第二章：与工业有关的职业

弥漫的烟尘，刺耳的噪声，这还是人们对工厂的印象。以至于年轻人普遍不愿意当工人。不过，下一代人长大后，会遇到完全不同的工厂。它们不占用那么多地方，不消耗那么多资源，运转起来可能会很安静。但是，产品质量和功能完全超过现在。

14、绿叶制造员

我们能活着，要依靠体内的生物能量。消耗到一定程度，就要进食来补充能量。不管我们吃粮食、蔬菜还是肉，里面的能量最终都来自光合作用，来自太阳能。

今天，人类社会的运转主要依靠化石能源，包括煤、石油和天然气，它们由古生物的遗体转化而成。这些能源其实也是古生物通过光合作用转化的太阳能。不过，这些能源从采掘、运输到使用，最终的利用率只有百分之几。

当然，我们现在也可以用太阳能电池板，将太阳能直接转化成电能。目前，实用的太阳能电池板转化效率也只有百分之十。

然而，植物的叶绿素却几乎可以100%地转化照到叶片上的太阳能！

人类一年使用的全部能量，只相当于地球一小时接受到的太阳能。所以，我们周围不是没有能源，而是缺乏更有效的能源利用手段。向植物学习，研究人工光合技术，就是一条有效的途径。

光合作用可以把水分解成氧和氢。对于植物来说，它们释放氧气，通过化学反应把氢固定在体内。人工光合作用则会释放氢气，这种技术把太阳能转化成氢燃料，后者不仅热值高，燃烧的产物是水，非常环保。

如果氢燃料能够大批量生产，便可以部分取代化石能源。更棒的是，光合作用不仅转化太阳能，还要从空气中吸收二氧化碳，释放氧气。其它工厂排出的二氧化碳，正好是人工光合技术的原料。如果这种技术普遍应用，困扰人类的碳排放问题就多了一条解决的办法。

原理并不复杂，所以从七十年代起，科学家就开始研究人工光合作用。不过，毕竟不是天然的光合作用，需要加入很多催化剂，需要消耗能源维持高温高压，整个过程看起来更象化工厂在生产，而不象植物那样悠然自得地就完成光合作用。

这些人工光合技术的能源转化率很低，所生产的氢气价格达到传统方式的十倍以上，所以迟迟不能量产。但是，各国团队坚持不懈，仍然在加紧研究人工光合作用，目标是让材料更便宜，并且能在室温下进行。

比如，美国加州大学用硅和氧化锌制造“纳米树”，插在水里，用阳光照射就能产生氢气。英国人有个“人工叶”计划，用一片人工叶分解几升水，就能满足一个家庭一天的能源。韩国科学技术院的专家直接制造生物光电板，也能把太阳能转化成电。

我国在这方面也不落后。中科院理化技术研究所的吴骊珠院士专攻这门技术已经有二十年，取得的技术指标也保持在第一梯队里。

有这么多团队一起努力，相信在二三十年内，生产人造绿叶将会是很有前途的行业。到那时，城市里遍布人工草皮，很多建筑物的外墙贴着人造绿叶。它们不仅能发光，产氢，生电，而且赏心悦目。“雾霾”将成为历史名词，写回忆录时才会提到它。而且，很多油田和煤矿会封闭起来，恢复自然环境。

而你，很有可能做一名绿叶制造员。

15、柔性工人

曾几何时，“流水线”就意味着高速度和缺乏个性。当人们对批量产品开始厌倦后，“纯手工”制造便成为宣传口号。甚至汽车这种典型的工业品，劳斯莱斯也会弄几辆“纯手工打造”的车包装出售。

让产品尽可能符合每个客户的需求，这叫产品制造中的柔性，它与生产率历来都成反比。工业革命前，从服装到家具，都是工匠为具体某个客户来制造。他们要与顾客沟通，了解具体需求。产品富于个性，但是产量极低，普通人用不起。工业化的批量生产大大降低了产品价格，让普通人用上过去贵族才能用的东西，而代价就是缺乏个性。

