正是由于这些物理和化学特征,天然气可以从大量不含石油或者不能商业化产油的岩层中生产出来。页岩、煤炭、致密砂岩或者相对密集的砂岩和世界上大多深层盆地都蕴含着大量可商业开发却未开发的天然气,这些岩层里很少有可商业开发的石油。美国墨西哥湾的深海石油生产是个罕见的例外。可生产天然气的岩石远超过可生产石油的岩石,这也是地球上天然气储量比石油储量多很多倍的原因之一。除美国外,世界其他地区的非常规储层大多数尚未勘探。
另一个有大量天然气的潜在区域是大多数大陆架海底之下的浅表岩层。这里大量的岩石一定蕴藏着世界上最大的天然气气藏,但油藏可能很少,或者几乎没有。这里所聚集的巨量天然气“水合物”受海底低温高压的影响,颜色微黄,质地黏稠,温度与冰相近。美国地质调查局称,“据估算全球天然气水合物所蕴含的天然气总量在100 000万亿~300 000 000万亿立方英尺之间”。据估算,全世界的煤炭储量预测24 000万亿立方英尺。剩余的石油储量预测为6 800万亿立方英尺。更直观地说,天然气的储量大概是全世界煤炭储量的4~10 000倍,剩余石油储量的15~40 000倍。因此,天然气水合物能提供的潜在能量将是全世界煤炭与石油之和的数倍。目前这些天然气还未进行商业开采,但是全球尤其是亚洲,都在试验如何开采天然气水合物。很多专家对此也非常乐观,即使只有少部分的天然气水合物可以商业化生产,那也可以成为全球重要的天然气新来源,为大多数沿海地区提供能源。
地理区别
由于天然气和石油之间的地质区别很大,且天然气几乎可以在不含油的岩层中大量成藏,因而全世界范围内储量充足的天然气足以支撑强大的区域经济发展。相对来说,世界范围内几乎不会再有重要的油田发现,但天然气在全球的分布远比石油广泛,因此也就不会像石油一样集中在少数政体和经济体中。全球62%的石油储量集中在国土面积仅占地球面积5%的中东。目前全世界已探明的天然气储量多集中在俄罗斯、伊朗、卡塔尔。这种地理上的集中不会长期存在,因为世界各地都有足以满足本地区需求的天然气储量。北美、南美、非洲、亚洲、澳大利亚都具备满足未来长期能源需求的天然气储量。本章随后几节将讨论这种地理分布可能带来的积极政治经济影响。
技术区别
由于石油的化学成分复杂多样,因此,石油开发也需要复杂的技术。在压强大于大气压的情况下,天然气几乎会自动流到地表来。一般来说,要使用天然气只要有一个分离天然气的气罐和一些输送天然气的管道和压缩机就可以了。有些天然气,尤其是含硫的“酸性”天然气,使用前需要用一个小型精密仪器把硫分离出来,使天然气达到可供消费者使用的“管道质量”。
相比来说,石油是一种黏性液体,要用泵才能抽上地面。这就是为什么在很多人一想到油田,就会想到“磕头机”或者抽油机 。
石油的化学成分复杂多样,这也意味着它必须经过大型精炼厂,分解成液体汽油、柴油、航空燃料、家庭取暖用油,才能被消费者使用。由于石油满足了全球大部分能源需求(约90%全球交通运输燃料需求),因此每天的需求量都十分巨大,需要资本密集、复杂庞大的炼油厂把石油加工成可供消费者使用的商业产品。但是炼油厂占地面积大,污染严重,又有一定危险,因此其获准建厂和选址都有难度。因此,美国最近30年都没有新建炼油厂。
人们一般并不了解天然气田。天然气田通常要清洁得多,因为它不会溢出,井口也只有一些高出地面5~10英尺的阀门。多数天然气开采出来就可以直接供消费者使用,因此天然气所需的技术简单、高效,开发不需要石油和煤炭那样的规模经济。天然气并不是石油那样的高碳、黏稠液体,它的热效率更高,污染更小。天然气发动机的使用寿命通常更长,二氧化碳排放更少,不会排放出引起多数城市烟雾和相应健康成本问题的固体颗粒物。
天然气通过管网输送,几乎可以在管网内的任何地点都轻易获得。美国220万英里的管道网覆盖了全国大部分地区,包括所有主要城市和大多数小城市以及城镇。如果你的汽车以天然气为燃料,天然气会直接送到你家中,你不用再去加油站了。前面讲过,美国有6 300万家庭连接到了天然气管网,也就是说超过13亿辆汽车可以回家加气。只要你的车厢里有一个天然气罐,家里有一台小型家用压缩加气装置,你就可以边睡觉边加气了。如果司机家中有天然气,他们就不必往返加油站加油,每年可节约大量的时间。这些时间是天然气给我们的礼物,它可以提高每个人的生活质量和整体生产率。
