红灯闪烁，但本·约翰逊对此毫不在意。这位身材修长、饱经风霜的工程师靠在摆满电脑显示器的柜台旁，描述着加拿大艾伯塔省油砂矿的生活。他的任务是将由矿石和水组成的泥浆“释放沥青”，这是一种类似焦油的油，可以提炼成常规原油。他和两位同事在监测站值班，该监测站位于一个三层楼高的锥形结构底部附近。泥浆和热水流入倒漏斗的中间。沥青升到顶部，溢出到周围的格栅上。
2012 年有一次，沥青冒出的速度太快，以至于从锥体侧面倾泻而下，淹没了建筑物，水深及胫骨。为了防止这种情况再次发生，传感器跟踪温度、压力和其他参数，如果出现问题，就会发出警告。这种情况经常发生——约翰逊说“每天 1000 次警报”——工程师们已经习惯于关闭声音。“它不会‘砰、砰、砰’地响，”他说，“因为那会把我们逼疯。”
森科能源公司的北斯蒂普班克矿是艾伯塔省油砂当前产量的一小部分，约翰逊在那里操作着许多“分离器单元”之一，该油砂矿的面积相当于佛罗里达州的大小。过去十年油价高企使得此类油砂矿有利可图，加拿大迅速扩大了生产。仅在 2012 年，艾伯塔省就出口了价值超过 550 亿美元的石油，主要出口到美国，因此约翰逊的 crew 不会因警报而停下来也就不足为奇了。
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然而，争先恐后地开发艾伯塔省油砂正在引发另一种警报——来自气候科学家。燃烧化石燃料产生的二氧化碳排放正在迅速将世界推向温室气体阈值——大气浓度为百万分之 450，这对应于 2 摄氏度或更高的升温——超过这个阈值，一些科学家担心气候变化可能会被证明是灾难性的。煤炭是化石碳的更大来源，但艾伯塔省油砂的开采和提炼比传统石油需要更多的能源，从而增加了温室气体排放的额外负担。而且，油砂作业的增长速度远远快于大多数其他石油来源。释放现在被困在油砂中的碳很可能会打破避免 2 摄氏度阈值的任何希望。
艾伯塔省油砂的命运——以及气候的命运——现在似乎都集中在拟议的基石 XL 输油管道上。基石 XL 将从艾伯塔省延伸到墨西哥湾沿岸得克萨斯州的炼油厂，将成为油砂原油的主要管道。十多年来，艾伯塔省业务的倡导者一直认为，油砂是美国急需的石油来源，不受中东和国外动荡的影响。所有需要的只是一种将油砂石油从加拿大运输到使用地的方式——美国以及更远的欧洲和亚洲。如果像基石 XL 这样的管道无法建成，那么其他管道或铁路也可以做到。但独立专家表示，基石 XL 对于艾伯塔省油砂产业的持续增长至关重要。
当巴拉克·奥巴马总统在他的竞选连任期间推迟决定是否修建基石 XL 输油管道时，这一切都没有被曝光。当这个问题再次出现时，他的决定将承担更多的责任。
万亿吨
在森科矿区上方的观景台上，暴露在艾伯塔省北部冬季的严寒中，我不禁想到，如果全球变暖一点点可能会很好。该矿位于麦克默里堡以北约 30 公里的北方森林工业区，麦克默里堡是一个繁荣的小镇，那里的租金与曼哈顿一样高，卡车司机年收入 10 万美元。在下方，沿着一条碎石路，我可以看到一队卡特彼勒 797F，世界上最大的卡车，每辆都载着 400 公吨成团的油砂。（女性司机非常受欢迎，因为她们对设备更温柔，但她们很难找到，因为镇上的男性人数是女性的三倍。）卡车在巨大的电动铲和约翰逊的分离设施之间来回穿梭，往返需要 40 分钟。
卡车将矿石倾倒入一台小型汽车大小的工业研磨机中，该研磨机为超大的传送带供料，传送带将油砂输送到约翰逊帮助监督的分离器单元。一块矿石可以在短短 30 分钟内从卡车变成释放的沥青。这种黑色粘稠但游离的沥青从分离器的顶部冒出泡沫，被收集起来，然后通过管道流入一个小型炼油厂，在那里经过高温烹制以去除碳并产生类似于原油的碳氢化合物混合物。或者，将沥青与矮胖的大型储罐中的较轻碳氢化合物混合；由此产生的混合物称为稀释沥青（稀释沥青），其液体足以通过像基石 XL 这样的长距离管道自行流动，运往美国的炼油厂。
