显然,天然气将继续取代石油,世界正进入“甲烷时代”。
——欧佩克秘书长苏布罗托博士,1993年4月16日
崛起的气体能源时代将是能源大转型浪潮的最后一波,带领我们走向可持续发展的未来。我们从储量丰富的天然气开始,以快速增长的风能和太阳能作补充。天然气燃料技术发展完善,用途广泛,并且在全球范围储量丰富,能够解决世界的能源和气候困境。
显然,我们一如既往地使用煤炭和石油是不利于可持续发展的。世界经济全球化及其对能源的大量需求,使我们不得不面对日益加剧的气候、经济以及地缘政治这三大风险,及其有可能严重扰乱甚至终结人类文明这一事实。然而,如果我们在2007~2008年真正认识到能源和气候问题,那么一些主要大国很可能大胆革新,推动气体能源时代的发展,加速能源大转型,减弱甚至消除上述三大风险。
气体能源时代涵盖天然气(大部分是低碳甲烷)、风能、太阳能(太阳基本是由燃烧着的氢气构成的球体)、氢气,以及氢核聚变,即人造太阳。
前面的章节已经解释过,天然气是人类向前迈出的第一步,是人类走向全面可持续发展未来的桥梁燃料。天然气不仅与风能、太阳能、氢能及其基础设施兼容良好,还能促进它们的使用。继续使用煤炭会进一步阻碍其被取代的历史进程,并限制风能与太阳能的使用。天然气不同于煤炭,并不会妨碍风能、太阳能以及氢能的使用。相反,天然气可与这些能源相辅相成,当没有风或是太阳被云层遮住时,天然气能够满足人们的电力需求。
相比之下,燃煤电厂资本密集,启停困难,所以每新建一座中型燃煤电站,就会阻止30年内约500 台1兆瓦的风力涡轮机或是约45个11兆瓦的太阳能发电装置的新建。
越来越多基于美国广泛覆盖天然气管网的高效燃气分布式发电厂可以在太阳被遮住或没有风的时候迅速启动。很多国家也可以这样做。此外,天然气管网的任何站点几乎都可以用传统的内燃机或燃料电池发电,例如加利福尼亚克莱恩那·帕尔金斯风险投资公司资助的布鲁姆燃料电池系统。另外,天然气管网范围内的家庭、工厂和工业设施也可以从天然气中提取氢气为汽车加气。天然气管网覆盖的地方还可以安装小型发电机或是小型集成的冷热电三联供系统,供需要有持续电力供应的消费者使用,这类发电机或供电设备也可以安装在城市中,为电网之外的人们提供电能,同时对周围的建筑供热或供冷。
越来越多投入使用的天然气可成为快速引进风能、太阳能以及氢能的催化剂。气体能源时代的燃料具有兼容性,它们一起可以产生协同效应,提供智能电力。
使用天然气的确还会向大气中释放二氧化碳,但天然气的二氧化碳排放量是煤炭的一半,改进后的涡轮效率可以提高每英热单位的天然气所产生的电能,所以单位兆瓦电能的二氧化碳排放还会继续减少。天然气的二氧化碳排放比汽油和柴油少25%~30%左右,且几乎不产生其他污染物。没有采用碳捕存技术的天然气虽不是最终方案,却足以作为我们走向完全可持续未来的探路者,届时氢能、风能、太阳能以及核聚变将成为主导能源资源。如果碳捕存技术变得经济可行,那么天然气发电将和风能和太阳能一样,绿色、清洁无污染。
重要的是,天然气还将大大提升能源效率,尤其是管网覆盖的区域。例如,天然气井生产、通过管道系统分配给私人用户或工业设备使用的天然气,要比采自煤矿、通过货运列车运到发电设备中心再由大型电网输电的煤炭更高效,污染也更小。当前的铁路和输电系统都很陈旧,无法满足现在的需求,比如你根本不能轻易开启或关闭大型燃煤电厂和为电厂提供煤炭的全部煤矿、铁路运输系统,需求的大量增长要求增加资金投入。
