关于“天然气”的谜思
关于“天然气”，我们既陌生有熟悉。在大家的普遍认知里，它是优质的燃料和化工原料。天然气主要用途是作燃料，可制造炭黑、化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。
但是，在我们的认知中，天然气始终有一层神秘的面纱。关于它，大家褒贬不一：它到底是不是清洁能源？它的价格真的便宜吗？和可再生能源相比，它到底有何不同？现在，小编在一本书中寻到了答案。悄悄告诉你，这本书还没有上架哦~现在，小编节选此书片段，让我们一睹为快！
天然气——一座断头桥
2010年9月10日清晨，加州圣布鲁诺市Crestmoor小区的天然气管道发生爆炸，声音巨大且威力十足，如同地震一样，附近的居民从睡梦中惊醒。据现场目击者描述，爆炸所产生的“火墙有1000英尺高”。美国地质调查局后来把此次爆炸的强度定为相当于1.1级地震。这起爆炸造成8人死亡，将附近所有住宅夷为平地，并在地面上形成了一个长51米、宽7.9米的巨坑(见图8.1)。
图8.1 圣布鲁诺天然气大爆炸所造成的破坏（照片来源：Brocken Inaglory）
圣布鲁诺天然气大爆炸揭示了一个我们曾忽视的危险事实：气体管道会泄漏。当这种气体是甲烷(天然气)的时候，就会发生灾难性的后果。在1906年，也就是圣布鲁诺发生天然气大爆炸的大约100年前，发生过一次地震，那次地震以及由此引起的大火破坏了当时美国西海岸最重要的文化、金融和贸易中心——旧金山。在那次地震中，大约有2.5万栋建筑物被毁，3000人死亡，30万(总人口大约40万)人无家可归。高达7.9级的地震极具毁灭性，但是据估算，旧金山90%的破坏是因为地震造成煤气主管道断裂而引发的火灾。
天然气是清洁能源吗？
20世纪上半叶，有一种新材料曾风靡一时。在1939年的“纽约世界博览会”上，该材料被宣传成一种“神奇的矿物”，并且因“造福人类”而广受赞誉。该材料在很多产品中都得到了应用，从纽扣、电话，到电气设备面板。心脏外科医生将其用作缝线，而且该材料被认为非常安全，可以用来净化食物，并可添加到牙膏里使用，这个神奇矿物就是石棉。
天然气是一种新的“神奇”化石燃料。油气行业的发展已经全然把天然气提升为清洁能源。这个行业不断地提醒着人们，天然气发电厂产生的温室气体只有燃煤发电厂的一半(见图8.2)。但有一点却没有说明，那就是当向大气排放未燃烧尽的气体时，甲烷(天然气的主要成分)也是一种温室气体，而且它的温室效应是二氧化碳的72倍(按20年计算)。
图8.2 华盛顿的广告语：“感谢天然气，你减少了二氧化碳的排放！”（图片来源：托尼˙西巴）
天然气的泄漏涉及其整个供应链。从开采、储存到数十万英里的管道运输都可能发生泄漏。根据美国环境保护局的数据，甲烷每年的泄漏量高达850亿立方米，占全球甲烷产量的3.2%。这些甲烷泄漏量的温室气体效应相当于全美一半的燃煤发电厂。
引发2010年圣布鲁诺大爆炸的那段破裂天然气管道是在1956年铺设的，是一种管壁厚度不均匀的钢管。联邦调查员表示在管道上发现了很多有问题的焊接点。管道里不断增多的天然气增加了管道内的压力，管道变得越来越脆弱，最终发生了爆炸。
石油和燃气公司竞相铺设新的管道。仅在2008年一年的时间里，铺设的新管道就超过4000英里。但天然气的输送主要还是靠以前的老管道。美国境内的天然管道长达30.5万英里，但是一半以上都是在20世纪五六十年代铺设的。美国交通部的数据显示，超过12%的天然气管道是在20世纪四十年代或之前铺设的。而圣布鲁诺的天然气管道恰好是在当时的建设高峰期修建的。美国联邦第一部管道安全法案《天然气管道法案》直到1968年才出台。
根据美国能源部的消息，在接下来的20年里，美国的天然气产量预期将会增加50%。在首部联邦管道安全法案颁布前铺设的数万英里的老旧、生锈的天然气管道，运送量越来越大，承受的压力也越来越大，那么我们预测一下将有多少甲烷泄漏？
