近年來,美國二氧化碳汙染的下降源於燃燒天然氣代替煤炭。真的是這樣嗎?鑑於美國透過《清潔電力計劃》等行動來應對氣候變化依賴於發電廠更多地燃燒天然氣而不是煤炭,這個答案在政治和科學上都非常重要。
與煤炭相比,燃燒天然氣每兆瓦時發電量產生的二氧化碳量約為一半。然而,即使是一半的二氧化碳,當分佈在數百個發電廠時,也太多了,無法實現到2050年將二氧化碳排放量減少80%或到本世紀末減少100%等目標,以避免超過2攝氏度的全球變暖、海洋酸化、不可避免的海平面上升和極端天氣等科學家預測的其他不良影響。《清潔電力計劃》規定,最先進的天然氣燃燒發電廠每兆瓦時發電量仍可排放771磅二氧化碳。那麼,天然氣是通向清潔能源未來的橋樑,還是通向氣候災難的稍微長一點的路線?
要回答這個問題,過去或許可以提供一個粗略的指導。大約在21世紀初的同一時期,美國經歷了經濟衰退、向更多天然氣過渡的能源轉型以及逐步減少生產鋼鐵等高汙染產品的轉變。那麼,這些因素中哪個因素最應歸功於隨之而來的美國全球變暖汙染的下降?這是一個需要解決的重要難題,因為經濟衰退並未被廣泛視為一種政策選擇(儘管有“去增長”的倡導者),而將水力壓裂技術(即從頁岩中提取天然氣的過程)出口到其他國家以幫助實現更清潔的化石燃料習慣卻是一種選擇。
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為了理清所有這些相互競爭的解釋,或者至少找出它們各自的相對重要性,科學家們使用了一種稱為結構分解分析的數學技術。其工作原理如下:有一個很大的數字需要關注,例如,一個經濟體的總消費量。這個大數字可以分解為促成因素,例如人口規模和人均消費量。當總消費量發生變化時,保持人口規模不變,您就可以得出人均消費變化導致的總消費變化。然後,保持人均消費量不變,同時改變人口規模,您就可以得出每個因素對總消費的貢獻。
一組科學家和經濟學家使用這種數學分析來研究1997年至2013年期間美國的二氧化碳排放量,在此期間,總汙染量減少了近8億噸,大約相當於德國的年汙染量。該小組研究了六個不同的因素:人口和人均消費量,此外還有消費模式的變化;產業的變化;經濟的能源強度;以及燃料組合的變化。
研究發現,在2007年之前(因此,也是經濟衰退開始之前),美國二氧化碳汙染持續增長,這主要是因為經濟持續擴張;人們購買的東西越來越多。2007年之後,美國二氧化碳汙染下降,但大約80%的下降是因為人們和公司購買和建造的東西減少了,另外還有重工業的減少。這一發現與美國能源資訊署、太平洋西北國家實驗室和CO2記分卡等機構之前的許多分析結果一致,這些分析也得出了2008年大衰退是導致觀測到的排放量減少的主要原因的結論。事實上,僅2012年一個暖冬就在最近的二氧化碳減排中發揮了過大的作用。
然而,天然氣在減少能源部門的汙染方面確實發揮了重要的支援作用——隨著人們和公司開始購買更多的東西,這種作用隨著時間的推移而增加。根據這項新的分析,擺脫煤炭燃燒的轉變抵消了人口增長。事實上,廉價而豐富的天然氣似乎幫助阻止了約160座新的燃煤發電廠的建設,這些發電廠多年來會排放數億噸二氧化碳。
自2009年以來,煤炭在美國發電量中的份額一直在下降,自1990年以來,已建造了超過180吉瓦的天然氣發電廠。一座1吉瓦燃煤發電廠的電力可以透過燃燒10億立方米的天然氣來代替,每年可節省約300萬噸二氧化碳,此外還可以減少其他空氣汙染,如導致酸雨的二氧化硫或產生煙霧的氮氧化物。目前,美國燃燒天然氣的潛在發電量是燃燒煤炭的1.5倍,而代表該國約7%發電量的燃煤發電廠今年正在退役,主要集中在該國東部地區。《國家可再生能源實驗室的一項分析》表明,天然氣和風力渦輪機和太陽能電池板等可再生能源已經彌補了煤炭缺失造成的不足——這似乎是長期能源轉型的開始。更簡單地說,目前天然氣可能正在抑制美國發電產生的二氧化碳排放量的增長。
但天然氣不僅僅扼殺了煤炭。從佛羅里達州到威斯康星州,燃氣發電廠正在取代核電廠。然而,這種燃料轉換實際上會增加二氧化碳汙染。而且,在缺乏可再生能源配額制(要求一定比例的電力來自可再生資源)等強制措施的情況下,天然氣也可能會阻止風能和太陽能發電場或地熱發電廠的建設。
此外,所有燃燒天然氣的發電廠仍然會排放二氧化碳,儘管比同等的燃煤發電廠要少。在一個以零排放為目標的世界裡,這種減少最終是不夠的。事實上,全球建造的1000多吉瓦天然氣發電廠如果在未來50年內執行,將排放約3000億噸二氧化碳——或者超過世界剩餘碳預算的一半以上。超出該預算可能會鎖定氣候變化的最壞影響,無論是快速的海平面上升還是極端天氣。廉價的天然氣甚至可能會減緩美國重工業的轉型:由於廉價而豐富的天然氣,新的化肥廠和化工廠已經建成,新的鋼鐵廠可能也指日可待。最後,天然氣可能會洩漏,向大氣中增加甲烷,這也加劇了全球變暖。
在可能需要數十年才能實現的能源轉型的背景下,美國沒有20年的時間讓天然氣分別扼殺電力和交通運輸中的煤炭和石油,然後還需要50年的時間才能用可再生能源和/或核電廠為電動汽車和卡車提供動力來取代現在根深蒂固的天然氣。美國環境保護署預計,到2030年,天然氣將產生美國三分之一的電力,而可能使天然氣接近零碳的技術,如捕獲和儲存二氧化碳的技術,尚未在氣態化石燃料上嘗試甚至測試。
由於所有這些原因,天然氣是通向零汙染未來和真正清潔能源的薄弱橋樑——跨度不能超過幾十年。不過,由天然氣組成的橋樑總比沒有橋樑好。
