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【碳中和:凭“空”制出液态燃料】

“云里铜乌风作籁,天边金掌露成霜。”这句宋诗是对金铜仙人承露盘的生动描述,表明在古代人们就懂得从空气中“捕获”所需成分——水了。

两千多年后的今天,人们依然致力于研究如何有效利用空气。只不过如今的研究大大增加了科技含量,其中的趋势之一是注重空气中碳的转化与利用。例如,微藻生物固碳技术,利用空气中的二氧化碳生产燃料、化学品和食物等;二氧化碳甲烷化技术,通过金属催化,将二氧化碳转化为天然气,实现二氧化碳资源化利用。

今天,让我们关注——

瞄向空气中碳的转化利用

有人可能会问:为什么要重视空气中碳的转化和利用呢?这主要从两点考虑——

首先是从物质上看。作为碳基生命,生物都需要碳,所以很自然地想要把空气里的碳转化为食物。

其次是从能量上看。供能所需的有机物都含有碳,而它们释放能量后会变成二氧化碳散发到空气中。如果把这些二氧化碳再转化为储能物质,就可实现碳中和,即碳的收支相抵,减轻温室效应。

去年,中国科学家在实验室中首次实现从空气中的二氧化碳到淀粉分子的全合成,为应对粮食危机和气候变化提供了一条很有前景的策略。这是受光合作用启发,人类智慧对自然智慧的一种模仿。

无独有偶,近日瑞士苏黎世联邦理工学院的科研团队设计了一套利用阳光和空气直接生产液态烃或甲醇燃料的装置,为吸收和利用二氧化碳提供了又一条光明之路。

据顶级学术期刊《自然》杂志报道,这种装置在日常条件下运行,能在一天7小时的工作时间内生产32毫升甲醇。

众所周知,自然界有一条重要定律,那就是质量守恒。物质在化学反应过程中,原子种类不变,数目不增不减,只是发生重新结合,从一种连接方式转化为另一种连接方式。就像一个班级调换座位后重新划分小组一样,又进行重组,但班里的人没有变。

如果我们想要得到甲醇或其他液态烃类燃料,那么制备它们的原料也应含有同样元素,即碳、氢、氧。空气属于混合物,里面含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳以及其他物质。其中二氧化碳约占0.04%,水蒸气和其他杂质约占0.002%。

这就为以空气为原料生产液体燃料提供了可能:经由空气捕获装置收集和纯化,可得到较为纯净的二氧化碳(纯度98%)和水(污染物低于千万分之二)。

接下来的任务,就是把二氧化碳和水转化为燃料。

鉴于直接转化比较困难,一种权宜之计就是先把它们制备成合成气,即氢气和一氧化碳。这是制备许多化工原料的原料气。这套实验装置采用的方法是利用太阳能,驱动二氧化碳和水蒸气与三氧化二铈发生氧化还原反应,二氧化碳和水分别被还原为一氧化碳和氢气,而三氧化二铈被氧化为二氧化铈。氧化产物二氧化铈还可通过吸热,还原为氧气和三氧化二铈,便于再次循环利用。

市面上,三氧化二铈价格大约为1万元/吨,称不上昂贵,且可循环利用。合成气一氧化碳和氢气进入反应设备后,生成目的产物液态烃或甲醇,也就是空气燃料。

说到这里,大家或许会想到,二氧化碳合成淀粉的路线里,也有合成甲醇这一步,但那里用的是氢气还原,而这里用的是三氧化二铈还原。

“质”“量”兼优的能源利用方式

这条以空气为原料制备液态燃料的路线,理论上可行,实际上是否行得通呢?

