页岩气的环境问题

( 位于美国得州的Orion钻井公司的“Perseus”钻井平台。该平台属于鹰滩页岩气项目的一部分 )

页岩气的井喷

2012年7月13日上午，都柏林会议中心的一间中型会议室里挤满了人，后来者只好席地而坐。这里正在举行欧洲科学开放论坛（ESOF）年会，本场讲座的题目是“页岩气的环境问题”，主讲者分别来自英国皇家学会（相当于英国国家科学院）和英国皇家工程学会，这两家英国顶级研究机构受英国政府委托，对页岩气的环境问题进行了考察，并撰写了一份考察报告，供欧洲各国政府参考。此次年会的日程是半年前定下的，当时主办方显然没有想到一个如此冷门的讲座居然在半年后就变成一个炙手可热的香饽饽。

ESOF年会结束的当天，《纽约时报》刊登了一篇文章，描述了印度拉贾斯坦邦的一个小村庄的兴衰故事。这个村子最主要的农作物是瓜尔豆（Guar），这是一种印度特有的豆子，全世界85%的瓜尔豆产自印度北方这片干旱的山区，用它为原料制成的瓜尔豆胶吸水能力极强，是做冰淇淋的原料之一。这东西以前需求不大，价格平平，因此这个村子是印度最穷的地方之一。没想到页岩气的生产过程需要用到瓜尔豆胶，瓜尔豆的价格因此飞速上涨，村民们乐开了花。

这两件事传递了同一个信息，那就是页岩气突然火了。

“页岩气这两年在美国的发展过程可以用‘井喷’两字来形容。”美国自然资源保护委员会（NRDC）北京代表处能源、环境与气候变化高级顾问杨富强博士对本刊记者说，“2000年时美国的页岩气只占天然气总产量的1%，去年时这个数字已经超过了30%，总产量达到了1400亿立方米。”

( 英国酷钻资源公司页岩气开采区采掘的页岩 )

页岩（Shale）是一种沉积岩，主要由黏土沉积经高压和高温后形成，成分复杂，但大都具有薄页状或薄片层状的节理。顾名思义，页岩气就是蕴藏在页岩层中的天然气，其中90%以上都是甲烷。美国历史上第一口天然气井就是页岩气井，时间是1821年，但那口井只有27英尺深（约合9米），技术相对简单。大部分页岩层都在地下几百至几千米深，其中蕴含的天然气附着在岩石的缝隙中，而页岩的渗透性又很差，导致开采成本极高，得不偿失。

天然气热值高，流动性好，使用方便，其温室气体排放量是煤炭的一半，其他空气污染几乎可以忽略不计，被公认为是化石能源中的清洁能源，有“碳氢能源贵族”之称。可惜大多数天然气都是储存在页岩层和煤炭层的所谓“非常规天然气”，开采成本一直居高不下，限制了天然气的发展。

( 2010年11月3日，美国宾夕法尼亚州匹兹堡的示威者抗议对马塞勒斯页岩气的开采 )

“美国的天然气革命始于上世纪70年代末期，那时美国政府放开了天然气价格管制，允许开发商自由定价，激发了民间资本的活力。”杨富强博士对本刊记者介绍说，“资本的力量带动了一大批大中型企业投身页岩气的开发，大家联手攻关，终于突破了技术瓶颈，开发出了开采页岩气的两项新技术，于是自上世纪90年代末期开始，页岩气正式登上了美国化石能源的舞台。”

这两项新技术就是水平钻井和水力压裂。简单说，前者指沿着与页岩层平行的方向钻井，打通输气管道；后者指在水平井中注入大量的水，依靠水的压力把页岩层撑开，释放其中蕴含的天然气。有了这两项技术，页岩气终于可以大量而又廉价地被开采出来，成为近几年全世界发展最快的一种新型能源。

美国在这场战役中独占鳌头，首先因为这两项技术都掌握在美国人的手里，其次因为美国国内盆地众多，几乎每个盆地底下都蕴藏着大量可供开采的页岩气，因此美国的页岩气储量极为丰富，目前已探明的可开采储量大约为13.6万亿立方米，按照目前的速度可以开采近100年。

