能源革命

今年1月,大型科考船“地球号”驶离日本清水港前往菲律宾海开采可燃冰,船上的科学家可能还不知道他们将关上一扇由邱吉尔开启的大门。当然这些人不知道并不奇怪,因为除了石油界的一些专家,很少有人知道邱吉尔在能源历史上的地位。

1911年邱吉尔被任命为英国海军大臣,此时的邱吉尔富有激情、充满活力,他要改造帝国的明珠——皇家海军,让它更加现代化。他宣布新改造的舰船将燃烧石油而不是煤炭,这个决定一直延续至今。燃烧一磅石油产生的能量是相同重量煤炭的两倍,由于能量密度更大,比起煤炭,石油可以推动舰船运行得更快更远。

邱吉尔的提议在英国引起了轩然大波。英国有很多煤炭但几乎没有石油,当时美国生产世界三分之二的石油,而俄国生产剩余的五分之一。尽管它们都是英国的盟友,但是白厅不想让自己的海军受制于人,即便它们是朋友。

1913年邱吉尔向议会提交了解决方案:英国将拥有,至少是控制其所有需要石油的部分供给。在海军的推动下,英国政府很快购买了英国石油公司51%的股份,这家公司拥有在伊朗(当时称之为波斯)的石油开采权。这一方案引发了伊朗国内的不满,随即伊朗人爆发了一场革命。伦敦最终平息了这场叛乱,但是为了防止出现的破坏,英国人在伊朗扶植了新国王,同时还设法把伊拉克从摇摇欲坠的奥斯曼帝国分裂出来。

邱吉尔打响了第一枪,其他西方列强也随后加入了控制中东的竞赛。尽管英国击退了法国、德国以及荷兰,但却被美国掀翻。美国获得了在土耳其、伊拉克、巴林、科威特以及沙特阿拉伯的石油开采权。即便石油消费国可以干涉石油生产国的内部事务,但它们仍时常显得力不从心。尽管石油生产国从石油消费国获得巨额财物,但它们并不想永远寄人篱下。数十年来的各种动乱并没有改变世界的基本格局,不管是1973年和1979年的石油危机,能源独立计划的失败还是两次伊拉克战争。仇恨和独立交织在一起,像日落日出一样左右着国际关系。

然而这一切都可能因地球号的这次远航而改变。这艘造价5.4亿美元的日本深海钻探船样子就像亿万富翁的游艇,它的背后安装了一个30层楼高的油井架。地球号有很多世界之最,它是世界上已建的最大、最绚丽也是最智能的海洋科考船,可以肯定也是唯一建有可停降30人座直升机停机坪的科考船。中央铁架塔存放着一个巨大的浮动钻头,一条六英里长的“缆绳”可以让地球号开采海底矿产的能力比其他任何船只都强。

地球号的首航始于2005年,最初建造它的目的是为了研究地震带,显然这是多震的日本所关心的。然而现在它的使命更重大:开发一种能源,不但可以帮助日本还可以让世界大部分国家摆脱对中东地区石油的依赖,要知道这是自邱吉尔时代以来所有政治家最头疼的问题。

上世纪70年代,地质学家在海底发现了结晶天然气,用专业术语说就是甲烷水合物。这种物质广泛分布于大陆边缘的浅层地带,而且储量巨大,据估计它的储量是其他所有化石燃料总和的两倍。尽管如此丰富,但是气体水合物长期以来一直遭到石油界的诟病。它和传统能源不同,让冰着火,谁会把它当真?但是随着石油价格的上涨,海底开采技术的提高以及地质调查数据的积累,全世界对这种能源的兴趣越来越大。美国能源部早在1982年就开始资助甲烷水合物的研究。

没谁会比日本人更当真。不像英国或者美国,日本不拥有甚至控制任何大的油田。(东京并非没有尝试过:日本轰炸珍珠港的主要原因就是因为美国企图阻止它征服石油丰富的荷属东印度群岛)。今天邱吉尔的噩梦发生在了日本人身上:它的军事和工业能源几乎全部依赖外国能源。它是世界第三大原油净进口国,第二大煤炭进口国以及最大的液化天然气进口国。每一位日本政治家都对这种状况感到担忧。

日本的甲烷水合物项目始于1995年。它的科学家很快把注意力集中到了南海海槽,这里位于东京西南200英里,两个地球板块在这里相互挤压形成了一个海底地震带。为此日本成立了一家国有企业,名为日本石油、天然气和金属国家公司(JOGMEC),这家公司循序渐进年复一年的进行开采,它挖了勘探井,进行了测量并采集了水合物样本:这里有130英尺的淤泥层,其中蕴藏了大量富含甲烷的冰。他们的工作细致、缓慢而又有序,同时还进行了严谨认真的分析。

1月18日,也就是日本项目开始18年之后,地球号离开清水港准备进行“生产试验”,此行的目的是要获取大量的可用气体而不仅仅是实验室样本。这个项目的主管山本耕史在出发前告诉我,还有很多问题需要解决。JPGMEC还没有想出开采水合物最好的办法,也不确定如何把这种合成天然气运送到陆地。成本必须得到控制,山本说:“也许十年的时间还不够,但是我相信迟早有一天会成功的。”他说成功后的结果一定非常“有趣”。

