随着美国开启页岩气革命的大幕，天然气在全球能源版图中占据越来越重要的位置。但是天然气是否真如人们认为的那样，是一种可以实现低碳减排的清洁能源？

　　美国工程院院士、德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texasat Austin, UTA)化学工程学院教授、UTA能源与环境资源中心主任David Allen认为，如果不重视天然气生产过程中的甲烷排放问题，将无法发挥其清洁能源的功效。“我们需要找到一个在技术上和经济上都可行的解决方案，才能够将天然气在减排方面的优势最大程度地发挥出来。”

　　应重视天然气生产中的甲烷排放

　　David Allen在国家能源集团清洁能源国际高端论坛上表示，近年来，美国天然气产量一直保持快速增长，而且在未来几十年内仍将持续这一势头。“这给我们的能源体系带来了一系列的转型，尤其是改变了美国能源供应和发电的方式。”

　　此前美国主要以煤火电为主，而现在主要的发电能源变成了天然气。与此同时，开采天然气资源也促进了石油的生产，这意味着美国进口的石油开始减少。此外，对化工的生产也有所促进，从美国石油化工转型成为轻工业的、由天然气做基础的化工产业。

　　不断增长的天然气使用率，为美国带来了怎样的影响？David Allen指出，包括土地用途等都出现了一些变化。“大量的人口涌入那些生产天然气的区域，导致用水的量增加不少。而且通过液压开采天然气，在生产的过程当中可能会造成地壳的移动，造成小的局部地震。”

　　由于人口和生产设备的增加造成了交通流量上升与噪音的增加，空气质量也受到影响——臭氧排放导致雾霾，以及空气中有毒物质的增加。

　　“尤其要强调的是温室气体，要从天然气的供应链角度来看待温室气体。与其他化石燃料相比，分析天然气所排放的温室气体情况究竟如何。”David Allen说。

　　他指出，虽然煤火电厂排放的二氧化碳远超天然气发电厂，但是天然气中的甲烷其实也是温室气体。“一公斤甲烷进入大气层后，未来20年间导致的大气升温效果（温室效应）比同样重量的二氧化碳高出84倍。”

　　来自联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)的数据也支持了David Allen的这一说法。经历一个世纪的时间后，甲烷的升温效应仍然是二氧化碳的28倍左右。而且，向大气层中排放的甲烷在降解过程中也会产生二氧化碳。

　　“这是一个非常漫长的周期。换言之，大气层中不仅有别的资源物质所排放的二氧化碳，还有甲烷经过长时间变化而最终形成的二氧化碳。在这种情况下，二氧化碳可以被认为比甲烷更具有良性。”

　　对此，David Allen指出，从长期和短期来看甲烷是否是更为重要的一种温室气体，并且应得到更高的重视。

　　预测甲烷排放量难度大

　　近年来，美国普林斯顿大学的科学家们比较了甲烷和二氧化碳的升温效能并发表了相关论文。David Allen介绍，这一研究结果显示，如果用天然气代替煤并想在短时间内获得益处，甲烷必须能够非常好地传输天然气效能。在天然气替代煤的过程中，既要不产生甲烷，又不能让甲烷发生逃逸。

　　在过去这些年间，气候变化的速度远远超过研究界的预期。“我们必须立即采取措施。用其他资源来替代煤。从整个供应链层面看，要用天然气取代煤或者石油——这两者相比较，天然气取代石油所需要做的改进更多，想要达到减排的目的也要付出更多的努力才行。”David Allen说。

　　他介绍道，目前在美国并没有可直接衡量的标准用于分析，天然气系统究竟要如何代替煤炭或其他化石燃料。“至少从1990年代到现在为止都没有相关数据，因此我们从2013年开始进行这方面的标准设定。通过这种测量来考察在天然气供应链过程中甲烷的各种数据，并且在为英国能源和气候变化部做尽职调查的过程当中做了相应研究，即页岩气的开采和使用中可能会带来一些温室气体的排放情况。”