森科的北斯蒂普班克只是世界上第一个油砂矿的一小部分——也只是该公司矿区综合体之一，这些矿区每天总共生产超过 30 万桶石油。森科的资产约占艾伯塔省油砂采矿总产量的 30%，目前每天接近 200 万桶——相当于超过 80,000 口油井的产量和美国需求的二十分之一。这些矿山及其广阔的有毒水残留湖泊和明亮的黄色元素硫块已经足够大，可以从太空看到——一片工业区在北方森林中稳步蔓延。
然而，矿山无形的环保影响可能被证明是最具挑战性的。避免 2 摄氏度的升温阈值意味着人类面临着一些科学家所称的碳预算：累积碳排放量估计上限为 1 万亿公吨。
碳预算是牛津大学物理学家迈尔斯·艾伦和其他六位科学家的智慧结晶。2009 年，该团队汇集了气温上升的观测结果，并将它们输入到未来气候变化的计算机模型中，该模型除其他外，还考虑了二氧化碳在大气中持续存在数百年并持续捕获热量的事实。他们的 1 万亿公吨预算包括人类活动在现在到 2050 年之间可以安全产生的所有碳，如果我们想保持在升温阈值以下。我们达到这个限制的速度并不重要。重要的是不要超过它。“碳吨位是根本，”现已退休的美国宇航局气候学家詹姆斯·E·汉森认为，他自 1988 年以来一直在就气候变化作证，最近因抗议基石 XL 输油管道而被捕。“燃烧速度快慢并不重要。”
碳的来源也无关紧要。世界只能燃烧一定量的碳基燃料，无论是油砂、煤炭、天然气、木材还是任何其他温室气体来源。“从气候系统的角度来看，一个二氧化碳分子就是一个二氧化碳分子，无论它来自煤炭还是天然气都无关紧要，”卡内基科学研究所全球生态学系的气候建模师肯·卡尔代拉指出，该机构位于斯坦福大学。
到目前为止，燃烧化石燃料、清理森林和其他活动已将近 5700 亿公吨的碳排放到大气中——根据艾伦的数据，仅自 2000 年以来就排放了超过 2500 亿公吨的二氧化碳。目前，人类活动每年排放约 350 亿公吨的二氧化碳（95 亿公吨的碳），这个数字随着全球经济的增长而稳步攀升。根据艾伦的计算，按照目前的速度，社会将在 2041 年夏季的某个时候排放出万亿公吨的碳。另一方面，为了保持在预算范围内，排放量必须从现在开始每年下降 2.5%。
地下宝藏
艾伯塔省的油砂代表着大量的埋藏碳，这是数百万年前生活在温暖内陆海中的无数藻类和其他微观生命的遗骸，它们通过光合作用从大气中吸收二氧化碳。利用今天的技术，可以从艾伯塔省的油砂中开采出约 1700 亿桶石油，如果燃烧，这将向大气中增加约 250 亿公吨的碳。如果工程师能够找到一种方法将每一滴沥青都从沙子中分离出来，那么地下还有额外的 1.63 万亿桶石油——这将增加 2500 亿公吨的碳。“如果我们燃烧所有的油砂石油，仅燃烧这些油砂就会导致气温上升，这将是我们已经看到的升温幅度的一半，”明尼苏达州圣托马斯大学的机械工程师约翰·P·亚伯拉罕指出，大约是全球变暖 0.4 摄氏度。
地表采矿可以到达深达 80 米的矿藏，但这仅占油砂的 20%。在许多地方，油砂位于地下数百米处，能源公司开发了一种方法——称为原地生产——在原位融化沥青。
2012 年，Cenovus Energy 在艾伯塔省克里斯蒂娜湖的工厂每天融化超过 64,000 桶地下沥青，该工厂以附近的水域命名。该运营是最新油砂繁荣的前沿营地之一。蒸汽云从现场的九个工业锅炉升起，燃烧天然气将处理过的水加热到 350 摄氏度的蒸汽。Cenovus 员工在一个比森科更大的控制室里，将蒸汽注入到地表深处以融化沥青，然后通过井抽回地表，并通过管道输送到进一步加工的地方。克里斯蒂娜湖的运营总监格雷格·法格南将该综合体比作一个巨大的水处理设施，“碰巧也生产石油”。偶尔，井喷会将蒸汽和部分融化的油砂射向天空，就像德文能源公司在 2010 年夏天因压力过大而导致的一次井喷一样。
