本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
如果發電廠倒閉,工作崗位也會消失,然後城鎮也會消失。這是西弗吉尼亞州紐黑文的擔憂,這裡是龐大的登山者燃煤發電廠的所在地,它便利地位於煤礦旁邊。這就是為什麼早在 2009 年,該發電廠的所有者美國電力公司不惜麻煩和花費安裝了一個巨型化學裝置,以捕獲燃燒煤炭產生的 20% 的二氧化碳汙染。
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但該實驗於 2011 年結束,原因是州政府官員不願為繼續實驗付費,並且缺乏任何聯邦計劃來對排放二氧化碳施加成本。在美國環境保護署 6 月 2 日公佈的新清潔能源計劃之後,這種情況可能會發生變化。
美國環保署著手回答的問題是,如何在應對氣候變化和改善公共健康的同時,為各個州——從幾乎所有電力都來自煤炭的西弗吉尼亞州到沒有燃煤發電廠的佛蒙特州——提供靈活性,以滿足新的二氧化碳汙染標準。對所有能源風格問題的回答不是登山者曾經採用的碳捕獲和儲存,而是主要燃燒更多的天然氣。
這是因為新規則側重於二氧化碳排放率——更具體地說,是指每個州每產生兆瓦時電力所排放的全球變暖汙染物的磅數。美國環保署指出了該國大約 1000 家燃煤發電廠在 2012 年排放二氧化碳的速率,然後設定了 2030 年的目標,類似於加利福尼亞州、紐約州、俄勒岡州和華盛頓州已經存在的基於速率的計劃。
這也是過去 40 年來在《清潔空氣法》下制定的其他汙染標準的工作方式,用於對抗諸如形成煙霧的氮氧化物或導致酸雨的二氧化硫等也來自燃燒煤炭的物質。
新目標從華盛頓州下降 60% 以上(部分基於該州一家大型燃煤發電廠已計劃在 2030 年之前退役)到佛蒙特州根本沒有目標不等。
綠山州是如何逃脫監管的?很簡單:它沒有化石燃料發電廠。相反,它擁有佛蒙特州揚基核電站,該電站每年能夠生產近 40 萬兆瓦時的無碳電力。目前,核能提供了美國目前產生的70% 的零二氧化碳電力(並且由於佐治亞州和南卡羅來納州正在建造新的反應堆,它們在此項新的環保署計劃下獲得了相對較大的減排量。)
但是佛蒙特州揚基核電站遇到了麻煩,它的所有者——公用事業公司 Entergy——計劃在今年年底關閉老舊的沸水反應堆。其他老化的核反應堆被迫與新近便宜的天然氣競爭,也正在關閉。這將使一些州更難以實現其新目標,並且如果建造燃燒天然氣的發電廠,可能會增加二氧化碳汙染。因此,美國環保署已將為保持加利福尼亞州、佛羅里達州、威斯康星州和新澤西州的核電站開放所需的補貼視為“合理成本”(高達每兆瓦時 6 美元),因此要求這些核電站避免的汙染仍保留在這些州的目標中。
一旦環保署的規則於 2015 年生效——一旦規則生效,訴訟將立即開始,這可能會進一步推遲實施,而政治對手已經發誓要採取立法行動——各州將有多種選擇,例如補貼舊的核電站以實現其目標。每個州都將有一個獨特的目標(在機構用語中被稱為“最佳減排系統”),該目標基於其當前的能源供應組合,並且必須在 2016 年 6 月 30 日之前提交計劃以實現該目標。能源效率和轉向可再生能源(環保署此類系統四個“構建模組”中的其他成員)可能會在大多數州發揮作用,特別是自從這些比率部分基於可再生能源目標(在某些情況下設定在低於 2012 年已經達到的水平,例如在愛荷華州、緬因州、明尼蘇達州和南達科他州)。
各州甚至可以聯合起來,就像美國東北部的各州(包括佛蒙特州)加入以建立區域溫室氣體倡議一樣,該倡議是一個碳排放交易市場,始於 2009 年,覆蓋九個州,允許購買和出售二氧化碳許可證,以滿足此類汙染的總體上限。
