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2021/12/25
天然氣到底是不是清潔能源？它的價格真的便宜嗎？和可再生能源相比，它到底有何不同？
關於「天然氣」的謎思
關於「天然氣」，我們既陌生又熟悉。在大家的普遍認知里，它是優質的燃料和化工原料。天然氣主要用途是作燃料，可製造炭黑、化學藥品和液化石油氣，由天然氣生產的丙烷、丁烷是現代工業的重要原料。
但是，在我們的認知中，天然氣始終有一層神秘的面紗。關於它，大家褒貶不一：它到底是不是清潔能源？它的價格真的便宜嗎？和可再生能源相比，它到底有何不同？小編在一本書中尋到了答案。悄悄告訴你，這本書還沒有上架哦~現在，小編節選此書片段，讓我們一睹為快！
天然氣——一座斷頭橋
2010年9月10日清晨，加州聖布魯諾市Crestmoor小區的天然氣管道發生爆炸，聲音巨大且威力十足，如同地震一樣，附近的居民從睡夢中驚醒。據現場目擊者描述，爆炸所產生的「火牆有1000英尺高」。美國地質調查局後來把此次爆炸的強度定為相當於1.1級地震。這起爆炸造成8人死亡，將附近所有住宅夷為平地，並在地面上形成了一個長51米、寬7.9米的巨坑(見圖8.1)。
圖8.1 聖布魯諾天然氣大爆炸所造成的破壞
聖布魯諾天然氣大爆炸揭示了一個我們曾忽視的危險事實：氣體管道會泄漏。當這種氣體是甲烷(天然氣)的時候，就會發生災難性的後果。在1906年，也就是聖布魯諾發生天然氣大爆炸的大約100年前，發生過一次地震，那次地震以及由此引起的大火破壞了當時美國西海岸最重要的文化、金融和貿易中心——舊金山。在那次地震中，大約有2.5萬棟建築物被毀，3000人死亡，30萬(總人口大約40萬)人無家可歸。高達7.9級的地震極具毀滅性，但是據估算，舊金山90%的破壞是因為地震造成煤氣主管道斷裂而引發的火災。
天然氣是清潔能源嗎？
20世紀上半葉，有一種新材料曾風靡一時。在1939年的「紐約世界博覽會」上，該材料被宣傳成一種「神奇的礦物」，並且因「造福人類」而廣受讚譽。該材料在很多產品中都得到了應用，從紐扣、電話，到電氣設備面板。心臟外科醫生將其用作縫線，而且該材料被認為非常安全，可以用來凈化食物，並可添加到牙膏里使用，這個神奇礦物就是石棉。
天然氣是一種新的「神奇」化石燃料。油氣行業的發展已經全然把天然氣提升為清潔能源。這個行業不斷地提醒著人們，天然氣發電廠產生的溫室氣體只有燃煤發電廠的一半(見圖8.2)。但有一點卻沒有說明，那就是當向大氣排放未燃燒盡的氣體時，甲烷(天然氣的主要成分)也是一種溫室氣體，而且它的溫室效應是二氧化碳的72倍(按20年計算)。
圖8.2 華盛頓的廣告語：「感謝天然氣，你減少了二氧化碳的排放！」（圖片來源：托尼·西巴）
天然氣的泄漏涉及其整個供應鏈。從開採、儲存到數十萬英里的管道運輸都可能發生泄漏。根據美國環境保護局的數據，甲烷每年的泄漏量高達850億立方米，佔全球甲烷產量的3.2%。這些甲烷泄漏量的溫室氣體效應相當於全美一半的燃煤發電廠。
引發2010年聖布魯諾大爆炸的那段破裂天然氣管道是在1956年鋪設的，是一種管壁厚度不均勻的鋼管。聯邦調查員表示在管道上發現了很多有問題的焊接點。管道里不斷增多的天然氣增加了管道內的壓力，管道變得越來越脆弱，最終發生了爆炸。
