化石燃料在可持续能源系统中扮演的角色

Ventilation Air Methane Catalytic Turbine ©WIKIPEDIA/CSIRO
 

气候变化是当今最大的挑战之一,不过,实现能源普及以保证人们的生活质量和经济发展也同样重要,所以,应对气候变化是可持续发展议程中的重大任务。新技术的不断涌现和进步为能源系统实现目标增添了信心和希望。风力发电和太阳能光伏发电成本显著下降以及技术突飞猛进,表明可再生能源资源可以在全球电力系统中扮演重要角色,具有很高成本效益的能源储存技术取得了期待已久的突破,将使现有的一次能源结构发生重大转变。

这些趋势必然会让人以为化石燃料在能源系统中已经失去了存在的价值,因此没有必要寻找新的化石燃料资源,我们应该尽快停止使用化石燃料。这个观点会进而导致人们认为当今全球能源系统中分为基于可再生能源的所谓“好”技术和以化石燃料为基础的“坏”技术。事实上,两类技术的区别没有那么简单,需要更深入的调查研究。在化石燃料仍是能源系统的组成部分的情况下,化石能源价值链中的碳捕获与封存技术以及甲烷排放管理也有助于实现二氧化碳减排目标。这些技术能够使化石燃料成为解决方案的一部分,而非问题的一部分。在理性经济学的指引下,所有技术在能源系统中都可以扮演各自的角色。

化石燃料占目前全球一次能源需求的80%,而全球二氧化碳排放中有三分之二来自能源系统。鉴于人们认为甲烷和其他短期气候污染物排放都被严重低估,能源生产和使用的排放量占比可能更大。此外,在世界各地,有大量生物质燃料用于小规模供热和烹饪。生物质燃料十分低效且污染甚重,对较不发达国家的室内空气质量影响尤其重大。用这种方式利用可再生生物质燃料对于可持续发展来说是一个问题。

如果当前的趋势持续下去,也就是说,如果目前的化石燃料比例保持不变,且截至2050年能源需求翻一番,那么,碳排放量必然会远超为了将全球平均升温幅度控制在2oC以下所允许的上限。这样高的排放量将会对全球气候带来灾难性的影响。能源部门有大量的减排机会,主要是通过转换燃料和控制二氧化碳排放量,从而减少能源消耗量和能源部门的净碳强度。

减排并不意味着禁止使用化石燃料,但必须有重大转向。同往常一样使用化石燃料肯定违背全球能源系统的减排目标。能效和可再生能源一直被视为实现气候目标的必然解决方案,但是只有这两种解决方案不足以应对气候变化。扩大碳捕获与封存的应用必须纳入解决方案范畴,预计到2050年该技术将使年排放量下降16%。据政府间气候变化专门委员会第五次评估综合报告预测,在没有碳捕获与封存的情况下控制能源部门的排放,减缓气候变化的成本将增加138%。

在当今的能源系统中,可再生能源的利用不可能完全一致,因此不可能替代化石燃料,主要是因为不同能源分部门从化石燃料转换到可再生能源的能力存在差异。例如,在水泥和钢铁生产等工业应用中,排放来自能源使用和生产过程。目前,能替代当前生产技术的备选技术还不能达到所需的规模,因此在中短期内现有技术继续使用。在这种情况下,碳捕获与封存就是满足当前需求的解决方案,可以为替代能源的开发争取必要的时间。

未来利用碳捕获与封存的情形都与能源系统为应对气候变化而实施重大转型有关。因此,这些情形都不是“同往常一样使用化石燃料”,而是全球化石燃料消费总量大量减少,电力生产和工业加工的效率大幅度提高。能源系统的转型支持所有能推动能源系统实现可持续发展的技术。

因此,2014年11月,联合国欧洲经济委员会(欧洲经委会)会员国听取了世界各地专家的意见,通过了一系列关于碳捕获与封存的建议。这些建议都强调应达成如下国际气候协定:

接受多种财政工具来鼓励碳捕获与封存;

应对水泥、钢铁、化工、精炼和电力生产等工业领域的二氧化碳捕获与封存需求;

保证各国政府合作赞助和支持多个规模化示范项目;

二氧化碳注入水库可以提高碳氢化合物回收,便于永久封存并加以处理和计量。

如果这些建议得以实施,可以让仍高度依赖化石燃料的联合国会员国加入全球减少气候变化影响的行列,而非气候变化的罪人。这项技术已经在加拿大、挪威和美国得到规模化证明,目前在世界各地共有近40个项目处于不同的发展阶段。为确保该碳捕获与封存技术在2025年实现大规模部署,就必须提高碳捕获与封存的效率、降低成本,更合理规划储存选项,为此近期措施至关重要。

