从页岩油到深海石油:还剩多少石油可以利用?(图)

深海石油

　　石油威胁着环境，破坏了自然平衡，而且其储量正在迅速耗尽。但尽管如此，我们今天使用的能量中有35%都是由石油提供的。我们不可能永远依赖石油，但是在我们全面转向更绿色的经济之前，至少在几十年内这个世界还必须依赖石油来满足能源需求。在今天和绿色的明天之间，最合理的过渡方式是什么？

　　当我们讨论未来人类社会的联系的时候，即使不考虑物理定律的限制，在经济活动日益全球化的背景下，真实的人体和物资也仍然需要移动，而且常常需要被移动很长的距离。如果没有史前碳氢化合物的稳定供应，这种移动将是无法实现的。地球上95%以上的运输工具―从轿车到卡车，从货轮到喷气式飞机―都以石油制品为燃料，如果没有这些石油制品，我们绝大多数人都无法前往工作地点，货物无法流通，甚至无法保证蔬菜和粮食从田地走进我们的厨房。至少到目前为止，人类必须要依靠石油。

　　我们之所以如此依赖石油，里面确实有石油工业施加了政治影响的原因，但这并不是问题的关键。最关键的因素是，石油是一种了不起的能源。与其他常规能源相比，它在更小的体积内储存了更多的能量，而且开采石油本身需要的能源也要少得多。在拥有大量易于开采石油的中东地区，只要一桶原油的能量就能开采出30桶原油。在地球上所有目前能够利用的能源中，石油是能量产出投入比（EROEI）最高的能源之一。（以生产生物乙醇为例，一桶原油的能量只能获得能量接近两桶原油的生物乙醇。）正是石油不可思议的高效率让我们对它如此依赖（尤其是交通运输行业），也让寻找替代能源之路显得如此艰难。

　　但是我们必须找到一种替代能源。我们几乎已经将所有易于开采的石油消耗殆尽，现在不得不面对那些更难以发现、开采的油田（例如页岩中储存的石油），以及重油这样更难以提炼的石油种类。与此同时，石油开采的环境代价也在与日俱增。石油生产依然是地区生态环境最大的威胁―就像不久前在山东蓬莱发生的泄漏事故―而且石油消耗产生的巨大碳足迹也在整体上威胁着全球的环境。

　　弥补我们今天的石油经济与尚不明确的未来清洁能源经济之间巨大的差距并不容易。可替代能源系统，例如使用由海藻提取的生物燃料的混合动力汽车，也许在有一天将会被大量使用。但是“可持续性”与“环保”一样，同样只是个巨大的概念。现实中几乎所有人都更乐于使用相对便宜的能源，实际上，在经济困难地区，很多人需要廉价的能源来满足生存的需要。让可再生替代能源系统变得廉价是一个长期而且充满变数的过程，这部分原因在于它们要与之竞争的以石油为基础的系统（例如内燃机）过于强大，部分原因也是它们自身需要变得更高效、更有吸引力。

　　此外，就算我们已经开始准备大规模使用某种新型能源，比如在2020年量产使用生物燃料的插电式混合动力汽车，而且我们还能以今天生产汽油车同样的速度生产这种新型汽车―这实在是一个理想得不能再理想的局面―也仍然还需要15年时间才能把已有的汽油汽车完全替换掉。与此同时，汽油的消耗量依然在不断攀升―新兴经济体对汽油的需求将完全超过发达经济体在绿色能源上的努力。加州大学圣迭戈分校的国际能源政策专家大卫•维克特认为，至少在这之后再过20年，汽油的消费量才会开始下降。届时，全世界每天的汽油消耗量将从85mbd（百万桶/天），增加到100mbd。现实情况是，斯坦福大学Precourt能源效率中心的主管詹姆斯•斯维尼认为，要将全世界的石油消耗降低到一个更经济、对环境更友好的数量（大约是30mbd），至少还需要40年时间。在那之前，“我们将消耗大量的石油。”他说。

　　大量是多少？按照维克特的预计，石油消耗的峰值将在2030年之后出现，而在此之前世界将消耗掉1万亿桶原油。而在抵达峰值右侧的某一点―石油仅占人类能源消耗的一小部分―之前，还需要另外1万亿桶原油。为了满足这个需求，我们将必须在未来40年间生产出两万亿桶原油，差不多是自1859年宾夕法尼亚“打野猫井”的家伙宣布人类进入石油时代以来生产的石油总量―1.2万亿桶―的两倍。

　　科罗拉多矿业学校的石油工程教授豪森•凯泽米称，在这最后的两万亿桶石油中，有半数储量处于已经探明或者等待确认的状态，能用今天的技术以一定的收益进行开采。而另外的一半的得到则不会这么容易。据估计，地球上的石油储量超过8万亿桶，但是这些石油以多种形式存在。其中的某些，例如存在于页岩中的石油，开采或者提炼的成本将会非常高昂。随着我们逐渐转向那些开采困难的石油，我们还将不得不支付一些额外的成本，一些在油井之外必须付出的巨大成本。在社会动荡的国家和地区进行开采需要支付这种成本，在环境脆弱的地区进行石油开采同样也要支付这种成本。