如今石油界已经受到来自水力压裂法的巨大冲击。所谓水力压裂法是指用水、沙子和化学品制成的混合物喷射岩石,将岩石撞裂后释放出过去无法获取的石油,这种石油被称为“致密油”。另外还可以获取天然气,从页岩中获取的天然气也被称作“页岩气”。(石油是人类从地下开采的各种非固态碳氢化合物的统称,包括各种石油、天然气以及丙烷等。厨房用来生火的物质一般是指甲烷,这是一种无色无味的气体,不管从油井、页岩层还是甲烷水合物中获取,成分都是相同的。)水力压裂法会影响地下水供给,因此将对环境造成威胁,所以最终可能被禁止。但是这种方法可以给北美提供大量的石油,去年11月国际能源组织预测到2035年,美国可以实现能源自给自足。如果地球号获得成功,甲烷水合物可以在日本达到同样的效果。而且不仅在日本,中国、印度、韩国以及挪威、加拿大和美国都希望开发这种能源。

并不是所有人都认为JOGMEC会成功。但是甲烷水合物的开发方式和之前的页岩气非常类似,只不过前者的参与人数更多也更国际化。页岩气一直受到广泛的质疑,甲烷水合物也不例外,忽视它的前景是愚蠢的,但如果忽视它可能造成的影响将更愚蠢。

如果世界因甲烷水合物而从使用石油过渡到天然气,必然会给那些依靠石油收入的国家造成致命的打击,尤其是俄罗斯、伊朗、伊拉克、委瑞内拉、科威特和沙特阿拉伯这些专制国家。如果这些石油国家不能妥善应对,损失大量石油收入必然会严重削弱它们的经济。更糟的是,大部分石油国家的政府都非常腐败,社会学者甚至认为石油储备和政治腐败之间有天然的联系。也许美国人不会在意对这些国家需求的减少有可能影响到美国经济,但是他们肯定不清楚因此造成的全球动荡对美国的冲击。

从更大的层面来讲,廉价丰富的天然气可能影响人类对抗气候变化的努力。越来越多的科学家认为,为了避免气候变化的负面影响,人类应该在今后五十年逐步削减碳排放。实现这个目标的重要而且必须的步骤就是不再使用煤炭,如今煤炭仍然是世界第二大能源。天然气比煤炭清洁得多,水力压裂法使得美国有了丰富的天然气,现在那里的电站不在使用煤炭而改用天然气,因此温室气体排放量也大大降低了。

然而天然气并没有那么干净,燃烧后依然会生成二氧化碳。研究者将其视为一种临时的“桥梁性燃料”,在放弃使用石油和煤炭的转变过程中为各国提供能量。但是外交关系委员会能源气候变化项目组负责人迈克尔-李维说:“如果人类不利用这一桥梁来制定反碳排放政策,那么天然气只能是“连接前煤炭时代和后煤炭时代的桥梁”。

MIT能源经济学教授克里斯多夫-尼特尔告诉我:“甲烷水合物将是新的能源革命,它可以帮助世界减少温室气体排放,但它同时也可以成为人类不再开发可再生无碳能源的借口。”就像美国这样,因为有了大量页岩气而减少了这方面的投资。尼特尔说:“甲烷水合物可以是人类的福音,也可能是灾难,我不能保证人们会做出正确的决定。”

大学毕业几年后,我和朋友一起开车到了从未去过的南加州,洛杉矶短暂停留后,又去圣华金河谷呆了几天。一天夜里我们在贝克尔斯菲市迷了路,最后停到了一排铁丝网前。网后是数千个油田泵,泵的四周密密麻麻分布着输油管和电线,整个沙漠都被机器和灯光覆盖着,一眼望不到头。一个巨大的超现代化的油田就在离洛杉矶不到100英里的地方,真让我无法相信。当我震惊的看着这一切的时候,一辆警车开了过来。我问他这个油田时候出现的,他奇怪的看着我说:“他们从1899年就开始在这里采石油了。”

当时我就站在美国著名的柯恩河油田边上。我过去曾以为石油是蕴藏在底下的一个池子里,就像《哈里-波特》里伏地魔把自己灵魂的一部分存放在地下河里一样。可实际上石油通常存在于固体砂岩或灰岩地层之中,这些岩层就像海绵一样充满小孔。我过去还认为石油是统一的物质,然而它更像是一种乱炖:各种等级的石油含有的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷以及其他碳氢化合物也不同。石油被压缩在数千英尺下的岩石里,这些液体或者气体通常处于高压状态,因为被岩石封住才不至于流到地面上,当岩石被钻开后,石油就会喷射出来。

很长一段时间里,石油公司只开采液态石油而丢弃一同喷出的甲烷,要么把这些气体烧掉要么直接排放到大气中区。人们不用天然气作为能源的原因是它的运输成本太高。液态石油可以被放入容器并通过建好的公路网运输,然而甲烷必须通过无缝管道运往目的地,为此就必须建设数千英里的输气管道。直到二次世界大战以后,因为战争的需要大大发展了焊接技术,这种运输方式才得以实现。(甲烷还可以液化后放入加压舱内,在特殊的工厂装卸,但这样成本也很高)德克萨斯的石油可以被轻易的运往欧洲或亚洲,但是直到今天同一油田生产的天然气还只限在美国使用。

