今年夏天，美麗科學(xué)作為協(xié)辦方，參與了由全球特種化工企業(yè)贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)和鳳凰網(wǎng)主辦的“發(fā)現(xiàn)化學(xué)之美”攝影大賽活動。十一長假之后，我和大賽獲獎?wù)邨钪呛?、鳳凰新聞客戶端的主筆唐駁虎老師一同來到位于德國埃森市的贏創(chuàng)總部，近距離感受這家具有悠久歷史的化工公司的企業(yè)文化，并深入了解贏創(chuàng)創(chuàng)新中心Creavis如何為這家企業(yè)在全球化時代源源不斷地注入創(chuàng)新活力。此外，我們也參觀了關(guān)稅同盟煤礦遺址(該煤礦也與贏創(chuàng)的歷史相關(guān))，參觀經(jīng)歷讓我有很多感悟，也激發(fā)了我的好奇心。于是在查閱了很多資料后，寫下這篇總結(jié)文章和大家分享。

本次“發(fā)現(xiàn)化學(xué)之美”攝影大賽的獲獎?wù)邨钪呛坪退淖髌?/span>

關(guān)稅同盟煤礦的昨天和今天

關(guān)稅同盟煤礦遺址是少數(shù)必須在專業(yè)講解員引導(dǎo)下參觀的博物館之一。走進(jìn)這個遺址仿佛回到了過去。這是一種非常真實的體驗，遺址與過去不同的只是機(jī)器并沒有運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有讓人窒息的灰塵，也看不到工作的礦工而已。

關(guān)稅同盟礦井遺址，之前黑煙籠罩的礦井已經(jīng)被綠色環(huán)繞

關(guān)稅同盟1號礦井在1847年開始運(yùn)行。1932年，關(guān)稅同盟最后一個礦井——目前遺址的標(biāo)志性建筑12號礦井——建成，并一直運(yùn)轉(zhuǎn)到1986年。根據(jù)講解員介紹，幾十年前的德國，每天有幾千名礦工和幾千匹馬在地下工作，平均每天都會有礦工受傷，每周會有一名礦工喪命，而在地下服役的馬只有在生命最后的短暫時光才能被運(yùn)到地面，享受一下陽光。礦車從煤礦被運(yùn)送到地面后，會聚集在一個工作間卸下煤，然后返回礦井。這個工作間的噪聲極大，以至于在里面工作的人最后都會變成聾子。

講解員正在展示當(dāng)時礦井機(jī)械師修理機(jī)器的工具

煤炭運(yùn)送到地面后，進(jìn)過清洗、自動分揀，一部分煤被運(yùn)到煉焦場，得到用于化工生產(chǎn)的原料和用于煉鋼的焦炭。長期高強(qiáng)度的采礦和煉焦對礦工的健康和周圍的環(huán)境產(chǎn)生了巨大的負(fù)面影響：礦工的平均壽命只有45歲，而當(dāng)時煤礦所在的魯爾區(qū)大部分時候都是被黑煙籠罩。50年前，生活在礦井附近的人如果要在室外晾衣服，他們必須得看風(fēng)向；因為如果風(fēng)把礦井的黑煙吹過來，衣服會變成黑色。

遺址展示的礦工照片

在 12號礦井關(guān)閉的31年后，關(guān)稅同盟煤礦發(fā)生了翻天覆地的變化。2001年關(guān)稅同盟煤礦遺址被聯(lián)合國教科文組織指定為世界遺產(chǎn)。2017年，關(guān)稅同盟煤礦所在的埃森市獲得“歐洲綠色首都獎”(European Green Capital Award)。1961年前德國總理維利•勃蘭特(Willy Brandt)向污染宣戰(zhàn)，要把藍(lán)天還給魯爾區(qū)。如今，當(dāng)時的人們很難相信的口號已成為了事實。而當(dāng)時最多時候有8000名礦工在地下工作的關(guān)稅同盟煤礦，經(jīng)過雷姆•庫哈斯(Rem Koolhaas，設(shè)計央視大廈的建筑師)等國際一流建筑師的改造，已經(jīng)成為每年吸引150萬游客的歐洲文化和藝術(shù)中心。

12號礦井

之前提過贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)與關(guān)稅同盟煤礦遺址有關(guān)。關(guān)稅同盟煤礦之前歸屬于德國最大的煤礦集團(tuán)RAG。2007年RAG將化工等產(chǎn)業(yè)分離出來，成立了贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)，而贏創(chuàng)的一部分利潤將解決煤礦關(guān)閉后礦工的安置和采煤帶來的永久性環(huán)境問題：雖然所有煤礦將在2018年后關(guān)閉，但魯爾工業(yè)區(qū)有13個水泵站必須常年不間斷工作，否則地下水將會涌入煤礦，將煤礦上方的城市淹沒。目前煤礦的永久性環(huán)境問題仍然是困擾全世界的難題，德國的工業(yè)界和學(xué)術(shù)界正在尋找更經(jīng)濟(jì)、更有效的解決方案。

德國魯爾區(qū)正在工作的13個水泵站(白點)

圖片來源Matthias Müller，Proceedings IMWA 2016, Freiberg/Germany

煤和德國的未來能源戰(zhàn)略(Energiewende)

