石化能源的危機

塑膠是石油製成的，而石油是死掉的恐龍製成的，請問塑膠恐龍的成分中有多少真正的恐龍？
——史蒂夫．萊德福（Steve Lydford）

我不知道。

塑膠恐龍

煤和石油稱為化石燃料，因為它們是由千百萬年來埋在地底下的死亡生物殘骸所形成的。「地下的石油來自何種死掉的生物？」標準答案是「海洋浮游生物和藻類」。

換句話說，那些化石燃料中並沒有恐龍化石。

只不過，那個答案不太正確。

我們大部分的人看到的石油，只是它的精煉形式，例如煤油、塑膠，以及從加油槍流出來的東西，所以很容易把石油的來源想像成某種均勻的黑色冒泡物質，每個地方都一樣。

但化石燃料帶有自身原始來源的指紋。煤、石油和天然氣的不同特性，取決於進入其中的生物體，以及牠們的身體組織長久以來發生了什麼樣的變化；取決於牠們住在哪裡、牠們如何死亡、牠們的遺骸最終葬身何處，以及牠們經歷了什麼樣的溫度和壓力。

死亡的物質帶有自身生命歷史的化學印記，千百萬年來以各種不同的方式混雜在一起。我們將它挖出來之後，費了不少工夫剝掉這段故事的證據，將複雜的碳氫化合物精煉成均勻的燃料。當我們燃燒燃料時，它們的故事終於灰飛煙滅，釋放出束縛在它們身上的侏羅紀陽光，為我們的汽車提供動力。

無論是哪裡來的，塑膠恐龍成分中的石油，只有一小部分可能直接來自真正的恐龍屍體。如果是來自以陸地物質為主的中生代油田，含有的恐龍可能稍微多一點；如果是來自密封於冠岩底下的前中生代油田，可能完全不含恐龍。如果不花費心思追查特定玩具製造過程的每一道步驟，就沒辦法知道。

廣義來說，所有的海水在某段時間都曾經是恐龍的一部分。當這些水被用來行光合作用時，其中的分子成為食物鏈中脂肪和碳水化合物的一部分——但那些海水其中有更多，此刻正以水的形式存在於你的體內。

換句話說，你的塑膠玩具身上含有的恐龍，遠不如你身上含有的。

——本文摘自《如果這樣，會怎樣？2：千奇百怪的問題　嚴肅精確的回答》，2023 年 3 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。

氣候變遷比新冠病毒致命五倍

你也許以為地球升溫 1.5 度或 2 度沒什麼差別，但從氣候科學家模擬的結果看來，情況卻很不妙。在很多方面，溫度升高 2 度的情況，不是只比升高 1.5 度糟糕 33%，而是倍增的，例如難以取得乾淨用水的人口會多一倍，熱帶地區的玉米產量衰減也會多一倍。

氣候變遷造成的效應，單單一項就夠慘了，但你不會只遇到炎熱天氣，或只遭受洪災。氣候變遷的效應是環環相扣的。

以新冠病毒來做對比，這樣所有正在經歷這場大流行病的我們會更容易理解。想了解氣候變遷的破壞有多大，看看新冠病毒疫情，再想像一下同樣痛苦程度持續更長的時間。如果不把全球碳排放量減到零，這場疫情造成的人命損失和經濟苦難，將是日後經常會發生的狀況。

先說人命損失：比起新冠病毒，氣候變遷是否會造成更多人死亡？

我們用 1918 年西班牙流感和新冠病毒大流行的數據，估算出的結果是全球平均每年每十萬人口中約有 14 人因大流行病而死。

比起氣候變遷，哪個死亡率較高？預計到本世紀中葉，全球氣溫升高導致的全球死亡率增幅和大流行病一樣，也就是每年每十萬人中約有 14 人因此致死。而到本世紀末，要是排放量仍然持續增加，氣候變遷將導致每十萬人中約有 75 人因此致死。

換句話說，到本世紀中葉，氣候變遷的致命程度可能就和新冠病毒一模一樣，到了 2100 年，氣候變遷要比新冠病毒致命五倍。

經濟情勢也很黯淡。雖然氣候變遷對經濟可能造成的影響和新冠病毒不大一樣，也因使用的經濟模型而異，但結論確定無疑：未來一、二十年內，氣候變遷造成的經濟損失就像每十年發生一次新冠病毒大流行。

