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能源替代:工業(yè)革命的“核心動力”
我們已經(jīng)經(jīng)歷了兩次波瀾壯闊的工業(yè)革命,第一次的推動力看似是蒸汽機,,實則是煤炭,;第二次的推動力看似是電力,實則是石油,。從木柴到煤炭再到石油,,人類的歷史被化石能源改變,人類的未來則系于可再生能源,。 可再生能源如何替代化石能源,?未來又會發(fā)生什么? 里夫金的“五大支柱說” 2011年5月24日,,《第三次工業(yè)革命》一書的作者,、享有國際聲譽的美國未來學(xué)家杰里米·里夫金出現(xiàn)在了經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD,簡稱“經(jīng)合組織”)第50屆部長級周年會議的開幕式現(xiàn)場,。在開幕式上,,他向參會的首腦和政府部長們提出了一個至關(guān)重要的規(guī)劃:第三次工業(yè)革命五大支柱經(jīng)濟計劃,。 在過去的20年里,這位目光如炬的賓夕法尼亞大學(xué)沃頓商學(xué)院教授,,幾乎顛覆了前人關(guān)于“第三次工業(yè)革命”的理論體系和重要觀點,。 在里夫金之前,“第三次工業(yè)革命”的定義已經(jīng)有了一個世界通用的版本,,甚至還被寫進了高中課本:它是人類文明史上繼蒸汽技術(shù)革命(第一次工業(yè)革命)和電力技術(shù)革命(第二次工業(yè)革命)之后科技領(lǐng)域里的又一次重大飛躍,,是以原子能、電子計算機,、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標志,,涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù),、新材料技術(shù),、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場信息控制技術(shù)革命,。 對此,,里夫金的回答是:“高中課本里的概念大錯特錯�,!痹谒磥�,,真正的工業(yè)革命包含兩個同時存在、互相影響的因素:能源革命和信息傳播方式的革命,。照此推理,,前兩次工業(yè)革命的本質(zhì)其實是:第一次工業(yè)革命時期(18世紀60年代~19世紀40年代),通信技術(shù)發(fā)生了革命性變化,,即從手工印刷到蒸汽機動力印刷,,后者可以實現(xiàn)低成本大量印制并傳播信息,類似于今天的互聯(lián)網(wǎng)所帶來的變化,,人們利用新的通信系統(tǒng)管理以煤炭為基礎(chǔ)的新能源系統(tǒng),;第二次工業(yè)革命時期(19世紀70年代~20世紀初),通信與能源再度攜手,,集中的電力,、電話以及后來的無線電和電視機可以管理更復(fù)雜的石油管道網(wǎng)、公路網(wǎng),,進而為城市文化的興起提供了可能性,。 20世紀90年代,在長期研究的基礎(chǔ)上,,里夫金徹底顛覆了前人對第三次工業(yè)革命的理解,提出了新定義:這是一場能源互聯(lián)網(wǎng)與可再生能源相結(jié)合而催生的人類社會,、經(jīng)濟的重大變革,。 以前的經(jīng)濟學(xué)家在研究第三次工業(yè)革命時,,有的目光只集中在能源上,有的把重點放在通信上,,里夫金則創(chuàng)造性地將兩者結(jié)合起來,,并自信地得出結(jié)論:通信是社會有機體的神經(jīng)系統(tǒng),能源則是血液,。如今,,分布式的信息和通信技術(shù)正與分布式的可再生能源“強強聯(lián)合”,共同孕育真正的第三次工業(yè)革命,。 為了傳播自己的“顛覆性”結(jié)論,,里夫金撰寫了大量論文,發(fā)表在國際著名的《經(jīng)濟學(xué)人》,、《世界金融評論》等刊物上,,并陸續(xù)出版了一系列著作—《工作的終結(jié)》、《生物技術(shù)的世紀》,、《路徑時代》等,,每本書都被翻譯成15種以上的語言�,!