创作不易，感谢读者朋友们动动发财手点点赞加个关注，您的支持是我创作最大的动力，谢谢啦。自工业革命以来，人类的能源结构从依赖低效的人力、畜力、自然力升级为规模化使用化学能。什么是化学能呢？化学能指储存在矿物中的化石燃料，比如煤炭、石油、天然气，页岩油等。下面这张图是1990年到2022年中国主要能源发电结构演变图，可以看出在中国这个全球最大工业国的能源发电结构中占据最大头的是煤炭，占比近70%。如果加上石油和天然气，则化学能在中国发电结构中占比已经超过70%。不仅是中国，全球各国目前主要能源都是以煤炭、天然气、石油、页岩油等为代表的化学能。那么这里就产生一个问题：如果人类一直没有研发出足以规模化替代化学能的新能源，那么地球上的化学能会不会在某一天枯竭，如果地球上能源枯竭了，是不是意味着人类文明的衰亡。事关人类文明存亡，本文与读者一起来追寻上述问题的答案。牛顿曾说过他的一切成就只不过是站在前人的肩膀上，而人类文明在某种程度上确实是时代浪潮中不断涌现的历史人物所推动的，在这些人物中，爱因斯坦绝对算一个。爱因斯坦提出了质能方程式，这个公式简写形式如下面图片所示。其中E表示物质释放出的能量，m表示物质的质量，c表示光速。E的单位是焦耳，用英文符号J表示，1J表示一克质量的物体1厘米的距离上被施加了1牛顿的力；m的单位是克或者千克；c表示光速，光速约等于30万千米每秒，其是宇宙中物质运动速度的上限。根据爱因斯坦的质能方程式，我们可以计算出一定质量的物质所释放出的能量。由于光速是一个非常大的单位，而且公式中光速还要开平方，所以即使是非常少的物质也可以释放出异常巨大的能量。如果1千克物质完全转化为能量，我们可以得到相当于250亿度电的能量。不过我们很难做到物质能量的百分之百转化，而化学能的转化效率就更低了。原煤的质能转化率约为百亿分之2.326；石油原油的质能转化率约为百亿分之4.792；柴油的质能转化率约为百亿分之4.745。想比较之下，石油天然气的质能转化率高于煤炭，所以当今发达国家主要使用能源是石油天然气，而中国是一个主要使用煤炭作为生产能源的国家。既然化学能的利用效率这么低，只有百分之亿倍数的物质被转化为能量，但是限于目前人类低下的技术水平，人类还只能以化学能为主要利用能源。可是地球毕竟只有这么大，有朝一日当地球上化学能矿物资源枯竭后，人类文明也将进入倒计时。这不是杞人忧天，笔者来计算下地球的化学能储量。首先是煤炭，煤炭的成因是远古树木深埋底层形成的矿物化石，其中储存了大量古代树木生前的生物能。而根据勘探，截至2022年全球可开采煤炭资源储量为9842.11亿吨；到2000年全球煤炭总产量和消费量约46亿吨，计算下来人类可以使用大约213年。其次是石油，石油的成因是在温暖潮湿环境下死去的浮游生物、植物、动物遗骸经过地质运动和复杂的化学反应形成的一种矿物燃料，其本质同煤炭相似。地球上的石油资源也是有限的，根据中国石油勘探开发研究院发布的报告，全球石油还够人类开发200年。但是，存在一个绝对的界限，所有化学能源无论如何都无法突破的界限——地球的有机物质储量。地球上的碳，存在于生物圈和地球内部。地球内部的无机碳，并不能参与燃烧而利用，只有有机碳才可以。有机碳中的最主要部分是地壳中的干酪根，全球储量大概为1.5*10^19kg，这个数字是全球所有化学燃料总和的数千倍。
前文说了，人类可以开发利用的化学能上限为1.5×10^19 kg有机物质，一旦这些物质消耗尽，人类便再也无法开发利用化学能。不过在地球上所有化学能消耗完之前，地球上的氧气会先消耗尽。地球上有多少氧气呢？答案是1.192*10^18kg，所以人类开发化学能必须考虑到温室效应和气候变暖，这样留给人类的上限并不多。目前人类处于0.73级文明，如果人类保持现有的生产力不变，那么地球上全部化学能足以支持人类现有文明存在2000年之久。但是一旦人类发展到更高文明等级，全球所需的能源便以指数倍的增长方式膨胀。对于一个0.81级文明，地球上全部化学能大约可以使用205-235年；对于一个0.9级文明，这些能量只可以使用27-31年。简而言之，如果人类的未来不能在能源利用方式上有大的突破，星辰大海对于我们永远都只是幻想。