就算還有科學不確定性，我們理解的也已經夠多。有兩件事是我們可以做的：

努力適應：努力把已經發生和確定會發生的暖化衝擊減到最小。蓋茲基金會的農業團隊把工作重點放在幫助農民適應。例如，資助許多新品種作物的研究，希望研發出耐旱、耐洪的作物，以對抗未來更頻繁、更嚴重的乾旱和洪水。

減緩暖化：另一件我們不得不做的事，是停止排放溫室氣體到大氣中。若想要躲過災難，全球最大排放國（富裕國家）必須在 2050 年以前實現淨零排放，其他國家不久後也要跟上。

有人反對富裕國家應該先減排：「為什麼是由我們來承擔？」答案不只在於暖化問題主要是由富國造成的，還因為這是大好的經濟機會：有能力建立起成功的零碳公司和零碳產業的國家，將會在未來幾十年中領導全球的經濟。誰有辦法在能源上取得重大突破，並且證明這種突破能在全球廣泛運用，價格又不會太高，誰就能在新興市場中找到許多願意買單的客戶。

石油比汽水還便宜

你今天早上刷牙了嗎？牙刷的材質通常包含塑膠，而塑膠是由石油製成的，石油就是一種化石燃料。

你也許已經吃過早餐，土司和穀類片中的穀物，都是用肥料種出來的，肥料的生產過程會排放溫室氣體；收割穀物會用到曳引機，曳引機是由鋼製成的，煉鋼需要用到化石燃料，過程中也會釋放碳，而且曳引機還需要汽油才跑得動。你如果像我一樣，午餐有時會吃漢堡，製作漢堡排需要飼養牛，過程中也會排放溫室氣體，因為牛打嗝和放屁都會排出甲烷；製作漢堡麵包則需要種植和收割小麥，一樣會排放溫室氣體。

你換衣服準備出門，衣服的材質可能是需要施肥和收割的棉花，也可能是聚酯纖維，從石油提煉出來的乙烯製成。你用的衛生紙，是砍樹而來，製造過程中也會排放出更多的碳。

你今天上班或上學坐的交通工具，如果是用電驅動的，那很好，不過發電來源十之八九也會是化石燃料。你的交通工具如果是火車，火車在鋼製成的軌道上行駛，會穿過由水泥建造的隧道，而生產水泥會使用化石燃料，過程中也會排放碳這個副產品。你乘坐的汽車或公車，週末騎的腳踏車，都是由鋼和塑膠製成的。你行駛在由水泥和柏油鋪成的馬路上，而柏油是從石油提煉而來的。

你如果住在公寓大樓裡，四面的牆應該都是水泥；如果住木造房子，砍伐和裁切木頭都需要用到由鋼和塑膠製成的氣動機械。你家裡或辦公室如果裝了暖氣或空調設備，不僅會消耗大量能源，空調使用的冷媒，還可能是一種很強的溫室氣體。你如果正坐在金屬或塑膠椅子上，提煉這些材料也會產生更多的碳足跡。

以上所有這些東西，小到牙刷，大到建築材料，統統都經由卡車、飛機、火車和輪船從其他地方運來，這些交通工具都需要化石燃料驅動，製造過程也都會用到化石燃料。

化石燃料無法避免，清潔再生成為關鍵

換句話說，化石燃料無所不在。就以石油為例，全世界每天消耗 150 億公升以上的石油，任何產品達到這種用量，已不可能說不用就不用。

更重要的是，化石燃料之所以無所不在，是因為它太便宜了。石油比汽水還便宜。 2020 年下半年的平均油價約為每桶 42 美元，也就是每公升 0.264 美元，而好市多大賣場8公升裝的汽水要價 6 美元，也就是每公升 0.75 美元。世界各地的人每天都要使用一種比健怡可樂還便宜的產品，而且用量達到 150 億公升以上。

問題還不只是每個人會消耗更多能源，全球人口也在增加，而且大部分的人口成長會出現在碳排放密集的都市。都市發展的速度將十分驚人，在接下來四十年，相當於每個月都會蓋起一座紐約市。