令人惊讶的是，因为没有规定要求管道所有者提供此类数据，很少看到有关管道泄漏数据的报道。在此方面，美国第一次破天荒的报道了波士顿的管道，总长785英里，共发现有3356处泄漏，也就是说每英里就有4.3个泄漏点。照此比例推算，美国境内总长30.5万英里的天然气管道上可能有130万个天然气泄露点。
近期，波士顿天然气管道的原班调查小组在杜克大学教授罗伯特˙杰克逊的带领下，对华盛顿的天然气管道系统进行了调查，发现有5893处泄漏点。而且在一些人孔处，甲烷浓度高达50万ppm，是爆炸下限浓度的10倍。“我们在这两个城市测得的泄漏密度是差不多的，但首都华盛顿的平均甲烷浓度却更高。”研究小组成员、波士顿大学地球与环境系的教授内森˙G˙菲利普斯表示。一些地方的泄漏量相当于两到七个家庭的天然气用量，其中有十几处泄漏存在爆炸危险。
甲烷是一种温室气体，其危害程度(20年)是二氧化碳的72倍。在效率比较高的发电厂，燃烧甲烷发电所排放的二氧化碳是燃烧煤排放量的50%。即使这样，只要有1%的甲烷泄漏率就可以抵消这个优势。哪怕我们把目光放远，相信甲烷在100年里的温室效应仅为煤炭的25倍，那么只要甲烷的泄漏率达到3%，其温室效应就不会低于煤炭。
2013年的万圣节，也就是圣布鲁诺天然气大爆炸三年多之后，太平洋燃气电力公司(PG&E)在《旧金山纪事报》中自豪地宣布，他们已经在其长达6750英里的天然气管道上安装了90个新的自动阀门，并更换了69英里的管道。太平洋燃气电力公司——美国最大的公用事业公司(按市值计)在美国花了20亿美元才在爆炸发生三年后更换了其稍多于1%的天然气管道，那么，又要花多少时间和成本才能升级其余99%的管道呢？
按照太平洋燃气电力公司的说法，被升级改造的69英里天然气管道，每英里成本不到2900万美元。照此成本推算，纳税人需要支付1937亿美元对太平洋燃气电力公司没有维修的6681英里管道进行升级改造。截至2012年底，太平洋燃气电力公司有440万名天然气用户。如果进行上述的升级改造，那么谁将支付这些费用呢？当然还是用户。费用是多少呢？每个用户需要支付4.4万美元才能彻底修复整个天然气管道系统。这与“廉价天然气”的说法严重不符。然而，那些试图让人们相信天然气是清洁能源的广告和游说活动却成功了。
加利福尼亚州圣何塞市、西班牙塞维利亚等许多城市都曾自豪地强调其“清洁燃气巴士”是用天然气驱动的(见图8.3)。
我们现在知道了，天然气并不清洁。当我们说到未来的能源应该是清洁、分布式的能源时，我希望人们清楚一点：天然气不是清洁能源的未来。
图8.3 一辆行驶在圣何塞马路上的“清洁燃气”巴士，燃料是天然气（图片来源：托尼˙西巴）
天然气便宜吗？
1999年3月，一桶石油的价格为11美元。在20世纪末，能源专家表示，人类正在进入一个廉价且供应充足的石油时代。《经济学人》杂志曾经预测，每桶石油的价格要降到5美元；阿尔及利亚能源部长也曾经宣称，石油价格可能会跌到2美元～3美元一桶。
一桶石油的容量约为159升。据美国能源信息署报道，美国炼油厂能从每桶石油中提炼出72升的汽油。1999年，汽油的生产成本曾达到每升2.64美分～6.6美分。在汽油未和消费者见面之前将汽油的价格翻倍以获利，但即使这样，你看到的汽油零售价格合每升5.3美分～13.2美分。
底特律曾经生产出历史上耗油量最大的汽车。通用汽车公司旗下的悍马汽车，是一个时代的标志，是当时的顶级耗油大王，也是身份的象征。当时，从事汽车和能源行业的每一个人对能源价格走低的趋势都很自信，甚至那些能够通过金钱获取最详尽信息和分析结果的人对此也深信不疑。
当然，历史还是发生了变化。随着新世纪的来临，石油市场价格迅速上涨，而且上涨趋势一直持续，到2008年7月，石油价格达到最高点147美元/桶(见图8.4)。在进入新世纪的前8年里，石油的价格涨了14倍。这个价格是《经济学人》杂志所预测价格的近30倍，更是阿尔及利亚能源部长所预测的50至70多倍。显然，石油天然气市场是非常不稳定的，因为他们从根本上还是资源型商品，其价格是瞬息万变的。
