1941年,闽北建瓯城内紫云宫和永春会馆附近,几间租来的平房里,常常飘着一股焦木气味。那不是香火味,而是试验中松木被加热、分解后留下的气息。
这里聚集的实验员,主要来自福建省研究院工业研究所液体燃料试验所,不少人有福建协和大学理学院化学系的背景。他们要做的事,是利用福建山区常见的松木制取燃料,尽量缓解日军封锁下动力燃料短缺的压力。福建省研究院编印的《液体燃料试验室概况》记录下了这段珍贵的历史。这段经历看似只是战时的一项临时试验,其实也是提示福建后来利用本地自然资源发展化学工业的一条早期线索。
要问建瓯试验室为何出现,还要先回到战时中国的燃料困境。中国本是贫油国家,民国时期液体燃料几乎完全依赖进口。全面抗战爆发后,随着交通运输、军事行动和后方工业对动力燃料需求的增加,汽油、柴油短缺问题迅速凸显,退居大后方的国民政府不得不采取多种办法应对困境,开发本土油田成为首要选择。鉴于甘肃玉门一带早有石油流出的传闻,中国煤油探矿公司筹备处遂组织西北地质试探队,在玉门老君庙附近开凿第一号油井。然而,受制于产量有限和炼油技术落后,玉门油田在短期内难以充分缓解战时动力燃料不足的问题。
寻找“替代燃料”的办法较为现实。当时的尝试大致有三类:一是以酒精掺用或替代汽油、柴油,二是改用木炭作为汽车燃料,三是利用植物油作为液体燃料来源。在非日占区,各省份开始就地寻找“替代燃料”的可能。广西利用甘蔗、木薯和番薯等作物试制酒精;湖南、江西以及西北部分省份推广木炭车;川渝一带盛产桐油树,因而较多尝试以桐油作为液体燃料。这样一来,替代燃料的选择往往与各地的资源条件密切相关。福建的液体燃料试验,正是在这样的背景下展开的。
日军南下后,福州、厦门等福建主要沿海城市相继面临军事压力,省政府随之迁往闽中腹地的永安,全省交通重心逐渐转向闽北、闽西一带的山间公路,维系着战时福建省内物资运输和行政运转,燃料供应也因此成为省政府退守后必须面对的问题。1940年9月,省政府建设厅下令筹建液体燃料试验所。同年12月,该所改隶福建省研究院,后更名为福建省研究院工业研究所液体燃料试验室。
福建省研究院于1939年春开始筹设,初名福建省研究所。其设立目的,并不只是建立一个学院式的研究机构,更是在战时条件下,以科学研究支持国防与经济建设,同时为抗战胜利后福建的重建和发展预做准备。研究所最初设在长汀,其时厦门大学也内迁长汀,因此首任所长由厦门大学校长萨本栋兼任。后来,萨本栋因厦大事务繁忙辞去所长职务,省政府改聘顾问沈铭训接任。1940年11月,福建省研究所改组为福建省研究院,之后研究部门调整,液体燃料试验室所属的工业研究所由原来的工业部改组而来。
试验室的主任为化学家林一。林一于1928年考入福建协和大学化学系,1932年毕业后进入北京燕京大学攻读研究生,从事结晶化学和反应动力学研究。1935年研究生毕业后,他回到母校福建协和大学任教。试验室的副研究员为省政府专员倪松茂。倪松茂与林一有着相近的学术经历,同样毕业于福建协和大学化学系,后又进入燕京大学攻读研究生。可以说,试验室的人员构成,基本以福建协和大学化学系毕业生为核心。
福建协和大学因战事内迁至闽北邵武。正因如此,液体燃料试验室设在距离邵武较近的建瓯,并获得福建省运输公司在技术方面的合作以及3万元经费支持。林一调入4名具有福建协和大学化学系背景的助教或毕业生,参与试验室工作。第一试验室设在邵武的福建协和大学化学系内,主要借用校内一些较为贵重的专门仪器,承担相关样品的分析和测定工作。第二、第三试验室则设在建瓯,负责普通分析、有机化学实验以及产品检验等事务。
试验室设在闽北,靠近福建重要的松木产区。省政府当时把目光投向本省丰富的松木,希望从中提炼出柴油、汽油一类的替代燃料。正因如此,液体燃料试验室不仅需要化学和工程方面的人才,还特意聘请福建协和大学农业经济系助教翁绍耳担任松根特约调查员。翁绍耳的调查成果,也以《福建省松木产销调查报告》的名义出版。
