短期石油资源无法替代

1、短期石油资源无法替代导读：最近几年，新能源领域成了世界各国发展的重点领域。在几个主要的能源消耗大 国，太阳能、风能以及其它各类新能源发展迅速。不过同样是新能源，用于发电的各种方法发展很快，几条主要技术路线都已经显示出比化石能源在环境上的好处，对电网的贡献比例越来越高，但是在替代石油的领域，情况就复杂多了。最近几年，新能源领域成了世界各国发展的重点领域。在几个主要的能源消耗大国，太 阳能、风能以及其它各类新能源发展迅速。不过同样是新能源，用于发电的各种方法发 展很快，几条主要技术路线都已经显示出比化石能源在环境上的好处，对电网的贡献比 例越来越高，但是在替代石油的领域，情况就复杂多了。石油的替代

2、选择有限石油目前提供了人类运输使用能源的百分之九十多。人们选择石油作为运输用能源 的主要形式，是有很多原因的。石油的储量巨大，人们到现在已经开采出了几千亿吨的 石油，目前已知的储量按照现在每年四十亿吨左右的开采速度还能维持数十年。这样的 数量，目前还是其他非化石能源所不能比拟的。石油属于物质能源，也就是说，能量是 通过物质的形式来存在的，这样，与电相比，能量的存储、运输都非常方便，既可以很 方便的越洋运输，也可以运送到各个偏远地方，不完全依赖固定的输送网络，还可以方 便地被飞机、船舶、车辆携带。石油的能量密度也非常高，对于体积有限、载重量有限 的运输器具来讲，这个特点非常重要，也是目前其他的能

3、源形式无法比拟的。石油虽然比同是化石能源的煤炭清洁不少，但是在其开采、输送、加工和使用过程 中，仍然会对环境造成不少影响。特别是在意外事故发生之后，造成的影响可能非常大, 比如2010年美国墨西哥湾的漏油事件， 对墨西哥湾海域以及周边的陆地地区都造成了不 小影响。在一些欠发达的产油国，因为监管不严，治理不力，造成的损失甚至长时间被 人们忽视。使用石油造成的温度气体排放问题也非常严重。化石能源都是碳基资源，使 用后都需要排放二氧化碳，石油也不例外。巨量温室气体排放造成的气候变化问题，是 整个国际社会都在努力解决的问题的问题，寻找石油的清洁替代品，是应对气候变化工 作的重要组成部分。即使不考虑环境

4、问题，人们也需要开始寻找石油替代品了，因为石油要不够用的了。最近几年，石油价格一直处于高位，即使全世界范围的经济萧条也没有让油价下降多少， 一个重要原因就是廉价易开采的石油已经无法满足人类对石油的需求，越来越多的非常 规石油资源被开采。这些非常规石油资源开采使用的技术复杂、能耗高、投资大，这些 都增加了石油开采的成本，也就推高了石油的价格。从这个角度考虑，人们也需要寻找 可以抑制石油价格上涨的替代燃料产品。当然，高昂的石油价格也使得一些原本被认为 在经济上不划算的替代路线有了经济上推广的可能。与发电的能源来源的多样性相比，石油替代的选择有限。替代石油，需要寻找总量 巨大、易于存储和运输、能量密

5、度高的资源，而同时符合这几点的资源和技术途径很少。 一个重要候选，在技术上也相对成熟的，是煤炭液化技术。煤炭的储量要比石油多上不 少，转化为燃料油以后，可以拥有石油燃料的全部优点。在技术上，煤炭液化技术已经 有将近九十年的历史，二次世界大战期间在德国工业化，现在这条技术路线为南非提供将近四分之一的燃油供应。不过煤炭本身也是化石能源，总储量虽然比石油丰富很多，但是仍然是有限的，即使在一些地方成为替代石油的主力，也不是一个长期的解决方案。同时目前的煤炭液化技术对环境的危害还明显高于传统石油路线，要克服这些环境 危害，人们还需要付出巨大资金代价，一些技术也还不成熟。使用天然气液化工艺生产 油类产品也