問題的規模之大，光想到就令人發暈。但我們也不需要驚慌失措，只要能夠普遍採用清潔再生能源，同時在零碳能源技術上取得突破，就能把淨排放量減到零。這其中的關鍵就在於使清潔能源技術和目前的化石燃料技術一樣平價並穩定供應。

• 翁榮南／美國奧克拉荷馬大學地質博士，長期從事油氣探勘及有機地球化學研究，曾任台灣中油公司探採研究所所長。

今（2020）年初因新冠病毒疫情不斷延燒，連帶影響經濟，使石油需求大減，油價屢創新低，導致近年來快速發展的頁岩油產業被迫急速減產、受創嚴重，前景備受關注。頁岩油，是藉由水平鑽井與高壓液裂技術等開採手法，將散布在非油氣藏的地層中的石油採出。目前，美國因為頁岩油成為全球第一大產油國，改變石油市場版圖。

新冠病毒疫情衍生石油市場風暴

今年初 2019 冠狀病毒疾病（COVID-19）疫情快速蔓延，為了控制疫情，各國紛紛祭出鎖國、封城及限制外出等防疫措施，嚴重影響經濟活動，衝擊石油市場。全球的石油需求量疫情爆發前每天約 1 億桶，驟降 2500 萬桶。石油供過於求的現象導致油價崩跌，美國西德州中級原油（West Texas Intermediate, WTI）價格，由疫情前每桶 50~60 美元區間，3 月已跌到 40 多美元，跌幅近 30％。

為了挽救油價，石油輸出國組織會員國及同盟國（OPEC plus）緊急召開減產協商會議，但沙烏地阿拉伯與俄羅斯談判破裂，導致產量不減反增，引發油價大戰，油價繼續跌至 30 美元以下，創近年新低。

面對如此低油價，4 月的二十國集團（Group of Twenty, G20）會議在美國的斡旋之下，總算達成減產協議，自 5 月起 OPEC Plus 日產量先減少 970 萬桶。只是此次罕見的大減產仍不足以解決供過於求的問題，油價持續跌到每桶約 20 美元。 4 月 20 日油價再度暴跌，甚至出現史上前所未見的負油價。WTI 的 5 月期貨價跌到每桶 -37.63 美元，主要原因是原油供過於求，美國 WTI 原油期貨交割地奧克拉荷馬州庫欣區的石油儲槽容量不足。

這次的油價戰及負油價事件背後都與頁岩油有關。近年來，美國因頁岩油的成功，使石油日產量最高達到 1310 萬桶，其中頁岩油產量多達 960 萬桶，約佔 70％。而疫情風暴衝擊下，頁岩油產業的處境及展望備受矚目。

非傳統頁岩油氣與傳統油氣

頁岩油氣，顧名思義是賦存在頁岩中的石油天然氣，被特別稱為非傳統，是因為有別於長期以來傳統的油氣探採標的——地層中的油氣藏。石油天然氣是頁岩層（又稱為生油岩）中的有機質埋藏受熱所生成，頁岩中生成的油氣一部分會排放出來在地層中流動，其中有部分在適合的時空條件下聚集到地質圈閉構造內的儲集層，最常見的如孔隙率及滲透率良好的砂岩，形成一個富集油氣的油氣藏。

18 世紀中期石油工業出現後，探採業者不斷發展各種探勘及鑽採技術，大規模地上山下海探採油氣藏，因此，傳統油氣資源耗竭的隱憂揮之不去。

事實上，地層中除了聚集在油氣藏的油氣之外，有更多的油氣是散布在非油氣藏的地層中，包括殘留在頁岩內未排放出來的油氣，或排放出來賦存在孔隙率及滲透率較差的緻密砂岩層內。這些被歸為非傳統油氣的資源，因為技術上不易開採而不具經濟價值，一直不是業者的探採目標。

頁岩油氣的崛起

2000年代初，美國德州的石油業者在傳統的油氣藏日益枯竭之後拓展探採觀念，創新應用水平鑽井及高壓液裂技術開採油氣藏附近的頁岩層，取得商業性的成功。非傳統頁岩油氣探採一時蔚為風潮，油氣產量大增，對石油市場及經濟政治影響至鉅，甚至被譽為「頁岩革命」。因此，頁岩油氣儼然成為油氣資源耗竭夢靨的終結者。

