关于天然气的如意算盘

为什么化石燃料不能解决化石燃料造成的问题

有传言说爱因斯坦曾说过，不能用导致问题的相同思想来解决问题。但这恰恰是我们现在正在努力应对的气候变化政策。奥巴马政府，环境保护署，许多环境团体以及石油和天然气行业都告诉我们，解决化石燃料造成的问题的方法就是增加化石燃料。他们声称，我们可以通过使用更多的天然气来做到这一点，天然气被吹捧为“清洁”燃料，甚至是“绿色”燃料。

像大多数令人误解的论点一样，这一论点始于真理的内核。

事实是基本化学：在燃烧天然气时，在其他条件相同的情况下，产生的二氧化碳（CO2）量要比燃烧等量的煤或石油时少得多。与煤炭相比，它可以减少多达50％，与柴油，汽油或家用取暖油相比，可以减少20％至30％。说到向大气排放的温室气体（GHG），那就是很大的不同。这意味着，如果用天然气代替石油或煤炭而不增加能源消耗，则可以大大减少短期碳足迹。

更换煤还为您带来其他好处，例如减少导致酸雨的硫酸盐污染，导致肺部疾病的微粒排放以及导致脑部损害的汞。而且，如果开采的煤炭较少，那么可以减少煤矿工人的职业死亡和疾病，并且可以减少或制止破坏性采矿形式所造成的破坏，包括在该国的某些地区进行的整座山的拆除。

这些都是很大的好处。部分由于这些原因，奥巴马政府已将天然气开发作为其能源政策的核心，包括环境保护基金在内的环保组织也支持增加天然气的使用。奥巴马总统甚至批准了压裂法（一种有争议的从低渗透性页岩中开采天然气的方法），理由是开采的天然气可以为通向低碳未来提供“桥梁”，并有助于应对气候变化。

因此，如果有人问：“天然气比石油或煤炭好吗？”简短的答案似乎是肯定的。对于以科学为核心的复杂问题，通常简短的答案是（基本上）正确的答案。

作为研究全球变暖的科学史学家，艾夫（Ive）经常强调，人为的气候变化是基本物理学的问题：CO2是一种温室气体，这意味着它会将热量捕获在地球大气中。因此，如果将额外的CO2放到大气中，超出自然存在的范围，您就必须期望地球变暖。基础物理学。

你猜怎么着？我们已经向大气中添加了大量的二氧化碳，并且地球变得越来越热。我们可以大惊小怪的关于自然变异，云反馈，海洋热和二氧化碳吸收，厄尔尼诺周期等的细节，但是从大学物理中得到的答案-更多的二氧化碳意味着更热的行星-原来是正确的。这些细节可能会影响气候变暖的时间和方式，但不会阻止它。

但是，对于汽油，简短的答案可能不是正确的答案。

当天然气替代发电中的其他燃料（尤其是煤炭）时，通常会吹嘘温室气体产量的下降。那很重要。电力约占美国总能源消耗的40％。传统上，煤炭一直是这个国家和世界大部分地区用于发电的主要燃料。（而且没有人制定任何认真的计划来停电。）电力部门的任何可衡量的温室气体减少都是可观的，该部门所取得的收益会迅速增加。

但是，天然气在发电中的大量好处来自于将其用于现代联合循环燃气轮机发电厂的事实。联合循环发电厂是其中的废热被收集并重新导向以驱动机械系统的装置，该机械系统为发电机提供动力，产生更多的电能。这些工厂的效率几乎是传统单周期工厂的两倍。此外，如果与热电联产（将余热收集起来用于局部家庭供暖或其他目的）相结合，它们的效率可达到近90％。这意味着几乎所有通过燃烧燃料释放的热量都被捕获并利用了，这是一项了不起的成就。

从理论上讲，您可以用煤（或其他燃料）建造一个联合循环电厂，但这并不常见。您还可以通过将其粉碎并使用称为“超超临界黑煤”的技术来提高煤炭效率。澳大利亚学术协会理事会于2013年编制的一份专家报告在各种条件下比较了包括传统天然气和页岩气在内的多种燃料的效率，并得出结论，利用高效燃煤的方式发电产生的温室气体排放量不只是天然气。

