如果一系列能源技术问题不能解决，“可连续新能源纪”纷歧定是漂亮新世界。工业革命能源逻辑是什么？下一场工业革命的特征又是什么？能源转换将至。它遵循什么样的逻辑？给人类造成的技术挑战是什么？可连续新能源所支撑的世界会不会更优美？这是本文欲讨论的问题。
太阳是养育地球生命的万能之能。太阳中的轻原子发生核聚变，发生大量的热和光，这些光热旅行500秒、穿越1.5亿公里，照耀在大地上，给人以温暖，让树木得生长。太阳的光热并没能让其他行星万物生长。
地球之所以形成今天的生态情况，最重要的一环是地球生物在约30亿年前就演化出“光互助用”这么一个奇妙的功效，即微生物和植物使用太阳光把水剖析为氢气和氧气，并从空气中捕捉二氧化碳分子，把这些混淆的分子原子转化为有机碳体，然后把多余的氧气释放到空气中。从能量的角度来说，光互助用历程把自然中功率密度较低、较紊乱的水和二氧化碳分子转化为功率密度较高而且较有序的有机碳体物质，既增加了能量的功率密度，也淘汰了整个体系的紊乱水平（熵淘汰）。“功率密度”和“熵”是权衡能源质量很是重要的两个指标。光互助用给人类树立了一个能源操控的卓越模范。
化腐朽为神奇的光互助用，是让地球上的生物耐以生存的最基本的“技术”。因此，地球上草木茂密生长，腐朽后的草木回归地下，亿万年累积化为煤炭、石油等化石能源。
于是，人类的故事才得以开始，伟大的工业革命才气在历史长河中闪耀登场。人类的三个能源纪从低级能源来划分历史，人类只有三个纪元，即“草木能源纪”、“化石能源纪”和未来的“可连续新能源纪”。
人类绝大部门时间都靠草木能源赖以生存，并以此到达了农耕文明的巅峰。草木生生不息，但其生长受地域限制且每年生长的数量也有限。
这个时代人们随水草而居，一个乡村或都会，需要周遭30到50倍人群聚落面积的草木以支持其日常能源消耗。“草木能源纪”都会规模的巅峰人口约1百万。
几千年前，昔人就开始使用水能。他们发现的水库和水坝显著降低了水能的熵，让其变得可控、好用。
这是“草木能源纪”的昔人发现的一项重要的能源操控技术。两百多年前，瓦特发现了蒸汽机，烧煤把水酿成蒸汽、蒸汽驱念头器来替代人做粗笨艰苦的事情，于是启动了工业革命，以化石为主要能源的纪元也开始了。
近几百年化石能源的使用和生机蓬勃的科技创新，让人类享受到空前的繁荣和富足，世界人口规模和人均GDP都迅速增长。同时，也发生了许多副作用，如污染、全球变暖等。然而，化石和核裂变能源都是有限资源。未来百年，可连续新能源，如太阳能、地热/海洋热、自然机械能（风能、潮汐以及其他自然机械能）等，不得不逐渐取代化石能源成为支撑社会运转和人们生活的主力，下一场工业革命也将波涛壮阔地展开。
无论是上一轮、还是下一轮工业革命，能源和质料都是最下层的科技元素。科学家通过所发现的自然现象而发现新的能源操控技术、人们进而发现新机械和工具，从而让人类高效而充实使用能源，这是最为关键和基本的一条科技生长路径，会深刻地驱动各方面的科技和社会变化。工业革命的能源逻辑优质能源的物理特征是功率密度高、有序可控性好（即“熵”低）。
能量在使用历程中不会消失（能量守恒），但其被使用之后，会转化为密度低而无序的高熵能源，很难再被使用。因此，人类把控能源的物理学逻辑就是只管寻找和发现高功率密度且低熵的能源，增加能源使用效益、部门弥补在其使用历程中的不停耗散。
像“光互助用”那样能够逆转功率密度淘汰和熵增加的能源操控历程，更是格外弥足珍贵。化石能源的功率密度比草木和自然河流高几个数量级。上一轮工业革命的重点是从使用草木能源转为以化石能源为主，于是发现了大量新机械和新工艺来使用功率密度高而熵较低的化石和核裂变等能源。
其基本物理历程就是首先使其燃烧成为热能，人或机械要么直接用其热能、要么转化为动能再使用，历程中大部门热量都市被浪费掉，很是暴殄天物。发电技术被发现之后，化石燃烧发生的热能被转化为动能、然后再转化为电能，这个历程会浪费更多能量。由于电能的可控制性特别好、使用很是利便，于是人们建设了庞大的全球电力体系，形成了集中供能的模式。
