本书考察了整个人类历史进程中出现的各种重要材料提取、生产及主要应用的历史变迁。同时，该书翔实研究了推动生产力大发展的重要材料的提取、加工、合成、精修和配送，以及能源成本和环境因素对材料消费增长的影响。最后，本书以“未来展望”作为全篇总结，探讨了“去材料化”的前景和材料科学的潜在约束。本书的跨学科主题为具有资源经济学、环境学、能量分析、矿物地质学、产业组织学、制造业及材料科学等研究背景的读者提供了颇为实用的观点。

序言 毛伟明（工业和信息化部副部长） 当前 , 中国经济发展进入新常态，经济发展动力从要素驱动、投资驱动转向创新驱动。从材料行业的角度看，中国是原材料生产大国 , 钢铁、水泥、玻璃等产量超过全球的一半。适应新常态、引领新常态， 就是要改变以往资源能源利用效率较低的粗放式、外延式增长方式 , 提 高生产效率和质量效益，走资源节约型、环境友好型的转型发展之路。 一方面要大力发展新材料 , 自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新材料 同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带 动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。另 一方面，要通过精细化管理和创新应用技术，提升资源和材料的利用 效率，这其中涉及技术、工艺、管理，乃至观念更新等多个方面。 《材料简史及材料未来》这本书让我眼前一亮。美国从事能源、环 境、技术创新、风险评估和公共政策等跨学科研究的著名学者瓦茨拉 夫斯米尔（Vaclav Smil）推出的这本新书，从独特的角度，研究了 材料的发展历程、材料产业发展规律与新材料的未来，以及正在出现 的“材料减量化”浪潮，对当前材料创新和提升材料应用效率的相关热点话题进行了深入探讨和解答。 该书考察了整个人类历史进程中出现的各种重要材料，从木材、石料，到金属、合金、塑料和硅。作者用通俗易懂的语言，描述了上 述材料的提取、生产及主要应用的历史变迁，并翔实研究了推动生产 力大发展的重要材料的提取、加工、合成、精修和配送，以及能源成 本和环境因素对材料消费增长的影响。最后以“未来展望”作为总结， 探讨了材料科学的潜在约束及“材料减量化”的内在潜质和发展前景。 斗转星移，矛盾丛生。现代社会已经完全依赖于前所未有的材料 流。当前，即便是拥有最高效的新材料和最有效的生产流程和材料使 用的循环系统，我们也难以抵消由于人口的持续增长和生活水平的不 断提高，所引发的对材料需求的不断增加。对此，瓦茨拉夫斯米尔（Vaclav Smil）在书中提出，“随着科技的不断创新和发展，我们能够 以更少的材料能源，更有效率地制造现有产品。幸运的是，我们已经 看到，由于技术创新，目前我们能够比以往更有效率地制造包括钢铁、 水泥在内的工业品；平均而言，现在生产 1吨钢铁所要耗费的能源是1950 年的 1/3，碳排放量却降低了 10%。”斯米尔结合大量的实例，阐 述了“材料减量化”方面已经成熟的四种基本方式：一是通过管理和工 艺的改进，逐步提升材料使用效率；二是通过创新材料实现置换，即 尽快构建比原有材料更轻或更耐用的替代品；三是强化循环利用，形 成巨大的节能潜力；四是通过创新设计，减少特定物质投入而不损害 产品的性能。作者通过大量的调查和具体示例，为我们展示了“材料减量化”的诱人前景。正如比尔盖茨读完该书的感慨，“我之所以喜欢斯米尔的著作，是因为他从不进行那些大而空的概念炒作。按照他的提醒，只要我们大胆地创新开发新材料，并认真仔细地把握‘材料减量化’进程，我们就不必在诸如 50 年内耗尽材料等这类问题上失眠 担忧。” 《材料简史及材料未来》一书，不仅在未来材料创新和“材料减量 化”等众多热点问题上给我们提供调查事例和参照，让我们警醒，给我 们启示。