兜谌喂I(yè)革命》則是其理論的集大成者,。 除了在沃頓商學(xué)院的講臺上和書齋中激揚文字外,里夫金還是個活動家,。從2000年開始,,他一直穿梭于大西洋兩岸,講學(xué),、擔(dān)任顧問,、組織基金會,奔走游說,,身體力行,,將自己2/5的時間留在了歐盟國家。 里夫金成功地使“第三次工業(yè)革命”這一概念成為歐盟各國首腦口中的政治名詞,。2006年,,里夫金開始與歐洲議會的高級官員共同起草第三次工業(yè)革命的經(jīng)濟發(fā)展計劃。2007年5月,,歐洲議會發(fā)布了一份正式書面聲明,,宣布把第三次工業(yè)革命作為長遠的經(jīng)濟規(guī)劃以及歐盟發(fā)展的路線圖。目前,,歐洲委員會的諸多機構(gòu)及其成員國正在執(zhí)行第三次工業(yè)革命路線圖,。 在2011年5月那個開幕式現(xiàn)場,里夫金展示了自己的最新研究成果—第三次工業(yè)革命五大支柱經(jīng)濟計劃:(1)向可再生能源轉(zhuǎn)型,;(2)將每一大洲的建筑轉(zhuǎn)化為微型發(fā)電廠,,以便就地收集可再生能源,;(3)在每一棟建筑物以及基礎(chǔ)設(shè)施中使用氫和其他存儲技術(shù),以存儲間歇式能源,;(4)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將每一大洲的電力網(wǎng)轉(zhuǎn)化為能源共享網(wǎng)絡(luò),,調(diào)劑余缺,合理配置,;(5)運輸工具轉(zhuǎn)向插電式以及燃料電池動力車,,所需電源來自上述電網(wǎng)。 這五大支柱經(jīng)濟計劃中的核心詞匯無一不與新能源有關(guān),,例如可再生能源,、微型發(fā)電廠、存儲技術(shù),、能源共享網(wǎng)絡(luò),、電池動力車……也就是說,第三次工業(yè)革命與新能源的關(guān)系終于被提上了議事日程,。 從木柴到煤炭再到石油 讓我們沿著里夫金的理論體系,,回顧一下前兩次工業(yè)革命與能源革命的關(guān)系。 在古代,,人類的主要能源來自木柴,,中間雖然也有對煤炭和石油的利用,但這些利用僅限于零星的生活燃料和金屬冶煉,,對人類文明的推動作用十分有限,。因此,這一時代可以被稱作“植物能源時代”,。 人類社會從植物能源時代跨越到化石能源時代的轉(zhuǎn)折發(fā)生在18世紀60年代的英國,。從16世紀末到17世紀后期,英國的采礦業(yè),,特別是煤礦,,已具備一定的規(guī)模,僅憑人力,、畜力已難以滿足排除礦井地下水的需求,,而現(xiàn)場又有豐富而廉價的煤炭作為燃料。現(xiàn)實的需要促使人們致力于尋找新的,、更強大的動力來源,。1698年,英國德文郡的托馬斯·塞維利發(fā)明了世界上第一臺蒸汽機,。1712年,,托馬斯·紐科門對其進行改進,制造出“紐科門式蒸汽機”,。1769年,,蘇格蘭發(fā)明家詹姆斯·瓦特在前人發(fā)明成果的基礎(chǔ)上,,改良了蒸汽機的一系列技術(shù)設(shè)計,,制造出了第一臺現(xiàn)代意義上的蒸汽機,。 在前人的論述中,“瓦特式蒸汽機”的意義主要集中在技術(shù)革命方面—它所采用的汽缸,、活塞,、飛輪、飛錘調(diào)速器,、閥門和密封件等均是構(gòu)成多種現(xiàn)代機械的基本元件,,這一系列技術(shù)催生了現(xiàn)代機械制造業(yè);隨后,,現(xiàn)代熱力學(xué)和機構(gòu)學(xué)興起,,為汽輪機和內(nèi)燃機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ);它還推動了機械工業(yè)的發(fā)展,,解決了大機器生產(chǎn)中最關(guān)鍵的問題,,推動了交通運輸?shù)木薮筮M步…… 在我看來,發(fā)明蒸汽機更重要的意義在于,,它讓人們告別了過去以木柴為主的植物能源時代,,進入到以煤炭為主的化石能源時代。 