頁巖氣的煩惱

“沒問題，一切都會(huì)變得更好，如果出現(xiàn)問題，我們就解決它。”

這是一種新的思維方式，有人叫它“理性樂觀派”。這幫人相信，憑著人類的文化交融、專業(yè)化創(chuàng)新、勤奮和對(duì)自由的追求，什么問題都會(huì)有解決方案，今天永遠(yuǎn)是最好的時(shí)代。

沒有什么領(lǐng)域比能源創(chuàng)新更能說明這一點(diǎn)了。沒錯(cuò)，需求正在爆炸式增長(zhǎng)；沒錯(cuò)，溫室氣體排放是個(gè)大問題；沒錯(cuò)，可再生能源技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有成熟。然而，頁巖氣卻有可能在太陽能、風(fēng)能和潮汐能成為主流之前，作為從傳統(tǒng)能源通向未來的橋梁。

和傳統(tǒng)天然氣不同，頁巖氣是蘊(yùn)藏在頁巖層縫隙之中的甲烷氣，全球儲(chǔ)量決不可小覷。一部分頁巖氣可用水力壓裂（Hydraulic fracturing，又稱fracking）的方式提取，但它終究還是一種化石燃料，燃燒之后會(huì)產(chǎn)生CO2。

然而在理性樂觀派看來，美國(guó)這個(gè)溫室氣體排放大戶，卻是頁巖氣環(huán)保意義的最佳例證。從1981年到2005年，美國(guó)每年的碳排放從45億噸飆升到60億噸，漲幅達(dá)33%，而從2005年至今則緩慢回落了9%。這其中當(dāng)然有經(jīng)濟(jì)衰退的原因，但根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署（EIA）提供的數(shù)據(jù)，碳排放降低量的一半應(yīng)該歸功于頁巖氣的開采。

在全球推廣美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，看上去比匆忙上馬那些欠考慮的新能源項(xiàng)目要來得靠譜—等等，這到底可行嗎？

比煤炭便宜？

煤炭無疑是需要被淘汰的能源，盡管廉價(jià)，它的燃燒卻帶來了大量煤煙、放射性粉塵、氮氧化物和二氧化硫（酸雨的來源）及其他各種污染物。相比之下，天然氣要清潔許多，并且在同等產(chǎn)熱效率下，CO2排放量?jī)H有煤炭的一半。

頁巖在全世界廣泛分布，隨著泥漿被緩慢擠壓，粘土、石英、方解石和其他礦物松散地堆積在一起。這些顆粒物之間，存在著能夠讓天然氣和石油穩(wěn)定貯存幾百萬年的小空隙，所謂水壓裂解法，就是在空隙中灌入高壓水迫使巖石裂解，釋放出碳?xì)浠衔铮缓笤偻ㄟ^管道收集并輸送至地面。

水壓裂解法也可以用來開采封閉在不可滲透的巖石中的天然氣，在美國(guó)已經(jīng)有幾十年的使用歷史。“美國(guó)頁巖氣行業(yè)花了25-30年的時(shí)間才發(fā)展到現(xiàn)在的程度，”英國(guó)李斯特大學(xué)的能源政策專家達(dá)頓（Joseph Dutton）說。1990年代末期，德克薩斯州的巴內(nèi)特頁巖（Barnett shale）最早開始了大規(guī)模開發(fā)，之后是馬塞勒斯頁巖（Marcellus shale），它從紐約州、賓州一直綿延到西弗吉尼亞和俄亥俄。

然而直到最近五年，得益于水平鉆井技術(shù)的發(fā)展，水力壓裂才真正開始發(fā)揮作用。垂直方向的鉆井成為了數(shù)條水平管道的中心，就像是輻條的中軸。“這種方式對(duì)地表的破壞非常小，只需一個(gè)小型停車場(chǎng)的區(qū)域，就可以向四周發(fā)散16根管道。”來自英國(guó)杜倫能源研究所的戴維斯（Richard Davies）說。目前，美國(guó)擁有世界上最高產(chǎn)的頁巖氣田，產(chǎn)量占到天然氣總產(chǎn)量的三分之一。