更有意义的是，曾被《国外政策》杂志推选为著名的 50 位全 球思想家之一的瓦茨拉夫斯米尔（Vaclav Smil）以资源经济学、环 境学、能量分析、矿物地质学、产业组织学、制造业及材料科学等为 研究背景，为我们提供了跨学科的众多新鲜研究观点和研究成果，有 利于我们创新思路，在经济新常态下更好地推动新型工业化发展。 同时，《材料简史及材料未来》一书，还是一本站在全新角度，用 大量数据和活泼生动的语言，脉络清晰地梳理材料发展历史的科普性 读物。由此，无论从哪个角度，该书都值得相关政府主管部门、研究机构、 各类工业企业主管及社会大众认真阅读。 前言 为何？如何？ 人类的故事——我们物种的进化；从史前觅食到永久性农业的转 化；古希腊、古罗马，中世纪和近代早期文明的兴起和衰亡；过去两 个世纪的经济发展；农业机械化；工业贸易的多样化和自动化；能源 消费的巨量增长；新的通信和信息网络的传播；以及生活质量的大幅 提高——离不开规模不断扩大、品种错综复杂的材料使用。人类智慧 第一次把这些材料转化为简单的衣服、工具、武器和庇护所，后来又 转化为更复杂精美的住所、宗教及墓葬建筑结构、纯金属及合金，并 在最近的几十年转化为广大的工业和交通基础设施、特大城市、合成 纤维和合成化合物，并使之成为构建新的电子世界的基础和助推器。 这种材料的进步并不是直线前进的，而是包括了两个不同的阶段。 首先是非常缓慢的兴起，从史前时期延伸到经济快速现代化的发端。 也就是说，第一阶段在欧洲大部分地区一直持续到 18 世纪，在美国、 加拿大和日本持续到 19 世纪，在拉丁美洲、中东和中国持续到 20 世纪的下半叶。在现代社会到来之前，绝大多数人的生活中只拥有数量有限的简单家当，他们自给自足，或者通过手工劳动生产独特的或小批量的产品——而大批量制造的产品，如金属制品、烧制的砖瓦或水 杯，因太昂贵而难以被广泛拥有。 对于这些材料的获取受限，能源约束是其主要原因。千百年来，我 们提取、处理和运输生物材料和矿物质的能力受限于生命体的原动能力（人和动物的肌肉），尽管有简单机械设备和缓慢改进的古代三大机械性 原动机——风帆、水轮和风车的辅助。只有将化石燃料中的化学能源转 化为动能的低成本和普遍采用的机械原动机（首先是通过煤的燃烧为蒸 汽机提供动力，然后通过液体和气体的内部燃烧来推动汽油和柴油发动 机，再后来发展为燃气轮机）带来了根本性的变化，并且迎来了第二个 阶段，即材料消耗迅速上升的阶段，一个通过电力生产，以及生产从化 肥到塑料和药物等种类繁多化合物的商业化学合成的兴起进一步加速的 时代。 这样一来，世界就被分成了少数的发达国家和大多数的低收入国 家。少数发达国家控制大宗材料的流动，并且使它们在持久性结构， 以及耐用品和快速消费类产品中得到应用——而大多数低收入国家的 材料拥有量只是发达国家材料储备和流量的很小一部分。当今大多数 美国人声称他们生活中离不开的产品目录包括汽车、微波炉、家用计 算机、洗碗机、干衣机和家用空调——而且他们已经忘记仅仅在 50 年 前这些物品中的许多都是罕见或不存在的。在 1960 年，所有的美国家 庭中只有不到 20％拥有洗碗机、干衣机或空调，第一台彩电才刚刚出现，并且没有微波炉、录像机、计算机、手机和越野车。 相反，在那些贫穷的低收入国家，能生活在一个自己拥有的较差的土制、砖或木质结构的小屋里，仅有一张床、几个锅和一些破旧衣 服就已经是很幸运的事情了。那些对巨大的材料鸿沟没有具体印象的 读者应当读一下 Peter Menzel 的《材料世界：一张全球家庭的肖像》， 其中有来自 30 个国家的家庭，他们都在自己的住所门口，在自己所有 家居用品的环抱下留下了照片。而且这种私人方面的物质反差也相应 地体现在公共领域，富裕世界拥有覆盖面广和投入高昂的基础设施（通 信网络、完善的城市功能、大批量生产粮食的农业、自动化大工业）， 而贫穷世界只拥有不足和质量较差的基础设施。 这些对比显著揭示，急需一种巨大的材料改造，旨在缩小这两类 世界之间的差距。同时，材料消耗一直是目前环境污染和退化的主要 原因，而其需求的进一步倍增可能会带来令人担忧的对生态圈完整性 的威胁。