这意味着天然气所提供的大多数收益并非来自于天然气本身，而是来自于其燃烧方式，这主要是因为天然气厂往往是新的并且使用更高效的燃烧技术。这个教训就不足为奇了：如果您使用二十一世纪的技术燃烧燃料，则可获得比十九世纪或二十世纪后期的技术更好的结果。这不是为了捍卫煤炭，而是要对目前在该国进行的讨论提供重要的现实检查。在美国，燃烧天然气有真正的好处，但是它比通常声称的要少，而且大部分好处来自使用现代技术和新设备。（如果煤炭行业不那么忙于否认气候变化的现实，他们可能会公开这一事实。）

不只是电力

在发电中用天然气代替煤炭仍然是一个好主意-至少在短期内-但天然气并非仅用于发电。它也用于运输，给房屋供暖和制造热水，以及用于炉灶，烘干机和壁炉等燃气用具。在这里，情况严重令人担忧。

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由于许多变量的度量很差，因此很难估计这些部门的温室气体排放量。一个重要的排放源是从分配和存储系统泄漏的气体，这很难测量，因为它在许多不同的地方以多种不同的方式发生。此类泄漏有时称为“下游排放物”，因为它们是在钻探天然气之后发生的。

当然，气体确实会泄漏，并且我们运输，分配和使用气体的次数越多，泄漏的机会就越大。研究试图通过使用燃烧器到燃烧器或“生命周期”分析来估计与天然气相关的总排放量。这类不同的研究倾向于产生完全不同的结果，但误差率很高，但是许多人得出结论，当天然气代替运输或居家取暖用的石油时，温室气体的收益微乎其微。（由于在美国几乎没有人再用煤取暖，因此减少煤的使用不会带来任何附带好处。）卡内基-梅隆大学研究人员的一项研究得出的结论是，虽然在发电中通过用天然气替代煤炭来减少温室气体排放的可能性至少为100％，但将天然气替代为运输燃料实际上占了10％-35％增加排放的风险。

在东北，中西部北部和大平原，许多建筑商都在吹捧带有燃气供暖和热水系统的新房屋的“能源效率”，但尚不清楚这些房屋的温室气体排放量正在大幅减少。在木材丰富的新英格兰，许多人最好使用高效的柴炉（或燃烧其他形式的生物质）。

气体（CH4）如何比CO2加热大气更多

在供暖方面，天然气还比石油还好吗？也许吧，但是石油不会泄漏到大气中，这使我们到达了一个关键点：天然气是甲烷（CH4），它是一种比CO2更有力的温室气体。

结果，气体泄漏成为引起人们极大关注的原因，因为任何未燃烧的到达大气的甲烷对全球变暖的贡献都超过了相同数量的CO2。还有多少？这个问题在气候科学界引起了极大的担忧，因为它取决于您的计算方式。科学家已经开发出“全球变暖潜能”（GWP）的概念来试图回答这个问题。

论据之所以复杂，是因为虽然CH4对地球的加热远超过CO2，但它在大气中停留的时间却少得多。典型的CO2分子在大气中的存留时间比CH4分子长约10倍。政府间气候变化专门委员会在其第五次评估报告中估计，在100年的时间里，甲烷的全球升温潜能值是二氧化碳的34倍。但是，当时间范围更改为20年时，GWP会增加到86！

甲烷泄漏影响的大多数计算都使用100年的时间范围，如果您担心温室气体排放对整个世界的累积影响，那么这是有道理的，但是，许多科学家已经开始争论了，如果您担心当前对生物圈的影响正在扩大。毕竟，许多物种可能会在我们达到100年大关之前就灭绝。如果您担心我们正在迅速接近气候系统中不可逆转的临界点，包括格陵兰和南极冰盖的迅速冰冻，这也没有任何意义。

情况变得更糟。CH4和CO2并非唯一可以改变气候的空气污染成分。来自污染或火山的尘埃颗粒具有冷却气候的能力。碰巧的是，燃烧煤炭会产生大量粉尘，导致一些科学家得出结论，用天然气替代煤炭实际上可能会加剧全球变暖。如果他们是对的，那么天然气不仅是通往清洁能源未来的桥梁，而且是通往潜在灾难的桥梁。

压裂

近来公众和媒体的大量关注不是集中在气体本身上，而是集中在越来越多的气体提取机制上。水力压裂技术（又称压裂技术）是一种利用高压流体“压裂”并从低渗透率岩石中提取气体的技术，否则这些气体将被捕集。该技术本身已经存在很长时间了，但是在最近十年中，结合钻井技术的创新和石油的高成本，它已成为一种生产能源的盈利方式。

