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頁岩氣開採技術對環境的影響-《頁岩氣》

全球知名的能源諮詢公司、劍橋能源諮詢公司(IHS CERA)的主席丹尼爾.尤金在二○一○年所舉辦的世界能源會議(World Energy Congress)中,將頁岩氣開發定位為二十一世紀以來最大的能源革新/革命。如果沒有水平鑽井與水力壓裂這兩項技術革新,便無法實際開採出頁岩氣。當頁岩氣的開採不再是難事,同時也具有經濟效益,再加上天然氣供應來源鄰近市場,相對也會減輕政治上的風險。通常含有甲烷富氣(methane-rich gas)的天然氣資源,二氧化碳排放量會比煤炭或石油等其他化石燃料資源低,也因此使得頁岩氣的開發更具吸引力。德州農工大學(Texas A&M University,簡稱TAMU)的Stephen Holditch教授表示︰「未來二十年大量使用天然氣的結果,會提高人們對清潔能源(clean energy)的需求」。

另一方面,由於頁岩氣礦區接近住家及地下含水層,也引發外界質疑水力壓裂技術會帶來環境污染的風險。

反對頁岩氣開採人士列舉出以下三項疑慮。

  1. 使用大量淡水。
  2. 水力壓裂技術將污染地下水或引發瓦斯外洩。
  3. 反排水(Flowback Water,經過水力壓裂後回到地面上的水)帶來的環境污染。

NSI科技公司的Michael Smith董事長也表示︰「水力壓裂(Hydraulic Fracturing)通常是在含水層下方數千呎深的儲集層進行,所使用的化學物質成分也幾乎不會影響環境,外界的疑慮只不過是杞人憂天。」

要鑽一條能讓天然氣從地下數千公尺深的地底流到地表上的流路,從岩石力學與水理學的觀點來看,可能性微乎其微。如果井坑設計太過粗糙,在接近地表的井坑內出了問題,便有可能導致環境污染(圖附-1)。姑且不論Smith董事長所言,若是井坑貫穿了地下的大斷層,並以高壓將反排水壓入地下,就有可能發生會影響斷層的微小地震。

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水力壓裂技術所使用的高黏壓裂液是由水、砂狀物質(支撐劑)、化學物質所組成。就環境限制的觀點來看,要將乾淨的水源引進高黏壓裂液裡使用有其限制,因此將廢水經過處理再利用在壓裂液裡,是增加頁岩氣產量不可少的步驟。關於這一點,最重要的便是開發能快速將壓裂液壓入地層的「減磨劑(Friction Reducer)」聚合物。同時也須配合使用防止壓裂液附著在地層的殺生物劑(Biocide)與防止水垢附著的防垢劑1)

進行天然氣探勘與生產作業時,原本就潛藏污染淺部的含水層與地表水源的風險。若是在乾旱時節進行作業,也不容易確保鑽井與水力壓裂過程所需的用水。為了降低風險,必須遵守各項規定與檢查,並且與相關機構(美國環保署)、美國議會、產天然氣的州政府聯繫協調。唯有通過各項手續,才能開採頁岩裡的天然氣。話雖如此,仍然很難將污染淺部含水層與地表水源的風險降至零。事實上紐約州制定了暫緩開採新井的規定,期間從二○一○年八月至二○一一年七月為止,後來又延緩到二○一二年六月一日。

賓夕法尼亞州的環境保護局要求礦區必須公開井坑位置、周邊自治團體、天然氣的生產開發業者/工作人員等相關資訊(FracFocus.org),但是對於同一州的馬賽勒斯(Marcellus)頁岩氣礦區,特別規定「必須確實執行廢水與反排水的回收處理作業」。起因是賓州的環境保護局在二○一一年四月中旬所發出的通知單︰「賓州十五座水處理設施中止處理馬賽勒斯的廢水與反排水」。儘管礦區所使用的壓裂液有三分之二回收使用,賓夕法尼亞州仍然禁止將處理過的廢水任意排放至河川。頁岩氣開發業者便時常為了開發問題而與環保人士、政治家、土地所有權者展開論戰。馬賽勒斯頁岩礦區的天然氣開發業者中,藍吉資源公司(Range Resources)的廢水與反排水回收使用率便將近100%。賓州環境保護局於四月中旬下達的通知,即促使業者落實廢水的回收使用。

匹茲堡的水處理業者Kroff Oil Services公司也出面說明100%回收反排水的實踐面與安全面。Kroff Oil Services公司是從二○○九年八月開始回收處理反排水,並且在二○一○年達到96%的成功回收率。在反排水回收與廢水處理過程中,瞭解到壓裂液不必總是使用乾淨的水。

儘管零星的外洩事件與地下水污染案例並不會直接影響到供水系統,卻有可能因為水力壓裂技術的關係,降低社會大眾對頁岩氣開發的接受程度。有關壓裂液的處理方式,頁岩氣開發推動派與環保派之間攻防不斷。雖然化學物質成分須公開,但是公開製法卻有可能抵觸企業商業秘密的保密義務。

另一方面,在非傳統天然氣的開發技術中,由於水力壓裂作業需要大量的水與移動幫浦等設備,因此創造出許多工作機會(賓夕法尼亞洲雇用增加人數︰4萬8,000人)。美國國會也因創造機會這一點而支持頁岩氣的開發。

有關上述輿論關注焦點,請看下列影片的介紹。

  • 開發推動派的網頁︰haynesvill(www.haynesvillemovie.com)、Gas Odyssey(www.gasodyssey.com)
  • 環保派的網頁︰Gasland(www.gaslandthemovie.com)、Split Estate(www.splitestate.com)

1)防垢劑︰水垢指的是氧化鐵或碳酸鈣等的溶解度降低而析出,進而附著在金屬表面的物體物質。大部分存在水中的化合物對水的溶解度較低,當濃度高於溶解度,就會形成水垢(或淤渣)。管路中一旦產生水垢,便會增加管路的摩擦力,降低電爐或熱交換器的熱效率,最後會阻塞管路。防垢劑在維持各種設備的效率與安全方面,扮演重要的角色。

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本文摘自《石油之後,主導人類未來100年命運的新能源霸主:頁岩氣》,由臉譜出版

 

 

 

 


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