煤炭是埋藏在地下的古代植物经过复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物，被誉为“黑色的金子”“工业的食粮”。在相当长的一段时间里，特别是在18—21世纪，煤炭一直是人类生产、生活必不可缺的能量来源之一。
01
取代薪柴
人类对煤炭的认识和使用经历了较长时间的实践过程。火的使用让人类摆脱了茹毛饮血的境况，在人类文明史上具有划时代的意义。有了火，人类能更好地制造和使用工具。比如，烧制原始陶器、烧制石灰、冶炼金属等，这些都是火的贡献。纵观人类历史，在煤炭被发现之前，人类燃烧和使用的皆为薪柴资源。虽然薪柴是可再生资源，但大规模的砍伐势必会耗费大量林木。因为除了作为薪柴，树木也是我国建造传统土木结构房屋的重要材料。到了宋代，我国人口迅速增长，冶铁、烧制砖瓦和陶瓷等手工业兴盛，燃料需求不断增加，薪柴供不应求。宋代科学家沈括在他所著的《梦溪笔谈》中记载：“今齐鲁松林尽矣，渐至太行、京西、江南，松山大半皆童矣。”
煤炭的发现和大规模开采、使用是人类能源史上的一次革命性事件。从热值看，煤炭的热值是木材的2.33倍。举例来说，同样烧开一壶水，所需的煤炭是木柴质量的2/5；又因煤炭的比重是木柴的3倍，所以，同样烧开一壶水，所需煤炭只相当于木柴体积的1/7。不仅如此，煤炭的燃烧温度远远高于木柴（煤炭是1700~1900℃，木柴为700~1000℃）。
由此可知，使用煤炭，有助于人们冶炼熔点更高的金属，制造更加复杂的合金工具。只是，由于煤炭一般深藏地下，不易获得。而且人类认识和开采煤炭的道路也并不是一蹴而就的。
02
从饰品到燃料
最初，煤炭是作为一种工艺品材料而非燃料被人类所认识的。1973年，我国考古工作者在辽宁省沈阳市新乐遗址发现了距今7000年的煤精制品，器型主要有球形器、泡形器、圆片形器、圆锥形器、盔形器等。根据煤精制品的材质推断，它们来自抚顺煤田。1956年，我国考古工作者在陕西沣西的西周墓中发掘出了煤雕圆环，在陕西宝鸡西周大墓中发掘出了用煤雕成的玦。这说明，在这一历史时期，煤仅仅是一种雕刻原料，人们更看重其装饰性而不是燃烧性能。
新乐遗址出土的煤精制品（图片来源网络）
我国以往煤炭最早用于冶炼和取暖的实证见于考古发掘的冶铁遗址，距今有2000多年。2018年，考古工作者在新疆伊犁地区发掘了距今3600年至3000年的吉仁台沟口遗址，在遗址中发现大量煤灰、煤渣、未燃尽煤块以及煤坑等。这一发现将人类用煤的历史提前到3000年前。此前，西方最早用煤的记录出现在公元前300年古希腊学者所著的《石史》中。
在被发现并被当作燃料使用后，一直到第一次工业革命之前，煤炭的产量始终都不高。在相当长的一段时期里，煤炭仅仅作为薪柴燃料的补充或者为上层贵族及富人所享用。如在我国隋代，煤炭还只是在宫廷中使用的重要燃料。到了唐代，煤炭开始在全国范围内得到大规模开采，并在山西等富煤区留下最早的采矿遗迹。
在我国古代，除了被作为燃料外，煤炭还被用来制墨。唐中书令李峤曾有诗云：“长安分石炭，上党结松心。”
到了宋代，煤炭的开采更为普遍。当时，已经出现了运输及贩卖煤炭的商人，煤炭还被大规模用作冶铁、铸钱。《鸡肋编》是两宋之际学者庄绰集半生心血所撰的一部笔记著作，其中有这样的记载：“汴都百万家，尽仰石炭，无一家燃薪者。”建炎元年（1127年），南宋官员、文学家朱弁奋身自荐，出使金国，被羁十六载始得放归。留金期间，他写下了不少回忆故国家乡景物、反映拘囚生活的诗作，其中一首《炕寝三十韵》这样写道：“御冬貂裘弊，一炕且跧伏。西山石为薪，黝色惊射目。”诗中明确记载了在我国北方地区（今山西大同一带），人们在严冬时节用煤炭烧炕取暖的情形。
元代时，煤炭的开采有了更大发展。马可·波罗在其游记中记载：“契丹全境之中，有一种黑石，采自山中，如同脉络，燃烧与薪无异。其火候且较薪为优，盖若夜间燃火，次晨不息。其质优良，致使全境不燃他物。所产木材固多，然不燃烧。盖石之火力足，而其价亦贱于木也。”这说明，在我国北方，煤炭当时已经超越木柴成为第一燃料。
明代时，煤炭已成为关乎国计民生的重要资源。宋应星在《天工开物》中记载：“煤炭普天皆生，以供锻炼金石之用。凡炉中炽铁用炭，煤炭居十七，木炭居十三。”
到了清代，我国人口进一步增加，农业、手工业进一步发展，煤炭的需求量逐渐增加。在清乾隆年间，甚至进行了一次全国性的煤炭资源调查。乾隆五年（1740年）二月，大学士兼礼部尚书赵国麟提呈“广开煤矿”奏折。乾隆皇帝对此十分重视，加以批准：“各省产煤之处，无关城池龙脉、古昔陵墓、堤岸通衢者，悉驰其禁，该督抚酌量情形开采。”由皇帝亲自下令，在全国“悉驰其禁”，从而发动了一场遍及全国、上下联动的勘查和煤炭资源开发活动。在中国历史上，这是从来没有过的事情。此举无疑有力地推动了全国煤炭事业的发展。
但不可否认的是，直到明清煤炭业繁盛之时，我国煤炭生产还是以原始落后的手工生产方式为主，煤炭生产的各个环节几乎全靠人力，生产规模较小。
03
助燃变革之火
在进行煤炭开采时，人们所遇到的主要问题就是排水和通风，其次是运输问题。直到18世纪初叶，英国工程师托马斯·纽科门发明了用于矿井排水的大气式蒸汽机后，有关问题才得到解决。
有意思的是，人类发明制造工业用蒸汽机，最初的目的只是用来解决煤矿的排水难题；但自发明后，经过不断改进，特别是瓦特蒸汽机的出现，让蒸汽机在纺织、冶炼、蒸汽机船舶和蒸汽机车上大放异彩。其后，随着18世纪后期到19世纪前期第一次工业革命的完成，以煤炭为主要能源的工业社会才逐渐形成，人类正式开启了使用化石燃料的新时代。
第一次工业革命之前，英国为了发展冶炼业，大量砍伐树木，以获取木柴作为燃料，这使得森林面积大幅度缩小。1709年，随着英国人亚伯拉罕·达比（又称达比一世）发明了焦炭冶铁法，煤炭成为冶铁时不可或缺的原材料之一。冶铁方式发生变化，煤炭的消耗量大幅增加。
第一次工业革命是技术发展史上的一次巨大变革，更是人类历史上一场深刻的社会变革。其标志就是蒸汽机的广泛应用；而蒸汽机又是通过煤炭燃烧来产生动力的。可以说，第一次工业革命的成功，煤炭起到了无可替代的作用。
本文节选自《百科知识》2022.11A
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