頁巖氣目前在美國(guó)的價(jià)格甚至低于煤炭，并且正在發(fā)電原料上取而代之。借頁巖氣的東風(fēng)，美國(guó)有可能在2035年實(shí)現(xiàn)能源自給。隨著中國(guó)勞動(dòng)力價(jià)格的上漲，美國(guó)許多政治野心家也將此看作世界制造業(yè)和經(jīng)濟(jì)中心重回北美的預(yù)兆。當(dāng)然，天然氣帶來的將是更加清潔的制造業(yè)。

作為世界最大的煤炭產(chǎn)地和消費(fèi)國(guó)，在2010年，30億噸煤炭提供了中國(guó)70%的能源，這幾乎是世界上所有其他國(guó)家的總和。如今中國(guó)是世界最大的碳排放國(guó)家，但幸運(yùn)的是，中國(guó)也擁有世界最大的頁巖氣資源—至少30萬億立方米，這是美國(guó)頁巖氣資源的1.5倍，中國(guó)傳統(tǒng)天然氣探明儲(chǔ)量的12倍。即使只利用其中的一部分來代替煤炭，也會(huì)使得污染和碳排放狀況得到大幅緩解。

反對(duì)者

并非所有人都為此歡欣鼓舞，反對(duì)者們的第一條指控就是，水力壓裂會(huì)提高地震風(fēng)險(xiǎn)。2011年在英國(guó)西北部的黑池（Blackpool）頁巖氣采集點(diǎn)附近，發(fā)生了里氏1.5和2.3級(jí)的震動(dòng)，這條新聞隨后迅速引起了關(guān)注。

負(fù)責(zé)開采的英國(guó)能源公司Cuadrilla Resources承認(rèn)地震的原因正是水力壓裂。“如果是別的原因倒奇怪了”，達(dá)頓說，“你從地下拿了東西走，就一定會(huì)有地層發(fā)生滑動(dòng)，這是很基本的地質(zhì)學(xué)問題。”

是否真的值得為此擔(dān)憂呢？戴維斯分析了1929年以來人類活動(dòng)造成的198起1.0級(jí)以上地震，其中的原因包括礦業(yè)和石油開采、水壩蓄水、垃圾傾倒、核爆試驗(yàn)以及地?zé)岚l(fā)電（需要將大量水注入地下）。頁巖氣的開采與其中兩種緊密關(guān)聯(lián)，一種是黑池這樣直接誘發(fā)，另一種來自壓裂廢水的傾倒。其中最嚴(yán)重的一次發(fā)生在加拿大霍恩河盆地（Horn river basin），震級(jí)為3.8。

只要對(duì)比一下其他類型的人為地震，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這太稀松平常了。水庫(kù)帶來的39次地震中，強(qiáng)度最大一次發(fā)生在1967年印度Koyna水壩附近，強(qiáng)度6.5級(jí)，造成180人喪生。而墨西哥的一個(gè)地?zé)犭娬咀⑺苍斐闪?.6級(jí)地震。即便水力壓裂是一項(xiàng)較新的技術(shù)，達(dá)頓也認(rèn)為，地震不是人們最應(yīng)該關(guān)注的問題。

另外的質(zhì)疑來自水污染。泵入地下的并不是純水，其中的沙子能夠增強(qiáng)裂解能力，潤(rùn)滑劑幫助沙子進(jìn)入裂縫，農(nóng)藥保證蟲子不會(huì)堵塞管道，鹽酸能擴(kuò)大巖石縫隙，并溶解管道中多余的水泥。大約20%的添加物并不會(huì)留在巖層深處，而是裹挾著來自地下的重金屬和放射性物質(zhì)重新流回地表，在美國(guó)的大多數(shù)州，這些廢水被送入普通污水處理廠進(jìn)行凈化。

水力壓裂中的有毒物質(zhì)究竟能否滲透至地表水，污染地表飲用水源呢？杜克大學(xué)的杰克遜教授（Robert Jackson）認(rèn)為可能性不大，“我們沒在廢水中發(fā)現(xiàn)人們最關(guān)注的污染物，比如苯，也沒有發(fā)現(xiàn)金屬含量升高的跡象。”

瓶頸

支持者們覺得這些擔(dān)憂都是小題大做，只要把氣候變暖、頁巖氣貯藏量和可再生能源的現(xiàn)狀放在一起，答案就再清楚不過了。即使是一些環(huán)保組織，也認(rèn)為頁巖氣是“煤炭殺手”，對(duì)某些人來說，頁巖氣不是通向未來能源的橋梁，它就是未來。