水力压裂工艺改变了天然气市场。美国的天然气批发价格已经降到了20年来的最低点。曾经在1999年预测千禧年石油价格会更便宜且供应量充足的那一批业内专家，现在又预测说，到下一个千禧年时，天然气价格会更便宜且供应量充足。
美国能源信息署的数据显示，天然气井口价已经从1970年的0.18美元/千平方英尺涨到2012年的2.66美元/千平方英尺(见图8.5)。尽管出现了所谓的水力压裂法技术革新，天然气的价格自1970年以来已然上涨了14.8倍。而同期太阳能光伏的成本则下降154倍。与1970年以来的天然气相比，太阳能的成本优势提高了2275倍。
对水力压裂技术的不断投入，使得天然气成本从2008年的高点7.97美元降到2012年的2.66美元。气电早已经开始了代替日渐过时的煤电的步伐，而且已经在电力市场占据一席之地。天然气行业像1999年所面临的情形一样，各种预测蜂拥而来，而且又有希望成为下个千禧年的廉价能源。如果天然气价格在未来几年或十年保持如此低的成本水平，会发生什么？
市场并不擅长预测化石燃料的价格，最多能预测几分钟后的未来。天然气的价格尤其不稳定(见图8.6)。从1970年到2020年，太阳能的成本优势将提高400倍。假设现在的天然气价格保持到2020年不变，那么自1970年起，太阳能的成本优势和天然气相比，前者将是后者的5911倍。假设天然气价格重新回到其2000年～2012年间的平均价格(4.90美元)，那么从1970年到2020年，太阳能相对于天然气的成本优势将提高10884倍。
以上数据都是美国天然气的井口价格。然而，并不是每一个国家都会有机会使用页岩气，因为只有那些地质条件符合要求的地区才能使用水力压裂技术。也就是说，一些国家可以生产更多的石油和天然气，而其他国家依旧不得不进口采用水力压裂技术生产的石油和天然气，承受昂贵且极具波动性的全球价格。需要考虑的另一点是，天然气一般只是批发时才便宜，其分销成本哪怕在同一个国家也是很高的。在美国，天然气出口的成本要高于开采成本，优势。
图8.6呈现的是美国居民用户使用天然气的价格。请注意表中的几个细节。第一，价格一直在波动。波动性一直在加剧，价格区间在给定年份里变得越来越大。在两年的周期里，价格能翻倍，然后又跌去一半。第二，请注意2008年7月，天然气价格达到最高706美元/千立方米(同期石油的价格也达到了最高点)后价格是如何回落的。不过，尽管“水力压裂技术革新”在过去几年里制造了价格低点，但天然气的价格仍然是20世纪90年代的两倍。所以，消费者并未从所谓的技术革新中受益。
对比一下天然气价格和信息技术或太阳能光伏的价格。因特网的主要受益者是消费者，而非生产商。那么，在价格方面，信息经济和技术定价一定比资源经济更能使价格长期持续地下降。
太阳能与天然气价格
与其他的液体(石油)和固体(煤)化石燃料不同，天然气海运比较困难，这也是为什么天然气市场都是区域性的。2012年，美国国内天然气价格降到最低水平，国际能源署的数据显示，欧洲天然气的进口价格是美国的5倍，而在日本则是8倍。
为了从海上出口天然气，需要对天然气进行压缩处理或液化处理。而承运的船只必须是特制的，运到后还要进行解压或再气化处理(见图8.7)。进出口天然气要求两个港口都要使用压缩天然气(CNG)或者液化天然气(LNG)设施，而这些设施的花费是巨大的。
仅澳大利亚一个国家的石油、天然气公司就投入了2000亿澳元(1790亿美元)，用于建设液化天然气厂。雪佛龙公司曾透露，其Gorgon液化天然气厂将花费520亿澳元(466亿美元)。
我们将上述成本与可满足全澳大利亚电力需求的太阳能光伏电厂的建设成本做一下对比。对于澳大利亚天然气发电和太阳能发电之间的成本比较，本人引用以下澳大利亚能源业的实际情况予以说明：
澳大利亚的年发电量：根据澳大利亚资源和能源经济局的统计，2009年的发电量为2416亿千瓦时。
日照辐射量：2100千瓦时/m2/年。
太阳能电池板的效率：15.9%。
光伏发电设备的安装费用：每瓦1.62美元。