这些影响也带来了分析范围的问题：分析中的理性选择是必 然的，因为包括各种可能的材料流将是不切实际的，对于哪些材料应 当包括在现代材料使用的相当全面的评价中，尚不存在能被普遍接受 的定义。这种标准的缺乏被一种事实进一步复杂化，即一些分析已经 采用最复杂（总资源流）的方法，并已包括每一种可能的投入和废弃 物流，包括与矿物质提取、农作物生产、燃烧所需氧气相关的“隐性” 材料流，以及由其引发的气态排放物、排入水体的废弃物或消散于陆 地的废弃材料。 相比之下，其他研究将其分析范围限定于能够更加可靠地进行计量的国民经济所需的有机和无机材料投入的直接使用量。我会按照后一种方式，集中分析现代经济体所消耗关键（因为其规模或者不可替代的品质）材料的一些详细情况。它们巨量的材料需求导致我们提出了一些基 本问题——发达国家还会在多大程度上扩展材料消耗？材料消耗的进一 步增加到底有没有真正引发生活质量的改善？在多大程度上能够将经济增 长和生活平均标准的改善与材料消耗相分离？换句话说，材料相对减量化（减少每单位产品或性能的材料耗费）导致了材料需求的绝对下降吗？ 为了以一个令人信服的方式给出答案，我必须回顾人类材料使用的演变历程；描述所有主要材料的提取、生产，以及其主要应用；并且对 开采、加工、合成、整理、分装环节不断演进的生产效率，以及不断增 长的材料消耗的能源成本和环境影响做更深入的分析。而且，与我的其 他专著一样，我不会在本书中提供有关未来全球和国家材料使用的任何 针对具体时间的预测。相反，我会关注可以减少我们对材料的依赖并同 时保持良好生活质量，以及缩小富裕经济体和低收入经济体之间差距的 可能行动。 我们必须认识到，从长远来看，即使是最高效的生产流程、设计 和制造的最小浪费形式及（对于那些可回收利用的材料）最高的实际 回收率，也不足以产生足够高的材料减量化率以遏制不断增长的材料 需求，这些需求源于持续的人口增长、生活水平的不断提高，以及人 类积累财富的普遍偏好。因此，为了在我们的愿望与生物圈的整体性 保护之间进行调和，我们将极有可能不得不深思熟虑，做出有助于我 们降低材料消耗绝对水平的选择，从而重新定义现代社会的概念，使其存在和发展不再以不间断和大规模的材料流为前提。

目录 序言 比尔盖茨读书笔记 // XI 前言：为何？如何？ // XVII 内容概览 // XXI 一路走来 // 001 1. 生物使用的材料 // 002 2. 史前材料 // 009 3. 古代和中世纪材料 // 015 4. 近代早期材料 // 027 5. 创建现代材料文明 // 035 6. 20 世纪的材料 // 048 最重要的事 // 066 1. 生物材料 // 067 2. 建筑材料 // 079 3. 金属 // 088 4. 塑料 // 096 5. 工业气体 // 103 6. 肥料 // 111 7. 电子材料 // 115 材料流 // 121 1. 材料流统计体系 // 124 2. 美国的材料流 // 130 3. 欧洲数据 // 139 4. 中国现代化进程中的材料 // 144 5. 材料能耗成本 // 151 6. 生命周期评估 // 169 7. 循环利用 // 185 材料减量化新趋势 // 197 1. 材料绝对减量化 // 199 2. 材料相对减量化：具体重量减少 // 203 3. 材料减量化的结果 // 216 4. 现代经济中的材料相对减量化 // 232 5. 正在降低的能源密度 // 243 6. 脱碳和脱硫 // 258 材料的未来 // 267 1. 自然资源 // 270 2. 减少浪费 // 281 3. 新材料和材料减量化 // 288 4. 根本背离的可能性 // 295 译者后记 // 310 附录 A ：单位和倍数单位 // 312 附录 B ：美国材料产量、GDP 和人口（1900—2005）// 313 附录 C ：全球污染、经济生产、食物产量、主要 材料和燃料（1900—2010）// 314 附录 D ：2010 年主要材料的全球能源成本 // 315 附录 E ：脱碳和脱硫含量 // 316 参考文献 // 317