麻省理工學(xué)院的能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家奧沙利文（Francis O’Sullivan）卻不看好其前景，“頁巖氣目前成本非常低廉，當(dāng)價(jià)格和成本處于不平衡狀態(tài)時(shí)，很容易令人盲目樂觀。”頁巖氣在美國(guó)的大發(fā)展恰巧處在傳統(tǒng)能源枯竭之時(shí)，所以在定價(jià)上空間較大，隨著水力壓裂技術(shù)的成熟和產(chǎn)量的提高，降價(jià)在所難免。同時(shí)，已有的鉆井產(chǎn)量則會(huì)逐年降低，因?yàn)槌樘岬臍怏w越多，就需要越大的壓力來維持運(yùn)轉(zhuǎn)，而壓力則是有限度的。“所有這些都意味著，當(dāng)?shù)谝惠嗛_采熱過后，頁巖氣價(jià)格會(huì)回升。”根據(jù)EIA的預(yù)測(cè)，20年后的天然氣價(jià)格會(huì)是現(xiàn)在的兩倍。

即使美國(guó)的巖頁氣革命不會(huì)如曇花一樣短命，也沒人能保證這種模式會(huì)成功復(fù)制到其他地方。地質(zhì)結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，可以說世界上沒有任何兩個(gè)頁巖區(qū)域是完全相同的，而人們對(duì)這一點(diǎn)還缺乏了解。巴內(nèi)特頁巖平整、堅(jiān)硬而廣闊，但英國(guó)和中國(guó)的多數(shù)頁巖則比較碎片化，分布在其他巖石結(jié)構(gòu)之間，這樣的頁巖并不適宜直接開采。不同的起源也導(dǎo)致氣體含量差別，海相沉積巖（巴內(nèi)特頁巖即是）比陸地沉積巖含有更多的有機(jī)物，甲烷含量也更為豐富。

在英國(guó)，政府還沒完全弄清到底有多少頁巖氣值得開發(fā)。英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（BGS）正在進(jìn)行儲(chǔ)量勘探，今年7月他們剛剛發(fā)布報(bào)告說，鮑蘭頁巖（Bowland shale）含有23-65萬億立方米的甲烷，是之前估計(jì)量的兩倍。并非所有的頁巖氣都能夠被開采，因?yàn)榘鼈兊膸r石太厚難以裂解，或者在可用壓力范圍內(nèi)無法溢出。按照EIA的開采標(biāo)準(zhǔn)，通常只有不到總量10%的頁巖氣能夠成功到達(dá)地面。

不同的頁巖層中可開采氣體的含量也有差別，這就涉及到另一個(gè)問題，“究竟哪些巖層產(chǎn)氣最多？”BGS的專家史蒂文森（Michael Stephenson）說，“這需要確定哪個(gè)巖層中含有最多的有機(jī)物來源，像細(xì)菌和藻類尸體等，但就目前看來，我們的技術(shù)還沒法做到。”

波蘭的情況尤其令人喪氣，盡管這個(gè)國(guó)家也許有著歐洲最豐富的頁巖氣貯藏，然而沒人能解釋為何水力壓裂只能得到極少量的甲烷釋放。“德克薩斯的專家們也只有撓頭的份兒，一些公司已經(jīng)放棄投資了，”史蒂文森說，“但是，巴內(nèi)特頁巖最初的開采也是困難重重。”

溫室效應(yīng)的悖論

僅僅考慮全球變暖，頁巖氣的發(fā)展似乎也不令人樂觀：水力壓裂過程中逸出的甲烷會(huì)加重全球變暖，而在與煤炭燃燒帶來的溫室效應(yīng)對(duì)比上，這一點(diǎn)并未計(jì)入。“以單位分子數(shù)而言，甲烷的溫室效應(yīng)是CO2的25-30倍”，杰克遜說。當(dāng)他對(duì)部分鉆井進(jìn)行甲烷泄漏調(diào)查時(shí)，他將其歸咎于可見的施工失誤和管理不善，因此有改進(jìn)的空間。