首先让我们看一下产量。研究人员发现,该装置在正常工作条件下一天运行7小时,通过连续17次氧化还原循环,共获得96.2升的合成气。这些合成气,可在装置中进一步加工成甲醇。

装置测得的合成气单程摩尔转化率为27%,产生的甲醇纯度为65%。

剩余未转化的合成气经过6次循环转化后,最终总摩尔转化率为85%。一天运行7小时后,就得到了上述所提到的纯甲醇32毫升。这个产量的燃烧热和一盏功率为9瓦的日光灯照明15小时消耗的电量相当。

当然,这种设备并非只生产甲醇,通过选择具体的合成工艺,也可定制其他烃类燃料。

研究者认为,如果该项成果投入商业应用,将会创造巨大收益。例如,商业规模的太阳能燃料工厂可使用10个定日镜场,假设每个定日镜场收集100兆瓦的太阳辐射热能,系统总体效率为10%,那么每天就可生产95000升煤油,足够为一架载有325名乘客的空中客车提供从伦敦到纽约往返一趟的燃料。

这样看来,产量算是可观,那么这些燃料的质量如何呢?

我们和常规的航空燃料对比一下:目前生产航空煤油的常规方式是重油加氢裂化,产物中会不可避免地带有含硫化合物、含氮化合物、稠环芳烃、重金属等空气污染物。而通过该太阳能氧化还原装置生产出来的喷气燃料,通过燃烧测试表明,有害物质排放显著减少。相比之下,优势明显。另外,石油属于不可再生能源,而空气可源源不断地获取,从长远来看也更有前景。

在这个太阳能氧化还原装置里,二氧化碳和水在太阳能作用下会转化为液体燃料,而当液体燃料投入使用后又会生成二氧化碳和水。从物质角度考虑,碳排放和消耗相等,所以研究者称其为“碳中和的里程碑”。

从能量角度考虑,在燃料制备过程中,能量大多来自太阳能,而后续燃料燃烧又可根据需要转化为其他形式的能量。因此,这相当于间接利用了清洁能源。

面向未来发掘“清风”潜力

谈到这里,有人可能会质疑:为什么不直接制备氢气做燃料?这样就不再产生二氧化碳了呀!

其主要原因有两个:一是氢气作燃料,虽可减排,但不能吸收大气中已有的二氧化碳;二是限于目前的储氢技术,氢能在交通、家居等场景的普及还不现实。

其实,这项成果对未来最大的意义,并不是提供一个终极的能源生产方式,而是提供一个比较有性价比的固碳乃至碳中和手段,同时有望缓解碳氢燃料短缺且不可再生的危机。

此外,研究者算了一笔账:基于当前太阳能燃料系统的工作性能,空气捕获装置捕获量每年达到10万吨二氧化碳时,大约需要4500平方米的占地面积。假设系统总体效率为10%,那么这样一个太阳能燃料工厂每年将生产约3400万升燃料。相比之下,2019年全球航空煤油消耗量为4140亿升,若要完全满足全球需求,所有太阳能发电厂的总占地面积约为45000平方公里,相当于撒哈拉沙漠面积的0.5%。在人迹罕至的荒漠里,除了“大漠孤烟直,长河落日圆”的胜景之外,还可平添几分科技氛围。

这样看来,太阳能燃料系统原料易得、环境友好、占地面积并不大,似乎很容易推广。而实际上面临着诸多挑战:太阳能热化学燃料的初始投资成本很高,每升常规喷气燃料的成本通常不超过1美元,每升太阳能喷气燃料的成本却到了10美元。所以,其在短期内并不占优。

鉴于此,研究者拿出方案:呼吁政策支持,为第一代商用太阳能燃料发电工厂创造一个短期市场;实现自我提升,通过规模效应和流程优化,降低关键部件的生产成本,从而提升市场竞争力。

从质量守恒的角度来看,碳虽不会消失,但可转化为一种有益的存在形式,不管是淀粉还是燃料。这些转化途径都不是终极方式,也不是非此即彼。碳中和不会就此止步,未来会出现更多脱碳途径,各自发挥不同作用、适用不同条件。

“惟江上之清风,与山间之明月,耳得之而为声,目遇之而成色,取之无禁,用之不竭。是造物者之无尽藏也”。说出此话的北宋文学家苏轼尽管很有洞察力,但他或许想不到清风不仅能为“无米炊”,还能化作“万金油”。的确,到目前为止,我们还不知道二氧化碳究竟蕴藏着多大的转化潜力、存在多少种可能的用途。这一切,均取决于人类的想象力,这正是创新和改变的源泉。

