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『環保資訊』月刊第93期

石油沒了—石油時代的結束

石油沒了-石油時代的結束

 

蕭如珀

書        名:Out of Gas—The End of the Age of Oil

作         者:David Goodstein

出  版  者:W.W. Norton & Company

出版時間:2004

地球上有多少石油蘊藏量呢?石油還夠用多久?這些問題不易回答,現有的答案亦是眾說紛紜。化石燃料的儲量有限。但直至目前為止,科學家尚未找到其替代能源。自然的法則無法改變,所以聰明的人們是否應該改變自己的行為法則呢?

石油真是好用的能源。車子加了油後可以馳騁萬里;機器加了油後可以日以繼夜地為人類工作。石油豐富了人們的生活,創造了近代的文明。然而,有多少人曾經在開車的當下想過石油會有用完的一天?又有多少人曾經擔心過我們的下一代沒油用時該怎麼辦?絕大多數的人都一廂情願地相信科技會解決能源匱乏的難題。但是,科學真的是萬能的嗎?

為了掌握能源真實的情況,本書作者大衛•葛斯太(David Goodstein)從化石燃料的形成談起,探討其可能蘊藏量,比較不同學者的說法,能的轉換,熱機的運作,和科技的困境;透過各個層面的分析,期能呈現大家所忽視的石油問題,俾能及早面對,未雨綢繆。大衛•葛斯太在美國加州理工學院物理系任教達35 年之久;目前除教學外,還擔任副教務長。書中大部分的資料都出自於他所主持的52集半小時電視科學節目「認識機械宇宙及其界外的奧秘」(The Mechanical Universe and Beyond)

《未來》

1950年代,美國是全球的產油大國。當時沒有人擔心「黑金」會有用完的一天,但是任職於殼(Shell)油公司的地質物理學家馬力安•胡伯特(Marion King Hubbert)有不同的看法。胡伯特於1956年時不顧公司的反對,逕自公布他的計算結論:美國的石油主導優勢將很快會結束。

胡伯特的計算方法有三種:第一種方法類似人口生物學家一世紀以來所使用的概念:當新移民遷入資源豐富的地區居住時,當地的人口成長初期會成級數增加;但當人口增加到一個程度,資源相對的不再是無限後,人口的成長速度就會慢下來。油田的發現速度亦相同,當新油田變少時,發現新油田的機會就會開始下滑。胡伯特認為一旦發現新油田的速度開始下降,就可以利用下降的速度來計算新油田的發現何時會停止。若假設石油的總蘊藏量等於已使用石油量加上依此方法推算而得的尚未使用石油量,則石油的總蘊藏量是2兆桶。

胡伯特的第二個計算方法是,若將歷年油田出土的紀錄繪製成圖表,應會得到一條凸曲線:先是上升,在到達高峰後開始下降。地質學家使用不同數據繪製的結果不盡相同。有些地質學家算出的胡伯特高峰是在最近10年間,也就是當人們用掉全球石油蘊藏量的一半時。

第三個方法是應用多年來觀察的結果來推算:目前已抽取的石油總量和石油的發現量兩者的變動驅勢保持平行,但前者晚了一、二十年。換句話說,抽取石油的速度幾乎和發現新油田的速度相同,只是晚了一、二十年。因此,我們可利用發現油田的速度來預測抽取石油的速度。全球發現新油田的速度在一、二十年前就開始下降。換句話說,發現油田的胡伯特高峰已在一、二十年前出現,消耗石油的胡伯特高峰也會在未來十多年間出現。

並非所有地質學家都採用胡伯特的方法來估算。有許多人選擇將蘊藏量除以產量,得到可採年數(R/P ratio),這個方法廣為工業界所使用。目前算出的可採年數在40-100年間,表示以目前的用油速度,地球上的石油將於未來的40-100年間用磬。