而并非所有的人都認(rèn)同這一點(diǎn)，康奈爾大學(xué)的豪沃思（Robert Howarth）就指出，回dtV020easylDQ7+jcXgAqMcQrQLDgpmE1ShnERzb03E=流到地面的裂解水中也含有甲烷，當(dāng)壓力減小時(shí)，它們很容易逃逸到大氣中。根據(jù)他的計(jì)算，頁巖氣總產(chǎn)量的4-8%都會(huì)最終進(jìn)入大氣層，而這在20年內(nèi)造成的溫室效應(yīng)，比燒煤高出20-100%。

他們的分析也招來了爭(zhēng)議，同一所大學(xué)的卡斯?fàn)査迹↙awrance Cathles）就指出，選擇20年的時(shí)間段具有偏見性，因?yàn)榧淄樵诖髿鈱又羞h(yuǎn)不如CO2穩(wěn)定，來自煤炭的溫室效應(yīng)具有更長(zhǎng)久的影響。奧沙利文發(fā)現(xiàn)，只要在一口鉆井建立之初，在洞口點(diǎn)火燒上幾個(gè)禮拜，就能讓甲烷泄漏減少到與普通天然氣井相當(dāng)?shù)乃健?/p>

杰克遜則提出，與其關(guān)注水力壓裂過程中的甲烷泄漏，不如做好天然氣管道的日常維護(hù)。“僅僅在波士頓，我們就發(fā)現(xiàn)了3000處管道裂縫，而修補(bǔ)這些要比糾結(jié)于煤炭和天然氣的溫室效應(yīng)容易多了。”

碳排放能減少嗎

比環(huán)境和經(jīng)濟(jì)更為隱蔽的影響，是頁巖氣給國(guó)際能源市場(chǎng)帶來的連鎖反應(yīng)。美國(guó)的頁巖氣革命并沒減緩全球煤炭消耗，人們不過換了個(gè)地方燒煤罷了。頁巖氣的價(jià)格優(yōu)勢(shì)迫使煤炭出口到其他國(guó)家。2012年，出口量達(dá)到了10.4億噸的歷史最高點(diǎn)，其中70%去往歐洲。英國(guó)2012年的煤炭消耗量提高了30%，而天然氣產(chǎn)量相應(yīng)下降，在經(jīng)濟(jì)幾乎零增長(zhǎng)的情況下，碳排放卻提高了3.5%。

在作出放棄核電的決定之后，德國(guó)的電力缺口也需要通過化石燃料來填補(bǔ)，盡管不夠環(huán)保，便宜的煤炭仍然是發(fā)電公司的首選。即使將來頁巖氣在歐洲成為主流，煤炭的低廉價(jià)格仍然會(huì)使得這種效應(yīng)在其他地方繼續(xù)。

“未來幾十年內(nèi)，中國(guó)的煤炭?jī)r(jià)格預(yù)期還是低于頁巖氣，”麻省理工學(xué)院的能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家巴特塞（Sergey Paltsev）說。中國(guó)的頁巖氣似乎都出現(xiàn)在了錯(cuò)誤的位置，不是地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地震多發(fā)的四川，就是極度缺水而偏遠(yuǎn)的新疆沙漠地區(qū)。“遠(yuǎn)距離輸運(yùn)會(huì)導(dǎo)致頁巖氣成本上升50%。”巴特塞補(bǔ)充說。

美國(guó)勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的能源專家弗里德曼（Julio Friedmann）也表示，天然氣在中國(guó)并不會(huì)取代煤炭。中國(guó)計(jì)劃在未來十年中興建共40萬兆瓦的煤電站，鑒于煤炭的低廉成本，中國(guó)可能會(huì)利用甲烷生產(chǎn)附加值更高的產(chǎn)品，比如肥料、暖氣和交通燃料，頁巖氣帶來的環(huán)境效應(yīng)似乎有限。

而巴特塞的擔(dān)憂則是，人們?yōu)轫搸r氣的低廉和豐富儲(chǔ)量所誘惑，而擱置了真正可再生清潔能源的研究。如果這成為事實(shí)，那人類遲早有一天會(huì)走向能源枯竭的境地。頁巖氣作為能源本身非常理想，而現(xiàn)實(shí)卻完全是另一碼事。