美國環保署署長吉娜·麥卡錫在 6 月 2 日在機構總部的一次會議上宣佈這些規則時指出:“如果我們什麼都不做,在我們孫輩的一生中,氣溫可能會上升 10 華氏度,海平面可能會上升 4 英尺。“我們能做的最昂貴的事情就是什麼都不做。”
當麥卡錫走出來宣佈新的清潔能源計劃時,環保署的人們像對待搖滾明星一樣對待她,為這歷史性的一天歡呼、吹口哨和鼓掌。麥卡錫補充說:“作為額外的好處,我們將削減導致煙霧和煙塵的汙染 25%,而如果我們沒有這條規則。”“現在這真是一個額外的驚喜。”
這一好處來自於發電廠方面最可能採取的行動:提高利用燃燒煤炭產生的熱量來產生蒸汽的效率,這些蒸汽旋轉渦輪機以發電(如果您想跟上行話,行業人士稱之為“熱效率改進”)。
其餘的大部分將是繼續關閉燃煤發電廠並啟動天然氣發電機 instead 的趨勢,這種轉變與大蕭條一起,已經幫助美國發電廠的排放量從 2005 年的約 2400 太克二氧化碳減少到 2012 年的約 2000 太克二氧化碳。
簡而言之,現有的天然氣發電廠將更頻繁地執行,並且將建造新的發電廠。燃燒天然氣代替煤炭會減少 40% 的二氧化碳排放,這是該計劃下假定的二氧化碳減排量的主要部分。
這是有代價的:那些現在更頻繁執行的天然氣發電廠周圍的社群可能會預計更頻繁地發生區域性高濃度的煙塵和煙霧。
美國環保署還試圖預測未來。該機構的“水晶球”預計,到 2030 年,一個國家將從太陽能、風能和地下熱能中獲得 9% 的電力。擬議規則中寫道:“煤炭和天然氣仍將是美國發電的兩大主要來源,各自提供的發電量將超過預計發電量的 30%。” 因此,到 2030 年,整個 50 個州的電力生產二氧化碳強度將比 2005 年水平下降 30%。
當然,天然氣主要成分是甲烷。而且甲烷是一種比二氧化碳更強大的溫室氣體,這意味著如果發電廠——或向它們供氣的管道和油井——發生洩漏,可能不會有太大的氣候幫助。
到 2030 年,美國仍將貢獻大量的全球變暖汙染物。如果該計劃得到執行,汙染將降至與 1990 年排放量大致相同的水平。這使得美國距離其到 2050 年下降 80% 的目標仍然相差甚遠。麥卡錫在 6 月 2 日簽署的 645 份厚厚的論文可能是《清潔空氣法》的複雜延伸,主要關注州實施、核算、執法和成本與收益,但這僅僅是應對氣候變化努力的開始。
大氣中的二氧化碳濃度已經達到新高——在四月份和五月份的大部分時間裡,北半球的二氧化碳濃度超過了百萬分之400,這是我們人類從未呼吸過的濃度。按照目前的趨勢,到2016年,400ppm及以上將成為年平均值。德國馬克斯·普朗克生物地球化學研究所的生物地球化學家馬丁·海曼說:“答案很簡單明瞭:原因是化石燃料燃燒和土地利用變化造成的排放沒有減緩。”目前,濃度每年大約上升2ppm。
清潔能源計劃不會大幅減緩這種上升趨勢,充其量只能將全球二氧化碳總排放量控制在2%左右。“是的,我們的氣候危機是一個全球性問題,需要全球性的解決方案,而且沒有我們可以使用的孤注一擲的手段來扭轉其影響,”麥卡錫說。但至少世界上最大的汙染國——中國——如果能削減二氧化碳排放,至少還可以獲得額外的好處,即減少隨之而來的其他形式的令人窒息的空氣汙染,這還有一些希望。
美國環保署的清潔能源計劃是邁向結束不再作為開放式汙水管道的大氣漫長道路上的又一步。但是,為了在不加劇全球變暖的情況下燃燒煤炭甚至天然氣,無論是在印度還是印第安納州,都需要進行二氧化碳捕獲和儲存,就像西弗吉尼亞州芒廷尼爾專案所展示的那樣。由於此類碳捕獲和儲存技術的成本,美國環保署不會走得那麼遠。