如何衡量化石燃料的真實成本

隨著石油變得越來越昂貴,確定能源投資方向以獲取能源變得越來越重要

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加拿大的油砂專案蔓延在阿爾伯塔省東北部 600 平方公里的土地上。總理斯蒂芬·哈珀稱從礦藏中開採石油的工業努力是“一項史詩般的壯舉,堪比建造金字塔或中國的長城。甚至規模更大。”

隨著傳統石油和天然氣儲量變得越來越難以找到,並且隨著需求上升,能源公司正在轉向非常規資源,例如油砂,這些資源更難且成本更高。例如,油砂石油的產量在過去十年中增加了兩倍,2011 年達到每天 160 萬桶。

鑑於需要非常規來源,哪些來源最適合開採?獲取這些資源需要異常高的能量——無論是油砂、水力壓裂頁岩氣,還是可以透過注入蒸汽來沖洗出更多石油的舊油藏。為了幫助使用通用指標比較燃料來源,紐約州立大學環境科學與林業學院的生態學家查爾斯·A·S·霍爾建立了一個名為“能源投資回報率”(EROI)的指標。它表示每單位能源支出所提供的燃料能量——能量獲取的比率。較高的 EROI 意味著有更多能量可供使用。在反面頁和接下來的頁面中,我將檢查各種燃料來源的投入和產出,以解釋它們的 EROI。


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霍爾在談到石油和天然氣時說:“你放眼望去,EROI 都在下降。”他的模型表明,現代經濟需要 EROI 至少為 5 的液體燃料;隨著 EROI 的降低,社會在能源生產上花費了大量資金,以至於這些成本侵蝕了本可以用於其他方面的資金,無論是教育、醫療保健還是娛樂。

按照這個標準,交通運輸部門的選項幾乎沒有吸引力[參見下兩頁的頂部插圖]。然而,國際能源署(IEA)表示,為了滿足日益增長的需求,越來越需要低 EROI 燃料。國際能源署已經警告說,石油價格已進入“危險區域”,威脅著經濟增長。電力行業由於可以獲得更豐富的資源,因此享有更好的 EROI[參見下兩頁的底部插圖]。

EROI 指標並未評估燃料的所有優點和缺點;值得注意的是,它沒有解決溫室氣體排放的環境成本或供應問題,例如風能或太陽能的間歇性。儘管如此,EROI 揭示了從給定來源可以期望獲得多少能量。它還可以突出顯示減少汙染的努力——例如從燃煤電廠捕獲二氧化碳——如何極大地改變燃料的經濟承受能力。透過衡量能源投入與能源產出,可以將投資引導到最有效地維持經濟運轉並有助於建設可持續未來的來源。

資料來源:國際能源署;美國能源資訊署;美國農業部;查爾斯·A·S·霍爾等人以及其他研究人員的研究(完整來源列表線上,網址為ScientificAmerican.com/apr2013/eroi

更多探索

重新審視石油峰值後的增長限制。查爾斯·A·S·霍爾和約翰·W·戴,《美國科學家》,第 97 卷,第 3 期,第 230–237 頁;2009 年 5 月至 6 月。

EROI(能源投資回報率)新研究。道格·漢森和查爾斯·A·S·霍爾編輯。《可持續性》特刊,第 3 卷;2011 年。www.mdpi.com/journal/sustainability/special_issues/New_Studies_EROI

國家能源與財富。查爾斯·A·S·霍爾和肯特·A·克利特加德。斯普林格,2012 年。

《大眾科學》線上
有關 EROI 背後的計算以及查爾斯·A·S·霍爾的問答,請訪問 ScientificAmerican.com/apr2013/eroi

大眾科學雜誌 第 308 卷 第 4 期本文最初以“化石燃料的真實成本”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 308 卷 第 4 期 (), p. 58
doi:10.1038/scientificamerican0413-58
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