石油和燃氣公司競相鋪設新的管道。僅在2008年一年的時間裡，鋪設的新管道就超過4000英里。但天然氣的輸送主要還是靠以前的老管道。美國境內的天然管道長達30.5萬英里，但是一半以上都是在20世紀五六十年代鋪設的。美國交通部的數據顯示，超過12%的天然氣管道是在20世紀四十年代或之前鋪設的。而聖布魯諾的天然氣管道恰好是在當時的建設高峰期修建的。美國聯邦第一部管道安全法案《天然氣管道法案》直到1968年才出台。
根據美國能源部的消息，在接下來的20年裡，美國的天然氣產量預期將會增加50%。在首部聯邦管道安全法案頒布前鋪設的數萬英里的老舊、生鏽的天然氣管道，運送量越來越大，承受的壓力也越來越大，那麼我們預測一下將有多少甲烷泄漏？
令人驚訝的是，因為沒有規定要求管道所有者提供此類數據，很少看到有關管道泄漏數據的報道。在此方面，美國第一次破天荒的報道了波士頓的管道，總長785英里，共發現有3356處泄漏，也就是說每英里就有4.3個泄漏點。照此比例推算，美國境內總長30.5萬英里的天然氣管道上可能有130萬個天然氣泄露點。
近期，波士頓天然氣管道的原班調查小組在杜克大學教授羅伯特•傑克遜的帶領下，對華盛頓的天然氣管道系統進行了調查，發現有5893處泄漏點。而且在一些人孔處，甲烷濃度高達50萬ppm，是爆炸下限濃度的10倍。「我們在這兩個城市測得的泄漏密度是差不多的，但首都華盛頓的平均甲烷濃度卻更高。」研究小組成員、波士頓大學地球與環境系的教授內森•G•菲利普斯表示。一些地方的泄漏量相當於兩到七個家庭的天然氣用量，其中有十幾處泄漏存在爆炸危險。
甲烷是一種溫室氣體，其危害程度(20年)是二氧化碳的72倍。 在效率比較高的發電廠，燃燒甲烷發電所排放的二氧化碳是燃燒煤排放量的50%。即使這樣，只要有1%的甲烷泄漏率就可以抵消這個優勢。哪怕我們把目光放遠，相信甲烷在100年裡的溫室效應僅為煤炭的25倍，那麼只要甲烷的泄漏率達到3%，其溫室效應就不會低於煤炭。
2013年的萬聖節，也就是聖布魯諾天然氣大爆炸三年多之後，太平洋燃氣電力公司(PG&E)在《舊金山紀事報》中自豪地宣布，他們已經在其長達6750英里的天然氣管道上安裝了90個新的自動閥門，並更換了69英里的管道。太平洋燃氣電力公司——美國最大的公用事業公司(按市值計)在美國花了20億美元才在爆炸發生三年後更換了其稍多於1%的天然氣管道，那麼，又要花多少時間和成本才能升級其餘99%的管道呢？
按照太平洋燃氣電力公司的說法，被升級改造的69英里天然氣管道，每英里成本不到2900萬美元。照此成本推算，納稅人需要支付1937億美元對太平洋燃氣電力公司沒有維修的6681英里管道進行升級改造。截至2012年底，太平洋燃氣電力公司有440萬名天然氣用戶。如果進行上述的升級改造，那麼誰將支付這些費用呢？當然還是用戶。費用是多少呢？每個用戶需要支付4.4萬美元才能徹底修復整個天然氣管道系統。這與「廉價天然氣」的說法嚴重不符。然而，那些試圖讓人們相信天然氣是清潔能源的廣告和遊說活動卻成功了。
加利福尼亞州聖何塞市、西班牙塞維利亞等許多城市都曾自豪地強調其「清潔燃氣巴士」是用天然氣驅動的(見圖8.3)。
我們現在知道了，天然氣並不清潔。當我們說到未來的能源應該是清潔、分散式的能源時，我希望人們清楚一點：天然氣不是清潔能源的未來。
圖8.3 一輛行駛在聖何塞馬路上的「清潔燃氣」巴士，燃料是天然氣（圖片來源：托尼·西巴）
