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短期石油资源无法替代

发布时间:2020-01-16 07:50:51

最近几年,新能源领域成了世界各国发展的重点领域。在几个主要的能源消耗大国,太阳能、风能以及其它各类新能源发展迅速。不过同样是新能源,用于发电的各种方法发展很快,几条主要技术路线都已经显示出比化石能源在环境上的好处,对电网的贡献比例越来越高,但是在替代石油的领域,情况就复杂多了。

石油的替代选择有限

石油目前提供了人类运输使用能源的百分之九十多。人们选择石油作为运输用能源的主要形式,是有很多原因的。石油的储量巨大,人们到现在已经开采出了几千亿吨的石油,目前已知的储量按照现在每年四十亿吨左右的开采速度还能维持数十年。这样的数量,目前还是其他非化石能源所不能比拟的。石油属于物质能源,也就是说,能量是通过物质的形式来存在的,这样,与电相比,能量的存储、运输都非常方便,既可以很方便的越洋运输,也可以运送到各个偏远地方,不完全依赖固定的输送网络,还可以方便地被飞机、船舶、车辆携带。石油的能量密度也非常高,对于体积有限、载重量有限的运输器具来讲,这个特点非常重要,也是目前其他的能源形式无法比拟的。

石油虽然比同是化石能源的煤炭清洁不少,但是在其开采、输送、加工和使用过程中,仍然会对环境造成不少影响。特别是在意外事故发生之后,造成的影响可能非常大,比如2010年美国墨西哥湾的漏油事件,对墨西哥湾海域以及周边的陆地地区都造成了不小影响。在一些欠发达的产油国,因为监管不严,治理不力,造成的损失甚至长时间被人们忽视。使用石油造成的温度气体排放问题也非常严重。化石能源都是碳基资源,使用后都需要排放二氧化碳,石油也不例外。巨量温室气体排放造成的气候变化问题,是整个国际社会都在努力解决的问题的问题,寻找石油的清洁替代品,是应对气候变化工作的重要组成部分。

即使不考虑环境问题,人们也需要开始寻找石油替代品了,因为石油要不够用的了。最近几年,石油价格一直处于高位,即使全世界范围的经济萧条也没有让油价下降多少,一个重要原因就是廉价易开采的石油已经无法满足人类对石油的需求,越来越多的非常规石油资源被开采。这些非常规石油资源开采使用的技术复杂、能耗高、投资大,这些都增加了石油开采的成本,也就推高了石油的价格。从这个角度考虑,人们也需要寻找可以抑制石油价格上涨的替代燃料产品。当然,高昂的石油价格也使得一些原本被认为在经济上不划算的替代路线有了经济上推广的可能。

与发电的能源来源的多样性相比,石油替代的选择有限。替代石油,需要寻找总量巨大、易于存储和运输、能量密度高的资源,而同时符合这几点的资源和技术途径很少。一个重要候选,在技术上也相对成熟的,是煤炭液化技术。煤炭的储量要比石油多上不少,转化为燃料油以后,可以拥有石油燃料的全部优点。在技术上,煤炭液化技术已经有将近九十年的历史,二次世界大战期间在德国工业化,现在这条技术路线为南非提供将近四分之一的燃油供应。不过煤炭本身也是化石能源,总储量虽然比石油丰富很多,但是仍然是有限的,即使在一些地方成为替代石油的主力,也不是一个长期的解决方案。

同时目前的煤炭液化技术对环境的危害还明显高于传统石油路线,要克服这些环境危害,人们还需要付出巨大资金代价,一些技术也还不成熟。使用天然气液化工艺生产油类产品也有类似问题。使用一种化石能源来替代另外一种化石能源,肯定不是问题的长期解决办法,要寻找长期的石油替代品解决方案,需要依靠可再生能源。

石油易于保存运输的物质性能源特性使得可以替代石油的可再生能源品种很少。实际上,可再生能源里面只有生物质能源是物质性能源,其他可再生能源是很难被转化成为物质形式的。从这个角度来看,生物质的应用应该尽可能去考虑替代石油的方向,充分发挥生物质物质能源的好处。简单的发电应用,无法发挥生物质能源的这个特长。不过实际上实施起来困难很多。当前成熟的将生物质转化为生物燃料的技术并不多,技术上最成熟的就是糖、淀粉类乙醇和植物油为原料的生物柴油,推广的最广泛的也是这两种生物燃料,目前已经占到世界燃油供应的将近3%。这里面,乙醇以美国的玉米乙醇与巴西的甘蔗乙醇为主,加在一起占了全世界燃料乙醇供应的90%;生物柴油则以欧盟为主,生产了全世界生物柴油产量的一半。但是这两类生物燃料使用的是与人类食品直接相关的淀粉、糖类、油料作物,占用了大量的农业资源,一开始扩大种植就担上了与人争粮与人争地的名声,在世界其他地方推广明显受阻,对于世界上很多粮食安全还不能保证的国家,这两类生物燃料是没有推广条件的,甚至在欧美,这两条石油替代路线也备受指责。很显然,要实现国际能源组织预测的到2050年生物燃料占到世界燃料供应四分之一的比例,依靠这两个技术路线是行不通的。

实际上,从整个生命周期的温室气体减排方面来考察,这两条路线的表现也都不算好。生命周期评价是一种综合性的评价方法,考察某个工艺路线的各个环节对材料的消耗和对环境的影响,包括原料以及重要辅助材料的收集、运输,各个加工处理环节,以及成品的运送,废品的处理等等,把一个产品从原料到成品再到废品的整个阶段的材料消耗以及环境影响通盘考虑。通过这样的详细考察,可以了解到不同的工艺路线究竟孰优孰劣,当对不同的技术路线进行筛选的时候,可以了解到各个不同技术路线的实际消耗资源情况,实际环境影响情况等,为技术路线的选择提供一个重要参考。对于同一条技术路线,也可以通过这样的分析来了解是什么步骤影响了整体的效果,为工艺改进提供方向。在考虑石油替代品的众多候选的时候,进行这样的分析,就可以了解到所选用的替代方法究竟有没有所预期的诸多好处。

     

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