這是一個很嚴肅的問題。當然,油儲量的估算深受政治與經濟因素的影響。而且當油田漸少,油價趨高,原來較無開採價值的油田因科技的進步而有開採的可能時,胡伯特高峰會往後推移。雖然如此,石油總有不足、用完的時候。其他化石燃料,如煤或天然氣等亦是如此。胡伯特等地質學家對於油量高峰期的推算或許有誤,但他們讓大家正視了一個重要的問題:石油的危機是當油產量開始走下坡時即出現,等到石油沒了就太遲了。

在目前所使用的各類能源中,作者認為若能克服核安全的疑慮,並妥善處理核廢料,則核能發電不失為一個有效、少污染的能源。此外,太陽能取之不盡,用之不竭,若能研發成功,使其廣泛地使用於交通、日常生活和工業,則人類文明可以持續,污染問題也可迎刃而解。

這在科技上將是重要的一大步,需要各國政府與研究團隊傾全力投入合作。雖然目前的化石能源仍足夠使用數十年至百年,但若有更好的替代選擇,為何不儘早使用?為何要燒盡化石燃料,影響地球的氣候,並破壞動、植物的生存條件呢?

《科技上的困境》

燃燒化石能源在科技上面臨了目前尚無法解決的難題:二氧化碳的排放加速地球的暖化。雖然森林是儲存碳的好地方,因為植物成長時需要陽光、水與二氧化碳來進行光合作用,但是植物腐敗或燃燒時,會將二氧化碳排放回大氣中;或可考慮將腐化前的植物埋藏至海底,可以降低二氧化碳的排放。挪威的科學家曾成功地使用加壓的二氧化碳,將石油與天然氣壓出油井,二氧化碳則留在井中;可是,油井沒有足夠的空間可以儲存大量的二氧化碳。

地球唯一可以大量儲存二氧化碳的地方是海底。大氣中的二氧化碳是氣體,深海底的二氧化碳受到溫度與壓力的影響,會變成液體,密度較氣體高,所以體積比氣體小數百倍。然而,海底有無數的生命,儲存二氧化碳會影響它們的生存。更何況二氧化碳會溶於海水中,漸漸往上擴散,進而改變海水的酸度,全面影響海中的生態。若不幸遇到星體的劇烈變動,大量的二氧化碳瞬間排放至大氣中,可能會帶來巨大的災變。

當化石燃料用罄後,核能很可能是目前唯一能取而代之的能源。核能發電的原料是鈾235、鐪239和釷232。目前以釷做為核能原料的反應爐很少,但是它的未來很有潛力,因為其儲量豐富,是鈾的3倍。它與鈾的自然衰變是地球中心能保持熾熱的原因。雖然如此,核能原料還能用多久實在堪慮。此外,以目前最大的核能廠可產生10億瓦的電力來估算,若要取代目前101兆瓦的化石能源廠,則需要1萬個新的10億瓦核能廠。換句話說,全球每天要蓋110億瓦的核能廠,持續蓋30年!當然,30年後還需要蓋更多核能廠來汰換老舊的核能廠。

利用氫的同位素氘與氚的融合而產生的反應其所釋放出的能量很高,是解決能源問題最有前景的方法。它所需要的燃料可永久使用,且不會產生二氧化碳。只是,要生產可用的熱融合電力需要龐大的設備與巨額的經費。美國與加拿大、歐盟、日本、俄國等國合作建造的一座國際熱核實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor)1998年終止運作,因為美國不願負擔美金100億的經費。後來美國於2003年重新加入,此熱核反應爐才又開始運轉。熱核技術不易突破,幾十年來一直都停留在實驗階段。至於猶他大學所宣稱的冷核融合,後來也證明只是科學界的一大笑話。

除化石燃料與核能外,剩下的就只有太陽能了。人類使用太陽能的歷史已經很久。例如水力發電就是間接的太陽能發電,也是再生能源的典範。它利用水壩提供的巨大水壓轉動渦輪來產生電力;來自太陽的輻射熱將水蒸發,生成雲,降為雨,匯集於水壩,再發電。20世紀初,全球大量興建水壩。目前水力發電量約佔全球總電力的1/4,前景似乎大好。但近年來,水壩淤積問題日益嚴重,而能興建水壩的地點又極為有限。可以預料現有水壩日後將會出現更棘手的問題,也許無法再發電,而只是一座座的水泥瀑布而已。

