本刊记者 白勇
让水产畜禽饲料更高效地转换能量,让养殖户以更低成本获得更高效益;同时致力于光伏新能源产业链的规模投入和高效产出,为社会大规模提供真正的清洁可再生能源——这就是刘汉元和通威孜孜以求的理想与事业。
任何一种能量转换方式,都在其所属的最小转换系统之内,也在其所属的最大转换系统之内,并且符合最大系统的转换逻辑。宇宙万物就这样自动自发地进行能量转换并守恒,自反馈自我循环,因而完全自洽,所以整个宇宙是一个浑然一体的能量场,是一个不可分割的庞大系统。
大小系统都是同一个系统
整个宇宙大系统内,又包含数不清的小系统,如众多大小星系,每一个星系系统中又包含数不清的小系统,如恒星、行星等星球,每个星球系统中又包含数不清的更小的系统,如地球上的大气循环系统、碳循环系统……直到微生物,直到细胞、分子、原子,直到原子里的电子、原子核,原子核里的中子、质子……从无限大的到无限小的,它们都遵循宇宙最基本的能量转换逻辑,形成大小从属又交错的无限互联循环系统。这就是宇宙万物的本质状态,即它的实相,也是互联网和互联网思维的本质状态。
其中任何一个小系统因外部大系统的某种变化,整个小系统就会全部转换到这个大系统中,呈现原本在这个大系统里的形态(比如生物质的燃烧)。但所有物质都不增不减,只是转换成了另一种能量存在形式。因此看似不交叉的两个或更多的系统,必然都存在于某个更大的系统内,并符合这个更大系统的能量转换逻辑,比如本文最后部分将说到的“渔光一体”。
小系统一定存在于大系统内,小系统的运行逻辑一定与大系统的逻辑一致。更大系统内的太阳热辐射能和光辐射能,既能以更小系统的形式如动物、植物这些生物质的形式存在,又能从生物质的形式通过高温重新还原为更大系统内的光热辐射能。而且这些生物质也正是宇宙爆炸时产生并存在于整个宇宙大系统中的能量……万物无一不是如此,都是相互转换的能量。所以“你中有我,我中有你”,也如太极图中阴阳的相互转换,当然,也如量子物理学家F·卡普拉所说:“宇宙是一个相互联系的完美网络,其中一切事物相互作用的方式,都是每一种事物中皆含其他事物”“每个部分都包含全体,又在全体之中”。大系统与小系统都是浑然不可分的同一个系统。
这就是宇宙万物的逻辑,这是一种“大道”。大道至简,整个复杂的宇宙本身就是量子的,它其实只遵循“能量守恒”“自组织”转换、“E=MC²”等几条量子世界的极简原则。正因为这些原则极简,宇宙能量才能以亿万种不同的转换形式存在,不停地显现为不同的能量状态,从量子力学的微观世界到牛顿力学的宏观世界,显现为各种亚原子粒子、原子、分子、不同的化学物质、各种金属、岩石、水、不同成分的天体以及地球上精彩纷呈的生物多样性,以及它们的变化、速度……特别要解释的是,所有无机物同样是能量,包括金属和非金属。道理也很简单,所有原子内的电子和原子核内的中子、质子,都在永不停息地以不可思议的高速运动着,都是能量的体现,只是它们的分子结构比生物质分子结构更加稳定,进行能量转换所需条件不同而已。
刘汉元对此有深刻的认识,他在2009年《“速度”是任何物质、事物及能量的存在方式》讲话中,对亚原子粒子的速度及能量关系,有充分的论述。
宇宙万物就这样不停地进行能量的转换,生成了如此纷繁复杂、丰富多彩的大千世界……
至此,我们已经大致了解了养鱼和光伏太阳能的实质都是能量转换,只是条件不同、形式不同,是能量呈现出的众多不同形态之中的两种,在能量系统内二者是统一的。
这其实已经解释了为什么可以“渔光一体”。
更大的能量系统
我们终于快要谈到“短链逻辑”了。其实我们所谈的所有内容,都是为了回到这四个字上。
但是如果不把太阳能、微藻、鱼、生物质能源、人类文明历程和化石能源、能量转换等问题说清楚,短链逻辑就无从谈起,也谈不清楚。
因为它们都是能量转换链条上的不同环节,是一体的,区别在于这些不同能量体在链条上所处的环节,经历了不同的长度。这正是问题的关键所在。
前面已经说得很清楚,人类实际上是通过利用生物质能源和化石能源来利用太阳能。问题是,人类燃烧煤和石油的同时,也犹如打开了“潘多拉的盒子”(其实地球本身就是这只盒子),把亿万年前固化的二氧化碳及其他更多高温高压进入煤和石油的无机物,逐步燃烧释放了出来,两百多年来日积月累,慢慢打破了维持地球生态环境所需的平衡……勿需多言,众所周知,人类的生存已受到威胁。
为什么会这样?是不是人类对煤和石油的利用方式出了问题?