最初专家估计科恩河油田蕴藏着数亿桶石油。(一桶约为42加仑,根据石油的品级不同,一吨石油约为6-8桶石油)开采者迅速涌入该地区,支起了无数的井架,尽可能多的开采石油,到1949年,专家估计这里还有4700万桶石油的储量。然而在接下去的40年里人们又开采了9.45亿桶石油。到1989年专家又估计科恩河油田还能开采6.97亿桶,但是到2009年,这个油田又生产了13亿桶。

当石油公司说有地下储藏数百万桶石油意味着什么?地下到底有多少能源?石油什么时候会被全部开采完?科恩河油田的例子告诉我们这个问题很难回答,事实上半个世纪以来,各方专家一直在给出完全矛盾的回答。一方面悲观者认为,地球上的石油资源正在枯竭,他们要我们关掉空调,买混合动力车,节省能源;另一方面乐观者认为在阿拉斯加和亚伯达以及弗吉尼亚沿岸还有大量未开采的石油,而宾夕法尼亚和北达科他州的页岩下也蕴藏着丰富的天然气。到底谁才是正确的?要不是事关人类文明的存亡,这种自相矛盾真是好笑。

经济增长和能源的使用总是同步的。根据曼尼托巴大学环境科学家Vaclav Smil的计算,1900-2000年期间,全球的能源消耗大约增长了17倍,而经济总产量增长了16倍。尽管石油引发了各种社会和环境问题,但是稳定石油和天然气供给仍然是世界经济的核心问题。

理解了这种依赖性后就不难理解为什么1956年金-哈伯特的一次报告引发了轩然大波。哈伯特当时是壳牌石油的地质学家,他说当一个公司开采一片油田的时候,总是先开采成本最低也是最容易获取的石油,而后开采难度会越来越大,成本也会越来越高。最终石油产量将趋于稳定,这时达到开采的最高峰。高峰过后,减产就不可避免。哈伯特用这一理论预测美国大陆的原油产量在1965-1970年将趋于稳定。(不包括阿拉斯加和沿海石油产区)然而当时美国地质调查局(USGS)和石油界一直认为石油产量将稳定增长,因此他备受人们嘲笑。

但哈伯特却坚持自己的观点,即便后来他离开了壳牌去往USGS工作。然而不幸的是他最大的批评者——文森特-麦凯尔维成为了他的老板,麦凯尔维对美国石油业的未来做出了一系列乐观的评估,而哈伯特却写了很多论文来反驳他。很快这种争论演变成为个人恩怨,麦凯尔维成为USGS局长后三天就撤走了哈伯特的秘书,而作为反击哈伯特让麦凯尔维无法获得美国科学院和美国艺术科学院院士的提名。

然而让麦凯尔维难堪的是,事实证明哈伯特的预测是对的。当国内原油产量达到高峰后开始回落,前内政部长斯图尔特-尤德尔强烈批评了USGS,并说如果自己再当内政部长,第一件事就是把麦凯尔维开除。1977年新当选的总统卡特是哈伯特的支持者,他要求麦凯尔维辞职,这种事在USGS98年的历史里是头一次发生。

与此同时美国还受到中东石油封锁的困扰。在一次讲话中,卡特总统宣称地球上已探明的石油储量将在下一个十年被消耗殆尽。为了避免这种灾难,他颁布了一系列提高能源使用效率的措施。国会也制定政策鼓励企业减少使用稀缺的石油和天然气,改用美国储量丰富的煤炭。

然而80年代石油公司发现了非常多的原油,所以到了90年代油价比卡特政府时期下降了五分之一(扣除通货膨胀因素)。原油储量的估计一升再升,人们不再谈论节约能源,石油和天然气这么便宜不值得节省。

尽管辩论仍在进行,悲观者和乐观者依旧相互抨击。大部分哈伯特派是物理学家,而麦凯尔维派则多为社会学家,对储备概念不同的界定是他们争论的焦点。例如科恩河油田最初开采出的石油有稠又重,无法浮在水上。虽然勘探者知道这里储量丰富,但并没有预期能有那么多,因此第一次给出的探明储量是4700万桶。此后又给出了第二次预测储量为6.97亿桶,两次之间工程师开发出了可以称之为水力压裂法前身的开采方法:向油井下喷射水蒸气把石油变稀,然后将其从石缝中挤出来。最初这种风发非常低效:制造水蒸气需要油井产油的40%,而燃烧原油又会放出有害气体。

与此同时,石油界开发出了新方法可以勘探到从前无法企及的地方。1998年凯恩河附近的一个钻井钻探到了地下数千英尺,比之前任何尝试都深。在17657英尺处,石油突然喷发出来,引发的大火冲到地面300英尺的高度。这次爆炸摧毁了这口油井,而扑灭大火后的第六个月,石油仍然不断从洞口涌出。石油公司确认发现了新的油气储备,因为埋藏过深而未被评估过。

