煤是否还是电的未来？|法拉第|煤炭|爱因斯坦|页岩气|马斯克

本文摘编自《电的科学史》，【美】克雷格·罗奇著，中信出版·鹦鹉螺出品

煤炭中有人类工业的三个必备因素：

光、热、电。

——索尔·阿林斯基（1949）

入冬以来，多地出台了“限电令”。

原因之一便是北方的冬季供暖需求使得煤炭的需求压力增大，为了保证取暖的刚需对较有弹性的电力需求做出适当的限制。

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纵观人类的用电史，似乎总是和煤炭分不开。正如开头索尔·阿林斯基所说，煤炭对于人类的意义是明亮的、动态的、温暖的，但不可忽视的碳排放将能源燃料的开发前景再次展现在聚光灯下。

可人类除了煤炭之外，还有别的机会吗？

“煤炭王”

无论煤炭工业的实际状况如何，“煤炭王”这个称谓似乎都名副其实。

1917 年，厄普顿·辛克莱（Upton Sinclair）写了一部名为《煤炭王》（King Coal）的小说，详细描述了煤矿工人面临的严酷工作条件。1976 年，它的续集《煤炭战争》（The Coal War）在辛克莱去世后出版。即使今天煤炭行业的状况与过去已经大不相同，“煤炭王”这几个字眼还是经常出现在《纽约时报》《经济学人》等许多报刊的显要位置上。

《煤炭王》书封，图源自网络

当然，煤炭是用来发电的，但“煤炭王”的美誉不能完全归功于煤炭在电力行业的应用。

1920 年，煤炭的能源消耗份额达到顶峰，但只有 7.3% 的煤炭流向了电力公司。然而，随着煤炭业务失去了广泛的客户群，它越来越依赖于电力市场。1955 年，发电用煤在煤炭中所占的比例已经上升至32%。2015 年，电力行业成为主要煤炭用户，美国有 93% 的煤炭都用于发电。因此，电的历史与煤的历史紧密地交织在一起，讨论其中一个，必然涉及另外一个。

发挥科学（和科学家）的力量

人类对电的理解是基于有史以来最惊人的科学发现，这是电与其他传统能源的一个区别。这不是说科学对石油、煤炭和天然气不重要，而是说科学研究在电的历史中占据了非常重要的地位，这是其他传统能源所不具备的特点。

对电的研究本身就是一条科学发现之路。因此，人们对电力领域的科学发现寄予了更大的希望。

富兰克林、麦克斯韦和法拉第

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电力领域的第一波科学发现是在富兰克林时代，富兰克林、法拉第和麦克斯韦都对此做出了贡献。经历了长时间的沉寂之后，在爱迪生时代和大规模时代，特斯拉和爱因斯坦引领了两次科学突破。虽然在此过程中电力行业在监管方面陷入困境，但仍然没有忘记激励技术创新。2016 年，在电学和电力行业的最新一次革命中，埃隆·马斯克或许是最合适的“火炬手”。

今天，讨论电力行业的文献资料不计其数，但鲜少有人提到科学发现，就好像所有开创性的科学发现都已经穷尽，再也无法掀起新一轮的发现浪潮。但毫无疑问，事实并非如此。无论在过去还是现在，科学对于电力行业来说都非常重要，我们必须重拾对科学的关注和兴趣。

科学家也很重要。富兰克林就是一个令人信服的例子，作为一名科学家，他的地位在很大程度上是帮助他坐上谈判席的原因，他通过谈判与法国成功结盟，最终确保美国独立战争取得胜利。也许公众不能期望再次得到如此影响深远的回报，但是科学家为人处世的方式仍然值得后人学习。麦克斯韦对法拉第的尊重，以及爱因斯坦对法拉第和麦克斯韦的尊重，都是具有说服力的例子。

有了富兰克林、法拉第、麦克斯韦和爱因斯坦这些好榜样，人们普遍认为科学家们可以为科学研究贡献智慧，与此同时，科学家们的发明也深深地影响了人类社会其他方面的许多争论和冲突。

页岩气的开发，图源：pixabay

试想一下，在全球气候变化和页岩气开发等问题上，如果大家都坐下来，用文明的语言平和地讨论具体问题，会取得什么样的结果呢？结合医学的突破和人工智能的发展，我们可以清楚地看到科学和科学家对当今社会的影响比以往任何时候都要深刻。

就像爱迪生一样，在马斯克的远大理想中，这些产品中蕴藏着先进的科学思想，例如火箭科学、个人电能存储技术。据我们所知，马斯克研发新产品的动力都来源于科学。对他来说，SpaceX 是移民火星的一条途径，特斯拉汽车公司和太阳城公司的宗旨则是缓解全球气候变化。他选择了太阳能光伏发电，是再一次把赌注押在科学进步上。

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未来能否实现大幅降低成本这个愿望，取决于制造业和材料科学能否取得重大进展。马斯克似乎对太阳城公司自行制造而不是外购太阳能电池板的商业战略押下了双倍赌注。此外，马斯克在谈论当下的主要问题时从来都毫不顾忌，他直白地表示反对发展人工智能（他对人工智能的这种态度的确非常有意思）。

迎接巨大的经济影响力

新的电力技术对经济的影响并没有完全体现在电价上。技术变革不完全是为了获得更廉价的能源，还会产生巨大的经济影响力。

摩尔斯电报——“维多利亚时代的互联网”，以间接的方式产生了巨大的经济影响力，使许多其他行业可以不断扩大规模和业务范围。尼古拉·特斯拉的交流电动机的重大经济影响力在于，它为人们重新设计工厂创造了条件，工人们不必再被拴在地下室的蒸汽机旁边，考虑的核心问题变成了如何对产品制造最有利。页岩气革命改变了能源的未来，并为全球气候变化问题的缓解搭建了一座桥梁。