页岩气的烦恼

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  然而直到最近五年,得益于水平钻井技术的发展,水力压裂才真正开始发挥作用。垂直方向的钻井成为了数条水平管道的中心,就像是辐条的中轴。“这种方式对地表的破坏非常小,只需一个小型停车场的区域,就可以向四周发散16根管道。”来自英国杜伦能源研究所的戴维斯(Richard Davies)说。目前,美国拥有世界上最高产的页岩气田,产量占到天然气总产量的三分之一。
  页岩气目前在美国的价格甚至低于煤炭,并且正在发电原料上取而代之。借页岩气的东风,美国有可能在2035年实现能源自给。随着中国劳动力价格的上涨,美国许多政治野心家也将此看作世界制造业和经济中心重回北美的预兆。当然,天然气带来的将是更加清洁的制造业。
  作为世界最大的煤炭产地和消费国,在2010年,30亿吨煤炭提供了中国70%的能源,这几乎是世界上所有其他国家的总和。如今中国是世界最大的碳排放国家,但幸运的是,中国也拥有世界最大的页岩气资源—至少30万亿立方米,这是美国页岩气资源的1.5倍,中国传统天然气探明储量的12倍。即使只利用其中的一部分来代替煤炭,也会使得污染和碳排放状况得到大幅缓解。

反对者


  并非所有人都为此欢欣鼓舞,反对者们的第一条指控就是,水力压裂会提高地震风险。2011年在英国西北部的黑池(Blackpool)页岩气采集点附近,发生了里氏1.5和2.3级的震动,这条新闻随后迅速引起了关注。
  负责开采的英国能源公司Cuadrilla Resources承认地震的原因正是水力压裂。“如果是别的原因倒奇怪了”,达顿说,“你从地下拿了东西走,就一定会有地层发生滑动,这是很基本的地质学问题。”
  是否真的值得为此担忧呢?戴维斯分析了1929年以来人类活动造成的198起1.0级以上地震,其中的原因包括矿业和石油开采、水坝蓄水、垃圾倾倒、核爆试验以及地热发电(需要将大量水注入地下)。页岩气的开采与其中两种紧密关联,一种是黑池这样直接诱发,另一种来自压裂废水的倾倒。其中最严重的一次发生在加拿大霍恩河盆地(Horn river basin),震级为3.8。
  只要对比一下其他类型的人为地震,你就会发现这太稀松平常了。水库带来的39次地震中,强度最大一次发生在1967年印度Koyna水坝附近,强度6.5级,造成180人丧生。而墨西哥的一个地热电站注水也造成了6.6级地震。即便水力压裂是一项较新的技术,达顿也认为,地震不是人们最应该关注的问题。
  另外的质疑来自水污染。泵入地下的并不是纯水,其中的沙子能够增强裂解能力,润滑剂帮助沙子进入裂缝,农药保证虫子不会堵塞管道,盐酸能扩大岩石缝隙,并溶解管道中多余的水泥。大约20%的添加物并不会留在岩层深处,而是裹挟着来自地下的重金属和放射性物质重新流回地表,在美国的大多数州,这些废水被送入普通污水处理厂进行净化。
  水力压裂中的有毒物质究竟能否渗透至地表水,污染地表饮用水源呢?杜克大学的杰克逊教授(Robert Jackson)认为可能性不大,“我们没在废水中发现人们最关注的污染物,比如苯,也没有发现金属含量升高的迹象。”

瓶颈


  支持者们觉得这些担忧都是小题大做,只要把气候变暖、页岩气贮藏量和可再生能源的现状放在一起,答案就再清楚不过了。即使是一些环保组织,也认为页岩气是“煤炭杀手”,对某些人来说,页岩气不是通向未来能源的桥梁,它就是未来。