运输领域的消费者可以给自己的汽车安装天然气压缩装置,或直接购买售价约24 500美元的本田思域GX 压缩天然气汽车,他们不必开车前往加油站排队就可以在家中或工作场所为自己的轿车或卡车加气。这能节省很多时间和金钱。如果时间就是金钱的话,那么在家为汽车加气就意味着压缩天然气为我们节省了更多的钱。
金色大道
如果煤炭、石油及其他固体和液体燃料,还有正在发生的三大风险是需要解决的问题,那么解决方案是什么?面对能源、气候、环境、宏观经济及地缘政治等迫在眉睫的问题,我们接下来将讨论能源大转型能提供什么解决方案。没有任何一种解决办法或如人们所说的多种办法能够解决这些能源问题,根本没有什么良方。但前方有一条金色大道,即让能源大转型自然过渡到气体能源时代,实现人类文明的可持续生存与发展。
全球范围内储量丰富的天然气将成为漫长过渡时期的桥梁燃料。与煤炭和石油相比,天然气含有更多氢能,也更为清洁,天然气基础设施也可逐步用于氢气,天然气的使用是向氢能源迈出的一大步。天然气技术发展较为成熟,且易于掌握。在接下来的几十年内,只有天然气可以被大规模地生产出来以代替大量的煤炭和石油,且较快的替代速度足以稳定气候变化。实际上,在过去几十年里,天然气已发展成为全球主要的能源来源,在全球能源结构中占24%,而煤炭为28%,石油为36%,核能为6%。在过去约一年的时间里,中国、日本、韩国以及新加坡的液化天然气交易是一个好的迹象,表明天然气在亚洲的发展势头越来越强劲。
21世纪的赢家
随着技术的发展,世界将快速进入气体能源时代,达到经济可持续增长的终极能源目标。气体能源将在未来的千年里给文明提供能量。目前这一过渡正在加速。
21世纪的赢家将是借助能源转型加速向气体能源时代迈进的国家。世界上许多地区——德国、丹麦、印度、以色列、新加坡,佛罗里达州、加利福尼亚州以及其他地区——已经开始向气体能源时代过渡。过去5年里,天然气、风能和太阳能的生产能力以及资金投入都显著加大。2005~2010年间全球增加31万兆瓦天然气发电系统,增长达31%,2007年风能每天增加55兆瓦,8同时太阳能刚刚开始呈指数增长。
气体能源时代将延续数千年,因为其最后一个阶段将是氢经济。在这个阶段,燃料将源自几乎无限的能源(风能、太阳能、氢能,可能还有核聚变),地球也能够维持预计的人口增长,未来持续的技术创新浪潮也将为我们带来经济增长。
氢经济
氢气和氢经济应该是文明的终极能源目标,几乎没有任何污染的氢经济才能在全球人口与经济增长的同时保持环境的可持续发展。通向文明终极目标的道路有清晰的标志,这些标志就是过去150年里发生的一系列脱碳进程:人们使用的能源从木柴(主要由碳组成)转换为煤炭(碳成分降低,并出现微量氢成分),转换为石油(碳成分继续降低,氢成分增加),再转换为天然气(氢成分更多,因为一个天然气分子由一个碳原子和四个氢原子组成)。而最终的氢燃料将不含碳,燃烧时只生成热量和水,非常环保。向天然气过渡将成为人类迈向氢经济的伟大一步。
氢经济(风能、太阳能以及核聚变能)由几乎无限、完全清洁、完全可持续的气体能源提供燃料。氢是大自然的基本元素之一,在可观察到的宇宙中所占比例超过90%,是宇宙中最简单、含量最丰富的元素。所有的有机物以及覆盖地球表面70%的水都含有氢元素。氢燃烧时只产生热量和水,氢能源是自然界可持续的能源系统。
今天氢经济在技术上是可以实现的,它不是《星球大战》中的技术(那样遥不可及)。汽车、飞机以及船只已经能够使用氢能源,这表明我们已经掌握了这项技术。我们所需要的是政府承诺,类似于人类登月的承诺,包括:长期为天然气、风能、太阳能、氢能以及氢气技术(包括核聚变)提供研发基金,制定一些类似过去对煤炭、石油以及核裂变的鼓励政策,并且整个国家都要对此承担义务。