提供热能
随着时间的流逝,人类控制和指挥燃烧,也就是驾驭火的技艺越来越精湛。文明的很多基本功能依赖于热量驱动的化学或物理变化:熔炼、锻造及铸造金属;制作玻璃;精炼食盐;制作肥皂;烧制石灰;烤制砖、瓦片和陶瓷水管;漂白织物;烘烤面包;酿造啤酒和提纯酒精;以及驱动我们将在后面章节介绍的索尔维制碱法和哈珀制氨法。内燃机活塞内爆发的阵阵烈焰驱动着我们的各式车辆。每次在家里打开电灯开关时,你很可能也是在使用火,尽管这个火是被约束在某个遥远的地方,其能量被提取、转化,然后通过电线送到了你的电灯泡里。对于火的基本用途,我们这个现代技术文明的依赖程度丝毫不亚于最古老的人类定居点里我们那些围着炉膛做饭的祖先。
今天,我们需要的大部分热能都是直接或间接(通过电力)地来自化石燃料的燃烧:石油、煤炭或者天然气。事实上,让工业革命得以发生的主要技术之一就是将煤炭做成焦炭,并将此燃料应用于上述很多生产过程,尤其是熔铁炼钢。自那时以来,我们的文明进程获得动力的方式便不再可持续,也就是消耗多少便再生多少,而是开始靠掠夺化石燃料的沉积物——积累了亿万年的变性植物残骸中蕴含的能量。
被灾难打回到原始状态的社会可能会发现,一旦加油站或者储气站的储备用光了,对热能的需求就会变得很难满足。大部分易于获取的高品质化石燃料储量都已经被开采光了:漫长岁月里慢慢积累的丰饶储备,唾手可得、让我们的第一次文明之路走得轻松而怡然的能量之源,如今已经消失不见。浅井已经打不出石油,采煤工也不得不往地下挖得越来越深,而这需要复杂的排水、通风和防垮塌支撑技术。[1] 全世界剩余的煤炭储量确实仍然巨大:美国、俄罗斯和中国都是产煤大国,但是大部分容易开采的煤炭都已经被开采光了。某些幸存者群体可能会幸运地发现自己附近就有可以露天开采的表层煤矿,但是即便如此,从头开始的文明还是必须走上一条绿色的重启之路。
我们在“世界的终结”一章已经讲过,在灾难发生后的最初几十年里,森林会轻而易举地重新占据乡村乃至被废弃的城市。复原中的小规模幸存者群体应该不会缺少木材,尤其是如果他们管理着速生树木林的话。白蜡树和柳树被砍倒之后,会在树桩上再次抽芽,五至十年之内便可以再次供柴,因此一公顷有人管理的树林平均每年可以提供五至十吨木头。木材很适合用于家庭供暖的壁炉,但是若要在漫长的复原过程中实现切合实际的应用,你需要一种火焰温度比木头高很多的燃料。这使得一种古老技艺的复兴成为必须:制作木炭。
在约束通风、限制氧气接触的情况下,燃烧的木头不会被燃透而是会碳化。易挥发成分,比如水和其他容易变成气体的小而轻的分子,被驱出木头,而构成木材的复杂成分被热量分解——木头被热解——留下几乎由纯碳构成的黑色团块。木炭燃烧时的火焰温度远高于用来生成它的木头——因为它已经失去了所有水分,仅仅留下了碳燃料,而且由于失去了大约一半的初始重量,它也远比木头更加紧致和易于运输。
用于木头无氧转化的传统方法——烧炭工的专业技能——是把木材堆成一堆,中间留下一个开放的竖井,然后把整个堆用黏土或者草皮覆盖。从顶部的空洞点燃,然后小心监控并照料闷烧的木材堆数日。你可以用更加简单的方法得到差不多的结果:挖一条大沟,填入木材并燃起烈火,然后用收集来的波纹钢片覆盖并在上面堆上泥土以隔绝氧气,等待闷烧完成并冷却。在重启关键性工业的过程中,比如陶瓷、砖、玻璃和金属的制造,木炭将被证明是一种必不可少的清洁燃料。如果你真的发现自己位于有可开采煤田的地区,煤炭将再次成为一种无法抗拒的热能来源。一吨煤提供的热能相当于一英亩矮林地一年产出的木材。煤炭的问题在于它燃烧时的温度不如木炭高,而且非常脏——煤烟有可能会污染利用它的热量制造的产品,比如面包或者玻璃,而且硫杂质会把钢变得易碎而难于锻造。[2] 使用煤炭的技巧是先将其转化为焦炭:采用与制作木炭一样的方法。煤炭在烤炉中隔绝氧气接受烘烤,去除杂质和挥发性物质。这些挥发性物质和木材干馏(参见此处 )的产品一样,本身有着多种用途,应该得到凝聚和收集。
燃烧还能提供光亮。当恢复中的社会还在重建电网以及重新发明灯泡时,幸存者将不得不依靠油灯和蜡烛。[3] 由于其化学特性,植物油和动物脂肪格外适合被用作可控燃烧的密集能源。这些化合物的主要特征是长长的碳水化合物链:碳原子连接成长链条,氢原子附着在侧面,像短粗的毛虫腿一样点缀着长链的侧肋。不同原子之间的化学键中蕴含着能量,因此长长的碳水化合物就是有待释放的密集能量储备。在燃烧过程中,这种大型化合物被扯碎,所有的原子都和氧结合:氢和氧结合成水,碳骨架的碎片则以二氧化碳的形式排放出去。氧化过程中,臃肿的长分子迅速分解释放出一股能量流——蜡烛火焰的温暖光辉。
油灯可以简单地采用一个带小喷嘴的黏土碗,或者甚至是一个大贝壳。亚麻或者灯心草等植物纤维做成的灯芯把液体燃料从储液池中吸上来,燃料被火焰的热度蒸发后燃烧。自从19世纪50年代以来,煤油就是用于玻璃灯的一种常见液体燃料(今天它还驱动着喷气式客机翱翔云端),但它是用原油分馏而来的,现代技术文明崩溃以后将难以制造。不过任何液态油脂都可以满足需要:菜籽油或者橄榄油,甚至黄油澄清后形成的酥油。
蜡烛可以没有容器,因为燃料本身在被近旁的火焰融成小摊液体之前会保持着坚硬的状态——因此蜡烛无非是一段圆柱体的固体燃料,一根烛芯从中心一插到底。随着蜡烛越烧越短,露出的烛芯越来越长,除非你定时修剪烛芯,火焰会变大,而且释放出更浓重的烟。一种让人免于这种麻烦的创新直到1825年才有人想出来:将烛芯的纤维变成扁条,那样它自然就会卷曲,多余的部分会被火焰烧掉。
现代蜡烛是使用来自原油的石蜡制造的,而蜂蜡总是数量有限,但是你可以用熬炼过的动物脂肪制造出完全能用的蜡烛。在盐水中煮碎肉,然后刮去凝结并漂浮在表面的油脂层。猪油做出的蜡烛气味难闻、烟气浓重,但是牛油和羊油蜡烛还说得过去。把熔化的动物脂肪倒进模子,或者只是把烛芯浸入热脂肪,让油脂围裹到烛芯上,然后冷却定型。重复这样的操作,一层层地追加油脂,直到做成真正的蜡烛。
本书评论