最近的几项研究（包括我曾任职的加拿大科学院理事会的一个专家小组进行的一项研究）得出的令人惊讶的结果是，从气候变化的角度来看，压裂可能并不比传统的瓦斯抽采严重得多。例如，对马塞勒斯页岩和巴肯页岩的温室气体排放进行生命周期分析表明，其排放可能比常规气体钻探的排放略高但不明显。这些排放的很大一部分来自井泄漏。

事实证明，很难将孔紧紧密封。这甚至得到了行业代表和页岩气倡导者的广泛认可。他们称之为“井眼完整性”问题。钻井时，生产过程中，甚至在生产结束后废弃时，井可能会泄漏。原因主要是因为用于密封井的水泥可能会收缩，开裂或根本无法填补所有缝隙。

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有趣的是，几乎没有证据表明压裂井比常规井泄漏更多。从温室气体的角度来看，压裂问题在于正在钻大量的井。根据美国能源信息署（Energy Information Administration）的数据，2000年美国有342,000口气井；而在美国到2010年，已有超过510,000，而且几乎所有的增长都来自页岩气的开发，即压裂。这代表了甲烷直接泄漏到大气中的潜在途径的巨大增加。（这也表示潜在的地下水污染源大量增加，但这就是另一个职位的主题。）

甲烷和甲烷的泄漏率在科学家和行业代表之间存在巨大分歧，但专家计算得出，天然气的泄漏量必须保持在3％以下，以代表煤炭在发电方面的改善；天然气的泄漏率必须在1％以下，以高于柴油和汽油。在运输中。美国环境保护署（EPA）当前估计平均泄漏率为1.4％，但很多专家对此数字表示怀疑。2013年发表的一项研究基于对犹他州气田的大气测量结果，发现泄漏率高达6％-11％。环境保护基金目前正在赞助一个大型的合作项目，涉及多个行业，政府和学术科学家。该研究的一部分测量了科罗拉多州最活跃的石油和天然气钻探区域的排放量，发现甲烷排放量几乎是EPAs 2012年排放量的三倍，对应的漏水率为2.6％-5.6％。

泄漏估算中的某些差异反映了不同的测量技术，某些可能涉及测量误差，有些可能反映了气田和工业实践中的实际差异。但是估计范围表明，科学评审团还没有成立。最后，如果泄漏率证明高于EPA当前计算的值，则所承诺的气体好处就会开始蒸发。如果储存和分配的泄漏量高于目前的估计值（正如我自己在哈佛的同事正在进行的一项研究所表明的那样），那么所谓的好处可能会完全消失。

而且我们还没有完成。当涉及到向大气中释放温室气体时，还有一个更重要的途径需要考虑：燃烧。在这种实践中，天然气在井口处燃烧掉，将二氧化碳排入大气。它最常在油田完成。在那里，天然气不是理想的产品，而是公司为了避免天然气爆炸而燃烧的有害副产品。（如果您夜间在波斯湾上空飞行，并注意到下面的许多光亮点，则是井口大火）。

在我们给加拿大科学院理事会的报告中，我们的小组依据的行业数据表明，气田的扩口率极低，通常小于2％，“很可能”小于0.1％。如果天然气生产商效率很高，这是有道理的，因为他们想出售天然气而不是燃烧天然气。但最近，《华尔街日报》报道说，北达科他州的州官员将敦促制定新法规，因为那里的扩口率约为30％。仅在4月份，就烧掉了5,000万美元的天然气，完全被浪费掉了。这篇文章讨论的是页岩油井，而不是页岩气井，但它表明，在控制扩口方面，有证据表明该储藏室没有得到足够的重视。（目前，没有关于燃烧的联邦法规。）只要天然气便宜，避免浪费的经济动机显然是不够的。

为什么天然气不太可能成为可再生能源的桥梁

在理想世界中，人们将使用天然气代替污染更严重的煤炭或石油。不幸的是，天然气的论据仅基于这样一个假设：世界运转良好。但是，您不必是科学家，只需知道该假设有多大缺陷即可。实际上，经济学家长期以来一直在争论能源效率的悖论是这样的：如果人们通过效率来节省能源，而他们的能源费用开始下降，那么他们可能会开始以其他方式使用更多的能源。因此，尽管他们的账单保持不变，但使用量实际上可能会增加。（这就像去销售而不是为了省钱，而是因为价格较低而买了更多东西。）这样，消费者实际上最终可能会消耗更多的能源，因此排放量继续上升。

