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马可•波罗眼中的黑石头是什么?

马可·波罗是13世纪时一位著名的意大利旅行家,在元朝时曾到达位于遥远东方的中国,游历了华夏的许多地方,回国后写了一本在西方世界广为流传的《马可·波罗游记》。他在书中谈道:中国的燃料,既非木,也非草,却是一种黑石头。

这种被马可·波罗视为怪物的“黑石头”究竟是什么呢?原来,这就是后来成为三大传统能源之一的煤。其实,早在2000多年前的春秋战国时期,中国人就已使用煤,并称其为“石涅”。古代地理名著《山海经》中,就有多处提到石涅。在河南巩县铁生沟,还发现了西汉时期用煤冶铁的遗址。最晚到东汉末年,煤已作为重要的燃料进入普通百姓家。而欧洲直到16世纪才开始使用煤,这就怪不得马可·波罗不识其为何物了。

历史上,煤曾长期广泛用于民间炊事、取暖。到了近代,煤是最早被大规模开采的能源,并长期被用于为各种机械提供动力,之后又是火力发电的主要燃料,因而享有“工业的粮食”之称。然而,煤在开采、燃烧过程中会产生大量污染环境的气体,以及损害人体健康的氮化物和微尘,造成酸雨及“温室效应”;同时,煤作为燃料所发挥的能效比其他能源低,而其中所含的其他资源却因为燃烧而被浪费了(煤作为燃料只是利用了其中碳元素的价值)。因此,近几十年来,煤的使用受到了很大争议,人们更希望用无污染(或低污染)、高效能的新能源来取代这种马可·波罗眼中的黑石头。今天,我们已经知道,煤是古代植物的遗体埋于地下后经过长期的地质作用演变形成的,是一种以碳为主要组分的有机质岩石。按植物煤化程度的不同,人们把它分为四类。煤化程度最低的泥炭,也称“泥煤”或“草炭”。由于煤化程度低,因此它的含碳量较低,一般在60%以下,并有较多的未完全分解的植物残渣,发热量也较小,一般为每千克1.05×104~2.09×104千焦。煤化程度稍高的是“褐煤”,它的含碳量一般为60%~77%,发热量为每千克2.60×104~3.10×104千焦。煤化程度更高一级的是烟煤,它仍含有一定量的碳水化合物,燃烧时会冒烟,含碳量为75%~90%,发热量为每千克2.72×104~3.68×104千焦。最高一级的是无烟煤,它基本不含碳水化合物,燃烧时无烟,含碳量在90%以上,发热量为每千克3.35×104~3.56×104千焦。

那么,煤真的会完全退出能源利用的领域吗?其实,煤作为一种矿产,除了作为燃料能源,在其他领域还有着十分广泛的用途。例如在化学工业上,煤是氮肥农药染料塑料合成纤维合成橡胶糖精香料等众多化工产业的基本原料,被视为“化工原料之母”;在冶金工业方面,煤是各种金属冶炼时最重要的还原剂;在电子工业上,煤可被用于制造石墨电极,还是制造当今尖端技术领域用途广泛的石墨烯的主要原料。