6、有类似问题。使用一种化石能源来替代另外一种化石能源，肯定不是问题的 长期解决办法，要寻找长期的石油替代品解决方案，需要依靠可再生能源。石油易于保存运输的物质性能源特性使得可以替代石油的可再生能源品种很少。实 际上，可再生能源里面只有生物质能源是物质性能源，其他可再生能源是很难被转化成 为物质形式的。从这个角度来看，生物质的应用应该尽可能去考虑替代石油的方向，充 分发挥生物质物质能源的好处。简单的发电应用，无法发挥生物质能源的这个特长。不 过实际上实施起来困难很多。当前成熟的将生物质转化为生物燃料的技术并不多，技术 上最成熟的就是糖、淀粉类乙醇和植物油为原料的生物柴油，推广的最广泛的也是这两 种

7、生物燃料，目前已经占到世界燃油供应的将近3%。这里面，乙醇以美国的玉米乙醇与巴西的甘蔗乙醇为主，加在一起占了全世界燃料乙醇供应的90%生物柴油则以欧盟为主，生产了全世界生物柴油产量的一半。但是这两类生物燃料使用的是与人类食品直接 相关的淀粉、糖类、油料作物，占用了大量的农业资源，一开始扩大种植就担上了与人 争粮与人争地的名声，在世界其他地方推广明显受阻，对于世界上很多粮食安全还不能 保证的国家，这两类生物燃料是没有推广条件的，甚至在欧美，这两条石油替代路线也 备受指责。很显然，要实现国际能源组织预测的到 2050年生物燃料占到世界燃料供应四 分之一的比例，依靠这两个技术路线是行不通的。实际上，

8、从整个生命周期的温室气体减排方面来考察，这两条路线的表现也都不算 好。生命周期评价是一种综合性的评价方法，考察某个工艺路线的各个环节对材料的消 耗和对环境的影响，包括原料以及重要辅助材料的收集、运输，各个加工处理环节，以 及成品的运送，废品的处理等等，把一个产品从原料到成品再到废品的整个阶段的材料 消耗以及环境影响通盘考虑。通过这样的详细考察，可以了解到不同的工艺路线究竟孰 优孰劣，当对不同的技术路线进行筛选的时候，可以了解到各个不同技术路线的实际消 耗资源情况，实际环境影响情况等，为技术路线的选择提供一个重要参考。对于同一条 技术路线，也可以通过这样的分析来了解是什么步骤影响了整体的效果，为

9、工艺改进提 供方向。在考虑石油替代品的众多候选的时候，进行这样的分析，就可以了解到所选用 的替代方法究竟有没有所预期的诸多好处。生物燃料是好的选择吗?比如评价一个生物燃料路线究竟相对石油有什么优势，就需要从作物种植阶段开始 考察，考察各个种植、播种、收割阶段的能源和材料消耗，环境影响，不仅仅包括直接 在田间消耗的，还需要包括所使用的化肥、农药等物品在生产、运送过程中的能原材料 消耗以及环境影响。在作物收割之后，需要考察各个初加工步骤，产品运输等环节。进 入到燃料生产线之后，还需要考察整个工艺各个环节以及所使用的各种原料辅料的消耗 和影响。得到产品之后，还需要考虑产品的配送试用过程。如果有需要处

10、理的副产品或 者排放，那么这些副产品，排放物的需要考虑进去。因为考察的是一个非常繁琐详细的 过程，这样的考察，地域性的特色就非常强，即使是同一个工艺路线，不同的地区得到 的结果也会有区别，看这些考查结果的时候需要非常小心。欧盟在2007年公布了一份以欧盟为背景的车用燃料替代方案的生命周期评价。在这份报告里面，欧盟结合自己的情况考察的乙醇生产原料是甜菜和小麦，得出的结论是这 样的路线可以比传统汽油的生命周期减少27%勺化石能源消耗，同时温室气体减排30%当使用油菜来生产生物柴油的时候，化石能源消耗与传统柴油相比要节省64%温室气体减排要降低53%单从这个报告里面可以看出，在欧盟环境下，乙醇和生物