蒸汽機促使人們從手工勞動向動力機器大規(guī)模轉(zhuǎn)向,,紡織工業(yè)迅猛發(fā)展,,植物能源時代所依托的土地、森林,、有限的糧食等已經(jīng)無法支撐大工業(yè)的發(fā)展與商業(yè)運輸?shù)男枨�,。隨著機械制造業(yè)、鋼鐵行業(yè)的發(fā)展,,人類也不得不面對這樣的問題:即使砍光地球上所有的森林,,也無法滿足人們對鐵礦石冶煉的需求。那么,,能否找到足量的能源為蒸汽機提供充足的能量呢,? 于是,人們不得不求助于煤炭,。1709年,,亞伯拉罕·達比嘗試在高爐煉鐵中用廉價的焦炭代替當時在英國已開始匱乏的木炭,取得了成功,。亞伯拉罕家族的鐵廠也成為18世紀英國最成功的煉鐵及鑄造企業(yè),。隨著亞伯拉罕的成功,已經(jīng)廢棄的古代煉鐵場—科爾布魯克戴爾逐漸成為鋼鐵冶煉中心,,最后發(fā)展為工業(yè)重鎮(zhèn),。 1738年,,煤炭已被視為“英國制造業(yè)的靈魂”。一向熱衷于航海和經(jīng)商的盎格魯–撒克遜民族由此開始引領(lǐng)世界的工業(yè)化進程,。 1800年,,英國生產(chǎn)的煤和鐵比世界其他地區(qū)合在一起的產(chǎn)量還多。英國的煤產(chǎn)量從1770年的600萬噸上升到1800年的1 200萬噸,,進而上升到1861年的5 700萬噸,。同樣,英國的鐵產(chǎn)量從1770年的5萬噸增長到1800年的13萬噸,,進而增長到1861年的380萬噸,。至此,鐵這一原料已經(jīng)豐富和便宜到足以普及一般建設(shè),。人類不僅進入了蒸汽時代,、鋼鐵時代,同時也進入了煤炭時代,。 這就是人類歷史上的“第一次工業(yè)革命”,,從能源的角度理解,完成的是煤炭對木柴的替代,。 化石能源的一大缺陷就是,,采用之后會減少且不可再生。1820年之后的100年間,,以煤炭為主要能源的國家都面臨著煤炭資源逐漸枯竭的現(xiàn)實,。 回顧歷史,人類社會以往的兩次工業(yè)革命都以“能源替代”為內(nèi)容和標志,,第三次工業(yè)革命當然也不例外,。 英國在1861年產(chǎn)煤5 700萬噸,到1865年時就達到1億噸量級,。1900年,,英國的產(chǎn)煤量已經(jīng)達到2.25億噸,比1820年增加了13倍之多,,比1865年增加了將近1.3倍,。“一戰(zhàn)”前夕,,英國的產(chǎn)煤量達到2.7億噸的最高峰,,1929年前后又下降到2.4億噸。1950年前后,,英國的產(chǎn)煤量僅為2億噸多一點,。2010年左右,英國的產(chǎn)煤量僅為2 000萬噸左右,但煤炭使用量已經(jīng)累計達到近200億噸,,整個國家剩余的煤炭資源已不足1/3,。 19世紀中葉,英國面臨嚴重的“能源危機”和“能源安全”問題,。于是,,第二次工業(yè)革命順勢走上歷史舞臺,這一次能源替代的主角是石油,。 傳統(tǒng)觀點認為,,“第二次工業(yè)革命”的首要內(nèi)容就是電力的廣泛應(yīng)用:1831年,,英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,;1866年,德國人西門子制成發(fā)電機,;1870年,,比利時人格拉姆發(fā)明電動機。電力工業(yè)和電器制造業(yè)迅速發(fā)展,,人類跨入了“電氣時代”,。 傳統(tǒng)觀點還認為,第二次工業(yè)革命還應(yīng)該包括三方面的內(nèi)容:內(nèi)燃機和新交通工具的創(chuàng)制,、新通信手段的發(fā)明,、化學(xué)工業(yè)的建立。 我認為,,用以上四個方面總結(jié)“第二次工業(yè)革命”的主要內(nèi)容當然正確,,但還不夠深刻。