能源的運用—電力與石油(下)

上週談到電力發現史與電力如何開始被利用，這次則是要談原訂上周也要一起談卻延到這裡拜的石油的歷史與當代運用

早在公元前10世紀之前，古埃及文明發源地已經採集天然瀝青，用於建築、防腐、粘合、裝飾、製藥、甚至製作木乃伊，古埃及人甚至能估算油苗中滲出石油的數量。泥板文字中也有關於在死海沿岸採集天然石油的記載。此外在波斯及裡海沿岸古代也有使用瀝青的紀錄

在歐洲，從德國的巴伐利亞、義大利的西西里島和波河河谷，到波蘭的加利西亞、羅馬尼亞，中世紀以來，人們就有關於石油從地面滲出的記載。並且把原油當作「萬能藥」。加利西亞、羅馬尼亞等地的農民，早就挖井採油。

至於古代中國，則有晉《博物誌》載：「酒泉延壽縣南山出泉水，大如筥，注地為溝，水有肥如肉汁，取著器中，始黃後黑，如凝膏，然極明，與膏無異。甚佳，彼方人謂之石漆。」中國人使用固定在竹竿一端的鑽頭來鑽井，其深度可達約一千米。他們焚燒石油或天然氣來蒸發鹽滷製鹽。10世紀時他們使用竹竿做的管道來連接油井和鹽井。「石油」一詞首次在宋朝《夢溪筆談》中出現並沿用至今。。

現代石油歷史始於1846年，當時生活在加拿大西部的Abraham Pineo Gesner發明了從煤中提取煤油的方法。1852年Jan Józef Ignacy Łukasiewicz發明了使用更易獲得的石油提取煤油的方法。次年波蘭南部開闢了第一座現代的油礦。這些發明很快就在全世界普及開來了。1846年在巴庫建立了第一座現代化開採的石油油井，1861年建立了世界上第一座煉油廠。當時巴庫出產世界上90%的石油。

19世紀石油工業的發展緩慢，提煉的石油主要是用來作為油燈的燃料(更早期使用鯨魚油)。20世紀初隨著內燃機(現今的內燃機雛型於1880至1890年代誕生)的發明情況驟變，至今為止石油是最重要的內燃機燃料。尤其1859年8月27日Edwin Drake在賓州挖到石油，引發美國第一次石油繁榮，在墨西哥灣沿岸與加州的油田發現導致「淘金熱」一般的形勢。

到1910年為止，在加拿大（尤其是在艾伯塔）、印尼、伊朗、中南美洲發現了新的油田。這些油田全部被工業化開發。

大多數地質學家認為石油像煤和天然氣一樣，是古代有機物通過漫長的壓縮和加熱後逐漸形成的。按照這個理論石油是由史前生物和藻類的屍體變化形成的。（陸上的植物則一般形成煤。）經過漫長的地質年代這些有機物與淤泥混合，被埋在厚厚的沉積岩下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉化，首先形成臘狀的油頁岩，後來退化成液態和氣態的碳氫化合物。由於這些碳氫化合物比附近的岩石輕，它們向上滲透到附近的岩層中，直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則中空的岩層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。通過鑽井和泵取人們可以從富集的油田中獲得石油。

地質學家將石油形成的溫度範圍稱為「油窗」。溫度太低石油無法形成，溫度太高則會形成天然氣。雖然石油形成的深度在世界各地不同，但是「典型」的深度為四至六千米。由於石油形成後還會滲透到其它岩層中去，因此實際的油田可能要淺得多。因此形成油田需要三個條件：豐富的源岩，滲透通道和一個可以聚集石油的岩層構造。

非生物成油的理論天文學家托馬斯·戈爾德在俄羅斯石油地質學家尼古萊·庫德里亞夫切夫（Nikolai Kudryavtsev）的理論基礎上發展的。這個理論認為在地殼內已經有許多碳，這些碳有些自然地以碳氫化合物的形式存在。碳氫化合物比岩石空隙中的水輕，因此沿岩石縫隙向上滲透。石油中的生物標誌物是由居住在岩石中的、喜熱的微生物導致的。與石油本身無關。

在地質學家中這個理論只有少數人支持。一般它被用來解釋一些油田中無法解釋的石油流入，不過這種現象很少發生。非生物成油理論無法解釋世界99%以上的石油都儲存在沉積岩中，而那些非沉積岩中的石油也可被解釋為從別處沉積岩中運移而來。同樣，非生物成油理論無法解釋石油中廣泛分布的生物標誌化合物，如甾烷，伽馬蠟烷，植烷，藿烷，萜類以及同位素偏輕等現象。

直到1950年代中為止，除了美國外，煤依然是世界上最重要的燃料，但石油的消耗量增長迅速。1970年代兩次石油危機爆發後媒體開始注重對石油供應水平進行報導。這也使人們意識到石油是一種有限的原料，最後會耗盡，至少作為一種經濟能源。不過至今為止所有預言石油即將用盡的試圖都沒有實現，所以也有人對這個討論表示不以為然。石油的未來至今還無定論。也有人認為隨著技術的發展人類總是能夠找到足夠的便宜的碳氫化合物的來源的。地球上還有大量油砂、瀝青和頁岩油氣等石油儲藏，它們足以提供未來的石油來源。目前已經發現的加拿大的焦油砂和美國的油母頁岩就含有相當於所有目前已知的油田的石油。(但筆者對此持保留態度，之後有空再來談)

今天90%的運輸能量是依靠石油獲得的。此外它是許多工業化學產品的原料(塑膠、化學纖維與許多有機藥劑)，因此它是目前世界上最重要的物資之一(相當於古代木頭的地位，可以製作家具、蓋房子以及作為燃料使用)。在許多軍事衝突中占據石油來源是一個重要因素。

中東首次發現石油，是在1908年的伊朗，而今天約80%可以開採的石油儲藏位於該地區，其中62.5%位於波斯灣周圍。另外美國曾於1977年(石油危機之故)至2015年期間實施原油出口禁令(頁岩油大量生產)。

事實上，戰後的工業國家的一般人也能享受到高品質的生活水準，像是有吃不完的食物，買不完的商品，其實都拜石油的高能源密度(為煤的三倍，木柴的十倍)，與石油為許多碳氫化合物所組成的特性，可以提供龐大的動力來源，以及可從石油中提取許多有機化合物製成塑膠、藥物與化學纖維(令成衣工業興起)。在此之前，即便是富貴人家，服裝與藥物仍取得不易，而石化工業興起史的醫藥科技突飛猛進更是降低因病之死亡率，令人類平均壽命延長，改變了人類社會的生活圖景。

總算講完能源的發展史，下次就要把經濟系列做完結，不好意思讓各位讀者久等了。(另外這幾個禮拜介紹工業能源與部分技術之故，篇幅比較長也比較無趣)