11、柴油路线 对于降低化石能源消耗，减少温室气体排放都是有价值的。但是中国的情况就很不同了。2008年清华大学的一份博士论文考察了国内实际情况的乙醇生产的生命周期情况，得到的结论是使用玉米、木薯、红薯、甜高粱、甘蔗等为 原料生产乙醇燃料，生命周期所消耗的化石能源均远高于生产汽油所消耗的化石能源， 这些路线的温室气体排放量也高于汽油路线。按照这个计算，可以说中国目前阶段所推 广的乙醇燃料项目，既没有起到 节能作用，也没有实现减少温室气体排放，并没有正面 的环境意义。虽然在提供石油替代品的角度上仍然具有积极意义，但是这样的高耗能高 排放的替代方案要继续享受国家补贴就有些说不过去了。在国际上的类似研究中

12、，中国的乙醇路线的数字最差，但是也不是不能理解。造成 这个结果的原因主要有个方面。首先是中国目前农业生产管理粗放，滥用化肥和农药的 现象严重，而化肥和农药的生产运送都是需要消耗能源，造成温室气体排放的。特别是 当氮肥不适当使用后，还会增加土地氮氧化物的排放，而氮氧化物是比二氧化碳的温室 效应严重将近三百倍的气体，少量的排放就足以抵消植物生长所吸收的二氧化碳。然后 就是国内目前使用的燃料乙醇生产工艺的问题。燃料乙醇对乙醇的纯度要求很高，所以 需要通过一定工艺来提纯，最常见的方法就是乙醇精馏。乙醇精馏是一个非常消耗能源 的工艺过程。国内这些生产线多采用小型自备热电联产机组来满足生产所需要的能量，

13、这些机组又往往使用未经过洗选的原煤，造成机组效率低等问题。这样也就增加了燃料 生产过程中的能耗和温室气体排放。也就是说，并不是说中国进行燃料乙醇生产就肯定 没有环境好处，有针对性地解决这两个主要问题后，中国的燃料乙醇行业同样可以与世 界其他同行一样实现真正的 节能减排。这种有针对性的技术改进应该是政府政策的鼓励 方向。国内的生物柴油生产也有类似问题。上面提到的博士论文的考察结果，是国内实际 情况下，使用大豆、油菜籽、棉籽、麻风果、黄连木、光皮树甚至餐饮废油生产的生物 柴油，生命周期过程所消耗的化石能源都高于生产柴油所消耗的化石能源；在温室气体 减排方面，也只有使用进口大豆以及含有林木果实为原料

14、的路线可以实现与柴油相比的 温室气体减排，使用其他的原料都起不到减碳排的效果。造成这个数字也不大好看的原 因，同样在种植和产品加工两个阶段，与乙醇的情况类似。没有明显的环境好处，本身还威胁粮食安全，这可能是国内最近在生物燃料领域步 伐放缓的原因之一。不过，这不等于说生物燃料在中国没有前景。实际上中国遇到的问 题并不是中国独有的。使用粮油为原料的粮食乙醇与生物柴油在国际上被称作第一代生 物燃料，目前国际上生物燃料的研究兴趣，已经集中在第二代生物燃料上。第二代与第 一代的不同在于，第二代生物燃料可以使用各种生物废料，或者作物的全部或者大部分,而不再像第一代生物燃料一样，只能是用作物最有价值的部分。

15、这样，在种植阶段所消 耗的能量就可以得到更佳有效的回收。此外，在植物的大部分都可以作为能源原料以后，生物燃料的潜在供应量也有很大增加。因为相关技术的研发起步很晚，第二代生物燃料目前还没有进入到产业化阶段，不过第 二代生物燃料的原料范围非常广泛，燃料本身也就有很多选择。在前面提到的欧盟的报 告里面，就考察了沼气、非粮乙醇、氢气、二甲醚以及合成柴油几条可能的路径。因为 第二代生物燃料可以使用生物废料作为原料，而作物种植过程中的能源消耗是不会摊到 废料的头上的，这样这些路径的生命周期能耗以及温室气体排放就有了优势。欧盟这份 报告里面，沼气路线在节省化石能源方面并不突出，比汽油路线仍然消耗更多的化石能