其實，開採頁岩油氣與其說是場革命，稱為進化或許較為貼切。頁岩油氣是藉由精進的科技，成功拓展到較不易開採的新領域。傳統探勘油氣藏有如海底撈針，地質風險大、成功率低，但一旦找到，因為油氣富集密度高、孔隙率及滲透率佳，因此容易開採。

而頁岩油氣的探採目標，是油氣含量較高且容易液裂的頁岩層或緻密砂岩層，稱為甜蜜點（sweet spot），目標相對較大，探勘成功率高。但因為油氣層緻密，必須藉由水平鑽井增加與含油氣地層接觸的面積，再高壓液裂地層，同時注入添加劑支撐裂縫，才能釋出油氣。由於液裂穿透的地層範圍有限，單口井的生產率下降很快，生產壽命較短且產量有限，為了維持產量必須大量且密集的鑽井，因此頁岩油氣的生產成本，一般而言每桶 40~60 美元，較傳統油氣藏高，成為後來石油市場油價戰的起因。

頁岩油氣發展初期，大量的頁岩氣生產導致美國國內天然氣供過於求，氣價大跌，無利可圖。後續業者在 2010 年起轉而投入頁岩油，產量逐年增加，攪動既有的石油市場。而中東產油國面對新的競爭者，紛紛祭出以量制價的策略，企圖以低油價將頁岩油趕出市場，造成 2014 年油價崩跌。對此，美國頁岩油業者雖一度受到打擊而萎縮，但反而致力精進探採技術及優化鑽井生產作業提升產能，很快捲土重來，終於 2018 年締造美國成為第一產油國。此外，頁岩油氣開採技術也被應用在開採傳統油氣藏。

美國頁岩油氣快速發展的原因，除了最重要的技術創新應用外，其他還包括良好的石油地質條件、政府法令多方大力支持、企業強烈的企圖心、成熟的產業經營環境及充沛的市場資金等。各國豔羨美國頁岩油氣的成果，汲汲爭相模仿，但礙於缺乏上述的有利因素，至今仍少見完全成功。不過開採頁岩油氣可能造成環保問題，如汙染地層水和誘發地震等爭議也是影響發展的因素。

後疫情時代的頁岩油展望

新冠病毒疫情重擊石油業，尤其是頁岩油，除了重演油價戰爭，也讓業者提前感受到未來可能的經濟萎縮及能源轉型對石油市場的影響。對於石油的前途，引發石油需求高峰的議題，保守者認為現在已到達需求高峰，而樂觀者則認為在全球人口及生產總值仍不斷增加下，疫情後石油需求仍會回到原來的上升軌道，並預計最快在 2040 年達到需求高峰。

或許，石油及化石能源未來終將逐漸退場，不再是獨大的能源，但在石油世紀落幕與再生能源接軌前，仍將是經濟發展所不可或缺的一環，頁岩油在石油市場上也將是重要角色。

現階段頁岩油產業面臨大舉退潮，業務萎縮甚至重整及破產倒閉，無疑將有一段艱苦的日子。截至 6 月中，雖然疫情持續中，經濟活動已部分重啟，油價迅速回升到每桶 35 美元以上。而近期的探採投資取消、延後或縮減，使頁岩油鑽井平台數目持續減少，在沒有新鑽井填補舊井造成產能下降的情況下，將影響石油產量，刺激油價繼續回升。利之所趨，頁岩油經過汰弱留強，創新優化技術，勢必東山再起。

而美國不會輕言放棄自身這項得天獨厚的產業，頁岩油的故事也將持續下去。

〈本文選自《科學月刊》2020年7月號〉

科學月刊∕在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

你能不能想像如果有一天，生活中不再有汽車、火車、飛機等交通工具，沒有任何塑膠製品，大部份的電器（如手機、筆記型電腦）都因使用金屬材質而顯得笨重又昂貴。這樣的生活是不是像上圖一樣，從文明世界又退化成原始人一般的生活呢？