这个事件让麦凯维尔派社会学者坚信石油储量并不像物理学家想象的那样。他们只从经济的角度进行判断:某一地区可开采的石油量和可接受的成本有关。即便容易获取的石油开采殆尽,但是由于技术创新使开采剩余石油的成本降低。自此两派之争演变为石油储量减少和技术决定石油储量之间的较量。此后石油公司在凯恩河油田又开采了数百万桶深层石油,但是这些石油混杂了太多的水,人们根本无法阻止水从油井中冒出来。几年后,所有的新油井都停止了运转,储备消失了,但石油还有。

因此有人得出了这样的结论:自然资源不会被用尽。如果一种储备能源开发成本过高,社会学家(大部分是经济学家)表示,人们要么寻找低成本的储备要么使用其他能源,或者兼而有之。因为高成本的能源一直藏于地下,所以总有石油可以开采。MIT经济学家莫里斯-阿德尔曼的回答是这种观点的代表:“如果问世界的能源何时开采殆尽?答案是永远不会。”

然而Jean Laherrère不赞成这么绝对的结论。在创立油气峰值研究协会(ASPO)之前,Laherrère曾在法国石油公司道达尔工作过17年。Laherrère和另一位ASPO创始人柯林-坎贝尔1998年预测,今后十年传统石油的供给量将不能满足需求。那时预计的石油储量处于历史最高点,因此他们的观点并不被接受。但是坎贝尔和Laherrère坚持认为还有更多关于石油的看法是错误的。上世纪80年代,OPEC讨论如何销售成员国的石油时曾规定:一国石油储量越多则销售量就越多。因此各国都高估自己的储量。11个成员国有6个在讨论过程中无理由高估了自己的石油储量,有些国家甚至将自己的储量提高了两倍。在一月的采访中Laherrère告诉我,所谓的供大于求只是痴人说梦,他说:“我们估计2010年前石油产量将达到最大,现在证明是正确的。”

Laherrère认为,石油供给绝对不是无限的。地球蕴藏的可供人类开采的碳氢化合物就那么多,他说:“一旦我们用尽了容易开采的石油,其他廉价能源不会奇迹般的出现。我们只能不断开采石油,但这并不容易。你可以看看各大石油公司为了维持产量所投入的设备有多昂贵。”

坎贝尔和Laherrère预测后不久,油价就开始飙升了。2008年油价创了卡特政府以来的新高。小布什总统当年就警告自己的继任者:“石油供给是有限的。”英国能源研究中心宣布:“廉价石油时代已经结束了,传统石油生产的峰值将在2030年出现,而且很可能早于2020年。”一时间能源危机的言论不绝于耳。

麦凯维尔派也不甘示弱。莫里斯-阿尔德曼因为身体原因不能接受我的采访,但是我还是联系到了他的两个学生,迈克尔-林奇和菲利普-费勒格。林奇是能源咨询公司SEER的总裁,他同意Laherrère的观点,人们有时会因为经济因素预测石油储量,例如2004年壳牌公司董事长就因为错误估计本公司可开采的石油储量而被迫辞职,但是他认为这并不重要,林奇说:“壳牌不是还在产油么?他们总是说,看这些高科技的钻井设备,看它们有多贵,而我想到的却是看我们做的有多好。”林奇继续补充到:“航空公司不再使用木质双翼飞机,现在它们用747。这不是因为我们已经到达了天空的极限,飞行变得更困难,而是因为技术变得更先进并增强了我们的能力。”

费勒格曾在福特和卡特政府时期担任经济官员,现在是皮特研究所国际经济研究员,在他看来关于石油生产峰值的讨论没有意义。自哈伯特时代,争论的焦点就是“传统石油”,这种石油产自普通的油井,而且主要被中东及OPEC国家控制。传统石油的产量确实已经达到最高,正如哈勃特派所说:到2005年OPEC的石油产量将达到最高。一方面产量下降反映了石油供给的减少,另一方面也要归因于全球经济放缓对需求的抑制,然而第三方面是因为OPEC的传统石油被通过水力压裂法获取的“非传统”石油替代了。费勒格说,水力压裂法制造了能源业100年来最大的革命。在他看来这场革命最大的赢家是美国。

理由很简单。数十年来,进口昂贵的外国石油给美国造成了巨大的经济和政治负担。而今天水力压裂法让美国在北达科他州和德克萨斯州获得了大量的石油,在宾夕法尼亚、西弗吉尼亚和俄亥俄州拥有了用之不尽的天然气。水力压裂法很可能使美国成为世界最大的石油生产商。(《华尔街日报》甚至给美国冠以“沙特美国”的称号。不过这并不准确,因为美国将主要在国内消费这些能源而不是用于出口)采油成本可能比过去高,但价格肯定会稳定,不会快速增长。更重要的是,通过水力压裂法美国获得如此丰富的天然气,使得其价格仅为亚洲和欧洲的三分之一,这给美国工业带来了巨大的成本优势。随着越来越多的公司转用廉价的天然气,花旗集团去年预测此举将在今后七年内为美国GDP带来3.3%的增长。