16、 源，但是在温室气体减排方面成绩显著。乙醇路线里面，使用木质素来生产乙醇在这两 个方面都优于粮食乙醇路线。利用生物质气化路线生产二甲醚和合成柴油路线以及制氢 路线在能耗方面表现不佳，但是在降低温室气体减排方面成绩突出，几乎可以降低百分 之九十几的温室气体排放。这里面合成柴油与传统柴油以任意比例混合，不需要对配送 体系，发动机进行任何改动，对于燃料的推广来讲，是一个重要优势。中国的情况在第二代生物燃料方面与欧盟类似。前面引用的清华大学的研究结果指 出，从生命周期温室气体排放方面来看，二甲醚、合成柴油、氢气路线的减碳排效果显 著，生物甲醇，生物乙醇等路线则因为使用的发动机不同在减碳排方面略差，但是

17、仍然 优于汽油路线，都可以起到减排作用。这份研究还指出不同原料、路线的生物燃料的实 际减排节能效果差异很大，并且这个差异具有很明显的地区性，不同的地区可能有适合 自己具体情况的解决方案。第二代生物燃料的多样选择，也给了人们足够的挑选余地， 可以因地制宜找到合适本地区的发展办法。第二代生物燃料毕竟还没有进入商业推广阶段，这些计算根据的往往是一些理论模 型和推算，结论的准确性当然不如从实际生产所测量的数据。随着这个领域越来越多的 工业尝试，人们对这些技术路线会有越来越多的了解，评价指标会越来越真实地反映实 际情况。不过，这些考察已经可以看出第二代生物燃料的确是生物燃料发展的方向。可 以说由于第二代

18、生物燃料的原材料比第一代更加广泛，其所能提供的能源总量也更多， 应该会在替代石油领域起到很大作用。要让生物燃料在替代石油的领域起到重要作用，单纯依靠农林业废弃物是不够的， 需要种植培养专门的能源作物。为了避免与人争粮与人争地的帽子，这些能源作物就需 要尽可能不占用已有耕地，尽可能使用那些并不适合商业农业开发的地方。这就对种植 的能源作物品种提出了更高要求。不过，目前研究中的一些能源作物还是可以满足这些 要求的。除了草本木本的能源作物， 人工养殖的藻类也是一个非常有前景的生物质原料。 藻类进行光合作用的效率很高，在外界条件合适的情况下，藻类的生长速度要普遍高于 草本和木本的作物。这个特点，就使得

19、藻类成为能源作物的最佳候选。藻类的利用方法 也可以有多种选择，既可以筛选专门的品种提高藻类中的油含量，最终生产生物柴油， 也可以以生产生物质为目的，为下游燃料生产提供碳和能源。国际上有人已经把以藻类 为源头的燃料生产列为第三代生物燃料，就是看到了这个良好前景。不过目前阶段的藻类能源利用水平距离实际应用还有很多距离。不仅目前藻类的种 植培养收获需要依赖不少机械，消耗不少能量，藻类生长的质量平衡就决定了目前水平 的藻类还不能是能源问题的可靠依靠。藻类的生长不仅仅需要阳光喝二氧化碳，还需要 各种其他元素，特别是氮。而目前氮的提供主要是以化肥的形式提供的。实际上，在给 足了充分的阳光和二氧化碳的前提下

20、，藻类的生长速度取决于氮肥的供应量。目前氮肥 的生产依赖的都是化石能源，这也就增加了藻类路线的化石能源消耗，增加了生命周期的二氧化碳排放。并且，氮肥的使用也会造成种植区域氮氧化物排放的问题。要实现藻 类的大规模能源利用，需要发展生物直接的固氮技术。这方面，也许要依赖很先进的生 物工程技术。其他能源作物也同样。如果氮肥的清洁供应可以得到解决，生物燃料的产 量就可能大幅度增高，也就可以更大比例地替代石油。 电动汽车能否普及?在研究生物燃料的同时，人们也在尝试使用另外的途径替代石油，就是改变目前严 重依赖内然发动机的运输业，将电能用于运输。电已经在运输业中起了不少作用，在铁 路系统，电力牵引的机车已经非常普及。在民用汽车领域，电动汽车也作为新能源汽车在最近几年成为热门。电动汽车的优势在于可以使用电力，而电力的来源非常广泛，即 可以是传统的火力发电，也可以是各种新能源。这样，推广电动汽车就可以摆脱对石油 的依赖，对于石油进口大国来讲，这个有时还是非常重要的。