光伏发电设备每瓦的安装费用可能会让美国人大吃一惊。澳大利亚的这个价格要远低于美国。SolarChoice的数据显示，2013年7月，澳大利亚5千瓦的住宅太阳能系统，安装费用平均为每瓦1.76澳元(1.62美元)，而澳大利亚珀斯市的安装费用则低至每瓦1.38澳元(1.27美元)。
如果采用上述平均安装费用，那么只需投资1860亿美元的太阳能发电设施，就可以满足整个澳大利亚的电力需求。如果按照珀斯市的安装费用计算，那成本就更低了(每瓦1.27美元)，1460亿美元就足够了。
公用事业规模的太阳能项目造价要远低于住宅太阳能项目，所以成本低不是毫无根据的。而且，太阳能的成本还在快速下降。所以，最终的数字很有可能要低于1860亿美元。
根据我的计算，如果全部用太阳能光伏电厂给澳大利亚供电，那么所需费用接近(1860亿美元)或者低于(1460亿美元)石油天然气行业目前向几个液化天然气厂(1790亿美元)注入的投资。
请记住，这1790亿美元的投资仅仅用于天然气液化，这只是传统能源价值链中的一步(见图8.7)，其中并不包括开采成本、管道铺设到港口的成本、海运成本、再气化成本以及在天然气接收端铺设更多管道的费用。
传统能源价值链的每一步动辄就需要数百亿或者上千亿美元的投资。而且，这还只是把天然气从地下送到发电厂的费用。建造发电厂、燃烧天然气发电、通过输气管道和配气管道输送天然气以及将天然气送到千家万户，还需要额外的成本。
天然气从地下获取，最终转换为电能驱动家用电脑，所经历的过程漫长而又曲折。擅长用复杂装置完成简单任务的美国著名漫画家鲁布˙戈德堡，如果获得无限多的纳税人的钱去建造发电厂，那么他很有可能就会想到采用化石燃料供应链的那套装置。
综上所述，天然气发电比太阳能发电的成本高，而且高的出奇，尤其是还要加上水力压裂开采和管道泄漏对空气、水和土壤的环境破坏成本。
比如，北达科他州的水力压裂井每天会产生多达27吨的放射性废料。页岩石内含大量的镭，这是一种可用于治疗癌症的放射性元素。镭-226的半衰期为1601年，这意味着一半的镭会从现在开始释放16个世纪的辐射。那么，谁将会为这些污染埋单？当然是你我，而不是石油和天然气行业。
在欧洲，天然气是需要进口的(而且价格高昂)，天然气无法与占比很高的太阳能和风能竞争。欧洲的电力公司已经削减或取消了对新天然气发电厂的投资。意昂集团(EON)是德国最大的电力公司，该公司一直在他们的两个天然气发电厂上烧钱。这两个发电厂一直依靠从电网运营商那里拿到特别补偿金运营。
当采用水力压裂技术开采化石燃料时，美国的石油和天然气行业就会免于很多环保法律的约束，其中包括：
《清洁空气法》
《洁净水法》
《安全饮用水法》
《国家环境政策法》
《资源保护与回收法》
《应急规划和公众知情权法》
《综合环境反应、补偿和责任法(超级基金法)》
可以说，当开采天然气造成污染时，石油和天然气行业要么凌驾于法律之上，要么就是改写法律。石油和天然气行业享有特权，几乎可以随意地污染水、土地和空气。当“规制俘虏”问题(立法者被规制中的产业所控制)达到美国那种程度时，发生像英国石油(BP)公司墨西哥湾漏油事件那样的事故也就在所难免了。
我们已经忘记了亚伯拉罕˙林肯在葛底斯堡演说中的一句话：“这个民有、民治、民享的政府，永远不会从地球上消失。”而现在已经变为：“这个由能源行业所有、由能源行业治理、由能源行业所享的政府，有毁灭地球的权利。”
这些污染成本是真实存在的，但是却由纳税人来埋单，而不是制造污染的行业。这些行业也无需公布其每一次“水力压裂”时，注入地层(和水里)的数百种有毒化学物质的名字。现在我们知道这种技术会把放射性镭从地层中释放出来。我想知道放射性铀或钚是不是也进入到这些井眼里了。然而，即使是生活在水力压裂地区的美国公民，也没有知情权。
水资源保护和天然气的终结
采用水力压裂技术钻一口天然气井需要750万升～1500万升的水。如果下次你读到或者听到水力压裂技术时，想想这得需要用掉多少水！