直到1970年,美国的石油仍能实现自给自足。然而此后正像哈伯特预测的那样,国内石油产量开始下降,美国突然变得非常脆弱。1967年OPEC曾发起过一次石油禁运,但因美国能够生产足够的石油,而没达到预期的效果。然而六年后OPEC发起了第二次石油禁运,油价飙升了四倍并造成了大范围的恐慌。华盛顿开始呼吁“能源独立”,这也许是尼克松、卡特和里根三界政府唯一共同的观点。小布什2007年签署了《能源独立与安全法案》,而奥巴马则反复强调“让美国的能源更加独立”。

意大利埃尼集团前石化部主管Leonardo Maugeri去年在哈佛大学肯尼迪学院演讲是曾说,美国仍需要进口石油,但是到2020年国内产量将显著增加,理论上讲那时这个国家所需要的能源将彻底来自西半球。换句话说,如果愿意今后十年美国可以停止从中东进口石油。费勒格认为水力压裂法造就的石油天然气供给的兴旺将帮助美国实现“经济复兴”。美国最终将躲开邱吉尔开创的世界,至少一定时间内是这样。

然而日本、中国和印度还困在那个世界里,大部分欧洲和南亚国家也一样。许多国家没有页岩能源或者必须的开采技术,即便有页岩能源和技术也没有足够的资金兴建各种基础设施,但它们都想摆脱对OPEC的依赖。而美国和加拿大也意识到自己的好日子不会太长久,因此都在积极寻找新的能源供给。所有人都把目光转向了甲烷水合物。

从陆地脱落的有机分子进入水中,这个过程就像冲刷挖掘机。污水处理厂、施肥的农田以及水中生物脱落的皮屑,这些都有助于生成水合物,这些东西会聚集在大陆边缘,而浮游生物和其他海洋微生物在这里可以大量繁殖。当这些生物死后,他们的尸体会缓慢沉入海底,最终沉积的厚度可达数英尺,一些微生物将以这些残骸为食。

此后的过程就和池塘中冒出甲烷气泡原理一样,微生物在成长过程中释放出甲烷气体。深海甲烷气体向上涌,然而很快会遇到冷水,在高压的作用下,水和甲烷结合在一起:水分子连成透明的格子,而甲烷分子被困在这些格子中。一立方英尺这种格子可容纳最多达180立方英尺的甲烷气体。

很多甲烷水合物,包括日本在南海海槽开采的,都是通过这种方式生成的。这种水合物外表看着像冰,但它不是冰:普通的冰不能燃烧。冰通常是六边形,而水合物晶体是12或者14边形,样子更像是足球。甲烷分子被困在这些球内无法逃脱。这些晶体也不会溶解,因为水压和温度可以使它们静静的呆在1000英尺深的水底。

据估计全球甲烷水合物的供给量是美国全年能源消费的100倍到300万倍之间。只有很少一部分处于阿拉斯加、加拿大和西伯利亚的北极圈永冻土内,大约不到1%,其他绝大部分都在海底。海底的储量非常巨大,科学家认为一旦释放这些长期存在于海底的甲烷将对气候造成灾难性的影响。大部分甲烷水合物由于储藏较深,人类无法开采,但是仅开采很小一部分也将是一个巨大的数字。

直到30年代以前,人们还只在实验室研究水合物,当时一个德克萨斯石油研究者发现天冷的时候它们会堵塞天然气管道。30年后,一次爆炸使人们意识到永冻土中有这种水合物。同时海洋学家观察到海底声纳的异常现象,一些地方返回的声波更加尖锐。这就像在黑暗的房间里打开手电,而突然从镜子里反射出光线一样。三位地理学家在1971年推断这些反射区里蕴藏着甲烷水合物,而直到1982年研究者才获得了矿样,里面包含的气体有99.4%是甲烷。当年美国就成立了专门研究水合物的项目组。

70年代的石油危机刺激全球开始寻找非传统石油资源,水合物的研究只是这个潮流的一部分。对普通人而言很难理解什么是非传统石油,首先各种分类就让人挠头:含有砂、紧致油、重油、页岩气、煤层气、页岩油和油页岩。(页岩油和油页岩竟然还不同)这些能源被称为“非传统”,是因为过去人类很难把它们开采出来,然而现在技术的进步使它们唾手可得。

说来奇怪,非传统石油可以被简单的分成两类:一类是比普通原油重并需要更多的冶炼,而另一类是比普通原油更轻且不需要更多的冶炼。和传统石油一样,这两种能源都备受争议,但是从经济、政治尤其是环保角度考虑,第二种前景更加光明,而甲烷水合物就是其中一种。

第一类必须在开采现场被转换成石油。例如含油砂的成分是普通的沙子和沥青,在足够的温度和压力下,这种黑色的粘稠物将变成普通石油。含油砂主要分布在加拿大北极圈内广袤的森林下面。通常开采含油砂要打两口水平的油井,一个在另一个之上。将高压蒸汽喷入上面的一层,沥青液化后流入下面一层,然后将其开采到地面,通过冶炼得到“合成原油”,但在这个过程中会生成大量有害的硫磺。