天然气管网的另一重要性在于,它使家庭用户用日益高效的微型发电机自行发电成为可能,这是迈向分布式发电和不间断供电的一大步。最近几十年里,我们对发电投资不充足,未能跟上当前和未来的经济增长速度;对电力分配投资也不充足。受此影响,美国供电系统急需维修、更新和开发新的发电能力。未来几十年内,越来越多的用电单位和个人会受到频繁的电力短缺困扰。这严重限制了电动汽车的广泛使用。可以肯定的是,分布式发电连续不间断地供电将会越来越有经济效益,同时也对跨国公司越来越有价值,因为要使全球密切关联的经济体系正常运行,可以保证一年365天不间断供电的网络必不可少。
随着美国和全球越来越频繁的停电、断电和电力短缺,人们越来越认可通过使用天然气发电的小型发电机要比规模庞大经常被人忽略的发电厂和电网可靠得多。沿着天然气管网进行分布式发电将成为解决目前全球供电难题的重要解决方案。
在家庭取暖上,天然气效率比燃料油高很多。家庭取暖用油是一种液体,因此需用卡车将油运到储油罐给家庭取暖系统供油。同时,用油取暖的家庭几乎根本不会接入天然气管网,结果运输燃料油和家庭取暖所消耗的能量要比使用管道天然气多得多。用电烹调食物效率极低,而且厨师也会告诉你,用电烹调比用天然气更难控制。天然气技术不仅可以提高能量使用效率,也可以为烹饪带来便利,提高自身生活质量。
和石油技术相比,天然气技术更简单、高效,所需资金更少。天然气跨洋运输是个例外。由于天然气必须经过冷却、液化、压缩之后装满远洋巨轮进行跨洋运输。因此要求供应方要有完善的液化设备,运输船要有低温或过冷高压罐,交付点还要有气化设备。液化天然气的海运技术可能和石油必须经过精炼才能供消费者使用一样复杂。但海运石油和海运天然气所需技术完全不同。另外,运输液化天然气的轮船可能爆炸,但其对环境的危害不会像埃克森公司瓦尔迪兹号漏油事件那样严重。从生产到消费,天然气对环境的损害都更小。
石油及其相关技术更复杂,但效率更低,需要大规模且资金密集的设施来达到必要的规模经济生产,整体来看天然气从生产到消费的一系列技术几乎都要优于石油相关技术。这是一个显而易见的事实,但目前为止我所见过的任何效率模型都未曾考虑过这一点。
环境区别
天然气的物理和化学属性使它在环境保护方面优于石油。天然气可以用CH4表示,和石油相比,其所含的污染碳更少,清洁氢更多。正如美国最大的天然气勘探生产公司切萨皮克的首席执行官奥伯利·麦克兰登所说:“天然气的含碳量很低。”因此,如果利用天然气发电或为汽车提供能源,可以很大程度上避免二氧化碳之外的其他污染物排放。我曾把一块白手帕放在一辆正在运行的天然气大客车的排气口上,几分钟后手帕洁白如旧。使用天然气有助于清除全球主要城市的大部分空气污染。如果天然气取代汽油和柴油,将减少20%~30%的二氧化碳排放。如果全球范围内压缩天然气汽车取代了一大部分的汽油动力轿车、卡车和大客车,我们将在二氧化碳减排上迈出一大步。如果全球一半的机动车使用天然气,那么全球石油二氧化碳排放将在现有水平上每年减少20亿吨,相当于减少全球二氧化碳排放量的6%。电动汽车仍然需要电力,一些国家如美国和中国,煤炭发电量分别占50%和80%。雪弗兰Volt汽车在行程超过40英里时将使用汽油,只要人类还在使用煤炭发电,那么天然气动力汽车如本田思域GX相比之下是更加绿色环保的。由于美国大部分的电网年久失修,如果不加大投资,现有电网能否负荷电动汽车还是一个问题。要知道美国每晚都会有13亿辆汽车返回接入到天然气管网的家中,你只需要在车厢安装一个天然气罐,或者购买一辆像本田那样的压缩天然气汽车,和一个家用天然气加气设备,就可以在家里加气了。大多数城市的加油站也在天然气管网覆盖范围内,你也可以很方便地在加油站为你的汽车加气。