風力發電亦是間接的太陽能,是不錯的再生能源;但是受限於風力與地點,其推廣面有限。太陽電池能直接將陽光轉變成電能,只是抵達地面的陽光太弱,有時斷斷續續的,電力很有限。大氣中的陽光強度是地表的8倍。因此,美國太空總署與美國能源部都有在太空攔截陽光,將之轉變成微波傳回地球的各種研究計畫。說不定數年後,太空太陽能亦可能成為人類所使用的能源之一。

在所有的新能源科技獲得創新、突破之前,能降低能源危機的最可行、最保守方法也許是逐步改進現有的科技。發光二極體 (LED) 就是一個例子。發光二極體幾年前只用於錄影機上面的時間顯示,但經過工程師的改進後,LED已可以做為車子的大燈,既亮又省電。太陽電池 (PV) 係將光導入半導體裝置來產生電流的裝置,其作用剛好和LED相反。LED的效能業已獲得改善,PV是否也可以呢?目前還不行。因為LED放出來的光只有一個顏色,所以效能好;PV若要將所有顏色的光變成電能則非常昂貴不可行。

1986年高溫超導的發現令科學界為之震撼。正如1911年低溫超導的發現一般,科學界對電能的無電阻傳輸雀躍不已。然而,經過多年來的努力後,使用高溫超導體的電線仍行不通。更糟的是,高溫超導體的物質較低溫超導體更貴,取得更不易。看來要在短期間內找到單一科技來取代石油並不容易,也極不可能找到化石燃料的替代品。目前只能期待多管齊下,在化石燃料的供應亮起紅燈前,科技能有重大的突破。

《結論》

根據目前的資料,可以預測地球上的化石能源會有用完的一天。不管是數十年或百年,人類都將面臨這個危機。數十年對人的一生也許不短,但在人類歷史上只不過是一小時段而已。我們該如何對未來的世代負責,儘速找到更好的替代能源,降低能源危機,讓他們不至於回到18世紀前的生活型態?

當石油的產量開始下降時,可以預見產油國與消費國之間的角力會很激烈。1970年代發生石油危機時,大部分的西方國家為了爭取石油而感到恐慌,導致油價飆漲、經濟重創、股市全面重挫,令人記憶猶新。如今世界人口大國如中國與印度的人們正要開始加入以車代步的行列;若發生石油危機,則全球的經濟情勢將會更為混亂。石油輸出國家希望利用石油為籌碼,將油價訂在不高、不低的價位,以爭取最大的經濟利益。一旦新能源科技有所突破時,他們又可殺價競銷,以壓縮新能源生存的空間。

太陽能一直是新能源科技的明日之星,因為它源源不絕,且無污染的困擾。雖然有許多政府與民間企業投入心力,積極從事研發,但至今仍無明顯的成效。在目前化石能源仍能充分供應的狀態下,到底有多少政府願意傾全力投入研發,誰也沒有把握。若有一天,沙烏地阿拉伯賣陽光能比賣石油賺更多錢時,地球才得以免於暖化的威脅。那一天是否能在地球遭全面破壞之前來到?這全要仰賴人們的認知與決心了。

這不會是件容易的事。作者於本書以大篇幅敘述能源的故事、說明電的發展史、解說蒸氣機的使用與發展、熱機的應用與工業文明的演進,無不希望能在歷史中找到未來前進的借鏡。人類在這二、三百年來所用掉的化石能源是地球億萬年來慢慢累積的寶藏。一旦用完了,未來的世代該怎麼辦?《石油沒了》帶給人們警訊,也激勵人們尋找更好、更新的能源科技。作者希望共處美麗地球上的國家,不論產油國或是消費國,皆能拋棄政治與經濟上的衝突,共為尋找可行的石油替代能源而努力,十足展現科學人對大自然與人類文明的高度關懷。