工业化大生产甚至改变了人们的消费习惯。比如，以前人们会购买布料，找裁缝量身定做，现在则以到商店购买标准尺码的服装鞋帽为主。其实，它们只是大体上合身。

工业化生产更决定着工人的操作模式。在批量化的流水线上，工人长时间生产同一型号的产品，操作模式几个月甚至几年都不变，劳动技能被降低，工作主动性也下降，工人更象机器的一部分。

人们不是不想在工厂里提高生产的柔性，但那就要不断变化模具、调整机器孔径，影响生产的连续性。由于要不断调试，重启机器，它们的安全性能也会下降。所以在自动化控制出现前，人们还是牺牲产品个性，先考虑产量。象卓别林在《摩登岁月》里表演的那样，工人成为拧镙丝的机器，就是对刚性流水线生产的讽刺。

1954年，美国麻省理工学院研制出第一台数字控制铣床，标志着柔性生产的开端。70年代初，柔性自动化走出实验室，进入工厂。不过，随着美国去工业化，这种由美国发明的新型生产模式在其它国家开花结果。现在，中国是全球最大柔性生产基地。

与汽车、电脑这些产品相比，人们对服装和家俱的个性化要求更高，这两个行业也最大地转向柔性生产。文化杉就是最早的柔性生产，早在八十年代，人们就可以在文化杉上印制各种文字。当然，印字很简单，街头小贩就能操作，款式和尺寸还是要批量化。如今，服装厂也已经能以一件为起点来接受订单，变成了自动化裁缝。

改革开放之初，木匠是首批富起来的人之一，他们深入家家户去打家具。后来，家具生产迅速工业化，传统木匠被淘汰，代价就是千篇一律。如今，南京“我乐家居”公司已经能根据定制要求，塔积木一样拼装家具。

甚至，最流水线化的可口可乐公司都开始柔性生产，当然，瓶子大小还是一样，只是在外面印上不同的文字，类似于文化杉。

所有这些改变，都会增加工人操作的难度。他们必须经常调整机器，但这也给他们提高了更大的主动性。

16、增材制造师

或许你已经参观过三D打印机，见识过被它们打印出来的小玩意。不过在将来，三D打印可不只是做几个纪念品。你身边的一切，从家电到自行车，再到房子本身，都有可能被打印出来。

其实，三D打印是一个更大技术领域的组成部分，这个领域叫做“增材制造”。在计算机控制下，通过挤压、烧结、熔融、喷射、光固化等过程，把原材料变为成品。在这个过程中，成品仿佛是一点点长出来的，增材制造很形象地概括了这个过程。

与增材制造对应，传统工业是“减材制造”。我们从矿石中炼出金属，再通过切削等方式，把金属坯加工成零件。每进行一步，原料的质量都在减少。不算不知道，一算吓一跳。据统计，人类每年使用各种原材料约四千亿吨，成品只有四十多亿吨。每生产出一部精致的手机，就有相当于九十多部手机的原材料被扔掉。巨大的资源消耗与环境污染，就是这么产生的。

三D打印正好相反，把原材料以粉末或者丝状物喷出去，一层层增加，消耗远比传统工业要少。当然，这些原材料和三D打印机本身，还需要用“减材”的工艺来制造，但整体算下来，资源消耗已经比先前减少了很多。

德国人又把这种技术叫做“直接制造”。传统工业要用零件组装成品，需要铆接、焊接，三D打印直接把成品塑造出来，浑然一体，减少了因拼接造成的强度下降。这是它的另一个优势。

自从三D打印技术发明后，人们就不断突破它的尺度上限。目前打印出的最大物品是房子，一天可以打印出三十几平方米的房屋，并且使用普通水泥为原料。由于打印机的体积有限，目前还不能打印楼房，只是实验性地制造小型临时住房。

三D打印的目标并非只是越来越大，也会越来越小，甚至有人研究如何用三D打印术来打印芯片，

最初，三D打印只能使用金属和无机非金属材料。后来，生命组织也成为三D打印的材料，中国人就用三D打印术制造出人工血管。

三D打印是把原材料堆积为成品，强度上还有缺陷。另一种增材制造术是用激光或者离子束，直接把原料切割为成品。乍看上去仍然是在减材。不过由于压缩了组装工艺，原材料的消耗大大减少。