天然氣便宜嗎？
1999年3月，一桶石油的價格為11美元。在20世紀末，能源專家表示，人類正在進入一個廉價且供應充足的石油時代。《經濟學人》雜誌曾經預測，每桶石油的價格要降到5美元；阿爾及利亞能源部長也曾經宣稱，石油價格可能會跌到2美元～3美元一桶。
一桶石油的容量約為159升。據美國能源信息署報道，美國煉油廠能從每桶石油中提煉出72升的汽油。1999年，汽油的生產成本曾達到每升2.64美分～6.6美分。在汽油未和消費者見面之前將汽油的價格翻倍以獲利，但即使這樣，你看到的汽油零售價格合每升5.3美分～13.2美分。
底特律曾經生產出歷史上耗油量最大的汽車。通用汽車公司旗下的悍馬汽車，是一個時代的標誌，是當時的頂級耗油大王，也是身份的象徵。當時，從事汽車和能源行業的每一個人對能源價格走低的趨勢都很自信，甚至那些能夠通過金錢獲取最詳盡信息和分析結果的人對此也深信不疑。
當然，歷史還是發生了變化。隨著新世紀的來臨，石油市場價格迅速上漲，而且上漲趨勢一直持續，到2008年7月，石油價格達到最高點147美元/桶(見圖8.4)。在進入新世紀的前8年裡，石油的價格漲了14倍。這個價格是《經濟學人》雜誌所預測價格的近30倍，更是阿爾及利亞能源部長所預測的50至70多倍。顯然，石油天然氣市場是非常不穩定的，因為他們從根本上還是資源型商品，其價格是瞬息萬變的。
圖8.4 1996～2013年美國原油首次購買價格（數據來源：美國能源信息署）
水力壓裂工藝改變了天然氣市場。美國的天然氣批發價格已經降到了20年來的最低點。曾經在1999年預測千禧年石油價格會更便宜且供應量充足的那一批業內專家，現在又預測說，到下一個千禧年時，天然氣價格會更便宜且供應量充足。
美國能源信息署的數據顯示，天然氣井口價已經從1970年的0.18美元/千平方英尺漲到2012年的2.66美元/千平方英尺(見圖8.5)。儘管出現了所謂的水力壓裂法技術革新，天然氣的價格自1970年以來已然上漲了14.8倍。而同期太陽能光伏的成本則下降154倍。與1970年以來的天然氣相比，太陽能的成本優勢提高了2275倍。
圖8.5 美國天然氣井口價格，單位為美元/千平方英尺（數據來源：美國能源信息署）
對水力壓裂技術的不斷投入，使得天然氣成本從2008年的高點7.97美元降到2012年的2.66美元。氣電早已經開始了代替日漸過時的煤電的步伐，而且已經在電力市場佔據一席之地。天然氣行業像1999年所面臨的情形一樣，各種預測蜂擁而來，而且又有希望成為下個千禧年的廉價能源。如果天然氣價格在未來幾年或十年保持如此低的成本水平，會發生什麼？
市場並不擅長預測化石燃料的價格，最多能預測幾分鐘后的未來。天然氣的價格尤其不穩定(見圖8.6)。從1970年到2020年，太陽能的成本優勢將提高400倍。假設現在的天然氣價格保持到2020年不變，那麼自1970年起，太陽能的成本優勢和天然氣相比，前者將是後者的5911倍。假設天然氣價格重新回到其2000年～2012年間的平均價格(4.90美元)，那麼從1970年到2020年，太陽能相對於天然氣的成本優勢將提高10884倍。
美國民用天然氣價格
圖8.6 美國民用天然氣價格（信息來源：美國能源信息署）