　　这也意味着我们面对着一系列复杂的选择，不仅仅是去哪里开采何种类型的石油，还靠考虑什么时候去进行开采。现在就开始尝试所有可能的开采形式听起来像是个好主意，尤其对于投资于特定石油资源的企业和政治家来说更是如此。但是在技术人员找到新的开采和提炼技术之后，今天开采起来成本高昂或者对环境破坏巨大的石油资源也会变得更廉价、更清洁。考虑到这些，如果我们不是从政治家和商人的短见观点、而是从石油工程师的长期观点来开采这最后的两万亿桶石油，情况会怎么样？哪些种类的石油我们应该首先开采，又有哪些种类的石油应该留到最后呢？

　　将其留到最后

　　页岩

　　总储量：3万亿桶等效原油

　　由于对石油进口的安全感到焦虑，制定政策的政治家们希望能开采距离我们最近、储量最丰富的石油资源是可以理解的。而这些政治家中的很多人希望开采的就是页岩油。页岩油的储量非常丰富，但是，由于种种原因，页岩油的开采一直饱受争议，反对的声音从未停止。

　　页岩油是用所谓的油原制造的。远古时代的有机物积聚在岩石结构中，但是没有受到足以将其完全变成石油的热量，就形成了油原。石油工程师很早之前就知道如何将这个未完成的过程进行完全―对油原加热使其蒸发，然后将蒸发得到的蒸汽制成合成原油，最后再将合成原油提炼成汽油和其他油品。

　　但是这个过程的成本非常高。油原需要在地面上进行加热和转换（需要泵送到地面），或是在地下用电加热器进行加热。这两个步骤使得页岩油的生产成本高达90美元/桶。当然，随着全球原油价格的猛涨，这个价格看起来仍然是可以接受的。而且如果页岩油制造工业能够规模化―目前都是小规模的试验性开采―那么这个数字还会降低。

　　问题是，页岩油开采的额外代价也是非常高的。它的能量密度不高（一吨岩石只能生产出113升油原），因此开采的公司必须在巨大区域内移动数以百万吨计的岩石，而这种移动会使大量的重金属进入到水循环系统中。在地下加热的方法同样会污染地下水―尽管石油公司称通过在地下进行冷冻的方法能够解决这个问题。而且这两种方法同样都需要大量的资源。生产一桶合成原油需要3桶水，仅此一项就让已经处于干旱威胁下的世界无法接受。利用在地下生产的方法，油原必须在高达370摄氏度的温度下保存两年多时间，在地面上生产的方法同样需要大量的热量。对资源的这些要求，加上油原的低能量密度，让页岩油的产出投入比非常低―从最高的10∶1到低得让人无法接受的3∶1。

　　煤炭

　　总储量：1.5万亿桶等效原油

　　第二次世界大战期间，油料极度短缺的德军就已经证实了能将煤制成合成原油。将煤转换成合成原油的方法非常简单：工程师将强烈的蒸汽流通过煤炭，将其分解为能够进行转换的气体，再经过费-托过程将其制成汽油和其他油料。众多的能源公司正在着手研发各种煤炭液化（CTL）工艺，作为石油的替代品，尤其是在煤炭储量丰富的国家，这种技术被广泛使用。

　　用煤炭生产合成原油的吸引力是难以抗拒的。每吨煤炭差不多能合成出两桶原油，理论上全世界8470亿吨煤炭能够合成出约1.5万亿桶合成原油，能为人类需要的最后1万亿桶原油提供可靠的保障。

　　但是与页岩油一样，CTL也有显著的缺点。它的能量回报率不高―一桶原油的能量只能获得4~7桶CTL燃料。更重要的是，煤中的碳含量要比石油高20%以上，而转化过程让碳含量进一步提高，这导致CTL燃料的碳足迹几乎是传统石油的两倍―燃烧每桶CTL会产生750千克二氧化碳，而一桶普通原油燃烧造成的碳足迹只有430千克。

　　即使制造商安装巨大、昂贵的系统去捕捉并封存转换过程产生的二氧化碳，卡内基•梅隆大学的环境工程教授爱德华•罗宾说，由于煤炭生产需要耗费大量的能量，因此来自CTL燃料的二氧化碳排放依然不会少于传统的石油开采。因此即使在最理想情况下，用煤制造油料也不会为我们带来一个对环境更友好的能源系统。

　　即使抛开上面这些问题不谈，煤炭的供应本身也是有限的。美国兰德公司的研究人员2008年公布研究结果称，如果将美国运输用油的10%用CTL代替，那么每年也需要4亿吨标准煤―已经超出了美国目前煤炭工业生产量的40%（很大程度上美国的煤炭生产受到环境问题的限制）。“即使在像中国这种煤炭生产几乎不受环境因素制约的国家，我认为这也是一件不可能完成的任务。”罗宾说。
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