比如，机翼里面包含油路，结构复杂。传统上必须先制造很多金属板和零件，再把它们组装成机翼。现在可以在计算机指挥下，用激光直接从材料中镟出一片机翼，也包含里面的油路，浑然一体，能节省三分之二的材料。中国未来的客机C919，很多大型结构都要用增材制造术。

增材制造的范围越来越广，逐渐会代替传统工厂。由电脑设计，再由电脑指挥，增材制造还能在很多领域消除批量生产，让人们定制个性化产品。

未来，增材制造工将集现在工厂里面工人与技术员于一身，是脑体结合的劳动者。他们帮助用户设计，然后直接打印成品。

17、燃料酿造工文字稿

今天的人类生活方式由煤、石油和天然气来支撑，它们都是化石燃料，由远古生物的遗体经历上亿年转化而成，用一点少一点，所以也叫做不可再生资源。然而，我们周围到处都是没用的植物废料，年年都会滋生一批，如果直接把它们变成化石燃料，不是一举两得吗？

农民辛苦一年，所产生的大部分生物质并没有价值。植物秸秆还可以作柴草，但属于高污染物。几年前北方严重雾霾，其中一个原因就是农民焚烧秸秆。农作物加工过程中会产生花生壳、甘蔗渣、木屑等废物，酿酒、制糖等工业还会排出含有大量生物质的污水。

据统计，这些废料占据人类废弃物的70%，而中国就产生了其中的三分之一！科学家早就想着如何变废为宝，其中一个办法，就是用酿造法把它们变成燃料。这门技术称为“生物质高值化利用”。

在这方面，木质乙醇已经商业化。乙醇就是酒精，以前主要用粮食发酵产生。商店里的白酒虽然琳琅满目，作燃料那可远远不够。工业乙醇得用廉价的木渣和秸秆来酿造。目前，美国汽车使用的燃料中，乙醇已经占1%。

不过，乙醇的能量密度比汽油低35%，而丁醇则与汽油差不多，将生物丁醇与汽油混合，比传统燃料能多跑10%的路。生物丁醇成为下一个燃料酿造重点。

以氢为原料的燃料电池，被视为更有前途的能源。它可以驱动电动车，也不产生污染。于是，用生物废料来酿造氢气，便成为一个科研热点。它使用的原料包括制糖业、豆制品行业、乳制品行业、淀粉厂和酿酒厂产生的废水，甚至牛粪废水，完美诠释了什么叫变废为宝。

那么，能不能直接酿造类似石油的产品呢？确实有科学家在打这个主意，东南大学能源与环境学院肖睿教授与美国麻省大学合作，发明了一种方法，可以将生物质转化为石油化工原料，包括乙烯、丙烯、苯等。目前，这些化工原料都来自化石燃料，新方法制造的化工原料虽然不能当燃料去烧，但可以替代相当一部分石油。

上述这些燃料酿造技术，使用的并不是天然细菌。它们都通过基因工程加以改造，转化效率足够达到工业化水平。

燃料酿造要在大型金属罐里安静地进行，从外面看去，燃料酿造厂很象啤酒厂。与规模庞大的煤矿、油田和气田相比，燃料酿造几乎不占地。可以直接建在城市郊区，减少跨洲越洋运输化石燃料带来的危险。

燃料酿造还具有环保价值。化石燃料包含着远古生物固定后埋进地下的碳。把它们挖出来烧掉，就额外增加了碳排放。而酿造燃料中的碳形成于当前的自然循环，燃烧它不并带来额外的碳排放。

美国能源部公布了一个目标，到2025年，四分之一的工业化学品要通过生物过程制造。中国也不会落后多少。在不远的将来，守着一排金属罐，当一名燃料酿造工，会是相当有前途的行业。

18、集成建筑师

提起建筑工地，人们就会联想到尘土飞扬，泥水遍地，噪声轰鸣。建筑工人曾经是低知识群体的首选。以至于人们在网络上讽刺别人时会说，快回去搬砖吧！不过，这样的建筑工地可能会在一两代人之内消失，集成建筑正把它变成组装工厂。

