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自 1988 年以來，詹姆斯·漢森一直在公開談論氣候變化。這位美國宇航局的氣候學家在那一年向國會作證，並且此後一直在向大大小小的聽眾作證，最近一次是在上週在白宮外的一小群宗教領袖面前作證。這位慈祥的科學家有一張飽經風霜的臉龐，似乎早已習慣在數字中看到壞訊息，他的說話節奏緩慢而均勻，帶有美國中北部的口音，這也是他有時複雜的科學能夠被人們理解的原因。
這個謹慎的人也被逮捕過多次。
他的公民不服從行為始於 2009 年，他於 2011 年首次因抗議加拿大油砂的開發，尤其是 Keystone XL 輸油管道計劃（該計劃將進一步擴大此類石油的開採）而被捕。“為了避免突破臨界點，例如啟動南極西部冰蓋的崩塌，我們需要嚴格限制氣候影響。如果我們迅速減少碳排放，仍然有可能做到這一點，但這意味著要迅速轉向未來的清潔能源，”他解釋說。“轉向油砂，地球上最骯髒、碳密集型最高的燃料之一，是朝著完全相反的方向邁出的一步，這表明要麼是政府不瞭解情況，要麼是他們根本不在乎。”
他補充說：“關心此事的人應該劃清界限。”
關心此事的不止漢森一人。除了對 2700 公里長的 Keystone 輸油管道的強烈反對外，他的 17 位氣候科學家同僚也加入他的行列，簽署了一封信件，敦促總統巴拉克·奧巴馬拒絕該專案。研究人員寫道，簡而言之，建設輸油管道並促使更多油砂的生產“違背了國家和全球的利益”。“您要求的關於該專案的審查年度清楚地表明瞭氣候問題到底有多麼緊迫。”奧巴馬似乎在他的第二次就職演說中同意了這一點，他指出“我們將應對氣候變化的威脅，因為我們知道，不這樣做將會辜負我們的子孫後代。”
與此同時，美國每天進口近900 萬桶石油，每年燃燒近 10 億公噸的煤炭。中國的煤炭燃燒量甚至更大，並且繼續以驚人的速度增長。部分原因在於，全球溫室氣體排放量也在繼續以驚人的速度增長，而且中國是渴望從加拿大油砂中獲取石油的另一個替代客戶。發達國家和發展中國家都不會在一夜之間擺脫對化石燃料的依賴，仍然有超過 10 億人可以透過燃燒更多的化石燃料來幫助他們擺脫能源貧困。在北美關於 Keystone、油砂和氣候變化的鬥爭背後，潛藏的問題是：我們可以燃燒地球上剩餘的多少化石燃料？
萬億噸級的問題
要開始估算可以燃燒多少化石燃料，必須首先猜測全球氣候對額外二氧化碳的敏感程度。如果您認為氣候容易受到溫室氣體濃度即使是很小的變化的影響（就像漢森和其他人一樣），那麼我們已經走得太遠了。大氣中溫室氣體的全球濃度已達到百萬分之 394，高於工業革命前的 280 ppm，並且是至少 80 萬年來看到的最高水平。漢森的計算表明，考慮到當前溫室氣體濃度造成的升溫還不到攝氏一度，世界已經以驚人的速度失去冰層以及其他比預期更快的氣候變化，因此 350 ppm 將是一個更安全的水平。
國際政府已經確定 450 ppm 是他們更喜歡的數字，據稱這將使全球平均氣溫的升幅不超過 2 攝氏度。無論如何，世界目前正朝著遠高於該數字的濃度邁進。自 1896 年瑞典化學家斯萬特·阿累尼烏斯以來，科學家們注意到，達到大約 560 ppm 的濃度可能會導致全球平均氣溫升高約 3 攝氏度的世界，並且隨後的估計繼續證實了他辛苦手寫的計算結果。當然，將溫室氣體濃度降至漢森首選的 350 ppm 或任何其他數字，都是一個非常不自然的想法。在自然界中很少能發現靜態。
無論如何，大氣中溫室氣體的濃度可能不是應對氣候變化的最佳指標。“重要的是我們的總排放率，”斯坦福大學卡內基科學研究所全球生態部門的氣候建模師肯·卡爾代拉指出，他也是反 Keystone 信的另一位簽署人。“從氣候系統的角度來看，二氧化碳分子就是二氧化碳分子，它來自煤炭還是天然氣無關緊要。”
英國牛津大學的物理學家邁爾斯·艾倫及其同事估計，到 2050 年，世界可以向大氣中排放1 萬億公噸碳，才有機會將全球變暖限制在 2 攝氏度以下。迄今為止，化石燃料的燃燒、森林砍伐和其他行為已向大氣中排放了近 5700 億公噸的碳，艾倫估計，按照目前的速度，第 1 萬億公噸碳將於 2041 年夏季左右排放。“碳的噸數是根本，”漢森補充說，他認為燃燒所有可用的化石燃料將導致全球變暖超過 10 攝氏度。“你燃燒的速度快慢並不重要。”