在數千年的人類文明歷史之中，人類開始開採石油至今僅不到兩百年，卻在這短短兩百年間，工業科技發展突飛猛進，到達前所未有的巔峰。當今石化能源涵蓋了生活中的食衣住行，舉凡交通運輸的汽油、柴油，供應家用熱能電能的天然氣、煤油或是塑膠免洗餐具、身上穿的尼龍纖維…等，石化燃料與現代人類生活已密不可分。  然而高度依賴石化能源帶來的便利性的同時，也產生了各種不同的隱憂。其中以加劇氣候變遷和全球石化能源蘊藏量最受關注。

氣候變遷的原因至今仍無一定論，其中較主流的解釋為人類活動與自然週期共同造成現在的氣候變化。自然週期變化包含地球軌道週期，太陽黑子活動或月球引力造成數十年至數萬年的氣候週期性變化，例如地球軌道偏心週期大約十萬年，其近日點及遠日點的變化即會影響地球氣候，月球引潮力亦有19年變化週期。由於缺乏長時間氣候紀錄，難以將目前氣候異常歸因於單一因素。

然而近代人類開採石油加劇了氣候變化的幅度， 據科學家觀測，一萬年前全球大氣平均二氧化碳含量大約為 250 ppm (百萬分之一)，到了西元1800年成長了 12% (280 ppm)，時至2011年，全球二氧化碳含量再成長了40%以上（ 393 ppm），也就是說在過去兩百年內全球二氧化碳的含量變化遠超過過去一萬年間的變化。顯示人類快速消耗石化能源的同時，也將大量二氧化碳自地底釋放於空氣之中。二氧化碳濃度增加導致溫室效應加重，進而造成了極地冰原融化、世界洋流改變、沙漠化現象擴大…等等全球效應。近年來世界各地出現的各種極端氣候一再加深人群對氣候變遷的體認，2009年聯合國在丹麥的哥本哈根舉辦氣候變遷會議共同討論氣候變遷的應對策略，會後各國紛紛針對二氧化碳排放量作出總量限制並且尋求除了石化燃料之外的替代能源 (註一)。

石化能源的另一隱憂為全球石油儲藏量。石油的形成是由古代海洋生物死亡之後隨泥沙一起沉至海底，經過漫長時間之後，有機物掩埋於層層沙石之下同時被厭氧分解，經過地層內高溫高壓的作用之後，這些有機物終於轉變為黏稠、深褐色的石油。其整體轉化時間歷時超過百萬年。然而自人類開始使用石化能源以來的兩百年間，已將全球石油儲藏量大量消耗，據研究指出，全球石油蘊藏量僅能再供應人類大約50 至 100 年左右。

雖然目前仍時常聽到在某地發現新油礦的消息，然而這些新發現的油礦很多都有開採上的難度，因此必須投入更多的能源以開採這些油礦，一來一往之下，這些新油礦所能產生的能源並不一定對解決能源危機有幫助。

更糟的是， 目前石油產量已接近巔峰，當對石油的需求超過最大產量時，必然導致油價飆漲，進而連帶造成全球物價提高、通貨膨脹惡化以及貨運成本大幅增加等全球性影響。尤其台灣本身並不具備天然石化資源，完全仰賴海外進口，一旦油價上漲以及運輸成本增加，我們很可能面臨無法負擔油價的困境。

提出石化能源的危機並不是為了恐嚇大家，而是在闡述一個很可能在我們這一代即將面臨的問題。我們很幸運地生在這個人類歷史以來科技發展最快速的時代，享受著各種科技帶來的便利，卻又必須準備面對石化能源耗盡的危機。但是危機即是轉機，現在已經有眾多科學家投入替代能源的研究，尋找能取代石化能源的方法。而在這同時，我們能做的事就是避免浪費石化能源，從小地方做起，讓人類的生活與環境和平共處。

註一：關於氣候變遷的協定，較常聽到的是<京都議定書>。事實上，京都議定書有效力僅作用於2008至2012年之間。有鑑於此，聯合國氣候變遷組織於2009年12月再次於哥本哈根招開會議討論對應策略。會議的結果則因美中雙方無法達成共識，會議記錄僅收錄於聯合國附錄文件，不同意的國家不必簽署。美國於會後兩個月自主宣佈減碳方針。 關於IPCC的資訊，請參閱IPCC網站：http://www.ipcc.ch/index.htm

原文刊載於 BioEnergy Today 生質能源趨勢