本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
作者：Scott McNally
在美国国务院目前审查加拿大输油管道公司Keystone XL输油管道总统许可申请之际，反对该管道的环保团体的抗议活动日益激烈。反对该管道的主要原因是环保主义者普遍认为油砂是“肮脏的”——部分原因是开采油砂会导致大量的地表破坏和水污染问题，还因为生产和提炼油砂需要大量的能源（以燃烧天然气的形式）。因此，与传统石油相比，油砂的碳足迹和生产所需的能源可能会更高。我最近在斯坦福大学2013年“连接点滴”能源会议上发言，一位反对Keystone输油管道的与会者提出了一个有趣的观点。他说：“因为提炼油砂燃烧了大量的天然气，所以你实际消耗的能量比从石油中获得的能量还多。他们这样做的唯一原因是石油非常值钱，而天然气非常便宜！能源回报是负的！”
这种说法非常令人震惊。加拿大人真的会在生产油砂上投入比从中获得的更多的能量吗？毕竟，能源投资回报率低是反对玉米乙醇的一个论点（实际上，每单位你投入到种植、收获、提炼和运输玉米乙醇的能量，你大约能获得1.3单位的能量输出。所以它处于临界状态，但略为正值。）。
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事实证明，研究人员一直在调查油砂能源回报问题的答案。也就是说，与我们从中获得的能量相比，有多少能量投入到油砂中？这种关系通常被称为能源投资回报率（EROI），但它也可以有许多名称（净能源回报率 – NER、能源回报比率 – ERR 等等）。对于传统石油，这个数字可能在5到30之间，具体取决于您所在的地点以及您生产石油的方式。如今石油的平均EROI约为18。这意味着每单位您投入到定位、钻探和生产石油的能量，您将获得18单位的能量输出。对于沙特阿拉伯等地的“易于开采的传统石油”，EROI可能远高于平均水平，但对于“难以开采的非常规石油”，如油砂、致密油或深海海上石油，EROI通常低于平均水平。
然而，纽约州立大学的研究人员发现了一个令人不安的趋势。根据他们的分析，我们的全球能源投资回报率随着时间的推移变得越来越差。而且是越来越差。
为什么会出现这种趋势？好吧，正如您可以想象的那样，在石油生产的早期，我们真的不知道自己在做什么。我们真的不了解地质学。事实上，板块构造理论甚至还没有被构想出来。然而，当时有很多容易开采的石油。在许多地方，石油只是从地下冒出来，你可以直接用铲子挖出来。随着时间的推移，随着我们对地质学和技术的了解越来越多，我们在石油开采方面变得越来越有效率，我们的EROI也不断上升。但是后来发生了一些事情。我们开采容易开采的石油的速度超过了我们变得更有效率的速度。根据纽约州立大学的研究，1992年生产的石油的EROI为26，1999年，EROI增加到35。但从那时起，EROI一直在急剧下降。2006年，平均EROI为18——大约是不到十年前的一半。现在这些数字仅来自一项研究，虽然它们可能并不完美，但它们突显了一个重要的趋势。今天，我们必须走得更远，更加努力地工作，钻探更深，花费更多的能量，并转向非常规资源（如油砂）来满足我们对石油的需求。
那么油砂的能源投资回报率有多糟糕呢？
从社会角度来看，令人惊讶的是，它实际上可能是不错的。仅在加拿大艾伯塔省，就有约1.7万亿桶石油。这是多少石油？这比人类迄今为止使用的石油总量还要多一点。没错；艾伯塔省拥有的石油比迄今为止全人类使用的石油还要多。此外，由于油砂往往位于偏远地区，因此开采过程已变得能源自给自足。如果你愿意，也可以说是能源独立。在开采油砂的过程中，你可以使用你生产的一部分来为生产过程提供燃料。因此，你根本不需要使用太多的外部能源。你不需要管道输送天然气，不需要使用发电厂的电力，甚至不需要从炼油厂运来柴油来为你的卡车加油。根据斯坦福大学最近的一项研究，从外部角度来看，油砂的EROI高达30，几乎是目前传统平均水平的两倍。
然而，从内部EROI的角度来看，油砂并不是那么好。即使你使用的是内部产生的能量，你仍然在使用能量。如果你将这种能量包括在总量中，油砂的EROI约为5。而且由于你必须使用更多的能量来为该过程提供燃料，这可能意味着每桶石油产生的碳排放量更高。
但是——油砂排放不一定那么高。当油砂被“提炼”时，它们实际上是从重质焦油转化为三种物质：合成天然气、轻质低碳油和石油焦。（石油焦是一种黑色的粉状物质，主要由碳组成。它与煤非常相似。）大部分天然气返回为该过程提供燃料，而轻质油则被出售（或与重质油混合，然后出售，就像Keystone XL的情况一样）。从油砂生产的天然气和轻质油的碳足迹低于传统石油，因为大量的碳进入了焦炭中。因此，油砂的总碳足迹完全取决于你如何处理焦炭。如果你燃烧焦炭，或将其出售给燃烧它的人（煤电厂经常购买焦炭——它是煤炭的良好替代品），碳排放量将会很高。但在一些油砂生产 क्षेत्र，焦炭实际上是被封存（掩埋）回矿井中。如果是这种情况，油砂的碳足迹会更小，但EROI也会更低，因为焦炭含有能量。
现在，你认为油砂有多糟糕或多好完全取决于你的角度。如果你想减少从中东的石油进口，实现北美能源独立，并生产更多的石油来为社会提供燃料，那么油砂就具有明显的优势。如果你主要关心碳排放，我们真的应该完全摆脱石油——包括油砂。
Scott McNally 拥有德克萨斯大学奥斯汀分校化学工程理学学士学位。他正在斯坦福大学攻读能源资源工程和哈佛大学公共政策双硕士学位。Scott 曾任职于奥斯汀能源公司，担任可再生能源项目管理员；在壳牌石油公司担任项目开发工程师；在白宫环境质量委员会担任能源和气候研究实习生；以及在美国能源部担任橡树岭科学与教育研究所研究员。他最初是应 Plugged In 的 Melissa C. Lott 的邀请提交客座文章。
图片来源
1. 油桶图片 © 作者 Amiralis，并在此知识共享许可下使用。