以上數據都是美國天然氣的井口價格。然而，並不是每一個國家都會有機會使用頁岩氣，因為只有那些地質條件符合要求的地區才能使用水力壓裂技術。也就是說，一些國家可以生產更多的石油和天然氣，而其他國家依舊不得不進口採用水力壓裂技術生產的石油和天然氣，承受昂貴且極具波動性的全球價格。需要考慮的另一點是，天然氣一般只是批發時才便宜，其分銷成本哪怕在同一個國家也是很高的。在美國，天然氣出口的成本要高於開採成本，優勢。
圖8.6呈現的是美國居民用戶使用天然氣的價格。請注意表中的幾個細節。第一，價格一直在波動。波動性一直在加劇，價格區間在給定年份里變得越來越大。在兩年的周期里，價格能翻倍，然後又跌去一半。第二，請注意2008年7月，天然氣價格達到最高706美元/千立方米(同期石油的價格也達到了最高點)后價格是如何回落的。不過，儘管「水力壓裂技術革新」在過去幾年裡製造了價格低點，但天然氣的價格仍然是20世紀90年代的兩倍。所以，消費者並未從所謂的技術革新中受益。
對比一下天然氣價格和信息技術或太陽能光伏的價格。網際網路的主要受益者是消費者，而非生產商。那麼，在價格方面，信息經濟和技術定價一定比資源經濟更能使價格長期持續地下降。
太陽能與天然氣價格
與其他的液體(石油)和固體(煤)化石燃料不同，天然氣海運比較困難，這也是為什麼天然氣市場都是區域性的。2012年，美國國內天然氣價格降到最低水平，國際能源署的數據顯示，歐洲天然氣的進口價格是美國的5倍，而在日本則是8倍。
為了從海上出口天然氣，需要對天然氣進行壓縮處理或液化處理。而承運的船隻必須是特製的，運到后還要進行解壓或再氣化處理(見圖8.7)。進出口天然氣要求兩個港口都要使用壓縮天然氣(CNG)或者液化天然氣(LNG)設施，而這些設施的花費是巨大的。
圖8.7 傳統能源（化石燃料和核能）價值鏈（來源：國際能源）
僅澳大利亞一個國家的石油、天然氣公司就投入了2000億澳元(1790億美元)，用於建設液化天然氣廠。雪佛龍公司曾透露，其Gorgon液化天然氣廠將花費520億澳元(466億美元)。
我們將上述成本與可滿足全澳大利亞電力需求的太陽能光伏電廠的建設成本做一下對比。對於澳大利亞天然氣發電和太陽能發電之間的成本比較，本人引用以下澳大利亞能源業的實際情況予以說明：
澳大利亞的年發電量：根據澳大利亞資源和能源經濟局的統計，2009年的發電量為2416億千瓦時。
日照輻射量：2100千瓦時/m2/年。
太陽能電池板的效率：15.9%。
光伏發電設備的安裝費用：每瓦1.62美元。
光伏發電設備每瓦的安裝費用可能會讓美國人大吃一驚。澳大利亞的這個價格要遠低於美國。SolarChoice的數據顯示，2013年7月，澳大利亞5千瓦的住宅太陽能系統，安裝費用平均為每瓦1.76澳元(1.62美元)，而澳大利亞珀斯市的安裝費用則低至每瓦1.38澳元(1.27美元)。
如果採用上述平均安裝費用，那麼只需投資1860億美元的太陽能發電設施，就可以滿足整個澳大利亞的電力需求。如果按照珀斯市的安裝費用計算，那成本就更低了(每瓦1.27美元)，1460億美元就足夠了。
公用事業規模的太陽能項目造價要遠低於住宅太陽能項目，所以成本低不是毫無根據的。而且，太陽能的成本還在快速下降。所以，最終的數字很有可能要低於1860億美元。
根據我的計算， 如果全部用太陽能光伏電廠給澳大利亞供電， 那麼所需費用接近(1860億美元)或者低於(1460億美元)石油天然氣行業目前向幾個液化天然氣廠(1790億美元)注入的投資。
