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斯坦福教授惊人发现 竟从岩石中提取天然气能源

http://www.kexue.com 2011-09-02 09:35:50 腾讯科学  发表评论


天然气来源或许将会改变

  据国外媒体报道,目前世界上,天然气等燃料是保证全球经济持续增长的主要因素,也是世界上的主要能源,但是,新的研究显示,我们可以使用更加经济的方法生产天然气,该项研究的就是将地下页岩地层的中寻找。而研究人员所发现的从页岩中提取天然气的方式,或许可以在一定程度上提供能源供应。

  今年的早些时候,美国总统奥巴马指示能源部部长史蒂芬(Steven Chu)成立一个研究小组,研究页岩气体生产上的安全以及所可能产生的环境问题。斯坦福大学的地球物理学教授马克(Mark Zoback)最近发表了一篇报告,其中就谈到了用页岩中的气体作为能量的来源之一。而为什么页岩天然气为成为一个美国能源部所注视的主要能源提供方式呢,从根本上讲,这是由于一些的技术突破。早在一百多年前,我们就已经知道,页岩地层中富含着有机质,而从岩石中提取天然气明显在当时看起来是根本不可能的事儿。

  然而,在过去的5到10年之内,已经有研究表明,通过精确控制的优质钻探,可以提高页岩的水力压裂限制,进而提高页岩中天然气的渗透性。根据能源部的情报显示,在美国和全世界角度看,天然气的储量是绝对巨大的。另外,还根据一些科学家的估计,按目前的能源消费率,还有足够的天然气可以持续使用100年。

  而在涉及全球变暖的问题上,我们燃烧天然气应该要好于燃烧煤或者石油。而煤炭的燃烧在目前提供了大约美国50%的电力供应,并且产生了全美40%的二氧化碳的排放量,以及其他的污染物的数量。如果全部使用天然气进行发电和电力供应,那碳排放量就会减少大约一半的水平。在一项最新的研究报告中,斯坦福大学的地球物理学马克教授和斯蒂夫(Steve Gorelick)教授认为:从美国本土页岩中提取的天然气的数量可以达到足够多的水平,可以完全取代煤炭在未来的20-30年进行发电。

  比起目前在大量汽车和卡车上使用的汽油或者柴油,天然气也是一个非常清洁的燃料,根据估计,如果世界上使用汽油和柴油为动力的汽车全部改用天然气,可以减少大约25%的二氧化碳的排放量。而使用天然气作为主要能源,还可以大大地减少对石油进口的依赖。因而,天然气也是一个非常理想的后备能源,比如太阳能和风能,更有优势,而天然气发电厂可以快速启动生产,比燃烧煤的发电厂更加的地清洁。

  如果使用页岩天然气作为能源供应,是否会对太阳能、风能或者水能的建设产生影响呢?当然是不会。对于使用天然气进行能源补给,是摆脱化石燃料依赖性的一种方式,也是一种过渡燃料。全球能源供应体系的非常巨大的,即使我们大力发展风能、水能和太阳能,到本世纪中叶,我们还将使用化石燃料作为主要能源,因为这些能源不能完全代替化石燃料。

  而特别是当前的时期内,对能源需求的将大幅度地上升,特别是中国、印度和一些发展中国家,在同一时期内大量使用化石燃料,在提升本国的经济和生活质量标准的同事,也在产生大量化石燃料的污染物。而我们必须解决能源问题的同时,也应该看到能源与环境之间的存在的多方面的问题,我们需要通过节约能源和提高能源利用率的手段进行发展,充分地利用可再生能源。对斯坦福大学的科学家来说,页岩的天然气资源提供了一个非常好的机会,可以在未来的数十年内作为清洁且充足的能源过渡使用,同时还可以满足现有的经济发展对能源的极度依赖。我们也可以通过进一步的研究,降低页岩天然气在生产过程中对环境所造成的影响。

  而我们对页岩天然气提取过程中使用的水力压裂方法,目前有学者认为这就是对环境的一种潜在的破坏,和对人类健康的影响。但是,这种担忧到底有多严重呢?有点讽刺意味的是,几乎所有的关于页岩天然气提取的研究报告都将问题的关键归结为水力压裂上,而实际上却正好相反。页岩井在钻探过程中,需要极为稳妥的钻探和钢套件是极为重要的。尽管如此,美国能源部研究小组的科学家还是希望在提高页岩天然气生产上的安全性,以减少对环境的影响。

  这些令部分科学家担心问题主要集中在,水力压裂中使用到的压裂液化学品安全的问题,压裂液如果与饮用水的含水层进行接触,那后果是可怕的,另外,在页岩井中通过压裂液处理后,还要保持与页岩地层的接触。针对这些问题,斯坦福大学的科学家认为:压裂液化学品主要成分是水,还有少量的增稠剂,相同的增稠剂可用于冰激凌的生成,同时还有一些灭菌机,可以杀死水中的细菌,还有一点点的摩擦剂进行减速。因而,从这点出发,部分科学家对压裂液产生了猜疑和偏执的态度,而在我们的报告中,压裂液的内容也是重点披露的部分。

  然而,水力压裂是否会造成饮用水的污染呢?斯坦福大学的科学家觉得这个担心有些多余,虽然压裂液的注射深度穿过了饮用水的水层,但是压裂液的工作深度是再6000-7000英尺,我们的饮用水都是从浅层的含水层进行抽水,不过就是一两百米的地下,和数千英尺的深度是完全两个概念。

  当然,有部分研究人员认为有些天然气发现在饮用水的水层附近,我们可以通过精确地控制钻探进行操纵,钢套如果没有完全固定,会将气体泄漏而污染套管之外的浅水层。这些问题同样可以追溯到我们开采天然气40至50年的经验,有一些从钻探中泄漏的气体污染了井套管周围的含水层。那如何处理由水力压裂后的水呢,这可能也是一个严重的问题。这些水要把其回收,这样才不会对含水层构成影响,以及也不会影响人类健康。而且这些水还是可以重复利用的,比如配置硒,砷和铁的化学品等。所以,这些水要妥善处理,使用一套新的标准来处理,防止泄漏。

  美国能源部的研究小组在报告中也提出了若干的建议,最重要的是将页岩天然气提取工程中增加工作的透明度,钻井以及水力压裂过程中使用的化学品和添加剂等信息需要被充分的披露,同时使用各种方法保护钻井周围的空气和水质量。并且进行更多的研究实验,以便在钻井工程开始之后出现的问题可以更快的进行补救和识别。目前,已经有很多关于页岩天然气开发的辩论和误解,而能源部斯坦福大学在研究小组的报告中则强调开发页岩天然气首先要考虑的是公众的健康、环境以及安全方面的问题。(Everett/编译)

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