　　事实上，英国的这份报告并没有得出明确的结论。David Allen指出，报告中提出甲烷泄露比例可能为1%到10%，但这一数字对科研的帮助并不大。

　　“1%~10%意味着，我们看不出用天然气取代传统的化石燃料是否真能带来什么好处。”

　　那么，为什么这一预测工作难度这么大呢？

　　David Allen以美国开采页岩气的重镇达拉斯为例，过去几年间当地打井超过2万个，是美国首批页岩地产地之一。如今已经成为该国主要的天然气产地之一，发展速度非常快，也因此出现了很多新的设备，各种情况也在不断地变化，给预测带来不小的难度。

　　测量人员必须在生产产地建立测量的设备，并且要开着飞机飞越不同的生产地区，使用卫星云图等不同技术获取详细的数据。“这其中可能会找到一些重要的数据，能够为未来的发展做一定的指引。”David Allen说。

　　控制完全回流率

　　在英国能源和气候变化部所做的分析报告中，关于1%到10%的甲烷泄露率中，有一个非常重要的概念即完全回流率。David Allen表示，这一概念对很多人而言仍然比较陌生。

　　“甲烷泄露排放的预测量与实际排放量往往存在很大差异。其中有非常大的回流，但是我们还不确定到底有多大。2012年到2015年，美国对完全回流率进行大量控制，能够实现对99%的泄漏甲烷进行回收。与没有办法控制回流的情况相比，差距非常大。”

　　开采天然气采用液压裂解方法时，会打一个纵向7000到1万英尺深的井，液压裂解的压力会将液体压上来。多年来，这些液体都会被储存在一个开放的池子里，其中的甲烷便直接被排放到空气中。

　　“目前采用的控制回流措施非常的简单，只要用一个分离器将气、油和水分离开即可，气被点燃后会余留一些甲烷，但是大部分都已经被点燃排出去了。”David Allen解释道。

　　他认为，完全回流是甲烷泄露的最大源头，只有在天然气整个生产过程中控制和减少完全回流而产生的温室气体，天然气才有可能实现减排的意义。

　　全球范围内天然气生产过程中所产生的甲烷排放，目前人类能够捕捉到的仅为2.3%。“2.3%是能捕捉到的最高的比例，平均数值还更低。事实上，天然气能实现更高的减排目标，但非常遗憾的是，在天然气整体生产过程中由于没有控制回流，使得很多甲烷被排放至大气中，造成了温室气体的增加。”

　　目前美国天然气的甲烷捕捉率为1.7%~2.3%。David Allen指出，在整个天然气供应链当中，可能源头一个小小的破裂就会导致泄漏或者大规模的甲烷排放。“因此，我们需要找到一个在技术上和经济上都可行的解决方案，才能够将天然气在减排方面的优势最大程度地发挥出来。”

　　如何减少天然气整个生产过程当中的排放？首先，David Allen认为应当找到更好的气源，“最好开采比较大的气源而不是小气源。在未来一到两年中，有可能出现一个能够用于民用的技术而改变现状。如在2020年底或者是2021年初，通过卫星图像能够预测页岩气储藏地的甲烷含量有多少。这样可以预测在开发天然气资源时，能产生多少甲烷的排放，当然要实现这个技术非常具有挑战性。”

　　未来全球能源面临的挑战非常巨大，页岩油和页岩气已经改变了世界能源的图景。天然气的价格也比较低，但甲烷的排放上仍然存在巨大的问题。

　　“我们需要了解在天然气的生产过程当中，甲烷的排放到底是怎么样的？究竟从哪儿排放出来的？这样才能够找出甲烷的排放点，才能够改善天然气所造成的温室气体的排放。”David Allen说。

　　他还认为，中国的清洁煤技术非常重要，包括如二氧化碳的普及与封存、煤炭的利用等，这可能是最有效的一种化石能源的使用系统，尤其可以帮助人类应对未来的气候变化。

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