煤炭是一種化石能源，和其他化石能源相比，煤炭的價格最低，但卻最不環(huán)保。如果產(chǎn)生等量的能量，煤炭生產(chǎn)的二氧化碳是天然氣的兩倍。而且因為煤炭中的成分復(fù)雜，燃燒會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物、粉塵和重金屬等多種污染。

煤炭工業(yè)在德國二戰(zhàn)后的快速發(fā)展中扮演了重要角色，同時也造成了之前提到的環(huán)境問題。2015年煤炭仍占德國能源總量的44%左右。到2018年底，目前德國正在運(yùn)轉(zhuǎn)的最后兩個煤礦將被關(guān)閉。除了環(huán)境因素，關(guān)閉煤礦的另外一個原因是現(xiàn)有煤礦的開采成本已經(jīng)高于進(jìn)口煤礦的價格。在德國關(guān)閉煤礦后，煤炭的來源主要將依靠進(jìn)口，但問題是如何減少煤炭在總能源中的占比？一個答案是可再生能源。

2010年德國立法部門通過了Energiewende(能源轉(zhuǎn)型)計劃，在40年內(nèi)從化石能源逐漸過渡到可再生能源。根據(jù)該計劃，到2020年德國的溫室氣體排放將比1990年減少40%， 而到2050年溫室氣體排放將比1990年減少80%–95%。這是一個非常有挑戰(zhàn)性的計劃，而且目前還沒有任何一個國家提出了可以與 Energiewende相比的計劃。對德國政客來說，Energiewende類似于美國的阿波羅登月計劃。但和登月計劃相比，Energiewende需要幾十年的時間，而且可能需要每一個德國人的參與。不管這個計劃能否最終成功，德國將為其他國家在可持續(xù)能源和治理全球氣候變化方面提供非常寶貴的經(jīng)驗。如果說關(guān)稅同盟煤礦遺址是德國人創(chuàng)造的一個轉(zhuǎn)型奇跡，那么也許他們的Energiewende計劃也可以成為人類的第二個奇跡。

在可再生能源的創(chuàng)新方面，贏創(chuàng)發(fā)明的模塊化熱電裝換裝置(HighTEG)很有新意。如果這項技術(shù)可以得到大規(guī)模應(yīng)用，那么在很多能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的廢熱都可以得到利用，提高能源轉(zhuǎn)化的總體效率。這項技術(shù)也獲得了2016年德國可再生能源大獎。

贏創(chuàng)發(fā)明的HighTEG熱電轉(zhuǎn)化技術(shù)榮獲2016年德國可再生能源獎

煤和中國能源的未來

我國煤的產(chǎn)量和用量都在全世界排名第一。2016年，煤炭占我國能源總量的62%。和西方工業(yè)革命類似，煤炭在我國過去三十年的快速發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。但由于煤的大量使用，最近幾年也出現(xiàn)了大家熟悉和關(guān)心的霧霾等環(huán)境問題。世界上用煤第二大國是美國，但是煤在美國能源的占比要遠(yuǎn)小于中國，其中一個主要原因是美國擁有廉價的天然氣資源。而對中國，更為清潔的天然氣的成本要遠(yuǎn)高于煤，美國的方案并不適合我們。

減少煤的使用，提高空氣質(zhì)量仍然是我們要解決的問題，但中國已經(jīng)在這方面取得了一些喜人的成果：

1.煤在我國總能源中的占比在逐年減少。1980年煤在總能源中的占比為75%，而這個數(shù)據(jù)在2015和2016年分別是64%和62%。隨著我們對環(huán)境保護(hù)越來越重視，這個數(shù)據(jù)會繼續(xù)下降。

2. 我國新型燃煤發(fā)電站的能量轉(zhuǎn)化效率和排放標(biāo)準(zhǔn)都是世界領(lǐng)先的。2017年5月，美國進(jìn)步中心(Center for American Progress)發(fā)表了關(guān)于我國煤炭使用的報告。報告中對比了我國和美國的最高效的100個燃煤發(fā)電站，發(fā)現(xiàn)我國的發(fā)電站在發(fā)電效率和用煤量方面都領(lǐng)先于美國。另外，在我國低效率、高污染的陳舊的發(fā)電站正在被高效率、更清潔的新型發(fā)電站取代。

3.可再生能源在我國的能源占比在逐漸提升。中國利用可再生能源發(fā)電總量居世界第一，是排名第二國家的兩倍。2015年來自可再生能源的發(fā)電量(主要來自水電和風(fēng)能發(fā)電)占我國發(fā)電總量的24%。 2015年中國在可再生能源方面的投入也在世界排第一位。種種跡象表明，為了解決環(huán)境問題和能源安全問題，中國在可再生能源方面的投入和產(chǎn)出會繼續(xù)提高。根據(jù)國際能源署(International Energy Agency)提供的信息，中國正在穩(wěn)步實現(xiàn)到2020年非化石能源占總能源比例15%和到2030年非化石能源占比20%的目標(biāo)。

一句話結(jié)語

關(guān)稅同盟煤礦在30年間的成功轉(zhuǎn)型讓我們看到從霧霾到藍(lán)天的渴望并不是夢想；而中國發(fā)展的速度和效率(如高鐵建設(shè))讓我們相信一定可以在不久的將來找到最適合中國自己的能源和環(huán)境解決方案。