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自 1988 年以来，詹姆斯·汉森一直在公开谈论气候变化。这位美国宇航局的气候学家在那一年向国会作证，并且此后一直在向大大小小的听众作证，最近一次是在上周在白宫外的一小群宗教领袖面前作证。这位慈祥的科学家有一张饱经风霜的脸庞，似乎早已习惯在数字中看到坏消息，他的说话节奏缓慢而均匀，带有美国中北部的口音，这也是他有时复杂的科学能够被人们理解的原因。
这个谨慎的人也被逮捕过多次。
他的公民不服从行为始于 2009 年，他于 2011 年首次因抗议加拿大油砂的开发，尤其是 Keystone XL 输油管道计划（该计划将进一步扩大此类石油的开采）而被捕。“为了避免突破临界点，例如启动南极西部冰盖的崩塌，我们需要严格限制气候影响。如果我们迅速减少碳排放，仍然有可能做到这一点，但这意味着要迅速转向未来的清洁能源，”他解释说。“转向油砂，地球上最肮脏、碳密集型最高的燃料之一，是朝着完全相反的方向迈出的一步，这表明要么是政府不了解情况，要么是他们根本不在乎。”
他补充说：“关心此事的人应该划清界限。”
关心此事的不止汉森一人。除了对 2700 公里长的 Keystone 输油管道的强烈反对外，他的 17 位气候科学家同僚也加入他的行列，签署了一封信件，敦促总统巴拉克·奥巴马拒绝该项目。研究人员写道，简而言之，建设输油管道并促使更多油砂的生产“违背了国家和全球的利益”。“您要求的关于该项目的审查年度清楚地表明了气候问题到底有多么紧迫。”奥巴马似乎在他的第二次就职演说中同意了这一点，他指出“我们将应对气候变化的威胁，因为我们知道，不这样做将会辜负我们的子孙后代。”
与此同时，美国每天进口近900 万桶石油，每年燃烧近 10 亿公吨的煤炭。中国的煤炭燃烧量甚至更大，并且继续以惊人的速度增长。部分原因在于，全球温室气体排放量也在继续以惊人的速度增长，而且中国是渴望从加拿大油砂中获取石油的另一个替代客户。发达国家和发展中国家都不会在一夜之间摆脱对化石燃料的依赖，仍然有超过 10 亿人可以通过燃烧更多的化石燃料来帮助他们摆脱能源贫困。在北美关于 Keystone、油砂和气候变化的斗争背后，潜藏的问题是：我们可以燃烧地球上剩余的多少化石燃料？
万亿吨级的问题
要开始估算可以燃烧多少化石燃料，必须首先猜测全球气候对额外二氧化碳的敏感程度。如果您认为气候容易受到温室气体浓度即使是很小的变化的影响（就像汉森和其他人一样），那么我们已经走得太远了。大气中温室气体的全球浓度已达到百万分之 394，高于工业革命前的 280 ppm，并且是至少 80 万年来看到的最高水平。汉森的计算表明，考虑到当前温室气体浓度造成的升温还不到摄氏一度，世界已经以惊人的速度失去冰层以及其他比预期更快的气候变化，因此 350 ppm 将是一个更安全的水平。
国际政府已经确定 450 ppm 是他们更喜欢的数字，据称这将使全球平均气温的升幅不超过 2 摄氏度。无论如何，世界目前正朝着远高于该数字的浓度迈进。自 1896 年瑞典化学家斯万特·阿累尼乌斯以来，科学家们注意到，达到大约 560 ppm 的浓度可能会导致全球平均气温升高约 3 摄氏度的世界，并且随后的估计继续证实了他辛苦手写的计算结果。当然，将温室气体浓度降至汉森首选的 350 ppm 或任何其他数字，都是一个非常不自然的想法。在自然界中很少能发现静态。
无论如何，大气中温室气体的浓度可能不是应对气候变化的最佳指标。“重要的是我们的总排放率，”斯坦福大学卡内基科学研究所全球生态部门的气候建模师肯·卡尔代拉指出，他也是反 Keystone 信的另一位签署人。“从气候系统的角度来看，二氧化碳分子就是二氧化碳分子，它来自煤炭还是天然气无关紧要。”
英国牛津大学的物理学家迈尔斯·艾伦及其同事估计，到 2050 年，世界可以向大气中排放1 万亿公吨碳，才有机会将全球变暖限制在 2 摄氏度以下。迄今为止，化石燃料的燃烧、森林砍伐和其他行为已向大气中排放了近 5700 亿公吨的碳，艾伦估计，按照目前的速度，第 1 万亿公吨碳将于 2041 年夏季左右排放。“碳的吨数是根本，”汉森补充说，他认为燃烧所有可用的化石燃料将导致全球变暖超过 10 摄氏度。“你燃烧的速度快慢并不重要。”