艾伯塔省的油砂代表了大量的碳。以今天的技術，在油砂中大約可以開採 1700 億桶石油，如果能將每一點瀝青都從沙子中分離出來，地下還蘊藏著價值 1.63 萬億桶的石油。“艾伯塔省油砂中鎖定的二氧化碳量是巨大的，”明尼蘇達州聖托馬斯大學的機械工程師約翰·亞伯拉罕指出，他也是來自科學家的 Keystone 抗議信的另一位簽署人。“如果我們燃燒所有的油砂石油，僅燃燒油砂造成的溫度上升就將是我們已經看到的一半”——僅艾伯塔省就估計會額外升高近 0.4 攝氏度。
目前，油砂產業的溫室氣體排放量大於紐西蘭和肯亞的總和。如果可以燃燒所有這些沙子中的瀝青，將向大氣中增加另外 2400 億公噸的碳，即使僅燃燒當今技術可以開採的油砂，也將有 220 億公噸的碳進入天空。隨著技術的進步，儲量通常會隨著時間的推移而增加，否則世界早就耗盡可開採的石油了。
開採和提煉油砂的溫室氣體排放量目前約為每桶石油 79 公斤，而原位熔化瀝青則需要燃燒大量天然氣，根據石油行業顧問IHS 劍橋能源研究協會的資料，這將使排放量增加到每桶石油 116 公斤以上。總而言之，生產和加工油砂石油產生的溫室氣體排放量比美國使用的平均石油多約 14%。而且，由於溫室氣體密集型原位熔化專案的不斷發展，每桶石油的溫室氣體排放量已停止改善，並開始略有增加。“自 1990 年以來，排放量翻了一番，到 2020 年將再次翻一番，”加拿大環保組織彭比納研究所的油砂研究主管詹妮弗·格蘭特說。
僅一個礦山擴建專案，殼牌公司的傑克派恩礦，目前正在考慮用於阿爾比安大型礦址，這將使溫室氣體排放量每年增加 118 萬公噸。“如果 Keystone 獲得批准，那麼我們將鎖定未來幾十年對化石燃料的依賴，”多倫多大學的氣候建模師丹尼爾·哈維說。“這意味著更高的二氧化碳排放量、更高的[大氣]濃度以及我們的子孫後代必須應對的更大的變暖。”
然後還有所有必須從瀝青中去除的碳，才能將其轉化為可用的原油。
隱藏的碳
在美國國務院對 Keystone 專案潛在環境影響的審查中，顧問 EnSys Energy 認為，建設該輸油管道不會對溫室氣體排放產生“任何重大影響”，這主要是因為無論如何，加拿大的油砂很可能會被開發出來。但是，Keystone 輸油管道每天可以額外運輸 83 萬桶石油，並且艾伯塔省的油砂在運輸其產品的能力方面已經遇到了限制。這導致一些人開始透過火車、卡車和駁船運輸石油，這進一步增加了溫室氣體排放量，並且有一項提議要修建一條新的鐵路線，該鐵路線能夠每年從麥克默裡堡向阿拉斯加瓦爾迪茲石油碼頭運輸 500 萬桶石油。
此外，瀝青本身也含有碳。在油砂礦附近的升級廠，或者在瀝青到達中西部或墨西哥灣沿岸的煉油廠後，其長而焦油狀的碳氫化合物鏈被裂解成較短、較輕的碳氫化合物，用於生產汽油、柴油和航空燃料。這個過程的殘餘物是一種幾乎純黑的碳，稱為石油焦（pet coke）。如果石油焦積聚，就必須像在工業裝置中開採煤炭一樣將其炸松。事實上，石油焦是一種煤，通常被用作最髒的化石燃料的替代品。加拿大油砂升級廠每年生產約 1000 萬公噸的石油焦，而美國煉油廠每年生產超過 6100 萬公噸。
石油焦可能是目前可獲得的最髒的化石燃料，每噸排放的二氧化碳比同等數量的最低質量開採煤炭至少高出 30%。根據獨立分析師的多份報告，石油焦的生產（和最終燃燒）未被納入行業對油砂溫室氣體排放的估算，因為它是一種副產品。即使沒有石油焦，國會研究服務處估計，油砂石油產生的溫室氣體排放量也比傳統原油至少高出 14%。
儘管油砂可能是目前生產的氣候友好性最差的石油之一，比諸如在北達科他州頁岩層中水力壓裂法開採石油和燃燒天然氣的替代方案還要差，但該行業已經嘗試減少溫室氣體汙染，這與其他石油產區不同。例如，除了裂解瀝青和製造石油焦之外，還有其他更昂貴的替代方案，如向裂解瀝青中新增氫氣。殼牌公司等公司就採用了這種幾乎不留下碳的過程。
最近，殼牌公司開始在其部分升級廠中新增碳捕獲和儲存（CCS）技術，以捕獲排放物，這個專案被稱為 Quest。該計劃在 2015 年完成時，目標是每年捕獲和儲存 100 萬公噸的二氧化碳，略高於殼牌公司在該地點的運營二氧化碳排放量的三分之一。此外，油砂生產商還面臨碳定價，即阿爾伯塔省規定，每噸排放量超過每桶總產量溫室氣體排放總量減少 12% 的目標，需支付 15 美元的費用。
