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新能源发展任重道远 能指望传统能源吗?

来源:《时代汽车》杂志 作者:小雨
2011年09月26日15:01

  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。国际能源政策专家大卫 . 维克特认为,今后 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850万桶/天降低到100万桶/天。斯坦福大学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。”詹姆斯 . 斯维尼说。

  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,必须在未来40年间生产出两万亿桶原油,那么8万亿桶原油能够维持传统能源使用多少年?其他可以使用的传统能源还有多少?

  其一;可燃冰。又名天然气水合物,被称为能满足人类使用1000年的新能源,是今后替代石油、煤等传统能源的首选。它是甲烷和水在海底高压低温下形成的白色固体燃料,可以被直接点燃。1立方米可燃冰可释放出160—180立方米的天然气,其能量密度是煤的10倍,而且燃烧后不产生任何残渣和废气。中国地质部门在青藏高原发现了一种名为可燃冰(又称天然气水合物)的环保新能源,预计十年左右能投入使用。中国首次在陆域上发现可燃冰,使中国成为加拿大、美国之后,在陆域上通过国家计划钻探,远景资源量至少有350亿吨油当量。同时科考人员在中国南海北部海域钻探目标区内,圈定11个可燃冰矿体,含矿区总面积约22平方公里,矿层平均有效厚度约20米,预测储量约为194亿立方米。获得可燃冰的三个钻位的饱和度最高值分别为25.5%、46%和43%,是目前世界上已发现可燃冰地区中饱和度最高的地方。

  但是若要将可燃冰从海底取出,就需要用空心钻,那是一个可以密封并加强压力的特殊设备。就是说使用现有技术已可以做到获取可燃冰,但成本是每立方米200 美元的天价。可燃冰作为燃料虽然环保,但是如果开采不当,却会加剧温室效应。在开采中,一旦失去高压和低温的环境,甲烷就会迅速地从包含物中脱离出来,释放到大气中。造成全球气候变暖,甲烷的影响远远大于二氧化碳。迄今为止,还没有一项技术能使可燃冰大规模的从海底转移到陆地上,将其保存。

  同时我国煤层气储量巨大,可有效补充石油天然气的不足。世界范围总储量约240万亿立方米,中国37万亿立方米,占13%,位居第三。但直到“十一五”末,利用总量才仅为34亿立方米。为完成减排承诺,国家正在限制使用煤炭、鼓励用气,并提出到2020年,天然气用量要增加到4000亿立方米,占能源消费的12%以上,这个巨大的缺口,要靠煤层气、页岩气等非常规天然气来填补一部分。由此推算,到2020年,我国煤层气产量将接近或达到500亿立方米。

  其二;页岩总储量:3万亿桶等效原油。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。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)。

  其三;煤炭总储量:1.5万亿桶等效原油。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。碳足迹(carbon footprint),它标示一个人或者团体的“碳耗用量”。“碳”,就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多,导致地球暖化的元凶“二氧化碳”也制造得多。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。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。”。

  其四;重油总储量 :1-2万亿桶等效原油。石油行业都将重油看作是一种劣质原油新型炼制工艺的出现让重油能更容易地炼制出汽油,新式开采方法也让它能更容易地被从地下开采出来。由于重油中含有大量的碳,重油的碳足迹要比传统原油高20%以上——虽然不像煤炭那么差,但是同样对环境谈不上友好。碳捕捉和封存技术在重油生产的过程中所能起的作用非常有限。研究表明,即使到2030年人们也只能捕获重油生产过程所产生二氧化碳的40%。)但是如果碳捕获技术能得到有效发展,那么重油将会成为人类需要的最后两万亿桶原油中非常重要的组成部分——至少比页岩油和煤化油的碳含量少。

  其五;深海石油总储量:0.1万-0.7万亿桶等效原油。深海油田的压力是海平面压力的2000倍以上,导致储藏的石油温度非常高(超过200摄氏度),而且充满了腐蚀性物质(包括在水中能溶解金属的硫化氢)。而且由于将石油从海底送到海面的管道长而且沉重,导致海面上的钻井平台必须非常巨大才能确保在海面上漂浮。深海石油是开采成本最高的几种石油资源之一。仅仅石油平台的价格就高达6亿美元甚至更多(如果是在北极圈内,由于平台还必须能抵抗10级冬季风暴和浮冰的冲击,这个数字还会飙升),而钻探一口深海油井的成本也会轻易超过1亿美元。所有这些努力的结果也只能获得中等水平的能量产出投入比——从15∶1到3∶1。石油公司还在逐渐采用更强力的钻探电机、用超硬材料制造的钻头来提高钻探效率。最终,钻头将在钻探系统中彻底消失。美国阿贡国家实验室进行的试验表明,高能激光通过加热岩石使其炸裂甚至熔化,能比传统钻头更有效地穿透岩石。

  其六;天然气总储量:1万亿桶等效原油。全世界目前已探明的页岩气的储量为6662万亿立方米,差不多相当于8270亿桶石油,其中还不包括那些在油田中与石油一起发现的部分。此外,石油公司确信,还有一些储量巨大的深海天然气田目前没有被发现。天然气的储量如此丰富,而且在输出同样能量的情况下,它的价格只有石油的1/4,这也导致人们正在认真考虑将它的应用从极少数的公交车扩展到通用运输行业。例如,在美国一家名为Valero的公司将很快开始在美国一些新建的加油站中提供CNG燃料。但是,天然气开采同样要付出一些额外成本。液压致裂技术对当地环境来说是非常危险的,这种技术是通过高压液体将地下封闭着天然气的岩石压裂,将天然气释放出来。所使用的液压液经常含有有毒物质,很可能污染地下水。

  其七;原油强化回收总储量:5000亿桶等效原油。通常情况下,石油公司在一处油田只会开采石油储量的1/3。导致这种情况的部分原因是,随着石油被逐渐开采,油田中的压力也会降低,将石油送到表面变得更困难,导致剩余石油的开采成本大幅上升。在全世界范围内,被开采过的油田中残留的石油储量也许有上万亿桶。从经济角度讲,将所有这些石油都开采出来是不现实的。但是一种名为原油强化回收(EOR)的新技术,能够将开采的比例提高到70%。在世界范围内,EOR技术的应用不仅能增加5000亿桶石油储量,还有潜在的环境上的好处。一种最有希望的EOR方法是用二氧化碳使石油“溢出来”—二氧化碳会溶解在石油中,将石油变得更稀薄、更易于抽取。在石油被抽取到地面之后,含有的二氧化碳被再次分离并重新注入油田,永久封存在地下。利用这种方法,人们可以在火力发电站或者精炼厂捕获二氧化碳并将其泵入油田,这样不仅将带来数千亿桶石油,还能封存几十亿吨二氧化碳。而且EOR方法的能量产出投入比能高达20∶1。

  为此,就算人类开始准备大规模使用某种新型能源,或者在2020年量产使用生物燃料的插电式混合动力汽车,同时还能以今天生产汽油发动机汽车的速度生产新型混动汽车,这是最理想的局面——也仍然需要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。

  所以汽车专家陈祖涛问科技部领导,完全用新能源(纯电力)车还要多长时间?领导回答大约20—30年吧。本文中科学家保守的计算结果是24年,这意味着我们在新能源汽车的探索和开发上虽然任重但道更远。

(责任编辑:眭江华)

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