有时经济学家评价一种能源会利用EROEI指标,也就是为了获取、生产并运输一种能源要消耗多少能源。例如OPEC石油的EROEI通常是12到18,也就是生产12-18桶石油需要耗费1桶石油。利用这个指标,含油砂的EROEI是可怜的4-7。

将含油砂生成的石油运送到最大的潜在市场——美国,需要在亚伯达省和德克萨斯州之间建造巨大的管道网络,这必然会遭到环保组织和地方政府的反对。长期以来,美国国务院一直推迟签署跨境修建管道的法案,这种拖延让一些人不快,他们指责奥巴马政府对美国最重要的盟友——加拿大不够尊重,但这些人没有提到在加拿大国内也有很多人反对。

第二类非传统能源前途要光明的多,其中最重要的就是通过水力压裂法获取页岩气。一个瑞士-美国联合调查组2011年的研究表明,页岩气的EROEI大约为87,是普通石油的6倍,含油砂的16倍。因为页岩气的开发,美国天然气储备比2000年增长了四分之三。

当然也有人批评页岩气。Jean Laherrère告诉我,页岩气就像是“旁氏骗局”,为了粉饰资产状况,能源公司会虚构天然气储量。Post Carbon研究院一份一月的研究指出,页岩气只是让人们暂时不用面对真正需要解决的问题。但并不是所有人都同意这样的观点,美国能源信息管理局的领导在一次国会听证上就表示,美国依然有丰富的能源储备。

由于通过水力压裂法获取了丰富的天然气,美国能源价格暴跌,因此很多气井被迫关闭,但美国的天然气生产并没受到影响,需求也同样旺盛,受低价格的吸引,越来越多的美国企业开始放弃石油和煤炭,改用天然气。

今天美国主要消费煤炭的地区位于阿帕拉契亚到西部一代,煤炭的使用在这里已经有了100多年的历史,还创造了数百万个就业机会,但由煤炭造成的污染每年也会致10000人死亡。一般说来,燃烧煤炭生成的二氧化碳是天然气的两倍。几乎所有国内煤炭都用于发电,其生产的电力占美国电力供应的38%。然而水力压裂法正在改变一切:到2011年,美国预计关闭57座烧煤的火电站。美国的碳排放量也因此显著下降,2006年以后美国减少排放的碳比其他任何国家都多。

美国煤炭业抱怨正经历一场战争,但是它们受到冲击远比预期的要小。美国煤炭出口(主要是欧洲市场)从2009年到2011年增长了两倍。讽刺的是,一直鼓吹使用太阳能和风能等环保技术的德国,增加了煤炭的使用量,结果造成该国二氧化碳排放量的增长。

现在我有必要进行一次自我检讨。12年前,一本杂志要求我写一篇关于能源供给的文章,在访谈石油地质和工程学家时,他们告诉我一种正在试验的技术:水力压裂法。随后我就此又询问了几个能源界的权威人士,他们都对这项技术嗤之以鼻。老实说,最初的水力压裂法确实很奇怪,还有几次试验在地下引爆了核炸弹。为了不得罪所有访谈对象,我决定在文章中不提水力压裂法,然而事实证明我错了。这一次我可不想再重蹈覆辙,尽管很多专家不认可甲烷水合物,但还是有很多科学家和工程师认为它是即水力压裂法后的又一次能源革命,上一次的页岩气只惠及到北美,而这一次将波及全球,我支持他们的观点。

日本有世界上最大的水合物研究项目,过去10年,日本在这方面投资了近7亿美元。日本政府和企业迫切希望建立国内的石油工业,如今这个国家仅生产所需能源的千分之一。日本经济产业省最乐观的估计是到2018年实现甲烷水合物的商业化。印度和韩国紧随其后,每年花费3000万美元研究水合物,韩国项目的扩张速度尤其突出。

相反,美国能源部的研究项目规模较小,每年的预算只有1500万美元,大部分用于研究水合物的结构和分布。大约240万美元拨给了USGS的水合物研究人员,他们主要勘察阿拉斯加和加拿大西北部的水合物蕴藏情况。在伍兹霍尔、马萨诸塞、丹佛以及科罗拉多,USGS项目组有8位全职研究人员,还有来自日本、加拿大、德国、印度和其他石油公司的合作伙伴。

虽然美国的研究集中在北部,但是大部分储量蕴藏在墨西哥湾,那里水合物分布范围有17.4万平方英里,相当于加利福尼亚的面积,这些水合物的质量都很高,尽管人们还不知道该如何利用这些能源,但是USGS能源研究主管蒂莫西-克里特说:“我们知道湾区的3500口油井分布在这里一地区。”他认为下一步就该开发这些水合物了。

如果一个国家可以大规模商业化海底水合物,那么其他国家也会跟进。美国式的能源独立将在亚洲、西非、欧洲以及美洲其他国家成为现实。历史经验表明,要想实现这个梦想,政府应该慷慨补贴国内能源生产商,打击石油进口。除了北美,其他主要传统天然气生产商还有俄罗斯、伊朗、卡塔尔,他们都会痛恨甲烷水合物。如果从水合物中获取的天然气丰富且廉价,那么各国将不再使用石油,日本自然乐见其成,但是文莱、伊拉克、尼日利亚、阿联酋以及委瑞内拉这样的产油国将受到严重的冲击。