這樣的總結(jié)還是偏向技術(shù)革命,,而忽略了背后隱藏的共同推動因素—能源革命,。 我們從內(nèi)燃機的發(fā)明講起。 1876年,,德國人奧托制成了第一臺四沖程內(nèi)燃機,,以煤氣為燃料。19世紀80年代中期,,德國發(fā)明家卡爾·本茨和他的同事成功研制出了以汽油為燃料的輕內(nèi)燃發(fā)動機,。19世紀90年代,德國工程師狄塞爾設(shè)計了一種效率較高的內(nèi)燃發(fā)動機,,由于它以柴油為燃料,,故被稱作柴油機。 內(nèi)燃機的發(fā)明解決了交通工具的發(fā)動機問題,。19世紀晚期,,新型的交通工具—汽車出現(xiàn)了。19世紀80年代,卡爾·本茨成功地制成了第一輛由汽油內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車,,并由此成立了全球著名的奔馳汽車公司,;1896年,美國人亨利·福特制造出他的第一輛四輪汽車,,隨后成立了福特汽車公司,,并創(chuàng)造了工業(yè)界沿用至今、號稱“福特主義”的工業(yè)生產(chǎn)模式,。 隨后,,以內(nèi)燃機為動力的內(nèi)燃機車、遠洋輪船,、飛機等不斷涌現(xiàn),。1903年,美國萊特兄弟制造的飛機試飛成功,,實現(xiàn)了人類在天空中翱翔的夢想,,預(yù)示著交通運輸新紀元的到來。另一方面,,內(nèi)燃機的發(fā)明推動了石油開采業(yè)的發(fā)展,,石油化學(xué)工業(yè)也應(yīng)運而生。 簡言之,,由于以石油作為能源基礎(chǔ)的電力成為補充和取代蒸汽動力的新能源,,人類才得以跨入“電氣時代”;由于石油逐漸成為最基本的燃料來源,,人類才得以開啟交通新紀元,;同樣,石油業(yè)的發(fā)展催生了現(xiàn)代工業(yè),。 與煤炭相比,,石油的物理性能更優(yōu)越:同質(zhì)量、同體積的石油產(chǎn)生的能量是煤炭的2倍,,直接使用效果則達到3倍左右,;石油極易汽化,可以實現(xiàn)連續(xù)性燃燒,。因此,,在第二次工業(yè)革命中,全世界的石油開采量越來越大,,石油的重要地位也日益突出,。 從產(chǎn)量的增加看,1870年,,全球石油產(chǎn)量只有80萬噸,,1900年猛增至2 000萬噸,1940年達到2.78億噸,1950年達到5.19億噸,。 從石油與煤炭的比重看,,以美國為例,1900年美國的石油產(chǎn)量為870萬噸,,約占其煤炭產(chǎn)量的6.3%,;1913年達到0.34億噸,相當于其煤炭產(chǎn)量的10.7%,;1920年為0.61億噸,,相當于其煤炭產(chǎn)量的18.5%;1950年為2.69億噸,,相當于其煤炭產(chǎn)量的96%,。 不僅如此,石油時代也是美國主導(dǎo)的時代,。1920年,,美國的石油產(chǎn)量約占全球的10%;1940年,,美國的石油產(chǎn)量為1.91億噸,占全球產(chǎn)量的68.7%,;1950年,,美國的石油產(chǎn)量為2.69億噸,占全球產(chǎn)量的51.8%,。 由此,,我可以大膽地得出結(jié)論:第二次工業(yè)革命最核心的內(nèi)容其實是能源革命,其本質(zhì)內(nèi)容是石油取代煤炭成為人類的第一大能源,。主導(dǎo)這場變革的國家是美國,。 回顧了從木柴到煤炭再到石油的發(fā)展史后,我們可以從能源更迭的角度將前兩次工業(yè)革命歸納如下:自1820年前后開始的100多年是化石能源時代的第一階段—煤炭時代,。在這個階段,,人類建立了煤炭能源經(jīng)濟體系。到20世紀早期,,煤炭的主導(dǎo)地位開始被石油取代,,此時人類進入化石能源時代的第二階段—石油時代,建立了石油能源經(jīng)濟體系,。換言之,,人類的工業(yè)革命史既是一部技術(shù)經(jīng)濟遞進史,又是一部能源替代史,。 新替代正在發(fā)生 20世紀后半葉,,新一輪工業(yè)革命的概念開始在美國萌芽。