事实还是虚构?:天然气会减少全球变暖污染

燃烧天然气代替煤炭是否帮助美国经济脱碳?情况很复杂

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天然气足以应对气候变化吗?

近年来,美国二氧化碳污染的下降源于燃烧天然气代替煤炭。真的是这样吗?鉴于美国通过《清洁电力计划》等行动来应对气候变化依赖于发电厂更多地燃烧天然气而不是煤炭,这个答案在政治和科学上都非常重要。

与煤炭相比,燃烧天然气每兆瓦时发电量产生的二氧化碳量约为一半。然而,即使是一半的二氧化碳,当分布在数百个发电厂时,也太多了,无法实现到2050年将二氧化碳排放量减少80%或到本世纪末减少100%等目标,以避免超过2摄氏度的全球变暖、海洋酸化、不可避免的海平面上升和极端天气等科学家预测的其他不良影响。《清洁电力计划》规定,最先进的天然气燃烧发电厂每兆瓦时发电量仍可排放771磅二氧化碳。那么,天然气是通向清洁能源未来的桥梁,还是通向气候灾难的稍微长一点的路线?

要回答这个问题,过去或许可以提供一个粗略的指导。大约在21世纪初的同一时期,美国经历了经济衰退、向更多天然气过渡的能源转型以及逐步减少生产钢铁等高污染产品的转变。那么,这些因素中哪个因素最应归功于随之而来的美国全球变暖污染的下降?这是一个需要解决的重要难题,因为经济衰退并未被广泛视为一种政策选择(尽管有“去增长”的倡导者),而将水力压裂技术(即从页岩中提取天然气的过程)出口到其他国家以帮助实现更清洁的化石燃料习惯却是一种选择。


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为了理清所有这些相互竞争的解释,或者至少找出它们各自的相对重要性,科学家们使用了一种称为结构分解分析的数学技术。其工作原理如下:有一个很大的数字需要关注,例如,一个经济体的总消费量。这个大数字可以分解为促成因素,例如人口规模和人均消费量。当总消费量发生变化时,保持人口规模不变,您就可以得出人均消费变化导致的总消费变化。然后,保持人均消费量不变,同时改变人口规模,您就可以得出每个因素对总消费的贡献。

一组科学家和经济学家使用这种数学分析来研究1997年至2013年期间美国的二氧化碳排放量,在此期间,总污染量减少了近8亿吨,大约相当于德国的年污染量。该小组研究了六个不同的因素:人口和人均消费量,此外还有消费模式的变化;产业的变化;经济的能源强度;以及燃料组合的变化。

研究发现,在2007年之前(因此,也是经济衰退开始之前),美国二氧化碳污染持续增长,这主要是因为经济持续扩张;人们购买的东西越来越多。2007年之后,美国二氧化碳污染下降,但大约80%的下降是因为人们和公司购买和建造的东西减少了,另外还有重工业的减少。这一发现与美国能源信息署、太平洋西北国家实验室和CO2记分卡等机构之前的许多分析结果一致,这些分析也得出了2008年大衰退是导致观测到的排放量减少的主要原因的结论。事实上,仅2012年一个暖冬就在最近的二氧化碳减排中发挥了过大的作用。

然而,天然气在减少能源部门的污染方面确实发挥了重要的支持作用——随着人们和公司开始购买更多的东西,这种作用随着时间的推移而增加。根据这项新的分析,摆脱煤炭燃烧的转变抵消了人口增长。事实上,廉价而丰富的天然气似乎帮助阻止了约160座新的燃煤发电厂的建设,这些发电厂多年来会排放数亿吨二氧化碳。

自2009年以来,煤炭在美国发电量中的份额一直在下降,自1990年以来,已建造了超过180吉瓦的天然气发电厂。一座1吉瓦燃煤发电厂的电力可以通过燃烧10亿立方米的天然气来代替,每年可节省约300万吨二氧化碳,此外还可以减少其他空气污染,如导致酸雨的二氧化硫或产生烟雾的氮氧化物。目前,美国燃烧天然气的潜在发电量是燃烧煤炭的1.5倍,而代表该国约7%发电量的燃煤发电厂今年正在退役,主要集中在该国东部地区。《国家可再生能源实验室的一项分析》表明,天然气和风力涡轮机和太阳能电池板等可再生能源已经弥补了煤炭缺失造成的不足——这似乎是长期能源转型的开始。更简单地说,目前天然气可能正在抑制美国发电产生的二氧化碳排放量的增长。

但天然气不仅仅扼杀了煤炭。从佛罗里达州到威斯康星州,燃气发电厂正在取代核电厂。然而,这种燃料转换实际上会增加二氧化碳污染。而且,在缺乏可再生能源配额制(要求一定比例的电力来自可再生资源)等强制措施的情况下,天然气也可能会阻止风能和太阳能发电场或地热发电厂的建设。

此外,所有燃烧天然气的发电厂仍然会排放二氧化碳,尽管比同等的燃煤发电厂要少。在一个以零排放为目标的世界里,这种减少最终是不够的。事实上,全球建造的1000多吉瓦天然气发电厂如果在未来50年内运行,将排放约3000亿吨二氧化碳——或者超过世界剩余碳预算的一半以上。超出该预算可能会锁定气候变化的最坏影响,无论是快速的海平面上升还是极端天气。廉价的天然气甚至可能会减缓美国重工业的转型:由于廉价而丰富的天然气,新的化肥厂和化工厂已经建成,新的钢铁厂可能也指日可待。最后,天然气可能会泄漏,向大气中增加甲烷,这也加剧了全球变暖。

在可能需要数十年才能实现的能源转型的背景下,美国没有20年的时间让天然气分别扼杀电力和交通运输中的煤炭和石油,然后还需要50年的时间才能用可再生能源和/或核电厂为电动汽车和卡车提供动力来取代现在根深蒂固的天然气。美国环境保护署预计,到2030年,天然气将产生美国三分之一的电力,而可能使天然气接近零碳的技术,如捕获和储存二氧化碳的技术,尚未在气态化石燃料上尝试甚至测试。

由于所有这些原因,天然气是通向零污染未来和真正清洁能源的薄弱桥梁——跨度不能超过几十年。不过,由天然气组成的桥梁总比没有桥梁好。

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