請記住，這1790億美元的投資僅僅用於天然氣液化，這只是傳統能源價值鏈中的一步(見圖8.7)，其中並不包括開採成本、管道鋪設到港口的成本、海運成本、再氣化成本以及在天然氣接收端鋪設更多管道的費用。
傳統能源價值鏈的每一步動輒就需要數百億或者上千億美元的投資。而且，這還只是把天然氣從地下送到發電廠的費用。建造發電廠、燃燒天然氣發電、通過輸氣管道和配氣管道輸送天然氣以及將天然氣送到千家萬戶，還需要額外的成本。
天然氣從地下獲取，最終轉換為電能驅動家用電腦，所經歷的過程漫長而又曲折。擅長用複雜裝置完成簡單任務的美國著名漫畫家魯布•戈德堡，如果獲得無限多的納稅人的錢去建造發電廠，那麼他很有可能就會想到採用化石燃料供應鏈的那套裝置。
綜上所述，天然氣發電比太陽能發電的成本高，而且高的出奇，尤其是還要加上水力壓裂開採和管道泄漏對空氣、水和土壤的環境破壞成本。
比如，北達科他州的水力壓裂井每天會產生多達27噸的放射性廢料。頁岩石內含大量的鐳，這是一種可用於治療癌症的放射性元素。鐳-226的半衰期為1601年，這意味著一半的鐳會從現在開始釋放16個世紀的輻射。那麼，誰將會為這些污染埋單？當然是你我，而不是石油和天然氣行業。
在歐洲，天然氣是需要進口的(而且價格高昂)，天然氣無法與佔比很高的太陽能和風能競爭。歐洲的電力公司已經削減或取消了對新天然氣發電廠的投資。意昂集團(EON)是德國最大的電力公司，該公司一直在他們的兩個天然氣發電廠上燒錢。這兩個發電廠一直依靠從電網運營商那裡拿到特別補償金運營。
當採用水力壓裂技術開採化石燃料時，美國的石油和天然氣行業就會免於很多環保法律的約束，其中包括：
《清潔空氣法》
《潔凈水法》
《安全飲用水法》
《國家環境政策法》
《資源保護與回收法》
《應急規劃和公眾知情權法》
《綜合環境反應、補償和責任法(超級基金法)》
可以說，當開採天然氣造成污染時，石油和天然氣行業要麼凌駕於法律之上，要麼就是改寫法律。石油和天然氣行業享有特權，幾乎可以隨意地污染水、土地和空氣。當「規制俘虜」問題(立法者被規制中的產業所控制)達到美國那種程度時，發生像英國石油(BP)公司墨西哥灣漏油事件那樣的事故也就在所難免了。
我們已經忘記了亞伯拉罕•林肯在葛底斯堡演說中的一句話：「這個民有、民治、民享的政府，永遠不會從地球上消失。」而現在已經變為：「這個由能源行業所有、由能源行業治理、由能源行業所享的政府，有毀滅地球的權利。」
這些污染成本是真實存在的，但是卻由納稅人來埋單，而不是製造污染的行業。這些行業也無需公布其每一次「水力壓裂」時，注入地層(和水裡)的數百種有毒化學物質的名字。現在我們知道這種技術會把放射性鐳從地層中釋放出來。我想知道放射性鈾或鈈是不是也進入到這些井眼裡了。然而，即使是生活在水力壓裂地區的美國公民，也沒有知情權。
水資源保護和天然氣的終結
採用水力壓裂技術鑽一口天然氣井需要750萬升～1500萬升的水。如果下次你讀到或者聽到水力壓裂技術時，想想這得需要用掉多少水！
到目前為止，水力壓裂技術已經在美國應用了一百萬次以上。2009年，美國境內有49.3萬眼天然氣井處於工作狀態。據估算，為了獲取更多的天然氣產量，這些井中有90%都使用了水力壓裂技術。而僅僅在賓夕法尼亞州，廢棄的石油和天然氣井就達15萬眼之多。