福建森林资源比较丰富,相比之下,杉木开发得更早。明末清初时,福建杉木业已经相当发达。松木的大规模开发则要晚一些,大约到清末才逐渐展开,最初还是由外国人推动。福建所产松木主要是马尾松。这种树在两广、西南、东南一带分布很广,北方的河南、山东,以及台湾、海南也有生长。不过就产量和品质而言,福建都较为突出,所产松木甚至可以在海外市场上同外国松木竞争。
松木质地不算特别坚硬,但韧性较好,有一定弹性;又因含有较多脂油,比较耐水湿,所以常被用作桥梁、堤岸桩木、铁路枕木和矿柱等材料;也可以用于建筑,只是一般认为不如杉木、柏木合适;还可用来制作火柴杆、造纸原料,作为薪炭也很适宜;副产品同样不少,如松脂、松节油等,松干还可以用来培养茯苓。
通过翁绍耳的调查,发现沙县、建阳、水吉、浦城、顺昌、将乐等地的松木如果能全部开发炼制柴油等动力燃料,可以维持全省水路交通运行数年之久。
真正把松木变成燃料,关键在于干馏。松木和一般硬木不太一样,含油量高,如果只是用外热法从锅外加热,效率不高,还容易受热不匀,最后出现结焦。林一团队一开始参考国外的直焰室燃烧炉来做试验,但接连4次都没有成功。松木干馏时会产生大量油烟,不容易冷凝,其中的木酸腐蚀性又强,铁制冷凝器很快就会被腐蚀。
他们重新改造装置,设计出一种“倒焰式内热”干馏炉。这个办法的关键,是控制火焰走向和炉内温度,让热气流在炉内回转起来,从而改善松木出油和冷凝的效果。至于冷凝器容易被腐蚀的问题,他们没有继续依赖铁器,而是改用木质冷凝装置,并在里面填入拉希氏环,以提高冷凝和分离效率。
粗油虽然制出来了,但还不能直接拿来用。松木柴油的着火性能偏低,用在高速柴油机上,容易出现发动困难、冒黑烟,甚至熄火等问题。试验室于是继续做燃料改性,先后试过氧化处理、溶剂提取和叠合法,也用过铅、镍、铁等不同催化体系,合成了200多种氧化产物。最后,他们找到一种被称为“Dope”的添加剂。只要在松木柴油里加入约10%的这种氢化添加物,就能明显提高十六烷值,性能接近普通柴油。
代用汽油的试验也有类似的难题。当时为了提高汽油产量和挥发性,常见办法是掺入酒精。问题在于,普通酒精含有水分,和汽油不能很好混合。倪松茂后来想出一个办法,在混合液中加入饱和碳酸钾溶液吸水,把酒精中的水分除去,使酒精能够和汽油混合。这种成本不高、操作也相对简便的“酒精脱水器”,获得了国民政府经济部颁发的五年专利。
他们也没有把干馏后的副产物简单丢弃,而是尽量加以利用。比如,干馏废液可以提取焦油酸,制成消毒剂,供医院使用;剩下的重质沥青掺入泥沙后,可用做电池工业所需的封口材料。他们还从中制得一种汽灯油,据说可以连续燃烧约60小时,而且不容易结焦。
最终,由松木制成的柴油和汽油都通过了车辆试验。福建省运输公司随后出资,准备利用试验室的研究成果筹建动力燃料厂,把原先的实验室技术推向较大规模的生产。按照当时的计划,到1942年,这座工厂每月可生产柴油20吨、汽油1000加仑,另有若干副产品。这也说明,研究成果已经开始被纳入战时福建燃料供应的实际规划之中。
战时试验与后来福建的林产化工之间,并不是简单的直接延续,但至少说明,福建很早就把松木视为一种可以进入化学工业的地方资源。新中国成立后,福建长期处在海防前线,工业布局受到不少限制。“一五”时期,全省为数不多的化学工业,基本还是围绕松木资源展开。到1956年,福建已有19个松香厂,全年松香生产能力达到2万吨,松节油生产能力达到5600吨。
今天,以松脂加工为代表的林产化工仍在福建山区经济中发挥作用。这个产业也在逐步转向生产低碳、环保和高附加值产品。回头看,抗战时期围绕松木燃料所做的那些试验,虽然只是在战时燃料短缺下的临时努力,却让福建开始用化学工业的眼光重新认识本省的森林资源。
(作者单位:福建师范大学社会历史学院)