迄今為止，收集的資金約 3.12 億美元，然後用於投資清潔技術，但超過 75% 的專案側重於減少油砂、非常規石油和其他化石燃料的排放。若要推動更多公司在油砂中實施 CCS，則需要每噸 100 美元或更高的碳價格。“我們省的碳價格並沒有迫使公司追求 CCS，”Pembina 的 Grant 認為。
事實上，阿爾伯塔省的碳價格可能只是一種政治掩護。“如果人們因為我們的碳足跡而攻擊我們，這至少能給我們提供一些彈藥，”前阿爾伯塔省能源部長 Ron Liepert 在 2011 年 9 月告訴《大眾科學》。阿爾伯塔省環境和可持續資源發展署助理副部長 Beverly Yee 最近補充說：“溫室氣體？我們不認為這是一個區域性問題。”從美國的個體司機到油砂工人，再到北美政府的最高層，每個人都在逃避責任。
碳定價
真正的碳價格，即包含災難性氣候變化可能造成的所有損害的價格，正是 Hansen 認為需要確保更多化石燃料（如油砂）被埋藏起來的東西。在他偏愛的方案中，緩慢遞增的碳價格將在化石燃料出土或進入特定國家（如港口）時收取。但是，這筆稅收不應填補政府的國庫，而應以相同金額全額返還給所有合法居民，他稱這種方法為“費用和股息”。“一分錢都不能用於減少國債或抵消其他稅收，”這位政府科學家認為。“這些都是將錢給政府，讓他們花更多錢的委婉說法。”
這種碳稅將使化石燃料比替代能源（無論是風能和太陽能等可再生資源，還是低碳核能）更昂貴。因此，這些後一種技術可能會開始取代燃煤發電廠等設施，或阻止對基石 XL 輸油管道等石油基礎設施進行重大投資。
目前的情況是，根據加拿大石油生產商協會的資料，2011 年，每天生產 180 萬桶油砂石油導致排放約 4710 萬公噸二氧化碳當量，比上一年增加近 2%，並且仍在增長。同一年，美國燃煤發電廠排放了超過 20 億公噸的二氧化碳當量。“如果你認為使用其他石油資源比（油砂）好得多，那麼你是在妄想，”阿爾伯塔大學油砂創新中心科學主任、化學工程師 Murray Gray 說。
換句話說，油砂只是化石燃料成癮的一部分，但仍然是重要的一部分。已批准或正在建設中的專案將在 2030 年之前將油砂產量擴大到每天 500 多萬桶。“任何依賴大氣作為廢物傾卸場的能源系統擴張都是壞訊息，而安全、負擔得起且環境可接受的能源技術擴張則是好訊息，”卡內基的 Caldeira 說。
最近有很多壞訊息，從美國水力壓裂法開採頁岩氣和石油，到中國新的煤礦。牛津大學的 Allen 計算得出，為了在 2050 年之前達到 1 萬億公噸的目標，世界需要從現在開始每年減少約 2.5% 的排放量。相反，去年的排放量創下新紀錄，增加 3% 至 347 億公噸的二氧化碳和其他溫室氣體。
為了阻止更多壞訊息，Hansen 預計他將再次被捕，無論是在抗議西弗吉尼亞州的山頂爆破煤礦開採的活動中，還是在白宮外的靜坐活動中，以說服奧巴馬政府拒絕基石 XL 輸油管道和任何油砂行業擴張。奧巴馬政府已經批准了該輸油管道提案的南部一半。如果北部連接獲得批准（預計在今年 3 月之後做出決定），環保組織“石油變革國際”估計，僅從石油焦來看，墨西哥灣沿岸提煉的油砂每年將產生 1660 萬公噸的二氧化碳，這足以維持五個燃煤發電廠一年的運轉。據 Pembina 研究所計算，總而言之，由於基石輸油管道的開通，油砂產量增加相當於開設六個新的燃煤發電廠。
即使美國石油產量的增加減少了國內對油砂衍生燃料的需求，如果基石輸油管道到達墨西哥灣沿岸，該石油仍將被提煉和出口。與此同時，奧巴馬在第二次就職演說中承諾應對氣候變化，並主張美國在向“可持續能源”過渡的過程中發揮領導作用；批准基石輸油管道可能會朝著相反的方向發展。
Hansen 認為，對於油砂來說，“每單位能量的氣候強迫作用高於大多數化石燃料”，他認為自己正在為他的五個孫輩將要承受或享受的全球氣候而戰。畢竟，他的孫輩沒有一個人經歷過每日氣溫低於平均水平的月份。自 1985 年 2 月以來，美國就沒有出現過這種情況，甚至在 Hansen 開始就全球變暖作證之前。正如他所說：“追求油砂——這種非常骯髒，為了獲得碳密集型燃料而破壞當地環境——是一個非常瘋狂的成癮者的標誌。”