为了确保天然气的使用不遵循这种方式，您必须做一些事情。您可以引入诸如AB32之类的法律，加利福尼亚州的排放控制法，或者实施奥巴马政府刚刚颁布的要求减排的未决EPA碳法规。或者，您可以开征高额的碳税，为人们选择非碳基燃料创造强大的经济动力。但是，像AB32这样的法律目前相距甚远，化石燃料行业及其政治和思想同盟正在与EPA碳规则打交道，而只有极少数的政治领导人准备在公众场合站起来并主张采取行动。新税。

同时，全球化石燃料的生产和消费正在上升。英国电讯报的商业编辑最近发表的一篇文章描述了疯狂的化石燃料生产，这可能会导致新的金融泡沫。实际上，天然气产量的巨大增长有助于降低此类能源的价格，降低效率，并使可再生能源的竞争更加困难。这引起了最令人担忧的问题。

所有关于天然气的积极主张都包含一个基本假设：它替代了其他污染更大的燃料。但是，如果事实证明它还可以替代包括太阳能，风能，水能和核能在内的各种替代能源呢？在加拿大页岩气开发非常发达的地区，仅一小部分电力来自煤炭。大多数来自水电或核电。在美国，佛蒙特州扬基核电站的业主最近称廉价天然气的竞争是他们决定关闭的一个因素。尽管证据可能有些轶事，但各种报告表明，廉价天然气已延迟或停止了一些可再生能源项目。有理由认为，如果人们认为天然气是“绿色”替代品，他们会选择天然气而不是更昂贵的可再生能源。

出口和基础设施：通往更多气候变化的道路

我们都听说过Keystone XL管道，加拿大提议通过该管道将石油从艾伯塔省的柏油砂运到美国墨西哥湾沿岸，再从那里运往世界其他地方。但是，很少有人意识到美国也已成为煤炭的净出口国，并有望成为天然气的出口国。自2007年以来，天然气进口量一直稳定下降，而出口却有所增加，一些美国天然气公司正在积极寻求联邦和州的批准，以建设扩大的天然气出口设施。

一旦煤炭离开我们的边界，更换煤炭的争论就变得毫无意义，因为我们没有办法监测煤炭的使用方式。如果在美国用天然气代替煤炭，然后将煤炭出口并在其他地方燃烧，则根本没有温室气体的好处。同时，煤炭的负面影响已经转移到其他国家。

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所有现有的科学证据表明，如果我们要避免气候变化的破坏力最大，破坏性最大的问题，那么温室气体排放必须在不久的将来达到峰值，然后在接下来的50年内急剧下降。但是，我们正在建设或正在考虑建设管道，出口设施，这将有助于增加全球化石燃料的使用量，从而确保在需要大幅减少的关键时期内排放量的进一步增加。

我们还在建设将与我们长期合作的新电厂。（典型的发电厂预计将运行至少50年。）一旦采用了技术并建立了支持这些技术的基础架构，改变路线就变得既困难又昂贵。技术史学家称之为“技术动力”。

某些形式的基础架构也有效地排除了其他形式。建立城市后，您将无法再使用同一土地进行农业生产。历史学家将其称为“基础设施陷阱”。天然气（更不用说焦油砂）和北极融化中的石油的激进发展有可能使我们陷入对化石燃料的承诺，而化石燃料可能为时已晚。食物的承诺将动物引诱到陷阱中。短期减少温室气体排放的想法是否使我们陷入长期失败的陷阱？

目前在美国和全球范围内制定规则或激励机制以确保天然气实际上替代煤炭，并且效率和可再生能源成为我们能源发展的主要重点是极不可能的。但是，如果没有它们，天然气开发的增加只会增加世界上可燃烧的化石燃料的总量，从而加速已经开始看起来像是对灾难的冲动。

美国的排放量真的减少了吗？

天然气倡导者说，尽管这些担忧可能是合理的，但美国的温室气体排放量在2008年至2012年之间有所下降，部分原因是天然气替代了发电中的煤炭。此主张需要仔细检查。实际上，减少的大部分似乎只是2007-2008年全球经济崩溃和随后的大萧条的结果。当经济活动减少时，能源使用量也会减少，因此排放量也会减少。毫不奇怪，2013年的初步数据表明排放量再次上升。2008-2012年其余时间的部分下降归因于严格的汽车燃油经济性标准。