二氧化碳排放并非化石燃料利用中所需要解决的唯一问题。整个化石燃料价值链,包括天然气、煤炭石油生产与使用,估计每年产生1.1亿吨甲烷,在甲烷总排放量中占很大的比例。作为一种强悍的温室气体,甲烷排放必须显著减少。

甲烷是天然气的主要成分,在天然气生产、加工、储存、传输和分配过程中,有部分甲烷会散发到大气中。据估计,在世界范围内每年由于排气、泄漏和燃烧损失8%的天然气产量,造成重大的经济和环境损失。在形成煤炭的地质作用中,大量甲烷陷在岩石的周围和内部。与煤矿开采相关的活动(包括开采、粉碎和分配等)会释放出其中部分甲烷。同煤炭的形成一样,形成石油的地质作用也会产生大量甲烷,这些甲烷会在开采和萃取阶段被释放。石油的生产、提炼、运输和储存过程也会释放甲烷,同样,化石燃料的不完全燃烧也会产生甲烷。燃烧过程都不是完美高效的,所以,当化石燃料用于发电、供热或用作汽车燃料时,都会排放甲烷。

甲烷管理的最大挑战,是要用最先进的监测和测量技术来精确监测和记录甲烷排放,然后采取最佳的解决措施最大限度地降低泄漏和排放。这个过程将会产生经济效益、降低健康影响、提高安全性并减缓全球变暖。具有多项效益的管理甲烷排放极具吸引力,但是还需要做大量的工作来证明这个领域取得了足够的进展。

应对可持续能源问题要求最广泛的利益攸关方参与,而忽视化石燃料的作用将会带来负面影响。许多发展中国家有大量未开发的化石燃料资源,他们也希望利用这些资源来发展各自的经济。坚持让他们花巨大的代价用可再生能源替代化石能源可能制造不必要的紧张。他们认为,发达国家正是依靠化石燃料达到如今的经济水平,且如今仍然严重依赖化石燃料。相比“只利用非化石能源”的议程,另一种替代方案是鼓励各国使用各自可利用的各种资源(如提高能效、发展可再生能源以及以可持续的方式利用化石燃料),这将是更加务实、更加平衡的方案。

另一个经常挨骂的利益攸关方群体是私营部门,尤其是化石燃料企业。事实上,私营部门拥有知识专长,而且通常拥有足够的资金支持世界实现向包容性绿色经济转型。充分利用大企业的资金优势和专业知识优势有助于促进转型,而如果将他们排斥在外,则会使这个进程变得更加艰难,且代价更为昂贵。

一个长期存在的关键挑战是确保在提高生活质量和促进经济发展的同时缩小能源领域的生态足迹。向可持续能源系统过渡是从来源到使用提高能效、最大限度减少环境影响、降低能源和碳强度以及纠正能源系统已犯错误的好机会。抓住这个机会,需要协调的能源审查和对多部门进行改革。同世界其他地区相比,考虑到能源供给来源地和需求中心的距离较近,欧洲经委会地区有更多的经济优势。如果该地区的能源市场在一个高效率的框架内实现完全一体化,将会显著提高能源的技术、社会、经济以及环境贡献。

在欧洲经委会地区建设面向未来的可持续能源系统,要求当前的系统必须实现重大的转型。提高能效不仅与消费者层面的能源问题(如节能房屋、汽车和家用电器)有关,还关系到电力生产(发电)、传输和分配等上游环节的能效。这是加速从传统的能源商品买卖向基于创新提供能源服务转型的好机会。

遵循通常运营规则的智能能源网络的发展,为强化技术协作从而推动低碳技术在最大范围内进行高成本效率渗透和改善能源系统的韧性提供了重要的机会。不管我们是否喜欢,在未来几十年内,化石燃料仍将是全球能源系统的一部分。它将会继续支持世界各地的社会经济发展。因此,在制定切实可行的气候策略的过程中,我们必须针对化石燃料在全球可持续能源系统中扮演的角色进行公开、透明的讨论。在《联合国气候变化框架公约》框架下的巴黎气候变化大会召开之际,让新兴经济体和发展中国家参与讨论显得尤为重要,这将会改变政治机制,有助于达成强有力的巴黎气候协定。