設想一下，如果使用太陽能光伏(或風能)代替水力壓裂技術，那將會節省多少水啊！如果全部採用太陽能光伏(或風能)發電來滿足美國的日常電力需求，僅需要1.1萬立方米的水，也就是大約1100萬升。
如果使用太陽能光伏和風能給全美國供電，那麼所需要的水量和用水力壓裂技術打一口天然氣井的相同。確切地說，太陽能的用水效率是天然氣的100萬倍。單從水的使用情況來看，天然氣根本不是太陽能和風能的對手。
如果我們考慮水力壓裂法將壓裂后的水排入河流時所帶來的污染，太陽能和風能的優勢就更大了(見圖8.8)。排放這些污水是違法的，而在當下的社交媒體時代，一個行業想隱藏其固有的行為已經是不可能的了。用谷歌搜索「水力壓裂技術非法傾倒廢水」，可以搜到5萬多條結果。在這些結果中，包括了彭博社的「埃克森公司被指控在賓夕法尼亞州非法傾倒廢棄物」和哥倫比亞廣播公司的「石油公司被拍到在中央山谷非法排放水力壓裂廢水」。在後一條新聞報道中，提供了一段由加州克恩縣的一個農場主錄製的視頻。視頻中，一支無所顧忌的鑽井隊正向一條河流傾倒水力壓裂后的廢水。
圖8.8 頁岩天然氣生產技術和可能造成的環境危害（來源：國際能源署）
指數投資，線性收益
根據國際能源署報道，石油需求將從2011年的每日8740萬桶增至2035年的每日9970萬桶。大部分新的石油都會是通過水力壓裂法、油砂及其他非常規技術提取的「非常規」石油。該過程的年複合增長率(CAGR)為0.5%。
有報道曾預言天然氣「黃金時代」即將到來。國際能源署預測天然氣的產量將會2012年的3.721萬億立方米增長至2035年的5.112萬億立方米，增幅為37.4%。該過程的年複合增長率(CAGR)為1.37%。2010至2035年，也就是所謂的「黃金時代」，全球石油和天然氣行業將在勘探和鑽井等上游產業投資15萬億美元，以滿足全球對石油和天然氣日益增長的需求。在這期間，全球石油和天然氣行業的投資額將超過美國的國內生產總值以換取「可觀」的每年0.5%～1.4%的增長。
不知我是否已經表述清楚。儘管石油和天然氣行業將會迎來一個「黃金時代」，但卻需要高達數萬億美元的巨額投入，還需要無數的沙、水，以及「沒人知道是啥」的化學物質，由整個社會承擔可怕、沉重的環境代價。而最終的結果也就是每年最多1.37%的增長。
有沒有企業願意投資15萬億美元的資金換取1%的收益呢？我們看一下國際能源署的報告就能明白為什麼石油和天然氣行業的企業會做這樣一種投資了。報告顯示，化石燃料行業在2011年獲得了5230億美元的補貼。在2010年～2035年間，補貼將會達到13.5萬億美元，相當於這一時期石油和天然氣行業總投資額15萬億美元中的約90%。
石油企業的高管算盤打得很好：石油和天然氣鑽井所需要的資金投入，90%由納稅人承擔；鑽井使用的是公共土地和公共水資源；而鑽井商無須為污染空氣、水資源和土壤負責。納稅人承擔費用和風險，而石油和天然氣行業的企業卻賺取數萬億美元的高額利潤。這個模式為石油和天然氣行業帶來了巨大的回報。
所以，天然氣這種新興的「神奇化石燃料」是一座斷頭橋。它是一種破壞性巨大、資源效率低下、經濟上不可行的能源，是政府的保護、免於法律制裁、再加上納稅人數十萬億美元的補貼才使天然氣行業得以為繼。
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