艾伯塔省的油砂代表了大量的碳。以今天的技术，在油砂中大约可以开采 1700 亿桶石油，如果能将每一点沥青都从沙子中分离出来，地下还蕴藏着价值 1.63 万亿桶的石油。“艾伯塔省油砂中锁定的二氧化碳量是巨大的，”明尼苏达州圣托马斯大学的机械工程师约翰·亚伯拉罕指出，他也是来自科学家的 Keystone 抗议信的另一位签署人。“如果我们燃烧所有的油砂石油，仅燃烧油砂造成的温度上升就将是我们已经看到的一半”——仅艾伯塔省就估计会额外升高近 0.4 摄氏度。
目前，油砂产业的温室气体排放量大于新西兰和肯尼亚的总和。如果可以燃烧所有这些沙子中的沥青，将向大气中增加另外 2400 亿公吨的碳，即使仅燃烧当今技术可以开采的油砂，也将有 220 亿公吨的碳进入天空。随着技术的进步，储量通常会随着时间的推移而增加，否则世界早就耗尽可开采的石油了。
开采和提炼油砂的温室气体排放量目前约为每桶石油 79 公斤，而原位熔化沥青则需要燃烧大量天然气，根据石油行业顾问IHS 剑桥能源研究协会的数据，这将使排放量增加到每桶石油 116 公斤以上。总而言之，生产和加工油砂石油产生的温室气体排放量比美国使用的平均石油多约 14%。而且，由于温室气体密集型原位熔化项目的不断发展，每桶石油的温室气体排放量已停止改善，并开始略有增加。“自 1990 年以来，排放量翻了一番，到 2020 年将再次翻一番，”加拿大环保组织彭比纳研究所的油砂研究主管詹妮弗·格兰特说。
仅一个矿山扩建项目，壳牌公司的杰克派恩矿，目前正在考虑用于阿尔比安大型矿址，这将使温室气体排放量每年增加 118 万公吨。“如果 Keystone 获得批准，那么我们将锁定未来几十年对化石燃料的依赖，”多伦多大学的气候建模师丹尼尔·哈维说。“这意味着更高的二氧化碳排放量、更高的[大气]浓度以及我们的子孙后代必须应对的更大的变暖。”
然后还有所有必须从沥青中去除的碳，才能将其转化为可用的原油。
隐藏的碳
在美国国务院对 Keystone 项目潜在环境影响的审查中，顾问 EnSys Energy 认为，建设该输油管道不会对温室气体排放产生“任何重大影响”，这主要是因为无论如何，加拿大的油砂很可能会被开发出来。但是，Keystone 输油管道每天可以额外运输 83 万桶石油，并且艾伯塔省的油砂在运输其产品的能力方面已经遇到了限制。这导致一些人开始通过火车、卡车和驳船运输石油，这进一步增加了温室气体排放量，并且有一项提议要修建一条新的铁路线，该铁路线能够每年从麦克默里堡向阿拉斯加瓦尔迪兹石油码头运输 500 万桶石油。
此外，沥青本身也含有碳。在油砂矿附近的升级厂，或者在沥青到达中西部或墨西哥湾沿岸的炼油厂后，其长而焦油状的碳氢化合物链被裂解成较短、较轻的碳氢化合物，用于生产汽油、柴油和航空燃料。这个过程的残余物是一种几乎纯黑的碳，称为石油焦（pet coke）。如果石油焦积聚，就必须像在工业设备中开采煤炭一样将其炸松。事实上，石油焦是一种煤，通常被用作最脏的化石燃料的替代品。加拿大油砂升级厂每年生产约 1000 万公吨的石油焦，而美国炼油厂每年生产超过 6100 万公吨。
石油焦可能是目前可获得的最脏的化石燃料，每吨排放的二氧化碳比同等数量的最低质量开采煤炭至少高出 30%。根据独立分析师的多份报告，石油焦的生产（和最终燃烧）未被纳入行业对油砂温室气体排放的估算，因为它是一种副产品。即使没有石油焦，国会研究服务处估计，油砂石油产生的温室气体排放量也比传统原油至少高出 14%。
尽管油砂可能是目前生产的气候友好性最差的石油之一，比诸如在北达科他州页岩层中水力压裂法开采石油和燃烧天然气的替代方案还要差，但该行业已经尝试减少温室气体污染，这与其他石油产区不同。例如，除了裂解沥青和制造石油焦之外，还有其他更昂贵的替代方案，如向裂解沥青中添加氢气。壳牌公司等公司就采用了这种几乎不留下碳的过程。
最近，壳牌公司开始在其部分升级厂中添加碳捕获和储存（CCS）技术，以捕获排放物，这个项目被称为 Quest。该计划在 2015 年完成时，目标是每年捕获和储存 100 万公吨的二氧化碳，略高于壳牌公司在该地点的运营二氧化碳排放量的三分之一。此外，油砂生产商还面临碳定价，即阿尔伯塔省规定，每吨排放量超过每桶总产量温室气体排放总量减少 12% 的目标，需支付 15 美元的费用。