2010年，湖南远大公司在长沙建成了“新方舟酒店”。三十层的楼仅用46小时完成主体，90年小时装修，15天后完成。这个轰动世界的奇迹展示了集成建筑的威力。这栋楼以纯钢为主体，实际上是一座由外装修包裹的钢塔。它的全部主体结构和每个房间都在工厂里压塑成型，运到现场安装。

工期短是集成建筑的另一个优点。即使把在工厂里制造模块的时间都算上，修一幢使用面积相同的楼，它比传统工艺减少几倍时间。这在人工成本越来越高的中国，是很大的优势。

在欧美国家，由于人工费用越来越高，从七十年代就开始流行自建自修。城里人买块地，象农民那样自己盖房。这实际上恢复了小农时代的低效率，也增加了环境负担。盖成的房子也并不结实耐用，最近美国山火中烧掉的，往往就是这种自建房。集成建筑大大压缩劳务成本，可能会在发达国家逆转这个过程。

集成建筑可能是建筑师的噩梦，它搞不出个性化的造型，完全是工业流水线产品。所以，集成建筑不会用于高精尖的豪华建筑、大型商场或者科研建筑，但对于能够大批量模块化制造的普通居民楼来说，集成建筑可以显著降低建安成本，并且容易在房间里附设各种技术，提高楼宇的智能水平。

集成建筑特别适合贫困地区，或者向贫困国家出口，帮助当地人迅速拥有住房。对于那些生活在孟印和圣保罗贫民窟里的人，集成建筑更容易帮他们早日搬进新楼。

“新方舟酒店”又叫“远大低碳新方舟综合示范楼”，这个名字也道出了集成建筑的另一个优势，就是环保。因为大量工作在工厂里完成，工地不不再尘土飞扬。甚至每个房间的水电线都装配完成后，再拉到现场按照图纸装起来。传统建筑要搅拌泥浆，属于湿法建筑，消耗大，工期长，污染高，是城区粉尘的主要来源。集成建筑是干法建筑，周期短，工作环境干净。

集成建筑大量使用钢铁，而中国恰恰生产了全球六成的钢铁，原料十分便宜。这种楼宇由于是用纯钢建筑，既安全又耐用。“新方舟酒店”能抗八级地震，能持续使用数百年，都是传统钢筋混凝土建筑达不到的。

未来将出现新一代集成建筑工，他们的任务就是把成型的房间运到工地，然后拧螺丝。以前，建筑工人需要在外墙上登梯子爬高，工伤事故居高不下。如果改用集成建筑，安全程度大为提高。

19、制碳工

通体乌亮的“歼20”，让人们初步对碳纤维留下了印象。汽车赛道上，现在也能看到通体乌黑的赛车，它们也由碳纤维材料打造而成。至于高尔夫球杆和钓鱼杆，现在也大量使用碳纤维。

而在家里，你也能找到碳纤维电暖器。甚至，韩国还搞过碳纤维家电展览，展出的所有家用电器都由碳纤维来制造外壳。

想当年爱迪生研制电灯，曾经用竹碳丝制作灯丝，那就是最早的碳纤维。上世纪五十年代，美国发明出高强度的碳纤维。七十年代后，碳纤维开始运用于工业制造。

碳纤维的强度数倍于钢铁，而比重只有其四分之一，比铝都小。它的耐高温性能更是超过其他所有化学纤维，甚至可以用做火箭喷口。这么好的材料，人们当然希望把它使用在各种地方。

今天，从汽车到家电主要使用金属，未来将更多地使用碳纤维。另外，碳纳米管和石墨烯也都证明会有极大的工业潜力。

然而，阻碍碳纤维普及的最大障碍还是价格。现在，一吨航空航天级碳纤维需要一百万元，一吨汽车用碳纤维也需要十万元。

价格高必然导致用量少，维修困难。一辆普通汽车发生擦刮，随便哪个汽修厂都能解决。一辆碳纤维车如果外壳破损，只能更换全壳。

现在，日本生产全球70%的碳纤维，而宝马公司则是碳纤维的最大用户，一年用掉上万吨。新兴的风电机密布全球，它的叶片需要高强度材料，成为碳纤维的新用户。

由于价格高，目前只有军事、航天等不在乎成本的领域大量使用碳纤维。不过没关系，铝刚发现时也比黄金贵。但只要人类对一种材料有需求，就有人去钻研如何提高产能。特别是我们中国，有一种“特异功能”，不管什么高精尖的发明，我们都能把它降到白菜价。