不是。人类只要利用煤和石油,就必然出现这样的结果。煤和石油只能燃烧才可利用,而燃烧就必然还原出这些物质。
至此读者可以明白,前文将燃烧的实质进行充分解释的原因所在。我们不仅以此证明了宇宙万物一体化的本质,也证明了宇宙万物的能量本质,同时还证明了,燃烧煤和石油必然还原出亿万年前的各种物质从而打破今天地球环境的平衡,并使化石能源枯竭,人类辉煌的文明甚至连以污染的方式发展下去也将变得不可能。
这进一步说明一个现象,正如“哥德尔不完全性定理”所揭示的某种数学本质,任何系统都是不完备的。一个系统内部循环逻辑的不完备,使系统显现出Bug点,即存在缺陷,而这个缺陷往往是背后更大更完备系统的入口,由于它属于更大系统而不属于小系统,因而不被小系统的逻辑兼容,因而显现为缺陷。“人类现代文明延续”与“生物质化石能源燃烧”二者形成的文明发展系统,即显现出了巨大的“不完备性”。爱因斯坦说,“你不能用导致问题的思维去解决这个问题”,此时不跳出产生问题的系统,就无法解决系统性问题。按照“高维简一律”,越大的系统内,其运行逻辑越简单统一,局限也越小,适用性也就越大,小系统内的缺陷也就不是问题了。那么,按照这样的逻辑,跳出从光合作用开始的“碳循环系统”(即包括化石能源在内的“生物质燃烧系统”),显然还有更大一级的可获得更丰富能源的“大气循环系统”,人们发现大气循环系统内还有多种“不燃烧”即可获得能源的方式。
思维一旦打开,视野就不同;视野一旦不同,思维就更不同了。
在大气循环系统内,还有不产生环境污染并且清洁可再生的“非燃烧”能源,即水能、风能(另有潮汐能、地热、核能等分属其他系统,与太阳能无关,不赘述),看似非常理想,但水能和风能都是太阳能经过地球大气循环,进行多次能量转换并经历熵增损耗的“长链条”之后形成的能源,最终的利用率已经很低,而且支持水能和风能发电的自然条件也极为有限,显然此两种能源人类无法依赖。
能不能再跳出地球大气循环系统,进入更高一级更大的系统来看?可以,因为在此之上还有一个更大的能量系统。
那就是炽热的阳光——太阳光热辐射能直接照射到地球表面时的能量状态。它属于太阳和地球之间形成的能量系统,它是一种宇宙能量。这种能量处于熵增状态,这种光热能量的熵增是整个宇宙系统的特性,也是其系统的一部分。我们感受得到阳光的刺眼火热,但是却很难把光和热直接大规模收集起来作为能源利用,因为熵增原理即热力学第二定律表明,光热能量在空间里是单向的、不可逆的且不断趋向混乱的,它在不断地消散,人类无法直接大规模收集起来做功,只有植物的光合作用才能在亚原子粒子层面即量子态层面,将光热能量固化下来,因为光作为一种波本来就是量子态的,人类只有在某个足够先进的时候才可能用某种量子态技术去实现对光热能量的大规模收集。这就是地球表面所获能量的最原始状态。
千万年来,人类只能通过利用植物光合作用及水能风能,间接地利用唯一可依赖的太阳能——直到太阳能晶硅光伏发电技术的出现。
颠覆原有的游戏规则
科学在“不可能”中找到了缝隙。科学家一直孜孜不倦地研究能否直接利用太阳光热辐射能,人们发现祼露的岩石经阳光炽烤,表面会产生很高的温度。由此,1839年法国科学家发现用岩石的主要成分硅制成的半导体材料,在阳光照射下,不同部位之间会产生电位差,即电压。1887年,德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹发现光电效应,证明了光是一种电磁波。1913年,量子物理学的主要创立者丹尼斯·玻尔认为,电子获得能量会跃迁至远离原子核的位置(产生电子-空穴对),当电子所获能量因熵的原因减弱,电子会回到空穴处,这时,释放出的能量就是光。光就是这样产生的。这一设想很快被证实,玻尔因此获得1922年诺贝尔奖。那么,反向推导,光也能使半导体产生电,即光电效应中的光电导效应,当光照射到半导体材料如硅晶片时,材料吸收光子的能量,使非传导态电子变为传导态电子,使电子跃迁,产生电子-空穴对,通过电荷分离从而产生电压,进而可生成电流。这被称为“光生伏特效应”简称“光伏效应”。显然这是典型的亚原子粒子范畴的量子物理现象。
由此可以发现,太阳能光伏发电本身就是量子物理学的应用。
神奇的是,光通过硅晶片发电的光伏效应完全可逆,可以原路返回。高度节能的LED灯,即电流赋予硅晶片上的游离电子以能量,使之与对应的空穴复合,从而使能量转换为光子,对外发射实现照明,这一过程就是玻尔当年的发现。
