木材干馏
木头可以向我们提供的远不止木炭燃料或者灰烬中的碱。事实上,木头一度是有机化合物的主要来源——为很多处理过程和活动提供化学进料和前体物——直到19世纪晚期才被煤焦油以及后来发展出的石油化工产品所取代。因此在后末日时代的世界里,在你很可能得不到煤炭或者持续的石油供应的情况下,这些更加古老的技术将为化学工业的重启提供支持。
木炭制作的要点就是把木头中的杂质驱逐出去,留下几乎由纯碳构成的高温燃烧燃料,但是这些废物其实也非常有用。通过对木炭生产工艺稍加改良,逃逸的蒸气也可以得到收集。在17世纪后半期,化学家们已经注意到,在密闭容器中炙烤木头会释放出可燃气体,以及能够被冷凝成水样液体的蒸气。这些产品后来得名焦木物(其英文名称pyroligneous,是用希腊文中的“火”和拉丁文中的“木头”合成的),是很多化合物的复杂混合体。在理想情况下,恢复中的社会可以直接跳跃到这样一种加工工艺:在一个密封金属容器中烘培木头,用一根侧管引走释放出的烟气,侧管在冷水桶中盘旋以冷却和凝结蒸气。释放出的气体不会凝结,所以可以用作烘培木头的容器下方炉具的燃料。我们将在“交通”一章介绍,这些木材干馏而得的气体甚至可以为车辆提供燃料。
收集到的冷凝物很容易被分成水样溶液和浓稠的焦油状残渣,二者都是复杂的混合物,可以用前文介绍过的分馏方法分开。水样的部分原来被称为木醋酸,主要由乙酸、丙酮和甲醇构成。
乙酸可被用于泡制食物:前文提到过,醋本质上就是乙酸的稀溶液。它与碱金属化合物反应,生成多种有用的盐。比如,它和纯碱或者火碱反应生成乙酸钠,可用作酸洗剂修复布料的染色。乙酸铜能够杀灭真菌,从古时起便是绘画用的蓝绿色颜料。
丙酮是一种良好的溶剂,因此被用作涂料的基料——它是指甲油独特香气的由来——以及去污剂。它在塑料的生产中也很重要,还可以被用来制作无烟火药。在第一次世界大战中,无烟火药曾是子弹和炮弹的推进炸药。事实上,曾经有一段时间,英国担心会因为丙酮的严重短缺而输掉战争。对丙酮的巨大需求远远超过了木材干馏的生产能力,哪怕从美国等木材资源丰富的国家进口这种溶剂也仍然满足不了。一项新技术的发明保障了产量。该技术利用一种细菌在发酵过程中分泌丙酮,原料则是由学生收集来的巨量板栗。
通过干馏木头,可以大量生产出原本被称为木精的甲醇:每吨木材能够生产大约十升。甲醇是最简单的醇类分子:仅仅含有一个碳原子,而乙醇或者说食用酒精拥有两个碳原子构成的骨架。甲醇可以被用作燃料或者溶剂,具有防冻的功能,在合成生物柴油时作用非常关键,对此我们将在“交通”一章再次探讨。
木头被烘烤时渗出的原焦油,也可以通过分馏将其主要成分一一分离:稀薄的松节油液体(漂浮在水面上)、浓稠的木馏油(沉在水底)以及黑色黏稠的柏油。松节油是一种重要的溶剂,在历史上被用于制作颜料,我们将在“通信”一章再来介绍。木馏油是很好的防腐剂,涂在木头表面或者浸入木质内可以防止其被风雨侵蚀或者腐烂。它还是一种消毒剂,抑制细菌生长,保护肉类:熏肉和熏鱼的独特风味便是由它而来。柏油是提取物中最黏稠的,是由很多种长链分子构成的黏腻混合物。可燃的性质使它很适合浸入木棒中制作火把。这种滞黏的物质还能防水,可用于密封桶。它还曾在几千年的时间里用来封堵船帮木板之间的接缝。
任何树的木材经过干馏,都能以各自不同的产量产出这些重要的化学物质,但是树脂质的硬木,比如松树、云杉、冷杉等针叶树会产生更多的柏油。桦树皮是格外优良的柏油来源,自从石器时代以来就被用于把箭羽粘在箭上。事实上,如果你寻求的只是得到柏油,可以在将含树脂木材放在烧窑中烘烤,甚或是简单地放在锡盒中用火烧炙时,随时收集从中渗出的柏油。
分馏是一种分离混合液体的通用技术,其原理是不同液体各自有其特定的沸点,如果能够尽早掌握这一技术,恢复中的社会将受益匪浅。
分馏能够分离木材热解出的不同产品,也能从发酵液体中提取出浓缩的酒精,这两项应用是我们已经介绍过的,它还能够把原油分解成多种人们需要的成分,从浓稠的沥青到汽油等轻质可燃液体。一旦工业水平达到了某个程度,就连空气本身也是可以被分馏的。通过重复的膨胀和冷却,空气被冷却到大约零下200℃,并存放在真空绝缘舱中——就像是徒步旅行时用来携带茶的保温桶的巨型版本。然后液态空气被加热,每一种气体沸腾而出的时候都被收集起来,这样得到的纯氧就可以用于医院的呼吸面罩。
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