【黄今言:当前秦汉史研究存在的几个问题】
中国秦汉史研究已走过很长的历程,改革开放以来更是取得了举世瞩目的成就。现在,研究队伍不断扩大,涌现出一大批中青年学者;研究领域扩展,涉及经济、政治、军事、法律、社会、文化、教育、思想等方面;研究方法多样化,除实证法外,还借鉴社会学、人类学、地理学、计量学等学科的研究方法,使研究走向深入;研究成果颇为丰硕,论文、著作成倍增加,原创性论著多有问世。但是,毋庸讳言,当前秦汉史研究也面临一些问题,值得关注。

【应当重视贯通性整体研究】
秦汉史研究的选题趋向细小个案,本来是学术研究走向深入的体现,有些问题也确实需要从“小”或“碎片”做起,宏观着眼,微观入手,小题大做,这是对的。但令人担忧的是,由于受后现代主义思潮的影响,秦汉史研究存在着将一些零散琐碎、不足以说明问题的事情纳入研究视野的现象,视历史为没有内在联系的事件堆积,完全疏离历史的宏观叙事,不谈历史的脉络与层次变化,不讲历史发展规律;还有些选题只是对前人研究过的课题修修补补,用出土的某些简牍资料做一点一滴考证,甚至将几十年前别人已解决了的问题重复考证,缺乏对问题的总体把握和规律性阐述。

治史当重视贯通性的整体研究,这是由历史学科特点所决定的。选题不论大小,不管考证还是论说,都应该贯通。司马迁说:“究天人之际,通古今之变。”有建树的前贤学者非常重视“通”与“专”的关系,重视在通史基础上进行断代研究,先“通”后“专”,“专”中求“通”。首先,要纵向(即时段上)前后贯通,注重历史的源流变化。例如,研究秦汉赋役制度要前后贯通,因为这一问题存在地、资、丁、户之间的复杂关系,前后变化很大;而赋税征收的依据、项目、标准及方法等,前后也有变化。若不将其源流变化搞清楚,很难得出正确结论。其次,不仅要前后贯通,横向也要贯通、做整体考察。我们研究秦汉兵制史时,就兵制论兵制是不行的,应该将兵制放在整个社会经济中进行探讨。社会经济在很大程度上往往制约兵制的发展。例如,土地制度与兵役制度有密切关系。西汉时期,因农民“著地”,自耕农多,兵源充足,征兵制得以推行;东汉时期,随着大土地私有制发展,农民失地破产,征兵制失去摊派基础,乃渐行募兵。可见,土地制度变化是兵役制度变化的根源之一。

大量史实证明,只有从社会整体上进行综合考察,才能了解历史事件的相互关系和影响。若从“碎片”到“碎片”,就事论事,停留于点滴、孤立的考证,而不做贯通、整体研究,就难于使研究引向深入。要使微观实证与宏观联系相结合,当然要有学术积累,不可浮躁,要甘坐冷板凳,要有攻关克难的思想境界。

【应当重视史学理论思考】
对史学理论问题,前贤学者较为重视。20世纪五六十年代,曾有过许多重大理论问题的探讨,例如亚细亚生产方式、土地所有制形式、汉民族形成、中国古代民族关系、农民战争、历史发展动力、人物评价标准等,不少秦汉史学者参加了讨论,出现了不少成果。但是,近来有人对理论问题不那么关注了,甚至出现“淡化理论”倾向,满足于史料的排列和简单归纳,而对历史事件的背景、本质、特征缺乏深层追索和理论阐述,用堆积史料来掩饰思想理论上的贫困,缺乏问题意识和理论思考。

史学研究发展到今天,治学的功力和水平不应只体现在史料的堆积上,而主要应该反映在学术思想和理论建树方面。史料固然很重要,但不能停留在史料上。过去,研究者为查找一条史料花费时间很多。现在,随着互联网的发展和多种信息平台的建立,对资料的收集变得很方便。当今,史学研究在占有资料的基础上,应集中精力更多地独立思考,注重创新。把精力用在理论的归纳、概括、总结和提升等方面,提出新观点、新理论,采用新方法,丰富历史的学术内涵和品位,传播优秀的传统文化,并以此为价值评判,作为衡量成果优劣的标准。