在克里斯蒂娜湖，工程师们注入大约两桶蒸汽以抽出大约一桶沥青。所有这些蒸汽——以及用于加热蒸汽的天然气——意味着融化沥青造成的温室气体污染是地表采矿的 2.5 倍，而地表采矿本身是任何一种石油生产中排放量最高的。加拿大石油生产商协会的数据显示，自 2009 年以来，由于这种融化方法的产量增加，艾伯塔省油砂的温室气体排放量增加了 16%。2012 年，艾伯塔省油砂的地下产量首次与地表采矿的产量持平，并且由于克里斯蒂娜湖等项目的努力，地下产量很快将成为主要的生产模式。
然而，原地生产仅适用于埋藏在 200 米以下的沥青。这留下了一个大约 120 米的间隙，对于地表采矿来说太深，但对于原地采矿来说又太浅。到目前为止，工程师们还没有找到如何利用这个间隙的方法，这意味着目前燃烧油砂矿藏中包含的所有燃料是不太可能的前景。
然而，燃烧大部分油砂将大大超出地球的碳预算。唯一在预算范围内做到这一点的方法是停止燃烧煤炭或其他化石燃料——或者找到一种大幅减少油砂温室气体排放的方法。这两种前景似乎都不太可能。“自 1990 年以来，油砂排放量翻了一番，到 2020 年将再次翻一番，”加拿大环保组织 Pembina 研究所的油砂研究主管詹妮弗·格兰特认为。
基石连接
这个碳预算解释了为什么亚伯拉罕、卡尔代拉和汉森与其他 15 位科学家一起签署了一封给奥巴马总统的信，敦促他拒绝拟议的 2700 公里长的基石 XL 输油管道。“修建管道——从而实现更多的油砂生产——既不符合国家利益，也不符合地球利益，”科学家们写道。
奥巴马在 2012 年总统大选前推迟批准该管道，并在他的第二次就职演说以及 2013 年的国情咨文中发出了气候友好的声音。他对基石 XL 的决定将在国务院发布关于该管道的最终报告后作出。
在报告初稿中，国务院淡化了该管道对油砂作业可行性和环境的影响。报告称，基石 XL“不太可能对温室气体排放产生重大影响”。但报告的作者似乎认为，如果基石 XL 没有建成，加拿大将找到其他经济的方式将石油运输给消费者。
环境保护署在 4 月份发布了一份回应，从不同的角度阐述了这个问题。根据环保署执法和合规保证办公室助理署长辛西娅·贾尔斯的说法，国务院的报告除其他疏忽外，还依赖于错误的经济学。环保署借鉴了过去大型环境评估的经验，认为基石 XL 的替代方案要么成本高得多，要么面临重大反对。换句话说，不得不在没有基石 XL 的情况下生存可能会限制油砂的开发。国际能源署 (IEA) 在 5 月份在其自身对油砂的预测中证实了这一分析。
油砂石油已经通过火车向南运输，但这只是一种权宜之计。按当前价格计算，通过铁路运输油砂的成本是通过管道运输成本的三倍。随着油砂作业的增加，仅铁路就可能成为进一步发展的过高成本障碍。
如果基石 XL 失败，那么另一条管道呢？加拿大可以选择向西到达太平洋海岸，以到达前往中国的超级油轮。或者，它可以向东，通过现有管道，到达中西部或大西洋海岸。这些选择都有问题。太平洋管道——最不可行的选择——将不得不穿越落基山脉，穿过不列颠哥伦比亚省的原住民和其他土著群体的土地，他们因担心泄漏和其他影响而反对管道。大西洋管道可以由现在将艾伯塔省连接到北美东海岸的管道拼凑而成。工程师们将不得不逆转石油的流动，就像埃克森美孚公司对飞马管道所做的那样，该管道现在将原油从伊利诺伊州输送到得克萨斯州。但已经逆转的老旧管道可能更容易泄漏。例如，飞马管道在今年 4 月在阿肯色州发生了油砂石油泄漏。改造现有管道可能会引发环保主义者和其他人士的强烈抗议。
根据环保署和国际能源署的报告，鉴于这些障碍，油砂行业需要基石 XL 来进一步扩张。目前，艾伯塔省的油砂每天生产 180 万桶石油。基石 XL 每天将再运输 83 万桶。
考虑到环境方面的反对意见，艾伯塔省和能源公司已尝试最大限度地减少油砂作业中的温室气体污染。荷兰皇家壳牌公司正在尝试一种昂贵的替代方案，以将沥青分解成石油，该方案涉及添加氢气，而不是将碳烹制成石油焦，以减少二氧化碳排放。这家国际石油巨头还开始制定计划，在其一家小型炼油厂中添加碳捕获和储存设备，该项目被称为 Quest。Quest 项目于 2015 年完工后，将尝试每年将 100 万公吨的二氧化碳（约占该设施污染的三分之一）深埋地下。另一个类似的项目计划捕获二氧化碳，用于冲洗出更多的常规石油。
