煤与工业革命

我国到了元代用煤就十分普遍了，而当时的欧洲人对煤的使用还一无所知。许多外国的旅行家曾先后来到中国，这个当时世界上文化最发达的国家，其中最著名的是意大利人马可·波罗。

马可·波罗(1254—1324年)和全家人于公元1271年踏上东行的旅途，穿过叙利亚、伊朗，翻过帕米尔，通过新疆、甘肃，于1275年到达元大都(今北京)。元代的统治者忽必烈十分喜欢马可·波罗，从此，马可·波罗留在中国任职和游历达17年之久，其足迹几乎遍布全中国。在游历中，马可·波罗惊讶地看到中国在很多方面都比欧洲更富有、更开化。中国人在生活中用煤代替木炭作燃料，这是马可·波罗在欧洲所没有见到过的事，他对此十分惊奇，并做了许多调查和研究，这些研究被记载到后来出版的游记中。

马可·波罗于1295年回到意大利，在一次战争中被俘入狱。在狱中，他向同时在狱中的作家鲁恩梯谦口述了自己丰富多彩的东方见闻，由作家笔录成书，这就是后来被人们译成几十种文字、脍炙人口的《马可·波罗游记》(又名《东方见闻录》)。

马可·波罗在他的游记中专门用一章描述中国人用“掘出的黑色石块”作燃料的情形:“到处都发现有一种黑色的石块，它挖自矿山，在地下呈脉状延伸，一经点燃效力和木炭一样，而它的火焰比木炭更大、更旺，甚至可以从夜晚烧到天明，仍不会熄灭。这种石块，除非先将小块点燃，否则平时不着火。若一旦着火就会发出巨大的热量”。在马可·波罗的眼中“这个国家并不缺少木材，但是如此众多的人口，炉灶也多，而且燃烧不止，加上人们又勤于沐浴，这样必然造成木材数量供不应求，……然而这些黑色石块，却取之不尽，而且价格又十分低廉”。马可·波罗和那位帮他写游记的作家都是有着丰富知识的人，但他们都对这种“黑色的石块”一无所知，可见欧洲用煤远不如中国历史悠久和广泛。

欧洲许多有知识的人读了马可·波罗的游记，才知道中国人用煤作燃料的情况，使煤的知识在欧洲和其他地区得到传播，这对世界其他国家开发利用煤炭起了十分积极的作用。

11世纪，欧洲人开始在他们的国家寻找和开采煤炭。但在17世纪以前，煤炭的开发使用很有限，木材仍然是主要燃料和造船的材料，森林的砍伐已十分严重。英国在17世纪初，森林面积大幅度减少，已经面临枯竭，英国人比其他欧洲国家更迫切地需要找到煤。十分幸运的是，他们在英国北部发现了大量的煤，因而，成为欧洲最早大规模开发煤矿的国家。到1660年，英国煤的年开采量已达200万吨，这个数量占了当时全世界煤开采量的80%还多。开始时，英国人也是用煤作为烧饭取暖的燃料，炼铁还是用木炭。这是由于烟煤在温度不够高时，不能很好地燃烧，炼铁质量不如用木炭作燃料好。因此尽管煤已大量用作燃料，但木材还是大量被烧掉用来制作炼铁用的木炭。

1603年，英国人休·普拉特研究出烧制焦炭的方法。和人们发明用木材烧制木炭的情形相似，烟煤在得不到充足的氧气的情况下加热，它里面的沥青和焦油物质就被分离出来燃烧掉，剩下的物质主要成分是碳，它的构成很像木炭，人们称它“焦炭”。比起烟煤，焦炭更易燃烧，放出的热量也更多。在高温下，焦炭可以和铁矿石起作用而生成铁。

一开始，焦炭质量不高，不能普遍使用，人们用了很长时间研究如何提高焦炭质量和使用焦炭炼铁的方法。直到1709年，亚伯拉罕·达比才开始在炼铁业中大规模使用焦炭。从此，焦炭逐步取代了木炭作为炼铁的主要燃料。可以说，正是煤和焦炭拯救了英国的森林，使木材的来源免于枯竭。

随着煤炭的开发不断向纵深发展，煤井越挖越深，矿井中的积水也越来越多，给采煤带来困难。为了提高抽排积水的效率，人们想了许多办法。1698年，英国人托马斯·塞维利发明了利用蒸汽压力把水抽出来的蒸汽机。这种蒸汽机在高压下才能使用，有发生爆炸的危险。1725年，另一个英国人托马斯·纽考门试制成功在低压下也能使用的蒸汽机。要想得到蒸汽，就必须烧掉大量的煤。然而，燃烧的热量大部分都散发到空气中去了，转化成动力的只是很小的一部分。浪费太大，效率太低，纽考门蒸汽机的使用也不普遍。

1765年，苏格兰工程师詹姆士·瓦特对纽考门蒸汽机进行了改进，使工作效率提高了5倍。1784年，瓦特又借助连杆完成机械的平移。最后形成了能旋转可调速的双冲程蒸汽机，并最终取代了纽考门蒸汽机。

蒸汽机的使用，使人类的生产活动由手工操作推进到大机器作业，许多手工业生产一跃成为大工业生产，促成了第一次工业革命。特别是蒸汽机应用于英国的纺织业后，工作效率成倍的增长，使英国人可以生产大量造价十分便宜的棉布，并销往世界各地。从纺织棉布挣的钱很快就使英国超过欧洲其他地区，成为全世界最富足、最强大的国家，并因此成为世界的工业中心。这就是被后世称为“工业革命”的开端。

蒸汽机在矿井和工厂里获得成功后，人们又把它应用于造船。1807年，美国工程师罗伯特·富尔顿造成了第一只蒸汽船。此后，所有的货船都改造成能逆风逆流行驶的蒸汽船。

1814年，世界上第一辆火车诞生了。由英国工程师乔治·斯蒂芬逊设计的蒸汽机车，使陆路交通运输发生了革命性的变化。

蒸汽机的诞生推动了世界“工业革命”，而蒸汽机使用的燃料是煤，是煤使蒸汽机转动，是煤使“工业革命”成为可能。正是煤炭工业的大发展，奠定了现代社会的进步和文明的基础。人类也从使用自然力为主转变到以煤为主要能源，实现了能源发展史上的第一次革命。