这些科技成就奠基了当下社会人们的生活和经济运转的底层基础。如果优质的高功率密度且低熵的化石和核裂变能源消耗殆尽，人们不得不再次转换能源。现在可供选择的可连续能源，如传统可连续能源如草木和河流等、及太阳能等可连续新能源，比化石能源功率密度低几个数量级、其熵也比化石能源高许多， 这必将导致新一轮工业革命。
下一场工业革命的特征如果未来以低功率密度的可连续能源为主，必将形成能源供应漫衍式格式。从能源使用的角度来说，人们疏散使用能源的习惯和需求一直存在，例如疏散居住和移感人群。现代社会物联网、传感网络、机械人和人工智能等技术的到来，发生了数目庞大、漫衍性广、移动性强、功耗小的电子器件，这也导致庞大的疏散能源需求。
很难想象如此海量而漫衍极广的器件都由寿命有限的电池驱动，更换电池贫苦，浪费和污染都可能很严重。更好的供能模式应该是自驱动。智能地匹配漫衍式能源供应和疏散的能源需求将变得越来越重要。
因此，下一场工业革命的主要技术挑战主要有：1，低熵高密度能源缺乏和高熵低密度能源的有效使用，与之相匹配的新机制、新器件和新机械需要被重新发现出来。2，陪同着化石能源消失的另有庞大的质料缺口，这是另外一大类创新需求和偏向。3，如何实现漫衍式供电和疏散化用电的智能匹配，物联网、传感器等如何与新能源相联合以实现自驱动等也是很是重要的一大类科技创新需求。
这些都是上一轮工业革命未曾有过的奇特挑战。为此，科学家们正在竭尽全力发现新事物、发现新技术、缔造新产物，从科学走向工业去解决人类所面临的配合大挑战。
一方面，人们接纳“演化”思路，只管用新能源替代旧能源发电以淘汰化石能源消耗量，用太阳能发电是现在的一个主流偏向。另外，提升终端用户的能源传输和使用效率，同时发现许多能够衔接新旧能源的机械和工具等领域都是现在科技创新的活跃领域。
另外，一些革命性的新能源技术也在逐渐展开中。在发现使用低熵高密度能源方面，人们自1950年月开始已经投入了大量资源来研究核聚变发电机（俗称“小太阳”），但现在仍然在研发之中。
高能量密度的氢气可以用作移动能源，但现在主要原质料来自化石原料，用水制氢成本太高。如果人类能够到达“光互助用”剖析水为氢氧的能力，优质能源的可连续性就无需忧虑了。
虽然很难预料这些技术什么时候该可以成熟地投入使用，但这种关乎人类未来运气的战略技术，恒久研发投入是须要的。在使用高熵低功率密度能源方面，近年来也有一些科研亮点。
例如王中林院士发现的摩擦纳米发电机，是一种使用摩擦起电机理而发现的使能技术，可以把自然界的零星机械能转化为电能。通过对质料的不停选择和优化，以及对能源收罗、转换和存储及输出历程的不停革新，现在已经可以把功率密度低而熵较高的无用机械能，高效转化为功率密度较高、熵显著较低的电能。纳米发电机是一种提升功率密度和逆转熵“化无用为有用”的历程，与“光互助用”异曲同工。
由于零星机械能无处不在，既存在于不停运动的人体之中、存在于微风和震动之中、也存在于汪洋大海之中，因此这项技术不仅应用前景很是辽阔，也很切合今世和未来能源使用疏散化的特征，可以让许多器件和机械实现自驱动。“可连续新能源纪”的未来社会百年之后，最后一轮工业革命或许已经完成，当我们再回首科技创新的一路风物，演化性技术大多会停留在历史深处，而崭新的技术则逐渐会成为世界新能源格式的主力，“可连续新能源纪”就此降生了。无论人类是否愿意，这场正在发生的能源更替是局势所趋，别无选择。
这场革命不仅技术挑战很大，社会和经济成本也都是庞大的。如果一系列能源技术问题不能解决，“可连续新能源纪” 纷歧定是一些人期待的漂亮新世界。好比，如果今天超大规模都会难以获得足够高密度能源支撑，人们居住不得不疏散化，占据更多地外貌积。如果大型交通运输载体，如飞机、远洋巨轮等不能获得足够的高密度移动能源驱动，则不得不用陆路来举行更多的运输，速度也可能变慢。
这些场景都可能使得大陆更为拥挤。我们有一百年的时间去做这场能源转换的准备，但百年将倐忽而过。固然，可连续新能源比草木能源的总量和功率密度都大得多，无论如何未来人类都不会再回到狩猎收罗或农耕时代。
但很可能，今天这个问题重重的“化石能源纪”，会成为人类历史上一座孤耸的繁荣岑岭、供子子孙孙翘首回望，期间的奋斗、痛苦和辉煌都将成为绝响。
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