现在,既有许多反映社会本质特征并带规律性的重大问题值得继续研究,包括秦汉社会结构、政治制度、军事制度、思想文化、国家教育等问题,也有不少疑点、难点需要解决,例如秦汉国有资本的流失与变化、家庭农场的经营与管理、农民地权的流转、社会公共产品的分配、乡村基层政权的建设、社会转型时期地主制经济的特点、政府行为与经济发展的关系等。我们在研究这些问题、进行理论思考时,应当坚持以正确的史观为指导,把握先进文化前进方向,深入阐述传统文化的精髓,对丰富的历史资料做出新的理论阐述,发展有中国特色、中国风格的社会主义史学,充分发挥历史学的功能作用。对历史不仅要努力做到“求真”、“求实”,揭示历史原貌,维护历史尊严,还要展示历史发展的缘由、演变过程和发展规律,做到“经世致用”,通过史实总结经验,为现实提供“资治”,服务社会。史学工作者的这些使命,大家都是认同的,关键在于实践中的贯彻,在行动上加强史学理论建设。为此,需要多读经典作家原著、历史哲学著作,丰富理论知识,同时要关注现实政治生活,提高洞察力和思辨力,加强自身的理论素养。

【应当将简牍与传世文献相结合】
简牍资料很宝贵,但如何处理它与传世文献的关系,目前有一些不同认识。有的研究者往往用简牍资料否定传世文献,对《史记》《汉书》的有些记载提出质疑。

简牍确实很重要,但使用时要做严格认真的审辨和分析,要注意区分它的时间与地区之别、内郡与边郡之别、国家政策与具体执行上的差异等。例如,根据荆州纪南松柏汉墓出土的木牍,南郡所属的各县道“卒更”有“三更”、“四更”、“五更”、“六更”、“七更”,当时普遍实行了“三更之制”,非一年一更,徭役很重。但《食货志》记董仲舒言“月为更卒”,即编户民每年在郡县服役一个月。于是,有人对董说提出怀疑。其实,南郡县道一年多“更”是局部地区的特例,而《食货志》所记董氏之言是讲全国“更卒”通行的一般规定,是指全国范围内的法律规定。汉代徭役制度在全国范围内虽有统一规定,但往往存在地区差异,同时,役法的具文规定与实际执行也有距离,历代概不例外。

关于西汉农民的土地占有量,据江陵凤凰山10号汉墓木牍载:西乡郑里25家农户,共有耕地617亩,平均每户有24.68亩土地,其中,少者8亩、10亩,多者54亩。而《食货志》记载晁错的话说:“今农夫五口之家……其能耕者,不过百亩。”对这两处记载的不同,也要做具体分析,不能以木牍而否认晁错之言。又,北京大学藏《赵正书竹简》记秦二世继位之事,与《史记》存在差异,既有相同之处,也有很多不同之处。那么,是否如有人所说《赵正书竹简》比《史记》更为可信?这值得认真辨析,或许司马迁之说另有所据,不应武断否定《史记》的相关记载。简牍对传世文献在某些方面虽有补缺作用,但不应轻言传世文献不可靠。我们应该将简牍与传世文献相结合,对历史事件进行综合判断和分析。

总之,秦汉史研究成就斐然,刊布了不少优秀论著,但也存在一些不足。只要大家共同努力,今后秦汉史研究一定会出现新的局面。
(来源:《中国社会科学报》2017年10月31日 )

Day 45:认知篇-->大学应该适应社会?

如今,一些教育家打着大学需要适应于社会的口号,修正着大学的发展目标,从“大学的文凭含金量与大学为市场输送人才的优秀程度紧紧挂钩”中,得以窥见一斑。然而,这是否与创建大学的初始目的相违背,值得一番议论。

不可否认,大学与社会之间必然存在着紧密联系。大学服务于社会,但服务的方式不应是“适应”,或者“融入”,成为社会这台大机器之中的一个齿轮,市场利益体系之中的一环,即以利益为导向的形式,为社会提供服务。大学,与这种以市场经济为基础的社会之间,便缺少了理应存在的距离。如果大学以这样一种活动方式存在,那么大学为社会所提供的价值被局限于利益经济领域,而非应用于广袤无垠的人类社会。因此,如何将大学的价值发挥至最大化,或者说,如何让大学行走在发掘自身价值的道路上呢?