这种结果对各国都有影响,如果一国的石油收入过大,会有负面作用。1959年荷兰人在北海发现了石油,热钱迅速涌入这个国家,但令人惊讶的是海底的财富却让荷兰经济停滞。后来经济学家意识到,由于石油行业的薪水太高,没有人愿意干别的工作。公司为了维持员工稳定被迫提高工资,进而推高了生产成本。同时由于外资的涌入,荷兰的货币的汇率也升高了,这双重打击限制了荷兰公司的竞争力。制造业和农业受损严重,除了石油业,其他行业的失业率都迅速攀升。意外的财富导致经济停滞,石油界的行家称此为“荷兰病”。

尽管对荷兰病给荷兰造成的影响仍存在争议,但是一点可以肯定,一个好的现代经济就像一个屋顶,它需要多个强劲的支柱做支撑,每个支柱代表不同的经济部门。荷兰病意味着其他支柱弱化,而只有石油行业一枝独秀。

更糟的是,通常世界各国都会将石油行业收归国有。(美国是唯一的例外,在62个产油国中只有美国准许私营企业控制大油田)国有石油公司获取巨额财富并控制了国家的经济命脉。UCLA政治科学家,《石油诅咒》一书作者迈克尔-罗斯说:“统治者通常会让可靠的人负责,因此这里成为了腐败的温床。”政府通常会利用石油来贿赂朋友或收买敌人。90年代初,法国国有石油公司Elf Aquitaine把数千万欧元送到了国内外商人和政客的口袋。另外石油资金只投资到传统的开发项目:高速公路、酒店、商场或者海水净化工厂。这些资金常常会下落不明,没有人知道为了自己的政治目的,委内瑞拉的查韦斯挪用了多少资金,因为他的政府从不公布收支明细。同样萨达姆将一半政府资金拨到伊拉克国家石油公司(INOC),同样没有人知道INOC的资金状况,因为它从不公布账务。

石油收入的缺陷不断冲击着国家唯一的不稳定的支柱,一旦出现问题必将引发灾难。MIT经济学家达隆-阿西莫格鲁说:“想想沙特阿拉伯,如果没有行贿基金,皇室如何控制毛拉(伊斯兰教神学家)和失业的年轻人。”这些国家没有别的出路,因为石油已经摧毁了其他行业。西非、阿拉伯世界以及中亚的其他产油国也存在同样的问题。如果甲烷水合物兴起,那么从委内瑞拉、尼日利亚到沙特阿拉伯和哈萨克斯坦,很多国家都会出现动乱。也许美国人不会对这些地方的独裁者下台感到难过,但是也没有必要对此感到兴奋。

而甲烷水合物本身也是引起不稳定的因素,它通常都位于有主权争议的水域。斯坦福政治科学家特里-卡尔说:“不管你在水下发现什么,总会陷入归谁所有的争斗中去。”想想南大西洋的福克兰群岛,30年前英国和和阿根廷为它打了一仗,而它们很可能还会再打一次,双方都相信那里蕴藏着丰富的石油和天然气。甲烷水合物很可能在很多地方引发新的争端,无论是北极、西非还是东南亚。

在一份工作报告中,迈克尔-罗斯和他的同事,乔治城大学的Erik Voeten认为,作为全球最大宗的贸易商品,石油在世界范围内的流动是非常强的稳定力量。很多国家不希望依赖国外的石油,但是它们必须谨小慎微,遵循国际准则,因为这些国家不想被中断石油输入。相反,能源丰富的国家往往会随意滥用自己的权利,它们不签署重要的国际协议,也不加入国际组织,它们还经常藐视国际准则:忽视人权问题,限制外资企业,甚至资助国外恐怖势力。这一切表明,如果各国都实现能源独立,那么世界上的合作会减少,国与国之间会各自为政,互相争斗。

然而这些在克里斯多夫-尼特尔看来都算不上灾难,他现在想的都是中国的榆林。五年前我和一个朋友来到了中国陕西省榆林市,在那里我们参观了古长城,长城只剩下残垣断壁,但是塔楼都还保存完好,每隔半英里就一座。一座塔楼上的人应该看到相邻另一座塔楼发出的信号,过去就是用这种方法传递信息。

然而当我登上塔楼时,我惊奇的发现无法看到旁边的塔楼。我的眼镜片上全是黑色的小颗粒,擦掉这些颗粒后,我依然看不到旁边的塔楼,因为这些黑色颗粒并不只存在于我的眼镜片上。

在这座城市逛了一圈后,我和朋友发现家家外边都有煤堆,人们用煤做饭取暖。成千上万的煤火向天空排放着煤灰,科学家称之为“炭黑”。这种物质对人的身体有害,今年三月孟买的一个环境研究小组的报告指出,炭黑和印度火电站燃烧煤炭排放的其他物质,每年都会导致10000人死亡。