随着页岩气产量的提高，美国在2009年时天然气产量首次超过俄罗斯，一举成为世界最大的天然气生产国，并在2012年初实现了液化天然气（LNG）出口，彻底改变了全球能源市场的游戏规则。

页岩气带来的不仅是能源领域的革命，同时也彻底改变了化工产业的格局。作为化石能源的一种，天然气是很多化工产品的原料来源，因为能源价格的原因，美国的化工行业在过去的几十年里一直在向海外转移，但如今美国有了廉价而又稳定的天然气供应，很多公司都在计划返回美国。比如世界化工业巨头陶氏化学公司（Dow Chemical）刚刚公布了一份包括91项新制造计划在内的投资名单，总投资额达到了700亿美元，最多可为美国本土创造300万个工作岗位。从经济上讲这笔投资是很划算的，因为美国国内现在的天然气价格已经降到了每立方米0.1美元的低位，仅为亚洲国家平均价格的1/4。

根据一份由美国顶尖经济学家联合撰写的调查报告显示，仅在2011年美国经济从低能源价格中获得的好处就超过了1000亿美元，是美国经济走出低谷的主要原因。页岩气的复苏还导致了美国对于中东和俄罗斯等能源大国和地区的依赖度大大降低，其政治意义更是难以估量。

美国页岩气的成功，是自由市场的杰作。美国的能源政策鼓励自由竞争，使得目前美国有超过60家公司涉足页岩气开发，其中既有壳牌、埃克森美孚等大石油公司，也有大批独立的中小企业。事实上，页岩气开发技术的很多专利都掌握在中小企业手上，大公司往往只能通过并购的方式拥有这些技术。但是，自由市场固有的弊端也开始在页岩气领域显现了出来。根据《纽约时报》报道，几年前由于全球经济危机的缘故，大量华尔街热钱找不到出口，页岩气作为仅有的几个有可能带来暴利的领域，受到了华尔街银行家们狂热的追捧。在这批人的煽动下，大量国内外热钱滚滚而来，这才造就了世界能源史上罕见的井喷现象。但由于页岩气产量增加得太快，导致天然气价格大幅跳水，包括中海油在内的很多投资者被套牢，损失惨重。

不过，杨富强博士认为，现在的困难都是暂时的，页岩气的前景一片光明。通常情况下一口页岩气井可以产气30年以上，这一点和常规天然气井很不一样，所以这是一项典型的长期投资。根据国际能源署（IEA）发布的报告，2010～2035年，全球天然气需求量会上升50%以上。按此计算，天然气在全球能源结构中所占的份额在2035年将占到25%左右，超过煤炭成为仅次于石油的第二大一次能源。其中，非常规天然气占总天然气产量的份额将会从2011年的14%上升到2035年的32%。作为非常规天然气的主力，页岩气的产量到2035年将会达到1.6万亿立方米，为此全球必须要新建100万口以上的页岩气井，仅上游投资就高达2.76万亿美元。

不过，页岩气最大的问题还不是钱，而是环境。

页岩气的环境问题

2011年10月17日，英国地质调查局（British Geological Survey）发表了一份调查报告，称英国兰开夏郡发生的两次地震是由于一家石油企业在附近打页岩气井造成的。此消息一出，立刻引起了欧洲民众的恐慌，纷纷给报社写信要求停止页岩气开采。无独有偶，2011年底美国俄亥俄州也发生了两次地震，科学家们经过研究后同样认为是页岩气井造成的。此事在美国也引发了民众热议，大家纷纷要求地质专家们给出权威的解释，并希望政府做出相应的政策调整。

解释很快来了。今年6月15日，美国国家研究理事会（National Research Council）发表了一份综合性调查报告，分析了美国全境所有的地震和地下作业的分布情况，得出结论说，页岩气井确实有可能导致地震，但任何其他形式的地下作业，包括传统的石油和天然气井、地下水开采、地热应用和碳填埋等等，都能在某种程度上引发地震。相比之下，页岩气开采过程引发地震的可能性还算是比较低的。