  麻省理工学院的能源经济学家奥沙利文(Francis O’Sullivan)却不看好其前景,“页岩气目前成本非常低廉,当价格和成本处于不平衡状态时,很容易令人盲目乐观。”页岩气在美国的大发展恰巧处在传统能源枯竭之时,所以在定价上空间较大,随着水力压裂技术的成熟和产量的提高,降价在所难免。同时,已有的钻井产量则会逐年降低,因为抽提的气体越多,就需要越大的压力来维持运转,而压力则是有限度的。“所有这些都意味着,当第一轮开采热过后,页岩气价格会回升。”根据EIA的预测,20年后的天然气价格会是现在的两倍。
  即使美国的岩页气革命不会如昙花一样短命,也没人能保证这种模式会成功复制到其他地方。地质结构千变万化,可以说世界上没有任何两个页岩区域是完全相同的,而人们对这一点还缺乏了解。巴内特页岩平整、坚硬而广阔,但英国和中国的多数页岩则比较碎片化,分布在其他岩石结构之间,这样的页岩并不适宜直接开采。不同的起源也导致气体含量差别,海相沉积岩(巴内特页岩即是)比陆地沉积岩含有更多的有机物,甲烷含量也更为丰富。
  在英国,政府还没完全弄清到底有多少页岩气值得开发。英国地质调查局(BGS)正在进行储量勘探,今年7月他们刚刚发布报告说,鲍兰页岩(Bowland shale)含有23-65万亿立方米的甲烷,是之前估计量的两倍。并非所有的页岩气都能够被开采,因为包裹它们的岩石太厚难以裂解,或者在可用压力范围内无法溢出。按照EIA的开采标准,通常只有不到总量10%的页岩气能够成功到达地面。
  不同的页岩层中可开采气体的含量也有差别,这就涉及到另一个问题,“究竟哪些岩层产气最多?”BGS的专家史蒂文森(Michael Stephenson)说,“这需要确定哪个岩层中含有最多的有机物来源,像细菌和藻类尸体等,但就目前看来,我们的技术还没法做到。”
  波兰的情况尤其令人丧气,尽管这个国家也许有着欧洲最丰富的页岩气贮藏,然而没人能解释为何水力压裂只能得到极少量的甲烷释放。“德克萨斯的专家们也只有挠头的份儿,一些公司已经放弃投资了,”史蒂文森说,“但是,巴内特页岩最初的开采也是困难重重。”

温室效应的悖论


  仅仅考虑全球变暖,页岩气的发展似乎也不令人乐观:水力压裂过程中逸出的甲烷会加重全球变暖,而在与煤炭燃烧带来的温室效应对比上,这一点并未计入。“以单位分子数而言,甲烷的温室效应是CO2的25-30倍”,杰克逊说。当他对部分钻井进行甲烷泄漏调查时,他将其归咎于可见的施工失误和管理不善,因此有改进的空间。
  而并非所有的人都认同这一点,康奈尔大学的豪沃思(Robert Howarth)就指出,回流到地面的裂解水中也含有甲烷,当压力减小时,它们很容易逃逸到大气中。根据他的计算,页岩气总产量的4-8%都会最终进入大气层,而这在20年内造成的温室效应,比烧煤高出20-100%。
  他们的分析也招来了争议,同一所大学的卡斯尔思(Lawrance Cathles)就指出,选择20年的时间段具有偏见性,因为甲烷在大气层中远不如CO2稳定,来自煤炭的温室效应具有更长久的影响。奥沙利文发现,只要在一口钻井建立之初,在洞口点火烧上几个礼拜,就能让甲烷泄漏减少到与普通天然气井相当的水平。
  杰克逊则提出,与其关注水力压裂过程中的甲烷泄漏,不如做好天然气管道的日常维护。“仅仅在波士顿,我们就发现了3000处管道裂缝,而修补这些要比纠结于煤炭和天然气的温室效应容易多了。”

碳排放能减少吗


  比环境和经济更为隐蔽的影响,是页岩气给国际能源市场带来的连锁反应。美国的页岩气革命并没减缓全球煤炭消耗,人们不过换了个地方烧煤罢了。页岩气的价格优势迫使煤炭出口到其他国家。2012年,出口量达到了10.4亿吨的历史最高点,其中70%去往欧洲。英国2012年的煤炭消耗量提高了30%,而天然气产量相应下降,在经济几乎零增长的情况下,碳排放却提高了3.5%。
  在作出放弃核电的决定之后,德国的电力缺口也需要通过化石燃料来填补,尽管不够环保,便宜的煤炭仍然是发电公司的首选。即使将来页岩气在欧洲成为主流,煤炭的低廉价格仍然会使得这种效应在其他地方继续。
  “未来几十年内,中国的煤炭价格预期还是低于页岩气,”麻省理工学院的能源经济学家巴特塞(Sergey Paltsev)说。中国的页岩气似乎都出现在了错误的位置,不是地质结构复杂、地震多发的四川,就是极度缺水而偏远的新疆沙漠地区。“远距离输运会导致页岩气成本上升50%。”巴特塞补充说。
  美国劳伦斯国家实验室(LLNL)的能源专家弗里德曼(Julio Friedmann)也表示,天然气在中国并不会取代煤炭。中国计划在未来十年中兴建共40万兆瓦的煤电站,鉴于煤炭的低廉成本,中国可能会利用甲烷生产附加值更高的产品,比如肥料、暖气和交通燃料,页岩气带来的环境效应似乎有限。
  而巴特塞的担忧则是,人们为页岩气的低廉和丰富储量所诱惑,而搁置了真正可再生清洁能源的研究。如果这成为事实,那人类迟早有一天会走向能源枯竭的境地。页岩气作为能源本身非常理想,而现实却完全是另一码事。
(原文刊载于《新科学家》)
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