大学不应该适应,融入于社会,而应当引领社会。引领社会,不指大学要高社会一等,管理着社会活动,而指是要为社会的发展提供一股深刻动力。社会活动,由政治,经济,法律等方面组成,如器官一般,通过不断的演化,相互作用,相辅相陈,构成一个健全的生态系统。大学,同样作为其中一个器官,但它名叫做灵魂,是决定一个社会,乃至一个文明,发展上限的存在。创建大学的目的何在?大学,独立于社会之外,是学术的清净之地,是思想的萌生沃土,是对精神的守护底线。如果它被其他器官所沾染,甚至被隶属于其他器官,这会严重丧失且腐蚀它应有的价值。这并不是在危言耸听,而已正发生在我们现实世界当中。

市场经济的思想正侵袭于大学这片净土,例如一个大学的名声由其过往向社会输送人才的优秀程度决定。如果这作为每个大学的生存基础的话,大学便卷入了市场竞争的漩涡之中。为了打造自己的品牌,迎合社会的期望,许多大学,正趋之若鹜般,以培养学生适应社会的能力,为主要的教育方针,以此朝着社会价值观定义的,所谓成功人生迈进。许多大学生刚刚进入大学,便盲目追求于高绩点,考研。追求高绩点,考研,本身并无错,因为它对一个人扩充人生阅历,树立健全的三观颇有帮助,但如果将它们视为实现丰富物质世界,能在社会上站稳脚跟的手段,便有所公允。即便大学由此收获了业界内的一致好评,得到了理想的声望,但越是如此,越能体现出教育制度的大崩坏,让人悲哀于教育业的失败。

当接近教授,被视作获取成绩和推荐信的捷径,而非用来交换思想观点,完善个人;当做学术研究,发表论文时,学生脑中闪现出“什么研究容易被看到”,“什么论文容易发表”,而非“我的研究和论文,是否具有创新意义,是否能够推动人类文明的进展”。类似事件如今时时刻刻发生在大学之中,实属是一片礼崩乐坏的景象。市场经济不亦说乎地殖民于大学这座象牙塔,而管理大学的教育家,身处大学的青年们却趋之若鹜般,放任这种行为的肆虐,甚至于丧失了对此发出微薄声音的意愿,而遵从于社会的安排,适应于社会的变化。论语中曾记录过这么一句话:“后生可畏,焉知来者之不如今也?”。然而,如果遵循目前这个趋势,古代的先贤怕会大失所望。

马克思,恩格斯都曾提出:“矛盾是事物发展的源泉和动力”。如果社会上的众人,甚至于是正值青春年华,朝气蓬勃的青年人,都缺乏了挑战所谓真理的勇气,以及迎难而上的决心,那么一切的社会行为永远只是在系统内的低水平重复,无法突破边界,文明的发展或将停滞。大学赋予当代社会的意义,在于培养一些具有创新性思维,抱着“怀疑一切”态度,能引导社会发展的人才,而非顺势而为,即插即用的技术性复制人。大学赋予青年的价值,不是在于扩充知识面,也不在于赋予一个健康的价值观和人生观,更不在于塑形,而是在乎于授予年轻人“无形”之哲理,如水一般,随物赋形,才能培养出思维多元化,人格健全的有志青年,教育也才有了正确的出口。

纵使众人皆醉于轻浮的世俗,陷于错误的选择之中,且日暮途远,情形每况愈下,但知其不可而为之,是每个觉醒者的使命。哪怕花费许多时间精力,却只能叫醒一个人,也是值得的,如亚马逊雨林的那只蝴蝶一般,扇动一下翅膀,便能掀起一场风暴。一旦风暴形成,暗无天日,日月无光的日子或许就将寻得新的出路。砸碎先前积累起十余年的价值体系,是一件很残酷,也很遗憾的事情,但不破不立。即刻挥舞起批判的大棒吧,对万物抱有怀疑态度,让思想不断的迭代更新。要知道,在过去世界的灰烬里,才能浴火重生。


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