艾伯塔省也是世界上为数不多的对碳征税的石油生产地区之一。目前上限为每公吨 15 美元，关于可能提高价格的讨论仍在继续。该省已将迄今为止收取的超过 3 亿美元投资于技术开发，主要是为了减少油砂的二氧化碳排放。“碳税在我们因碳足迹而受到攻击时，至少给我们提供了一些弹药，”时任艾伯塔省能源部长的罗恩·利珀特在 2011 年告诉我。
减少油砂碳足迹的努力进一步增加了石油开采成本，并且对碳足迹没有产生重大影响。加拿大石油生产商协会的数据显示，2011 年每天生产的 180 万桶油砂石油在 2011 年造成了超过 4700 万公吨的温室气体排放。
国际能源署在 2010 年对保持在 2 摄氏度阈值以下的方法的分析中建议，到 2035 年，艾伯塔省的油砂产量不能超过每天 330 万桶。然而，艾伯塔省已经批准或正在建设中的矿山可能会在 2030 年将产量提高到每天 500 万桶。很难想象如何在不超出碳预算的情况下开采油砂。
打破碳预算
单独挑出油砂是否不公平？毕竟，其他形式的化石燃料为世界的碳预算贡献了更多，但它们并没有引起如此多的愤怒。也许它们应该受到指责。2011 年，美国燃煤发电厂排放了近 20 亿公吨的温室气体——大约是油砂开采、提炼和燃烧产生的温室气体排放量的八倍。世界各地的许多煤矿在景观上造成的伤疤与油砂矿一样明显，甚至留下了更大的气候变化遗产。然而，像蒙大拿州和怀俄明州粉河盆地的煤矿并不是像基石 XL 那样受到高度关注抗议的目标；抗议者不会将自己绑在铁轨上以阻止每天从盆地运煤的数公里长的火车。美国地质调查局的数据显示，仅盆地就蕴藏着 1500 亿公吨的煤炭，这些煤炭可以通过现有技术开采出来。燃烧所有这些煤炭将使世界远远超出万亿公吨的碳预算。
澳大利亚扩大对亚洲煤炭出口的计划可能会在煤炭燃烧时每年向大气中增加 12 亿公吨的二氧化碳。这个数量甚至超过了最乐观的油砂扩张造成的排放量。美国和印度尼西亚等国也在计划扩大煤炭产量。关闭甚至削减美国煤炭工业的规模将足以弥补因基石 XL 而造成的任何油砂开发，尽管这两种化石燃料的用途不同——煤炭用于发电，石油用于运输。
加拿大也提供了一个方便的目标，因为它是一个容易受到环境压力影响的友好民主国家。墨西哥、尼日利亚或委内瑞拉的“重油”生产商——污染程度与油砂沥青相似——尽管二氧化碳污染率很高，但它们并没有受到如此多的审查。事实上，从加利福尼亚州的一个旧油田中淘洗出这种重油是世界上所有石油开采努力中二氧化碳污染最严重的，包括融化的油砂。“如果你认为使用其他石油来源[而不是油砂]会好得多，那么你就妄想了，”艾伯塔大学油砂创新中心科学主任化学工程师默里·格雷说。“全球范围内煤炭使用量的增加让我更加担忧。”
这些其他石油来源的增长速度远不及艾伯塔省的油砂，在过去的十年中，那里的产量每天增加了 100 多万桶。为了保持大气碳预算，世界必须生产不到已知且经济上可采的石油、天然气和煤炭储量的一半。这意味着大部分化石燃料——尤其是最肮脏的石油形式，例如油砂生产的石油——将不得不继续埋藏。
经济力量可能会帮助全球环境。在北达科他州巴肯页岩地区进行石油压裂已经开始抑制美国对加拿大脏油的需求；作为回应，艾伯塔省油砂的新基础设施项目，例如价值 120 亿美元的航海者小型炼油厂，已被放弃。美国汽车新的强制性燃油效率标准也将减少需求，至少在短期内是这样。无论如何，油砂将会在那里等待，一旦更容易开采的石油耗尽，它将永远是一个诱人的未来开采目标。
如果基石 XL 输油管道获得批准，或者建成其他将油砂石油运往中国的途径，出口可能会继续增加，从而加速二氧化碳在大气中无形的积累。全球温室气体污染将继续增加，而不是像牛津大学物理学家艾伦计算的那样，从现在开始每年减少 2.5%——这是为了使地球远离 2 摄氏度阈值所必需的努力。燃烧化石燃料（油砂或其他燃料）产生的每一份碳都很重要。