但是我们怎么知道我们的排放量是多少呢？大多数人会假设我们对它们进行了度量，但是它们是错误的。相反，排放量是根据能源数据（即当年在美国购买和出售的煤炭，石油和天然气的数量）乘以假定的温室气体生产率乘以这些燃料得出的。这就是摩擦：气体计算取决于假设的泄漏率。如果我们一直低估了泄漏量，那么我们就低估了排放量。尽管反之亦然，但很少有专家认为有人高估了漏气率。这并不是说排放量在2008-2012年没有下降。再次由于经济衰退，他们几乎肯定做到了。但是，有关天然气大量减少的说法仍未得到证实。

那么，为什么有那么多人对天然气如此热衷？

业界热情的原因并不难辨别：许多人现在通过页岩气赚了很多钱。激发加拿大政府，得克萨斯州，北达科他州和宾夕法尼亚州等天然气资源丰富州的政客的热情，以及那些赚钱的人将其天然气钻探物业的租赁费用提高到相同的因素。在那些天然气资源丰富的州，就业也从中受益（即使繁荣的城镇所特有的社会问题也有所增加）。

在天然气方面，奥巴马政府似乎在寻求民主党和共和党人可以支持的妥协，而这不会引起宾夕法尼亚州等州强大而激进的油气行业或选民的愤怒。在此过程中，它肯定会诱使煤炭工业妖魔化，其长期的虐待劳工做法，对职业健康的冷漠漠视以及灾难性的环境记录。由于我们中很少有人在日常生活中看到煤炭，因此，没有煤炭的未来似乎不仅可以想象，而且已经过期。

但是谈到天然气，一些环保主义者的热情如何？像环境保护基金会这样在气候变化方面有着悠久记录却没有对石油和天然气行业热爱历史的组织又该如何呢？那科学家呢？

在这种情况下，我认为对天然气开采的积极反应在于一厢情愿和and吓的结合。

化石燃料行业及其盟友在过去20年中一直以极端主义者，警报者和歇斯底里主义者的身分攻击环保主义者和气候科学家。他们的公关人员将他们描绘成戴着发衫的社会主义西瓜（外面是绿色，里面是红色），他们喜欢吃苦，杀死工作并希望所有人都在黑暗中冻结。极端主义者确实和其他地方一样存在于环境运动中，但是它们只代表关注气候变化的人们群体的一小部分，而科学界实际上不存在极端主义者。（这样说：如果有一件穿着气候科学家的发衫，我还没见过她。）

尽管这些指控可能是错误的，但这并不意味着它们不会影响我们的思维。环保主义者常常发现自己试图证明我们不是他们所说的：不是不可挽回的反商业职业杀手。我们向后弯腰去寻找可以接受的折衷方案，并与业务负责人合作，甚至找到一种我们可以爱（或至少喜欢）的化石燃料。

这导致了如意算盘。我们希望找到能够获得广泛支持的解决方案，或者至少是朝着正确方向迈出有意义的一步。我们希望天然气变得更好。（我知道我做到了。）气候变化是一个巨大的挑战，要想知道我们将如何解决它并维持我们的生活水平是一项艰巨的任务，更不用说将这一标准扩展到全球数十亿想要并应得的人。如果天然气是好的，或者至少比我们现在的更好，那感觉就像是一件好事。如果天然气使我们大体上朝着正确的方向前进，那将是一件好事。

毕竟，泄漏问题不能解决吗？我们的小组花了很多时间讨论这个问题。行业代表说：“相信我们，我们已经在钻井100年了。”但是我们当中有些人想知道：“如果他们在100年内没有解决这个问题，为什么他们现在会突然解决呢？”一个强大的监视和合规执行系统可能有助于激励业界寻找解决方案，但是这种情况随即发展的可能性似乎与具有约束力的国际条约的可能性一样遥不可及。

有时您可以用火扑朔迷离，但有证据表明，这并非那一次。在当前条件下，天然气供应量的增加和价格的下降很可能导致美国温室气体排放量的增加。2013年的初步数据表明，这种情况已经发生。当然，全球排放量也在继续增加。

精神错乱有时被定义为做相同的事情，但期望得到不同的结果。心理学家将毅力定义为干扰学习的重复行为。无论我们如何称呼，这似乎都在发生。不管它是什么，它都没有道理。天然气不是清洁能源的桥梁。是通往更多气候变化的道路。

通过TomDispatch.com的Naomi Oreskes