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研究称开采页岩气或产生放射性污水


页岩气作为一种新能源,正在被世界所追捧。美国是世界上页岩气资源勘探开发最早的国家。近3年,页岩气的大规模开发改变了美国的能源格局。而在美国能源署的一份报告中,中国的页岩气储量世界第一。那么中国是否能复制美国的页岩气发展模式?


美国杜克大学的一项最新研究表明,页岩气开发过程中的污水处理问题十分严重。其实,随着页岩气开采可能带来的水污染、土壤污染和地质破坏等问题一直都争议不断。那么页岩气真的如人们所说能够引领新一轮的能源革命吗?页岩气开采过程中究竟对环境有何影响?搜狐绿色频道制作专题为您解答这些疑惑。

   每一个伟大的时代,都有不同的能源结构来支撑。英国工业革命初期以煤炭为主;工业化革命引领世界进入石油时代;在当今信息化革命时代,以天然气为过渡的新一轮能源结构转型浪潮中,页岩气扮演了重要角色。

页岩气,通俗地说就是储藏在页岩层中的天然气,和我们平常做饭洗澡用的天然气没什么不同,主要成分也是甲烷,只是更难开发。而燃烧天然气又比燃烧石油所产生的温室气体少一半左右,能源清洁度要高许多。同时,天然气的价格要比石油便宜多了。所以,性价比很高。

自20世纪70年代以来,鉴于美国国内天然气产量急剧下降和第一次石油危机的发生,非常规天然气开始进入油气开发商的视野,2000年以来,随着水平钻井、大型水力压裂、重复压裂、分级压裂、多井同步压裂等技术的推广应用,美国页岩气进入了一个快速发展阶段,页岩气产量从2000年的122亿立方米迅速增长到了2010年的1380亿立方米,十年间产量增长了10倍多。

在页岩气产量井喷的带动下,美国的天然气产量迅猛增长,供大于求的趋势下,天然气价格从每千立方英尺8美元一路跌到了2012年的2美元(1000立方英尺约等于28.3立方米)。不管是中国、日本,还是欧洲国家的天然气价格都比美国贵多了。这也大大推动了美国很多工业部门能源成本的降低。

专家预测,未来几年内美国的制造业很可能会利用天然气价格低廉的优势重振旗鼓。普华永道预测,在2025年之前,这场页岩气革命会为美国制造业新增一百万个工作,同时让制造业年成本下降1160亿。现在,许多化学产品制造商已经不再用石油,而是用天然气为基础来制造丙烷、丁烷以及制造油漆乃至半导体的原料。

得益于天然气产量的增长,美国石油依存度从1999年的68%下降到46%。未来十年美国计划把石油进口量再削减三分之一,到2020年石油进口量将减至600万桶左右,到2035年减至400万桶以下。届时,美国能源综合自给率将达到87%。

   在美国很多地方,一些居民还在自家的土地里挖掘地下水,形成一个个小池塘——这些水能够支持天然气公司通过水力压裂法来开采页岩气。在这个过程中,大量的水、沙子和化学制品被强大的压力注入到地下,破坏页岩层的结构,从而释放其中丰富的页岩气资源。目前,这项技术被认为是唯一能开启天然气矿床的“钥匙”。但该技术也是一把双刃剑——带给人们丰富的天然气资源的同时,也带给人们对环境保护的忧虑。

水之困局


页岩气开采的过程中,地下水污染可能是很多人最担心的问题。因为地下水很大程度上是一种不可再生的资源,页岩气开发如果造成地下水的污染,可能在几十年,甚至几百年之内都无法完全自然降解。


页岩气开采带来的水污染主要是由于水力压裂技术及在压裂技术中所使用的压裂液造成的污染。杜克大学研究人员的一项研究结果发现,页岩气污水处理厂排污口附近河水及河底沉淀物受到高放射性污染,这一放射性污染所带来的潜在环境风险可能数千年都无法消除。


除了担忧地下水污染,相比其他气体开采,页岩气在施工过程中往往要耗费更多的水。据美国环保署估计,一口页岩气井大概需要760万至1900万升水,一次压裂过程耗水大约是常规天然气的50~100倍。这也将是中国页岩气发展面临的一大难题,因为中国水资源匮乏,且页岩气区域多位于丘陵山区。


