原油替代品:能源行業巨頭辯論未來燃料

隨著世界能源需求預計在未來一個世紀內增長三倍以上,埃克森美孚和殼牌高管承認,取代廉價且高效的原油和煤炭是必要的(且困難的)


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


墨西哥灣英國石油公司深水地平線災難中浮出水面的真相,以及數億升石油,是世界沒有現成的替代傳統燃料形式(如原油)的替代品,並且可能在一段時間內不會有,尤其是在全球能源需求增長的情況下。包括天然氣、風能、太陽能、核能和生物燃料在內的更清潔的能源替代品,在產生溫室氣體的石油(以及煤炭)方面取得了進展,但在這些廉價、高效的燃料來源能夠逐步淘汰之前,還有很長的路要走,這是最近在Technology Review的新興技術(EmTech) 會議(在馬薩諸塞州劍橋市舉行)上 assembled 的一個主題小組得出的結論。(Technology Review 由麻省理工學院出版,會議也在那裡舉行。)

化石燃料(特別是石油和煤炭)在 2000 年佔全球能源消耗的近 90%,預計仍將是 21 世紀的主要能源,在 2100 年供應 70% 至 80% 的能源需求,根據 2007 年美國氣候變化科學計劃報告(pdf),該報告由美國能源部氣候變化科學計劃產品開發諮詢委員會編寫。

考慮到埃克森美孚和殼牌的專家組成員在石油、天然氣和煤炭行業中擁有巨大的利益,以下是該小組對為什麼石油和煤炭如此難以被以下替代能源取代的看法

天然氣
埃克森美孚贊成提高美國天然氣的消耗量,部分原因是與煤炭相比,天然氣每小時燃燒產生的溫室氣體至少減少 50%,埃克森美孚高階技術顧問納齊爾·博爾在小組討論中表示。當然,埃克森美孚在天然氣方面有重大投資,它是全球最大的生產商之一,並且最近收購了 XTO 公司,該公司積極開發從阿巴拉契亞盆地馬塞勒斯頁岩地層中提取天然氣的方法。此外,即使天然氣不是可再生資源,但儲量也很豐富。“頁岩氣將在短期內徹底改變這個國家的能源,”博爾說。我們的腳下是“過去 10 年來最大的能源革命,但人們沒有認識到這一點。”

麻省理工學院斯隆管理學院高階講師、該學院全球變化科學與政策聯合專案聯席主任約翰·賴利也同意,增加天然氣的使用是近期更清潔能源的最佳選擇。賴利也是美國氣候變化科學計劃報告的共同作者之一。

儘管如此,儘管天然氣已經得到廣泛使用,並且與其它選擇相比,不那麼“替代”,但尋找新的來源以滿足不斷增長的需求並非沒有爭議。特別是,人們擔心用於捕獲天然氣的水力壓裂工藝(稱為“壓裂”)可能會對環境和公共健康構成威脅,如果該操作中使用的化學物質汙染地下飲用水。

風能 風能與煤炭相比,在成本競爭力方面遠高於太陽能。“我們認為風能在近期比太陽能更好,因為我們不認為太陽能的成本會降到與風能競爭的程度,”埃克森美孚的博爾說。

風能的問題仍然是其間歇性發電和短暫的儲能能力。賴利說,目前尚不清楚大量風力發電場可能對較低層氣流產生什麼影響,以及這本身是否會影響氣候變化。

太陽能
加州理工學院應用物理學和材料科學教授哈里·阿特沃特表示,到達地球的太陽能總量有能力提供太瓦(萬億瓦)的電力。阿特沃特在“能源的未來”小組討論後的演講中指出,太陽能目前仍僅佔能源發電量的不到百分之一。(全球能源消耗目前約為 15 太瓦。)太陽能發電的困境在於,基於矽的光伏電池效率相當高,但價格也非常昂貴,而薄膜電池相對便宜但效率低下。

阿特沃特說,為了使無補貼的太陽能發電能夠與煤電或天然氣發電競爭,其成本需要達到每瓦 1 美元——如今,太陽能比化石燃料貴三到五倍。他正在研究透過使用包括非晶矽 (a-Si)、銅銦硒化物 (CIS) 和碲化鎘 (CdTe) 在內的材料來利用矽的效率並降低成本的方法。

核能
根據國際原子能機構的資料,2009 年核能滿足了全球近 14% 的電力需求。

然而,在經歷了數十年的穩定增長之後,核能發電量近年來實際上有所下降,因為一些核電站已經關閉(例如日本,由於地震問題),並且新電站的建設已被推遲(最值得注意的是芬蘭的奧爾基洛託核電站)。核能選項(即,使用核裂變反應加熱水,產生蒸汽,從而轉動渦輪機以產生大量電力)的啟動成本很高——建造核電站的成本可能是建造粉煤電站的兩倍以上,賴利說。

生物燃料
殼牌對生物燃料特別感興趣,尤其是藻類,埃克森美孚也是如此,該公司去年向克雷格·文特的 Synthetic Genomics 公司投資了 6 億美元。“是什麼使生物燃料具有可持續性是一個有趣的問題,”殼牌全球解決方案首席科學家何塞·布拉沃在 EmTech 小組討論中說。“它因地區而異。”

生物燃料可能為汽油和柴油提供補充,但賴利說,要完全用生物燃料取代它們,將需要一塊不可能實現的 10 億公頃土地,他還補充說,“僅僅因為生物燃料可以在實驗室中做得很好,並不意味著它可以大規模生產。”

© .