文｜智造前研
1934 年，在國際奧委會(huì)雅典會(huì)議上決定，恢復(fù)部分古代奧運(yùn)會(huì)舊制。規(guī)定運(yùn)動(dòng)會(huì)期間，從開幕日期至閉幕式止，在主體場(chǎng)燃燒奧林匹克圣火。火種必須來自奧林匹亞，采取火炬接力方式從奧林匹亞傳到主辦國。
自此之后，從 1936 年柏林奧運(yùn)會(huì)起，點(diǎn)燃奧林匹克火焰是每屆奧運(yùn)會(huì)開幕式不可缺少的儀式之一，延續(xù)至今已經(jīng)經(jīng)過了 39 屆。而在這 39 屆奧運(yùn)會(huì)中，奧運(yùn)火炬從設(shè)計(jì)、材質(zhì)以及燃料都發(fā)生了巨大的變化，在兼顧美學(xué)與實(shí)用的平衡中，綠色環(huán)保的概念也逐漸滲透在火炬之中，見微知著，奧運(yùn)火炬變遷的背后是一場(chǎng)能源變革。
01. 第一支傳遞圣火的火炬
柏林奧林匹克體育場(chǎng)的主火炬呈三腳架形狀，靈感來自古希臘的圖案，大約有 2.20 米高。柏林奧運(yùn)圣火傳遞為第一次成功舉辦的圣火傳遞，媒體、電臺(tái)和拍攝奧運(yùn)會(huì)官方電影的團(tuán)隊(duì)都對(duì)此進(jìn)行了記錄和報(bào)道。
在第一次奧運(yùn)火炬?zhèn)鬟f之前，1928 年阿姆斯特丹奧運(yùn)會(huì)和 1932 年洛杉磯夏季奧運(yùn)會(huì)都有標(biāo)志性的主火炬點(diǎn)燃儀式。然而，點(diǎn)燃主火炬的火種并非采集自奧林匹亞，也沒有通過傳遞的方式被運(yùn)送到開幕式現(xiàn)場(chǎng)。
使用火炬?zhèn)鬟f圣火的想法并不是突發(fā)奇想。受到古代方法啟發(fā)組委會(huì)最初的想法是將圣火保存在樹莖上，這種樹莖取自地中海的一種樹，這種樹以燃燒緩慢而聞名。但是，從實(shí)際出發(fā)，最終采用了火炬?zhèn)鬟f的方式。由于市場(chǎng)上沒有符合要求的火炬，組委會(huì)決定制作特定火炬。
（圖為 1936 年柏林奧運(yùn)會(huì)火炬，銀色鋼制材質(zhì)，整個(gè)火炬 70 厘米，其中支架 28 厘米，燃料采用鎂管、易燃膏。燃燒時(shí)間至少為 10 分鐘）
02. 奧運(yùn)火炬變遷百年
現(xiàn)代奧運(yùn)會(huì)火炬?zhèn)鬟f儀式，經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期 1896 至 1932 年的醞釀萌芽期、1936 至 1980 年的儀式形成期和 1984 年至今的創(chuàng)新發(fā)展期。經(jīng)過 80 余年的發(fā)展完善，火炬?zhèn)鬟f已經(jīng)形成了完善的儀式。智造前研對(duì)過去的 39 屆奧運(yùn)會(huì)的火炬細(xì)節(jié)做了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)。
奧運(yùn)火炬的傳遞需路經(jīng)各種自然環(huán)境，冬奧會(huì)火炬尤其要注意應(yīng)對(duì)冬季地溫、多風(fēng)、多雨雪的氣候條件。歷屆奧運(yùn)火炬設(shè)計(jì)都必須通過極為嚴(yán)苛的環(huán)境技術(shù)測(cè)試，在風(fēng)雨交加、大雪紛飛的各種惡劣的氣候條件下，均需保證火炬熊熊燃燒產(chǎn)生明亮的火焰，且需要考慮手持奔跑的傳遞姿態(tài)下，確?；鹁婊鹧嫒紵龝r(shí)火炬手的安全。
此外，對(duì)于一些特殊環(huán)境，也需針對(duì)性的做出技術(shù)調(diào)整和突破，以使用極端傳遞環(huán)境的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。而燃料作為火炬燃燒的核心成分，一直是火炬設(shè)計(jì)者精心考慮的重要方面，除了受到化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的影響外，節(jié)能、環(huán)保、燃燒安全及火焰顏色等均是影響火炬燃料選擇的因素。
