加，以及浅层油气资源不断开采殆尽，人们开始向深海、深地进发，进行海上石油钻井平台的建设、开采页岩油气、可燃冰等非常规油气能源。
同时，作为石油“副产物”的天然气，具有质量轻、易传输的特点。
而且，天然气排碳量小，作为实现双碳目标的过渡能源，也有着广泛的应用。
图20、21 位于海南南海的天然气钻井平台。
落日熔熔，广阔海面上的平台，向自然彰显着人类的智慧。
图22 2017年，我国南海首次海域可燃冰试采成功，表明我国可燃冰开采达到世界领先水平。
可燃冰，是天然气与水在高压低温下形成的一种物质。
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