到目前为止，水力压裂技术已经在美国应用了一百万次以上。2009年，美国境内有49.3万眼天然气井处于工作状态。据估算，为了获取更多的天然气产量，这些井中有90%都使用了水力压裂技术。而仅仅在宾夕法尼亚州，废弃的石油和天然气井就达15万眼之多。
设想一下，如果使用太阳能光伏(或风能)代替水力压裂技术，那将会节省多少水啊！如果全部采用太阳能光伏(或风能)发电来满足美国的日常电力需求，仅需要1.1万立方米的水，也就是大约1100万升。
如果使用太阳能光伏和风能给全美国供电，那么所需要的水量和用水力压裂技术打一口天然气井的相同。确切地说，太阳能的用水效率是天然气的100万倍。单从水的使用情况来看，天然气根本不是太阳能和风能的对手。
如果我们考虑水力压裂法将压裂后的水排入河流时所带来的污染，太阳能和风能的优势就更大了(见图8.8)。排放这些污水是违法的，而在当下的社交媒体时代，一个行业想隐藏其固有的行为已经是不可能的了。用谷歌搜索“水力压裂技术非法倾倒废水”，可以搜到5万多条结果。在这些结果中，包括了彭博社的“埃克森公司被指控在宾夕法尼亚州非法倾倒废弃物”和哥伦比亚广播公司的“石油公司被拍到在中央山谷非法排放水力压裂废水”。在后一条新闻报道中，提供了一段由加州克恩县的一个农场主录制的视频。视频中，一支无所顾忌的钻井队正向一条河流倾倒水力压裂后的废水。
指数投资，线性收益
根据国际能源署报道，石油需求将从2011年的每日8740万桶增至2035年的每日9970万桶。大部分新的石油都会是通过水力压裂法、油砂及其他非常规技术提取的“非常规”石油。该过程的年复合增长率(CAGR)为0.5%。
有报道曾预言天然气“黄金时代”即将到来。国际能源署预测天然气的产量将会2012年的3.721万亿立方米增长至2035年的5.112万亿立方米，增幅为37.4%。该过程的年复合增长率(CAGR)为1.37%。2010至2035年，也就是所谓的“黄金时代”，全球石油和天然气行业将在勘探和钻井等上游产业投资15万亿美元，以满足全球对石油和天然气日益增长的需求。在这期间，全球石油和天然气行业的投资额将超过美国的国内生产总值以换取“可观”的每年0.5%～1.4%的增长。
不知我是否已经表述清楚。尽管石油和天然气行业将会迎来一个“黄金时代”，但却需要高达数万亿美元的巨额投入，还需要无数的沙、水，以及“没人知道是啥”的化学物质，由整个社会承担可怕、沉重的环境代价。而最终的结果也就是每年最多1.37%的增长。
有没有企业愿意投资15万亿美元的资金换取1%的收益呢？我们看一下国际能源署的报告就能明白为什么石油和天然气行业的企业会做这样一种投资了。报告显示，化石燃料行业在2011年获得了5230亿美元的补贴。在2010年～2035年间，补贴将会达到13.5万亿美元，相当于这一时期石油和天然气行业总投资额15万亿美元中的约90%。
石油企业的高管算盘打得很好：石油和天然气钻井所需要的资金投入，90%由纳税人承担；钻井使用的是公共土地和公共水资源；而钻井商无须为污染空气、水资源和土壤负责。纳税人承担费用和风险，而石油和天然气行业的企业却赚取数万亿美元的高额利润。这个模式为石油和天然气行业带来了巨大的回报。
所以，天然气这种新兴的“神奇化石燃料”是一座断头桥。它是一种破坏性巨大、资源效率低下、经济上不可行的能源，是政府的保护、免于法律制裁、再加上纳税人数十万亿美元的补贴才使天然气行业得以为继。
（本文节选自Clean Disruption of Energy and Transportation）
作者托尼˙西巴，是一位集教育家、作家、演讲家、企业家于一身的传奇人物，曾出版书籍有Winners Take All,Solar Trillions,在国外反响热烈。本书主要探讨了在清洁能源领域，核电、石油、天然气和煤炭等传统能源时代终将结束，太阳能、风能、 电动汽车和自动驾驶汽车必将终结并取代我们熟知的以上传统能源。想不想看看未来的新行业、新技术、新服务、新体系和新的商业模式是如何摧毁发展了百年的能源工业？
此书中文版即将上架，敬请期待！