光伏效应使科学的缝隙扩大成了一扇门,一切变得毫无悬念。1954年美国贝尔实验室首次用半导体材料硅生产出太阳能电池,实现了太阳能光伏发电,并于20世纪60年代应用到人造卫星上。人造卫星在太空中展开的两翼,就是接受阳光照射的发电设备硅电池板,这证明了光热辐射能是宇宙系统里的一种能量形态。70年代晶硅电池开始应用于地面发电,大门彻底敞开。2002~2004年,人类能源危机促使德国及欧洲开始大规模普及光伏发电,随即引爆全球市场。
人类终于可以直接大规模利用太阳能发电了。对此刘汉元系统深入研究之后,认为“太阳能光伏发电将彻底改变人类的能源历史”:
我们现在可以通过光伏电池直接把太阳能转换为电能,转换率可以达到15%~20%,现在就算是15%,那也是我们人能够吃的能源的100倍,差两个数量级,是我们拿来生产工业酒精的同样100倍以上的效率。所有的矿物质能源(石油、天然气、煤),所有的生物物质能源,没有一个的转换效率有光伏直接转换的效率高。这是人类能够利用的对太阳能转换效率最高的能源形态。如果我们把光和热综合利用起来,可以使太阳能的40%~60%被储存起来,利用起来。以15%~20%的转换效率计算,地球上只需要有万分之零点五的地面配上太阳能电池板,就能够满足当今人类能源需求总量三倍的供应量。(《良好的习惯是成功的一半》,集团2008年度总结暨2009年工作会议)
至此,人类实现了在地球大气循环系统之外直接大规模获取宇宙能源。这一发电方式的能量转换链条短到了极致,短到阳光照射到电池板即可,中间只有宇宙空间(真空)和大气层,除此之外没有任何中间介质,更不经过生物质层层转换。因此,光伏发电的能量转换效率必然是最高的,事实如此,地面光伏电池板光电转换效率为15%~20%,是煤、石油发电对太阳能转换率0.1%的150~200倍!这是人类实现的对太阳能前所未有的高转换率,而且没有任何污染。刘汉元得出结论:
“光伏发电是人类对太阳能转换效率最高的利用方式。”这就是刘汉元所发现的能量转换效率的“短链逻辑”,能量直接所属的系统越大,转换为电能的链条就越短,越高效。短链即极简。越简单,越正确;越简单,越难以被替代,因为越能满足更大的系统,限制条件和缺陷也越少,也就越有价值。
只要阳光能照射的地方,就可发电,这是多么简单美妙的事。
光伏发电的价值,一是太阳光热辐射能永续不绝,因而人类不用再担心能源枯竭,二是不需要固化能量,因此不需要生物质的介入,因此不需要能量还原,因此不产生污染,环境安全将彻底解决。困扰人类的两大致命“缺陷”都不存在了。而且,其超高转换效率和一次投入可使用20~25年的特点,决定了只需用相对小面积的电池板,就能提供人类发展所需要的能源。从运营的经济性看,光伏发电支撑人类长远发展需要耗费的资源成本,无疑将是最低的。
至此,人类终于可以摆脱化石能源储量有限和环境破坏两大终极性、灾难性难题。可见超越的最佳方式,是跳出原有的范式,颠覆原有的游戏规则。
虽然光伏发电仍处于萌芽阶段,但人类已经反复证实,它确实是最丰富、最经济、最清洁、最环保的可持续能源。21世纪第二个十年,人类已经开始以不可阻遏之势大规模建设太阳能光伏电站。2015年底,英国关闭了最后一个深井煤矿,2025年英国将关闭所有燃煤电站;2017年5月,美国加利福利亚州清洁能源占总发电量比例已达到33%,提前三年达到了这一目标。到2040年,加利福利亚州将实现可再生能源供应全州100%的用电需求,关闭所有燃煤电站;2017年初,德国可再生能源使用率已达到85%,2050年将实现全面再生能源供电,彻底告别燃煤电站……
可以认为,以光伏太阳能为主的清洁可再生能源就是人类本质性的能源利用方式。唯其如此,人类历数千年发展获得的辉煌文明,才能真正得以延续。
以太阳能光伏发电替代人类目前的化石能源,“正在引发下一次人类文明革命,即第四次工业革命,而且二三十年内就会完成,还极有可能以通威为其中之一的源头来完成……”在刘汉元眼里,未来已来。
这就是刘汉元和通威孜孜以求的理想与事业——让水产畜禽饲料更高效地转换能量,让养殖户以更低成本获得更高效益;同时致力于光伏新能源产业链的规模投入和高效产出,为社会大规模提供真正的清洁可再生能源。而且,因为在能源系统内的一体化本质,通威还全力进行“渔光一体”建设,将渔业与光伏发电融为一体,同步实施真正的“渔业革命”和“能源革命”。对于人类粮食安全,通威也在用“短链逻辑”的思维,试验利用生物质最前端的微藻,直接、根本地解决问题……
显然,对事物本质的体系性研究会改变世界观,形成新思想。哲学家F·A·哈耶克说:“每一种秩序都依附于某一种思想体系。从长远看,是思想和传播新思想的人在支配着进化发展。”刘汉元就是这样的人。作者循着他的思维方式寻找他的“思想力”,终于架构起了他本质性观察和思考问题的思想体系。