环境学家更担心炭黑对环境造成的影响。空气中的炭黑吸收热量并使云的颜色变暗,在一些地方还可能改变降雨模式,如果随着雪一起降落,还会加快融化速度。今年一月,来自9个国家的30名科学家发布了一份报告,经过四年的研究,他们发现炭黑是人类引发气候变化的第二大因素,其效果可达二氧化氮的三分之二。

天然气不会产生粉尘,生成的二氧化碳是煤炭燃烧的一半,在中国、印度、前苏联以及东欧这样严重依赖煤炭的国家,煤改气将是非常重大的进步。三月被奥巴马提名为能源部部长的埃内斯特-莫尼兹称天然气是通向低碳未来的“有效桥梁”。

中国政府对此非常清楚,因此积极推动页岩气和甲烷水合物,但是环保人士对煤改气的热情却没那么高。其中一个原因是甲烷吸收太阳能的能力要强于二氧化碳,因此人们担心获取天然气的副作用将抵消燃烧天然气带来的收益,但这种担忧是错误的。

几乎每个和我谈论甲烷水合物的人都问,开采这些海底能源会不会释放出大量的甲烷,从而对地球环境造成灾难性的破坏。USGS的Carolyn Ruppel说:“人们的担忧可以理解,但事实并非如此。”如果开采水合物导致甲烷溢出,那么这些气体接触到的将是低温高压的海水,而正是这种环境最初困住的甲烷。一些甲烷会被细菌消耗并释放出二氧化碳,然后溶解到水中,这样海洋的酸度会上升,但并不会对环境产生较大影响。残存的甲烷不会沉积,它们会像二氧化碳一样溶解在海洋里。

Ruppel和其他研究者告诉我,真正的问题不是甲烷爆发性的涌到地表,而是悄无声息的泄露。问题早就出现了,根据经验如果一口气井泄露的甲烷超过其生产的3%,那么从气候变化的角度考虑,天然气就比煤炭还不环保。更糟的是随着天然气基础设施的老化,这些设备充满了孔洞和泄露点。今年年初对波士顿785英里的管道进行了检查,共发现了3356个泄露点。去年八月环保部修改了《清洁能源法案》,要求生产商回收一些甲烷,因为没有人知道有多少天然气泄漏到空气中,这个新规则的效果还无法确定。

当然,在发达国家修补这些泄露点是可行的。林奇说:“在美国,确实可以派监管人员测量甲烷泄露情况,他们可以要求公司修补这些漏洞。也许公司会抱怨监管过多或成本过高,但这是必须要做的。”

未来天然气将有两种职能。对政客和经济学家来说它是美国经济复苏的驱动器,因为廉价的能源将使美国摆脱对国外石油的依赖;对环保人士而言天然气是一种过渡性能源,在使用零碳排放能源前,比如太阳能、风能、潮汐能等,可以彻底替代煤炭和石油。
短期来看这两种职能是可兼容的。尽管再生能源的成本快速下降,但仍比石化能源高。例如现在太阳能电池的EROEI大约是10,低于含油砂但仍比石油天然气要高,然而太阳能的推崇者认为10年内,它的EROEI将可以同石化能源抗衡。可是即便他们是对的,阳光对市政设施而言仍不稳定。现代电网就像繁忙的机场,监控者紧张的进行调度,调节电厂的电力输出以满足人们的各种需求。当越来越多的能源来自太阳、风以及潮汐,平衡供给和需求变化的问题将更加突出。如果可再生能源发电量达到20%-30%,很多专家预测电力系统将无法平衡供需。限电将成为家常便饭,控制中心不得不要求大公司关掉电灯,而电力供应不足将导致工厂停工。其他能源比太阳能更稳定,但是成本高昂,天然气确实是现在最好的选择。这必然会引发矛盾,当可再生能源准备粉墨登场的时候,天然气仍然因为廉价而大行其道。无论从经济角度还是技术角度,为适应非传统能源而改造电网都非常困难。必须建新设备储存电能,防止阴天和无风的电器,还要建造输电线从温暖的新墨西哥输送能源到新英格兰。这些对商业和消费者而言都是负担,但是为了避免气候变化却不得不做,毕竟美国每年的碳排放有三分之一是因为电力生产。

大多数是有专家相信人类最终会使用无碳能源。我们使用的能源从木柴到煤炭再到石油和天然气,后者总是比前者更清洁,无疑风能、太阳能和其他可再生能源将更进一步。然而科学家指出现在的问题是气候变化速度太快,因此向可再生能源的转化速度要比过去的能源转换要快。

多年来,环保人士希望石油资源的枯竭强迫人们转换使用可再生能源,没有能源和太阳能之间,即便最短视的人也会选择后者,然而随着大量的天然气被开采出来,这种希望成为了泡影。环境学家瓦克拉夫-斯密尔指出,认为可以快速转换的想法是非常天真的,能源的转换总是非常缓慢。斯密尔是对的,这种快速的转换过去从未发生过,但我们必须知道不管是水力压裂法还是甲烷水合物,通过这些方法获取的天然气只是过渡性能源,最终我们都要将其抛弃。

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