1962年，中国和日本几乎同步开始研究碳纤维技术。直到十几年前，我国碳纤维产量还不到全球1%。火箭军机这些领域使用的碳纤维高度依赖进口。如今，中国碳纤维企业的数量已占全球七成，整体产能也位居世界第三。

现在，全球每年消耗碳纤维近十万吨，还远远不能与18.7亿吨的全球粗钢产量相比。然而，碳纤维会从高端到低端，逐个领域地扩大用途，最终会走进千家万户，成为人类新材料的主力。

所以，希望你从现在就留意碳纤维制造业。去在某家碳材料公司里面当“制碳工”，你就进入了一个每年增长百分之十，并且连续增长几十年的行业。

20、菌丝制造工文字稿

提起真菌，你可能会想到霉变的食物，或者讨厌的脚气病。当然，作为抗生素原料，真菌也能给人类造福。在不远的将来，除了可以吃的蘑菇和制药以外，真菌还会有更多的作用，那就是直接作为材料使用。

真菌的细胞壁是甲壳素或者纤维素，前者是甲虫或者虾类外壳的主要成份，后者是木材的主要成分，都有很高的强度。随着环保意识增强，人类更希望绿树成荫，而不是把它们砍掉做材料。相对而言，真菌生活在阴暗潮湿的地方，靠人类产生的废料为生，大规模生产真菌材料不会带来环境问题。

1907年，第一种塑料酚醛树脂诞生，一个世纪多的时间里，塑料除了给人类带来便利外，还造成了严重污染。其原因就是塑料难以降解。而所有真菌材料都可以降解，甚至真菌本身就在降解其他生物成分。所以，真菌材料有望大规模代替塑料。

制造真菌材料，主要是使用它们的菌丝。人们先制造真菌的培养基，把菌种渗在里面。放入固定模具。菌丝就开始按照一定形状生长。等到充满模具，再用高温杀死真菌，烘干菌丝，就制成了有固定形状的材料。

同样是真菌，种蘑菇用木屑，培养真菌材料也是用农产品加工后排出的废料，比如札棉的废料、麦壳、稻壳等等。这些废料如果不用于培养真菌，利用价值极低。真菌不需要光合作用，都在阴暗空间里培养。可以使用地下室、废仓库、岩洞等处，不占用田地和大部分建筑空间，可谓变废为宝的典型。培养真菌材料还可以节省时间成本。和餐具里的霉菌一样，真菌材料仅几天就能生长成型。

美国纽约的“生态材料公司”从2006年建立后，不断寻找真菌材料的用途。他们已经用模具培养出真菌餐具和真菌家具，最夸张的是制造出一架真菌无人机。当然，只有机身是用真菌材料制造的。但是能让一架“活飞机”腾空而起，已经是不小的奇迹。

真菌容易降解，反过来就意味着抗腐蚀性不足，用真菌作容器容易破损。所以，真菌材料的主要用途是取代一次性塑料制品，随用随弃，暂时还不会取代塑料门窗这些耐久性物品。不过，塑料制品能产生环境污染，主要就是这些一次性物品，真菌材料的环保价值十分巨大。

怎样做一名菌丝培养工？可能与种蘑菇的师傅差不多。体力消耗不大，需要经常观察菌丝成长，用机械手法去翻动培养基。

在这一章里面，除了技术，你还应该关注未来工业的生产环境。从增材制造、燃料酿造、制碳到真菌培养，未来很多工业生产不再是震耳欲聋，喷云吐雾，而是静消消地完成。并且，它们需要更多的知识，而不是更多的体力。

或许，新技术能再次把有知识的年轻人吸引回工业。