通過上圖我們可以看到，早期的奧運(yùn)會(huì)火炬主要是以金屬鎂作為燃料。鎂的熔點(diǎn)為 65.1 攝氏度。在空氣中就能點(diǎn)燃燃燒，發(fā)出耀眼的白光。但鎂十分活潑，同時(shí)由于成本較高，燃燒顏色不夠美觀，后不再采用。
天然樹脂松香也曾短暫的出現(xiàn)在奧運(yùn)會(huì)火炬燃料中，但是樹脂在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體和煙霧，而且有刺鼻的氣味。燃燒中途易熄滅，火焰的焰色也并不美觀，因此天然樹脂松香也只是曇花一現(xiàn)。
液化石油氣出現(xiàn)在了 1972 年慕尼黑奧運(yùn)會(huì)上，但液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含量超標(biāo)后遇明火即爆炸。同時(shí)在燃燒的過程中對(duì)附近的觀眾的身體健康和生態(tài)環(huán)境也造成了不低的危害和污染，之后也淡出了奧運(yùn)會(huì)的火炬之中。
火藥、汽油、酒精和特制橄欖油等等也在奧運(yùn)會(huì)的歷史上短暫的留下了一筆，1996 年亞特蘭大夏奧會(huì)首次以丙烯作為燃料，丙烯燃燒雖然可以產(chǎn)生清晰顯目的火焰，但卻會(huì)產(chǎn)生污染嚴(yán)重的黑煙。2000 年悉尼夏奧會(huì)火炬采了用更為環(huán)保的混合燃?xì)?，丙烷和丁烷?35:65 的比例混合燃燒產(chǎn)生的火焰無煙塵且清晰明亮。
此外，丁烷丙烷混合燃料沸點(diǎn)低，在常溫常壓下易氣化的特點(diǎn)大大減輕了燃料罐的重量，且更為經(jīng)濟(jì)。在此之后舉辦的 2004 年雅典夏奧會(huì)、2006 年多哈亞運(yùn)會(huì)等，均采用了相似的燃料方案。
近代奧運(yùn)會(huì)的火炬燃料通常采用的是丙烷，價(jià)格低廉且溫度范圍比較寬，常溫加壓后更易液化，便于貯存在火炬中。丙烷燃燒只形成水蒸氣和二氧化碳，沒有其他物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，屬于清潔燃料，符合“綠色奧運(yùn)”的理念。同時(shí)丙烷氣體燃燒的火焰顏色為亮黃色，這樣的顏色便于識(shí)別和電視轉(zhuǎn)播、新聞攝影的需要。這也使得丙烷成為了眾多奧運(yùn)會(huì)火炬燃料的首選。
通過觀察幾十屆奧運(yùn)火炬燃料的變化，我們得知火炬燃料已經(jīng)從結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易燃燒產(chǎn)生有毒氣體的天然高分子有機(jī)化合物逐漸轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、沸點(diǎn)低、燃燒更充分的工業(yè)烷烴或烯烴。從萘、樹脂松香、橄欖油到近幾屆奧運(yùn)會(huì)普遍使用的烷烴或烯烴的演變，不僅說明了世界化學(xué)工業(yè)水平的不斷提升，體現(xiàn)了奧林匹克運(yùn)動(dòng)更加關(guān)注環(huán)保，關(guān)注生命健康的綠色理念，更體現(xiàn)了一場(chǎng)能源革命在悄然展開。
03. 氫能源之變：從設(shè)想到應(yīng)用再到突破
2020 年東京奧運(yùn)會(huì)和 2022 年北京冬奧會(huì)的火炬燃料都采用了氫氣，但兩者之間也存在本質(zhì)上的差別。當(dāng)時(shí)日本計(jì)劃借助東京奧運(yùn)勢(shì)頭，大力發(fā)展氫能。不僅有豐田車企提供的氫能大巴、作為運(yùn)動(dòng)員往返場(chǎng)館與奧運(yùn)村之間的工具，同時(shí)日本政府還專門在奧運(yùn)村附近建設(shè)了加氫站。但氫能利用涉及“制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、應(yīng)用”多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)氫能綜合利用水平要求很高。最終由于受到氫燃料電池市場(chǎng)空間小，制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等環(huán)節(jié)仍有技術(shù)瓶頸，同時(shí)成本層面也面臨著很大的壓力，再加上疫情控制不力等因素影響，最終奧運(yùn)氫能源秀只能擱淺。