迄今为止，收集的资金约 3.12 亿美元，然后用于投资清洁技术，但超过 75% 的项目侧重于减少油砂、非常规石油和其他化石燃料的排放。若要推动更多公司在油砂中实施 CCS，则需要每吨 100 美元或更高的碳价格。“我们省的碳价格并没有迫使公司追求 CCS，”Pembina 的 Grant 认为。
事实上，阿尔伯塔省的碳价格可能只是一种政治掩护。“如果人们因为我们的碳足迹而攻击我们，这至少能给我们提供一些弹药，”前阿尔伯塔省能源部长 Ron Liepert 在 2011 年 9 月告诉《大众科学》。阿尔伯塔省环境和可持续资源发展署助理副部长 Beverly Yee 最近补充说：“温室气体？我们不认为这是一个区域性问题。”从美国的个体司机到油砂工人，再到北美政府的最高层，每个人都在逃避责任。
碳定价
真正的碳价格，即包含灾难性气候变化可能造成的所有损害的价格，正是 Hansen 认为需要确保更多化石燃料（如油砂）被埋藏起来的东西。在他偏爱的方案中，缓慢递增的碳价格将在化石燃料出土或进入特定国家（如港口）时收取。但是，这笔税收不应填补政府的国库，而应以相同金额全额返还给所有合法居民，他称这种方法为“费用和股息”。“一分钱都不能用于减少国债或抵消其他税收，”这位政府科学家认为。“这些都是将钱给政府，让他们花更多钱的委婉说法。”
这种碳税将使化石燃料比替代能源（无论是风能和太阳能等可再生资源，还是低碳核能）更昂贵。因此，这些后一种技术可能会开始取代燃煤发电厂等设施，或阻止对基石 XL 输油管道等石油基础设施进行重大投资。
目前的情况是，根据加拿大石油生产商协会的数据，2011 年，每天生产 180 万桶油砂石油导致排放约 4710 万公吨二氧化碳当量，比上一年增加近 2%，并且仍在增长。同一年，美国燃煤发电厂排放了超过 20 亿公吨的二氧化碳当量。“如果你认为使用其他石油资源比（油砂）好得多，那么你是在妄想，”阿尔伯塔大学油砂创新中心科学主任、化学工程师 Murray Gray 说。
换句话说，油砂只是化石燃料成瘾的一部分，但仍然是重要的一部分。已批准或正在建设中的项目将在 2030 年之前将油砂产量扩大到每天 500 多万桶。“任何依赖大气作为废物倾卸场的能源系统扩张都是坏消息，而安全、负担得起且环境可接受的能源技术扩张则是好消息，”卡内基的 Caldeira 说。
最近有很多坏消息，从美国水力压裂法开采页岩气和石油，到中国新的煤矿。牛津大学的 Allen 计算得出，为了在 2050 年之前达到 1 万亿公吨的目标，世界需要从现在开始每年减少约 2.5% 的排放量。相反，去年的排放量创下新纪录，增加 3% 至 347 亿公吨的二氧化碳和其他温室气体。
为了阻止更多坏消息，Hansen 预计他将再次被捕，无论是在抗议西弗吉尼亚州的山顶爆破煤矿开采的活动中，还是在白宫外的静坐活动中，以说服奥巴马政府拒绝基石 XL 输油管道和任何油砂行业扩张。奥巴马政府已经批准了该输油管道提案的南部一半。如果北部连接获得批准（预计在今年 3 月之后做出决定），环保组织“石油变革国际”估计，仅从石油焦来看，墨西哥湾沿岸提炼的油砂每年将产生 1660 万公吨的二氧化碳，这足以维持五个燃煤发电厂一年的运转。据 Pembina 研究所计算，总而言之，由于基石输油管道的开通，油砂产量增加相当于开设六个新的燃煤发电厂。
即使美国石油产量的增加减少了国内对油砂衍生燃料的需求，如果基石输油管道到达墨西哥湾沿岸，该石油仍将被提炼和出口。与此同时，奥巴马在第二次就职演说中承诺应对气候变化，并主张美国在向“可持续能源”过渡的过程中发挥领导作用；批准基石输油管道可能会朝着相反的方向发展。
Hansen 认为，对于油砂来说，“每单位能量的气候强迫作用高于大多数化石燃料”，他认为自己正在为他的五个孙辈将要承受或享受的全球气候而战。毕竟，他的孙辈没有一个人经历过每日气温低于平均水平的月份。自 1985 年 2 月以来，美国就没有出现过这种情况，甚至在 Hansen 开始就全球变暖作证之前。正如他所说：“追求油砂——这种非常肮脏，为了获得碳密集型燃料而破坏当地环境——是一个非常疯狂的成瘾者的标志。”