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天然氣:意外之財—《寫給未來總統的能源課》

kk0371309英文的Windfall一詞源自於森林。在強風過後,不需太費力就可以容易收集到許多從高處掉落下來的樹枝。因此最原本的意思就是便宜、容易取得的能源。

在能源面貌上,最重要的新發展就是發現了頁岩(一種沉積岩)中豐富的天然氣的開採方式。這是一大筆新的意外之財。雖然我們早就知道頁岩裡蘊藏大量的天然氣,但是符合經濟效益的開採方式到最近才發展出來。這些可供開採的頁岩天然氣,是攸關美國未來的能源安全以及全球暖化最重要的新因素,也會對接下來數年 甚至數十年的經濟與政治決策產生重大的影響。

2001年時,根據美國能源部的資料,天然氣的證實蘊藏量不只有192兆立方英呎。由於美國每年開採20到24兆立方英呎的天然氣,因此應該在2010年之前天然氣就會全部用完。但是事實上, 到了2010年時,美國天然氣的蘊藏量已經增加到300兆立方英呎。 然後只不過經過了一年,美國能源資訊署(US Energy Information Administration)2011年估計的天然氣蘊藏量就暴增到862兆立方英呎。而一些跟我談過的天然氣專家相信,實際上的數字應該接近3000兆立方英呎或是更多。用意外之財來形容簡直是太客氣了。這些天然氣更像是美國老漫畫《亞比拿奇遇記》(Li’l Abner)裡一種奇怪的生物夏姆(shmoos),你用得越多,它們就變得越多。

怎麼會這樣呢?答案可能比你想的簡單:美國能源部認為在進行估計時,應該要保守一點,必須是符合高標準的天然氣才能算 進證實蘊藏量裡。天然氣公司則採取不同的標準,他們只希望氣井可以帶來良好的收益,所以會先找出手上可能最具生產力的天然氣田,然後進行開採。只有已經發現且可以開採供氣的天然氣田,才會被美國能源部歸類成證實蘊藏量。

1966 年時美國天然氣有 1.6% 來自頁岩,到了2005年成長到4%,而2011年這個比例已經達23%。目前開採自頁岩的天然氣占全美天然氣產量的30%左右。這是一股正在進行中的天然氣熱,和過去的淘金熱一樣令人興奮且帶來豐厚的財富。《紐約時報》的形容是:「『它們就在那』山丘蘊藏有天然氣」。某種革命性的變革正在發生。圖表II.4 顯示了天然氣蘊藏量壯觀的成長歷程。

圖表II.4  美國頁岩天然氣產量的驚人成長。圖標所列為地質構造的名稱和所在地。

圖表II.4 美國頁岩天然氣產量的驚人成長。圖標所列為地質構造的名稱和所在地。

新的蘊藏量非常驚人,不只改變了能源面貌,還改變了全球政治。德州與加州原本建造用來進口天然氣的碼頭,已經重新改裝 成出口用。歐洲亟欲取得這些天然氣,以降低對俄羅斯天然氣的依賴。法國也蘊藏著大量的頁岩天然氣,現在每個國家都正在重新進行地質勘察。

由於天然氣的產量大增,某些產業專家相信天然氣的井口價格在未來的10到20年,都會維持在低檔,每千立方英呎4美元或更低。 在這本書撰寫時(2012年初),價格為2.5美元。(你可以從美國能源資訊部網站取得最新的報價)。對消費者而言,天然氣的成本大約是每千立方英呎12美元,但這個價格可能還會再下跌。你用同樣的價格可以取得3.4加侖的石油,但是天然氣可以提供2.5倍的能量。

為什麼美國不趕快轉換成天然氣?許多人已經在這樣做。美國許多大型電力公司已經開始以天然氣發電來取代燃煤發電。使用汽油的車子不需要更動引擎就可以容易改裝成天然氣燃料。最早改用天然氣的是卡車和計程車駕駛,他們對燃料的價格非常敏感。在美國,大約13萬台卡車和計程車已經改用天然氣。開發中國家對價格的敏感度比美國更高,在印度、中國和巴西已經有超過700萬輛車子改用天然氣而非汽油或柴油來作為燃料。他們無法負擔價格高昂的玩意。但美國的能源基礎建設非常龐大,因此需要時間轉換。天然氣的密度比汽油低,即使經過壓縮,所占的體積仍然是汽油的三倍。 因此大型的交通工具,像是卡車或公車,最容易進行轉換。壓縮後的天然氣每加侖所能提供的能量是電池的10倍,也將是純電動車真正的競爭對手。