而北京 2022 年冬奧會(huì)卻順利實(shí)現(xiàn)了氫能利用的多個(gè)場(chǎng)景，開展制、儲(chǔ)、運(yùn)、加氫全供應(yīng)鏈建設(shè)，氫能發(fā)動(dòng)機(jī)已裝配在公交、物流等不同車型；試制氫燃料電池發(fā)電車作為賽事場(chǎng)館應(yīng)急電源備用，配置輸出功率為 400kW 氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無時(shí)差供電切換。北京冬奧會(huì)將在延慶和張家口賽區(qū)投入 789 輛氫燃料大巴車服務(wù)賽事，賽后將轉(zhuǎn)換為城市公交。氫能在北京冬奧會(huì)的應(yīng)用，推動(dòng)了氫能在交通、發(fā)電、供能、工業(yè)等多領(lǐng)域全場(chǎng)景示范推廣應(yīng)用，帶動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展。
（2022 年北京冬奧會(huì)火炬設(shè)計(jì)靈感：北京將是第一個(gè)先后舉辦過夏奧會(huì)和冬奧會(huì)的“雙奧之城”。2022 年北京冬奧會(huì)火炬是向中國首都的奧運(yùn)遺產(chǎn)致敬，設(shè)計(jì)上和 2008 年北京奧運(yùn)會(huì)主火炬造型相似，看起來像一個(gè)大卷軸。）
目前京張尤其是張家口已形成產(chǎn)業(yè)鏈齊全，具備一定發(fā)展?jié)摿Φ臍淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。值得一提的是，2 月 4 日，北京冬奧會(huì)張家口賽區(qū)火炬臺(tái)創(chuàng)新采用綠氫作為燃料，點(diǎn)亮冬奧史上首支“綠氫”火炬。氫氣被認(rèn)為是最為清潔環(huán)保的燃料，其燃燒產(chǎn)物只產(chǎn)生能量和水，是完全的零排放燃料。而根據(jù)氫氣制備的來源，以煤炭為原料制取的氫氣被稱作“灰氫”，以天然氣為原料制備的氫氣被稱為“藍(lán)氫”，用可再生能源電解水制備的氫氣被稱為“綠氫”，是最為環(huán)保綠色的氫氣。
結(jié)語
百年奧運(yùn)火炬的變遷是全球能源領(lǐng)域大調(diào)整、大變革的縮影，全球能源技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)入高度活躍期，呈現(xiàn)多點(diǎn)突破、加速應(yīng)用、影響深遠(yuǎn)等特點(diǎn)。供給側(cè)的可再生能源、非常規(guī)油氣已進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，需求側(cè)的電動(dòng)汽車和轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的智能電網(wǎng)處在市場(chǎng)導(dǎo)入期，可燃冰開發(fā)、碳捕獲封存等技術(shù)有望取得新突破。能源技術(shù)革命已經(jīng)引發(fā)了產(chǎn)業(yè)革命，將對(duì)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)和利用方式、產(chǎn)業(yè)組織、地區(qū)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，并將引領(lǐng)全球進(jìn)入新一輪工業(yè)革命。
參考資料：
[1] 閆蒙鋼 圣永剛 張劍鋒.奧運(yùn)火炬中的化學(xué)[J].化學(xué)教育，2008,(7):1-2.
[2] 于良坤.2022年京張冬奧火炬設(shè)計(jì)研究[D].北京：北京理工大學(xué), 2018：15-23.