但是，报告的作者并没有因此而放松警惕，而是希望美国的石油工业联合起来，加强对地下作业引发地震规律的研究，争取早日发明出减少地震的方法。

这篇报告发表后，舆论界终于松了一口气，不再纠结于此事了。但是一波未平一波又起，新一轮针对页岩气环境问题的指责出现了，这一次的矛头指向了页岩气开采过程中对地下水的污染，起因是美国环保主义者约什·福克斯（Josh Fox）拍摄的一部纪录片《天然气之地》（Gasland）。

原来，页岩气开采时用来压裂页岩层的水不是纯水，而是添加了一些化学试剂，以便更好地撑开裂缝，增加天然气的流动性，这其中就包含有前文提到过的瓜尔豆胶，以及其他一些化学溶剂。美国宾夕法尼亚州的一个页岩气田周边居民抱怨地下水有股异味，空气也被污染了，纪录片爱好者福克斯听到这个消息后便带着摄像机去那里拍下了民众的抱怨。《天然气之地》公映后引发了公众对页岩气环境问题的关注，这就是为什么英国皇家学会和英国皇家工程学会联合进行了那次页岩气水污染调查，并在ESOF大会上向公众做了汇报。

让与会者惊讶的是，这次调查得出了一个和大家期待的完全相反的结论。报告指出，目前大多数关于页岩气井污染水源和空气的指责是没有科学根据的，原因在于他们没有考虑到本地污染的问题。很多富含油气资源的地方本来就存在渗透的问题，该地的地下水无论是否钻井都会带有一定程度的污染。如果页岩气的钻井过程严格按照程序进行，是不会对当地水源带来额外污染的。

此话一出，一片骚动，不少人站起来质问，引用的大都是《天然气之地》中的情节。发言人则一一指出《天然气之地》中存在的诸多不科学的地方，指责该片制作人为了环保而不惜造谣，导致拍出来的片子非常不专业，误导了公众。

美国环境保护署（EPA）也对地下水的污染问题做了一次抽样调查，得出了一个更加细致的结论。EPA的调查显示，页岩气井区的地下水确实有污染，但这种污染是否来自于钻井采气则不那么肯定，需要进一步研究才能下结论。其中，深层地下水由于靠近页岩层，其污染最有可能来自页岩气开采，因为污染物梯度分析显示越是靠近页岩层的深水区污染越严重。而浅层地下水虽然也检测到了污染物，但因为距离页岩层太远，很难相信是源自页岩气的开采行为。比如宾夕法尼亚州有些地方的页岩层在地下1500米深的地方，而地下水层距离地面只有100多米深，不太可能是页岩气导致的污染。而怀俄明州的一处页岩气田的页岩层最浅处只有372米，而当地的地下水层最深处可达244米，此处的地下水污染确实很有可能是开采页岩气带来的。

杨富强博士则认为，开采页岩气造成的水污染很可能是由于管道封闭不严造成的，如果施工者不严格遵守操作规程，或者为了省钱而偷工减料，都有可能造成管道泄漏，给地下水带来污染。NRDC北京代表处专门撰写了一篇报告，标题叫做《借鉴国际经验：中国页岩气资源环境友好开发之路》。报告除了讨论页岩气对地下水的污染问题外，还讨论了页岩气对土地资源和水资源的影响，以及空气污染的问题。天然气行业是甲烷排放、挥发性有机化合物（VOCs）以及有害空气污染物排放的主要来源，天然气生产过程的不同阶段，包括井口、储罐以及其他生产设备，都会释放挥发性有机化合物并导致地面臭氧的产生，长期接触挥发性有机化合物会导致皮肤不适、头痛以及生殖系统紊乱。

这其中最值得注意的是甲烷泄漏。天然气燃烧后产生的二氧化碳是同样热量煤炭的一半，对于减缓温室效应很有好处，但天然气本身的主要成分甲烷如果未经燃烧就泄漏到空气中，所带来的温室效应却是二氧化碳的25倍。如果甲烷泄漏控制得不好，天然气对于气候变化的减缓作用就不存在了，甚至还会变得更糟。据调查，美国37%的甲烷排放总量来自油气行业，该行业每年释放的甲烷总量达到了1200万吨，其中80%为不必要的排放和泄漏，造成的后果相当于2亿吨以上的二氧化碳排放。NRDC建议应该把页岩气井的甲烷排放总量控制在1%以下，这就要求中国的开采者认真学习美国的经验，并争取超过对方。