從20世紀70年代開始,美國學(xué)者就開始了對“第三次工業(yè)革命”的探討,,赫爾夫戈特,、格林伍德、莫厄里等學(xué)者注意到了新技術(shù)(尤其是信息技術(shù))對工人在企業(yè)中的地位,、產(chǎn)業(yè)研發(fā)結(jié)構(gòu)等的影響,,進而推斷新的工業(yè)革命即將發(fā)生。 隨著21世紀的到來,,石油和其他化石能源的枯竭態(tài)勢日漸明顯,,隨之而來的全球氣候變化給人類的持續(xù)生存構(gòu)成了威脅。同時,,化石燃料驅(qū)動的原有工業(yè)經(jīng)濟模式難以支撐全球的可持續(xù)發(fā)展,,這就需要尋求一種能使人類進入“后碳”時代的新模式。于是,,“第三次工業(yè)革命”的理論被正式提出,。 進入21世紀,“第三次工業(yè)革命”理論的代表性人物共有兩位,,一位是杰里米·里夫金,,另一位是保羅·馬基利。 保羅·馬基利長期關(guān)注制造業(yè)技術(shù)和數(shù)字制造的發(fā)展,。他認為,,第三次工業(yè)革命這一數(shù)字化革命將帶來制造模式的重大變革,大規(guī)模流水線制造模式將宣告終結(jié),,人們可以完全按照自己的意愿來設(shè)計,、制造。第三次工業(yè)革命甚至還可能帶來反城市化浪潮,,取代城市生活的將是一種分散式的,、自給自足的(農(nóng)村)生活方式。 如前所述,,里夫金的論述與保羅·馬基利的理論有一定的差別,,他提出互聯(lián)網(wǎng)、綠色電力和3D(三維)打印技術(shù)正引導(dǎo)資本主義進入可持續(xù),、分布式發(fā)展的第三次工業(yè)革命時代,,而所謂的第三次工業(yè)革命,就是能源互聯(lián)網(wǎng)與可再生能源結(jié)合導(dǎo)致人類生產(chǎn)生活,、社會經(jīng)濟發(fā)生重大變革,。 同樣是“能源替代”,第三次工業(yè)革命與以往的工業(yè)革命有兩個根本不同: 第一,,內(nèi)容不同,。前兩次工業(yè)革命是用一種化石能源替代另一種化石能源或木柴,,而第三次工業(yè)革命則是用性質(zhì)完全不同的新能源(即可再生能源)替代化石能源。將來也不會有更新的能源來替代可再生能源,,所以這次替代可以被稱作“終極替代”,。 第二,宗旨不同,。第三次工業(yè)革命的能源替代不再以單純追求財富為終極目標,,而是把改善人類生存質(zhì)量和促進社會文明可持續(xù)發(fā)展放在主導(dǎo)地位。 拋開學(xué)術(shù)上的差別不談,,我們將圍繞里夫金強調(diào)的可再生能源,,展開對于“第三次工業(yè)革命”的展望。 可再生能源是一個與新能源緊密相關(guān)的概念,。1980年召開的“聯(lián)合國新能源和可再生能源會議”對新能源的解釋是:以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ),,使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開發(fā)和利用,用取之不盡,、周而復(fù)始的可再生能源取代資源有限,、對環(huán)境有污染的化石能源,重點開發(fā)太陽能,、風(fēng)能,、生物質(zhì)能、潮汐能,、地?zé)崮�,、氫能和核能�? 簡單地說,所謂新能源就是非常規(guī)能源,,是一個與傳統(tǒng)能源、常規(guī)能源相對應(yīng)的概念,。這一概念絕大多數(shù)時候與可再生能源重合,,但有時又會有所區(qū)別,比如,,水能是可再生能源,,但是因為水電的開發(fā)利用已經(jīng)有一段歷史,按照目前的能源分類標準,,往往被視為傳統(tǒng)能源,。 伴隨著第三次工業(yè)革命的進程,新能源不是補充而是替代化石能源,。到2035年,,清潔能源將占全球一次能源利用總量的50%,新能源大規(guī)模替代化石能源的時代已經(jīng)來臨,! 