同时,压裂技术中使用的压裂液中含有酸液、杀菌剂、阻垢剂、润滑剂和表面活性剂等多种化学物质。用于压裂液的化学物质多达200余种。这些物质通常是危险材料和致癌物,包括柴油燃料、煤油、苯、甲苯、二甲苯、甲醛等,如果泄漏将可能造成地下水资源污染及排放有毒气体。  


地震恐慌


2011年的春天,位于英格兰东北部的兰开夏郡海岸以及附近的黑谭市,在4月和5月分别发生了2.3级和1.4级的地震;此外,还有多达40多次更小等级的地震发生。虽然这些地震规模很小,但是仍然引起了当地人的警觉,他们将这些现象与当地正在进行的页岩气水力压裂项目联系了起来。   


事情发生后,专家就这一问题进行调查研究。研究人员推断地震由水力压裂法引发的“可能性非常大”。  


水力压裂法,是页岩气开采的核心技术之一,该技术向页岩层中注入高压液体,为的就是使前者发生裂隙,进而产出页岩气体。“在这一过程中,压裂作用改变了页岩层中原有应力状态。因为引起受到压裂的岩层应力的快速释放,从而产生了等级不同的微型地震。煤炭开采过程中也会产生矿震。”中国科学院大学地球科学学院教授琚宜文这样解释道。  


事实上,因页岩气开发引起地震并非仅发生在英国。2012年美国地质学年会上,美国地质调查局公布的一份报告称,近年来美国中西部地区地震频发“几乎可以肯定是人为的”。调查局发言人表示,虽然“该研究并没有表明页岩气的水力压裂法本身是地震的元凶,但是废水处理井应该负主要责任”。

甲烷泄露


甲烷既是页岩气的主要成分,同时也是主要的温室气体之一。据了解,依每100年为单位计算,每吨甲烷所带来的温室效应较二氧化碳高出20倍以上。不仅是一种强烈的温室气体,而且会增加地面上的臭氧污染,危害人体健康。大气中若含有高浓度的甲烷,而使氧气浓度降至19.5%以下时,就会使人体产生窒息的危险。甲烷的浓度增高,也会与空气混合,形成高度易燃并具有爆炸性的气体。


目前,世界上主要的甲烷排放主要来源于畜牧业。页岩气开采过程中出现的甲烷泄露主要来自页岩气开发过程中的故意排气、设备泄露、水力压裂过程等。


泄露在外的甲烷,除了进入大气之外,还有一些进入了水系。因为页岩气的采气管道经过采水层才能最终达到页岩层,有时因为管道老化或是其他问题将会导致甲烷进入含水层。此外,溶入含水层。甲烷进入水系之中,就造成了地下水物理化学性质的变化。有研究发现页岩气钻井附近的甲烷污染程度为其他区域水井水样的17倍。

美国页岩气革命还是激发了其他国家的能源梦想,包括中国。对于中国这个以煤炭为主导的能源消费大国,页岩气的确预示着一次新的希望。在美国能源署的一份报告中,中国的页岩气储量世界第一。更是令中国人心潮澎湃。


然而,因为中国的地质条件、市场环境与美国迥异,完全照搬美国技术和模式,复制页岩气革命几乎不可能。


我国的天然气资源大部分埋藏在古生界和中生界地层中,地层老、埋藏深,大多介于3000-5000米之间。美国约有70%的天然气不超过3000米,前苏联约有60%的天然气资源不超过2000米。中国也拥有很多在恶劣条件下开采天然气的经验。因而中国开采页岩气的成本可能是美国的数倍。


无论如何,页岩气本身的颠覆性意义不可忽视。中国离一场“页岩气革命”还有些距离。但是中国必须发展页岩气,这就需要在能源结构、新能源革命和风险控制之间寻找到最有利于自己的平衡,需要全社会都关心开采页岩气所伴随的环保、市场化等问题,在避免环境灾难的同时为经济发展和人民生活带来真正的实惠。

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