那么，页岩气在中国的情况又是怎样的呢？

中国页岩气产业走上起跑线

根据耶鲁大学环境保护问题研究所估计，中国可能是全世界页岩气资源潜力最高的国家。中国国土资源部所估测的中国页岩气储量为25万亿立方米，比美国多。美国能源情报署（EIA）所估测的中国页岩气储量为36万亿立方米，比中国自己的估测还要高出近50%。相比之下，中国的常规天然气可开采储量只有2.45万亿立方米，不到页岩气的1/10。一方面常规天然气储量不足，另一方面运输成本非常高（将液化天然气从澳大利亚船运到上海的成本是本土天然气资源开发利用成本的两倍），这就是中国的天然气使用率一直不高的主要原因。上世纪80年代时的中国天然气年消耗量仅为100亿立方米，去年也才刚刚超过1000亿立方米，在当前中国能源结构中所占的比重仅为4%。

中国国家能源局局长刘铁男近日表示，天然气发展“十二五”规划已经获得了国务院的批准，到2015年时全国天然气消费量将达到2300亿立方米左右，比去年的水平翻一番，在一次能源消费中的比重也随之提升到8%，并取代日本成为亚太地区最大的天然气消费国。为了达到这个目标，国家一方面将大力建设天然气输送管道，把中亚地区出产的天然气运进来；另一方面要大力发展页岩气，“十二五”规划中提出，到2015年时页岩气产量将达到65亿立方米，2020年要达到600～1000亿立方米。

这个目标雄心勃勃，但实现起来困难很大。从目前的情况看，中国发展页岩气主要有三大困难，首先需要大笔投资，尤其在天然气价格逆市下跌的今天融资尤为不易。其次页岩气采集技术难度大，而且大部分技术专利都掌握在外国人手里，获得专利的难度也不小。为了应对这两个困难，国土资源部决定放开经营权，将页岩气开发列为独立矿种，可以引入多种投资主体，并进行了第一轮和第二轮的探矿区块招标。负责此项工作的中国石化石油勘探开发研究院教授张抗告诉本刊记者，第二轮投标已于10月25日结束，但具体情况还要等评标结束后才能向外界公布。

第三个困难就是环境压力，这也许是中国页岩气发展的一个最大的制约因素。NRDC撰写的报告提出，中国正处于发展页岩气的早期阶段，应该在大规模开采页岩气之前，就制定严格的环境监管标准、技术标准和信息披露机制，并相应地提高准入门槛，避免走先开发再治理的道路。

还有不少环保组织认为，页岩气毕竟属于化石能源，大力发展页岩气将对可再生能源领域带来不利影响。但杨富强教授认为，这一点也许在美国是对的，但中国不成立。因为美国联邦政府没有可再生能源的发展目标，两种能源形式几乎是直接竞争的关系，而中国政府对于可再生能源的比例有规定，这就相当于一道防火墙，对于中国的可再生能源领域起到了某种保护作用。

事实上，即使没有防火墙，美国的可再生能源也并没有受到太大的冲击。从2002到2011年这10年里，美国的核电所占比例基本稳定在19%～20%，水电稳定在6%～8%，风电则从0.3%增长到2.9%，几乎长了10倍，而煤炭则从2002年的51.1%跌至2011年的42.2%，减少了9个百分点。与此同时，天然气占比则从17.9%增长到24.8%，增加了7个百分点。换句话说，天然气的发展主要挤占了煤炭的份额，剩下的两个百分点被高速发展的风电填满，美国的能源格局正在逐步向着以气代煤的方向发展。

“煤炭是对环境的负面影响最大的一种能源形式，中国目前最关键的问题就是控制煤炭总量，这已经是各方共识了，关键是怎么控制。”杨富强博士告诉本刊，“目前可再生能源价格还是太贵，需要政府扶持，硬性规定一个百分比已经是很好的策略了。煤炭最好的替代物就是天然气，中国应该大力发展天然气，并且趁着国际市场天然气价格下跌的好时机大量进口，尽快实现煤炭总量控制的目标。”

综上所述，页岩气是中国能源战略重要的一个棋子，现在已经算是站在了起跑线上，就等一声枪响了。（文 / 袁越） 页岩问题环境