化石能源越來越不適應(yīng)社會進步的需求,。比如,,它會導(dǎo)致能源緊缺、電網(wǎng)安全事故頻發(fā),、油價高漲,;同時,它具有高碳排放的弊端,,使得環(huán)境污染日益嚴重,。所以,以環(huán)保和可再生為特質(zhì)的新能源越來越受各國重視,。 2003年8月14日,,北美地區(qū)發(fā)生有史以來最嚴重的大面積斷電事故,波及美國1/4的地區(qū),。據(jù)美林公司首席經(jīng)濟學(xué)家戴維·羅森伯格估計,,整體經(jīng)濟損失大概為250億~300億美元。這場事故給現(xiàn)代工業(yè)文明帶來了極大沖擊—連這個發(fā)明電燈電話,、百年前就把帝國大廈點亮的強國,,電網(wǎng)安全形勢同樣不容樂觀。 2004年9月,,第19屆世界能源大會在悉尼舉行,,來自全球的2 500名官員、業(yè)界領(lǐng)袖及學(xué)者參加了大會,。大會的主題正是“實現(xiàn)可持續(xù)性:能源工業(yè)的機遇和挑戰(zhàn)”,。在這次大會上,專家們普遍認為,,21世紀的油價高漲可能成為長期趨勢,。 的確如此。石油時代的巔峰時期是1950~1980年,,當時石油價格低廉,,供應(yīng)充足。而經(jīng)過長達60余年的巨量消費,,全球石油供應(yīng)已進入戰(zhàn)略枯竭期,,石油價格飆升。 由于石油價格的飛速上漲,,目前全球有1/3的人享受不到現(xiàn)代能源服務(wù),。而且,從以往案例來看,,現(xiàn)有的以石油為主導(dǎo)的能源體系無法保證能源安全,,也無法滿足環(huán)境保護的需求。 2013年1月,,中國華北,、華中大片地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)了嚴重的霧霾天氣,,北京尤為嚴重。一個月里只有4天是好天氣,,其余的日子都籠罩在昏暗的霧霾之中,。造成如此嚴重霧霾天氣的罪魁禍首就是以化石能源消費為主的人為污染。 不單單是中國,,世界各地的科學(xué)報告都對地球面臨的日益嚴重的環(huán)境危機提出了警告,。科學(xué)界的一個激進觀點是,,假如二氧化碳濃度無法從2008年的430ppm(1ppm為百萬分之一)回落,,地球冰蓋的局部融化將導(dǎo)致洪水泛濫,除非人類設(shè)法將2050年的二氧化碳排放量減至50億~100億噸,,否則人類將面臨滅頂之災(zāi),。 能源危機意味著整個時代呼吁能源替換。正是基于化石能源導(dǎo)致的資源價格飆升,、能源枯竭,、安全與環(huán)境等種種無可回避的問題,無論從安全的角度還是可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā),,整個人類社會都迫切需要建立新能源體系,。正如杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中描述的那樣,在不遠的將來,,每個建筑都是小型發(fā)電廠,,人人都是綠色能源的自主生產(chǎn)者。除此之外,,人們可以將生產(chǎn)出的多余能量上傳至電網(wǎng),,這就是我經(jīng)常說的“自發(fā)自用,多余上網(wǎng)”,。 不管人們承認與否,,人類都即將步入“后碳”時代,互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與可再生能源的融合將帶來一場全新的工業(yè)革命,。 在這場革命中,可再生能源將是關(guān)鍵所在,。每一次工業(yè)革命的本質(zhì)要素之一—能源替代極有可能再次上演,,新能源將替代傳統(tǒng)能源。 傳統(tǒng)能源的代表是煤炭和石油,,那么誰能成為新能源的主要代表呢,?
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