天然氣在未來幾年(或許幾十年)將會是我們主要的「替代燃料」,而且產油國已經開始擔憂天然氣帶來的競爭。沙烏地阿拉伯的瓦利德王子就曾經在2011年5月提到,他急於提供更多石油來促使石油的價格下跌。在過去,沙烏地阿拉伯通常都宣稱他們之所以德加石油供應量,是為了讓西方經濟保持活力,但是王子這次似乎更為坦率。他說(可能無意間違反了沙烏地的安全規定),「我們不希望西方國家去尋找替代能源,因為很明顯地,當石油的價格越高,他們就越有誘因去尋找替代能源。」對沙烏地阿拉伯而言,危險之處在於我們未來會發展出適合其他能源的基礎設施,因此最好讓油價維持在低檔,使得石油蘊藏量低的國家不去發展使用替代燃料的方法。

主要由甲烷所組成的天然氣,提供了美國將近1/4的能源需求。我們在家裡瓦斯爐用這種嗆鼻的氣體來烹煮食物,事實上天然氣是無臭無味的氣體。但是,如果忘了關瓦斯就會很危險,因此瓦斯公司添加了少量的硫醇,讓瓦斯聞起來像是蔬菜腐爛產生的臭味。

對在地底工作的煤礦工人來說,天然氣是可怕的敵人;我的祖父就曾經是賓州的煤礦工人。天然氣會吸附在煤炭的孔洞中,一旦氣穴破裂使得天然氣洩漏到礦坑中,就會造成工人因為窒息或爆炸喪生。早期在礦坑中會養金絲雀作為這種危險氣體以及一氧化碳的感測器。今天我們仍然會從煤礦中開採天然氣,通常是來自埋藏於地底深處、但礦脈太薄不值得開採的煤礦。這種煤層氣大多是以管子注入加壓後的水把煤礦壓裂以使天然氣釋出;現在也是用同樣的方法從頁岩中開採天然氣。

過去我們曾經使用一種非天然的氣體─煤氣,來點亮城市和家家戶戶,這種氣體是煤炭與水反應後所產生。煤氣主要是由氫氣 和劇毒的一氧化碳所組成。發現大量的甲烷後,這種「天然」的氣體就成為更安全也更便宜的選擇。用「天然」這個詞,一部分是出於行銷上的考量,好讓人們在家中使用時聽起來比較不危險(過去的確很危險)。

美國在賓州以及隨即在德州發現石油時,天然氣不過是種副產物。這些天然氣原本溶在地底的石油裡,當石油被抽取到地面上壓 力減低之後,天然氣就釋放出來。過去這些「濕氣體」對油井公司來說是種困擾,因為無法用卡車或火車來運輸(當時還沒有將天然氣液化的技術),於是大多數的天然氣都在井口被燒掉。在部分開發中國家,仍然使用這種方式來處理油井天然氣,如圖II.5所示。

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圖 II.5 墨西哥灣的油井,仍燃燒天然氣。 (圖片來源:Deepwater Horizon Response@flickr)

目前已經不鼓勵用這種方式來處理油氣,因為這會增加排放到大氣中的二氧化碳,美國還發射了一具衛星來偵測世界各地燃燒油氣的情形。這具衛星取得的影像顯示,奈及利亞的油田仍然廣泛使用這種方式來處理油氣。對油田的擁有者來說,燒掉油氣在經濟上很合理,但是對那些缺乏能源、卻看得見火焰熊熊燃燒的鄰近民眾來說特別殘忍。目前全世界生產的天然氣中大約有5%是直接燒掉。

燒掉油氣現在已經被許多國家視為非法。從經濟上來看也有很好的理由避免燒掉油氣:這些天然氣可以打回油井裡,壓取出更 多的油,以提高所謂的「原油採收率」,並增加利潤。最壞的情況下,打回去的天然氣也可以存放在油井裡以供未來出售。這些天然氣也可以在冷卻到負162度後液化。天然氣冷卻液化後的體積可以縮小到原本的1/750,藉由冷凍油輪來大量運輸。卡達發展出來的超級油輪可以載運超過10萬噸天然氣。有些人擔心這麼巨大的油輪會成為恐怖份子的潛在目標。

事實上,天然氣本身並不會爆炸,必須要與空氣以適當的比例(5至15%)混合才會爆炸,並不會輕易發生。但是一種可能的危險是有些液化天然氣可能會接觸到水(或許因為恐怖份子的炸彈)而突然受熱成為氣體(專家稱之為「快速相變化」)。天然氣在氣態下的體積是液態的750倍,這種快速的膨脹是一種「物理性的」或「冷的」爆炸,可以進一步破壞油輪,然後釋放出更多的液態天然氣。

 

摘自PanSci 2014四月選書《寫給未來總統的能源課》,由漫遊者文化出版。

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