的确,如果天然气泄漏或是管道爆炸,这些天然气事故也会造成伤亡,但天然气爆炸以及由其引发的火灾常常比伴随石油爆炸而来的火灾更易控制。天然气火灾持续时间比液体石油火灾相对更短,环境后果也比相同状况下的石油事故小得多。相较之下,石油事故引起的灾难和环境破坏更为持久,一旦泄漏会扩散到地面或者海面。如果汽油罐泄漏着火,火势会蔓延到任何汽油流到的地方,还会向大气释放很多有毒物质。泄漏出的石油会渗入地面和海滩,被生态系统吸收,所产生的污染会危害一代甚至几代人。
20世纪90年代,我曾经访问过俄罗斯伏尔加河流域萨马拉区的一座50年代的老式油田,并在那里工作了一段时间,我发现石油对环境的负面影响至少会危害到两代人。埃克森公司瓦尔迪兹号油轮20多年前在阿拉斯加威廉王子湾触礁,泄漏石油达1 100万加仑。20多年后的今天,我们仍然能看到当年的泄漏事件对当地生态系统造成的损害。天然气也会爆炸和发生火灾,但是天然气比空气轻,能扩散到大气中,因此不会长期污染地球的陆地、海滩和海洋。它不会被生态系统吸收,也不会长期停留在大气中。一旦发生事故,相比燃油汽车,压缩天然气汽车更不易起火。因为汽油一旦流到地面就很容易起火,火焰会吞没整辆汽车,困在车里的人也会被严重烧伤。天然气如果发生严重事故,如储气罐破裂,泄漏的天然气会向上扩散,不像汽油那样容易着火,因为它需要适量的氧气才能燃烧。所以压缩天然气汽车比燃油汽车更安全。我曾看过一个天然气储气罐测试的纪录片,天然气压力达3 500磅/平方英寸的储气罐被火焰完全包围,然后子弹击穿它也没有爆炸,火势也并没有增强。但是天然气确实是一种温室气体,它所造成的温室效应比二氧化碳更严重,一旦发生泄漏,肯定会加快全球变暖,但它在大气中只能存留9~15年,而大气中的二氧化碳则需要经过一个世纪才能被完全吸收。天然气比石油更清洁、高效,且不说天然气在经济、政治和安全上的优势,单是在环境保护上,用它来替代石油,对全人类来说都是一个巨大的进步。
经济区别
回顾人类天然气使用史,天然气定价在大部分时间里都十分低廉,唯一的例外是那些伴随着石油被开采的天然气。在我职业生涯的早期,20世纪50年代,我曾在菲利普斯石油公司的经济分析培训班中发现,天然气的价值已经被贬低至微乎其微的地步了。直到最近10年天然气被压缩成液化天然气方便长途运输后,天然气的定价才按英热单位计算并开始逐渐接近石油。尽管天然气有助于保护环境和能源安全,但在天然气的大部分历史中,即便是在成为人类基础能源之后,天然气的井口平均价格在美国也只有石油价格的50%~60%。目前,除液化天然气外,天然气低廉的价格还难以改变,但是在未来,由于其优越的环境价值和安全价值,天然气将会逐步主导定价。
一直以来,天然气都被简单视为石油的副产品而白白烧掉。在近几十年的时间里,西伯利亚、西非和沙特的油田燃烧天然气所形成的火焰一直是美国国家航空航天局所拍摄的夜间地球上最亮的点。幸运的是,我们看到在过去的半个世纪里,不管是伴生天然气还是石油勘探过程中偶然发现的天然气田都在政府管制的价格下商业化生产了,并满足了我们对于能源的需求。世界上很多地区,包括美国、中东和中国,这些地区天然气价格受到管制的地方都有大量非伴生天然气未得到开发。现代世界的发展高度依赖石油。石油是大多数新增能源需求的焦点,尤其是“二战”以来交通运输领域的能源需求,因此石油是皇帝,是许多研究、勘探、资金和技术进步的焦点。相比之下,不论是在石油工业还是其相关产业中,天然气,尤其是伴生天然气,都不是研究、技术创新或者资本投入的焦点,它只是搭了石油的便车。
举个例子,虽然天然气在汽车业的使用已经超过60年了,但迄今为止,汽车行业的大部分研发经费都花费在推动汽油发动机和汽油汽车的创新上。事实上,直到21世纪初,天然气都只是在石油工业内畸形成长。不论是在美国还是世界上大多数国家,过去不曾有,现在依然没有高效、完整的天然气产业链。在天然气的大部分历史中,不论是石油生产商还是少数专注于天然气勘探开发的公司都是天然气市场中的受益者,因为几十年来天然气市场常常供过于求。