甲烷|北美页岩气革命欠下的环境债，恐怕要全世界一起还了
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新冠疫情暂时拉低了全球碳排放量 ， 但是刚刚发布的一项最新研究表明 ， 全球甲烷排放量已达到有史以来最高水平 ， 这也许会导致全世界规避全球变暖最严重影响的努力付诸东流 。
在21世纪的第二个十年 ， 甲烷年排放量突然猛增了近10% ， 全球碳项目的科学家分析 ， 助推甲烷排放增长的两大引擎是畜牧业和石油天然气生产 ， 而美国多个研究团队更明确地指出 ， 甲烷排放突然猛增和北美页岩气革命脱不开关系 。
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美国的页岩气企业
页岩气的主要成分 ， 正是甲烷 。
甲烷猛增将导致更多灾难
全球碳项目的科学家在日前发表的两篇论文中称 ， 最新完整数据显示——2017年 ， 全球甲烷排放量达到创纪录的5.96亿吨 ， 相比2000年代初（2000-2006年）的均值增加9% ， 大约为5000万吨 。
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《自然》杂志刊文 ， 全球甲烷水平飙升至历史新高
就增温潜力而言 ， 增加5000万吨甲烷 ， 相当于地球上多跑了3.5亿辆汽车 ， 或是让德国或法国的总排放量增加一倍 。
“我们没有摆脱甲烷的困境 。 ”斯坦福大学地球系统科学教授罗伯特·杰克逊说 ， 他是全球碳项目主席 ， 也是两篇论文的合著者 。
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甲烷的增温作用明显
作为天然气的主要组分 ， 甲烷排放到大气中就成为主要温室气体 ， 它不仅导致全球变暖 ， 还参与地面臭氧形成 ， 臭氧是一种空气污染物 ， 有害人体健康 。
甲烷在大气中的寿命约为12年 ， 远低于二氧化碳的一个多世纪 ， 且大气中甲烷含量也比二氧化碳少了225倍 ， 但是甲烷的可怕之处 ， 在于变态的热吸收特性 。
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甲烷
在20年周期内 ， 甲烷每单位质量的全球变暖潜能值（GWP） ， 约为二氧化碳的86倍 。 换言之 ， 大气中1吨甲烷对全球变暖造成的潜在影响 ， 相当于大约86吨二氧化碳 。
全球碳项目的气候模型显示 ， 按照这种发展趋势 ， 本世纪末之前 ， 甲烷将导致全球变暖3-4摄氏度 ， 这不仅远高于《巴黎协定》的目标 ， 而且是一个非常危险的温度阈值 。
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科学家警告说 ， 在这个阈值上 ， 野火、干旱和洪水等自然灾害将成为家常便饭 ， 人类社会也会因饥荒导致的流离失所陷入动荡 。
在21世纪第一个十年 ， 地球甲烷排放量一直较为稳定 ， 为什么突然在第二个十年迎来猛增？
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历年来甲烷排放的增长曲线
全球碳项目研究显示 ， 大约三分之一甲烷排放来自天然湿地中的细菌 ， 它们在分解有机物质时会产生甲烷 。 而农业和化石燃料分别占全球甲烷排放量的20-25% 。
科学家们并未发现湿地或其他自然资源甲烷排放量猛增的证据 ， 杰克逊表示 ， 畜牧业和石油天然气生产 ， 是推动甲烷排放上升的两大引擎 。
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根据这项研究 ， 世界部分地区红肉消费增长 ， 导致2017年农业甲烷排放量增长了近12% ， 达到2.27亿吨 。 同年 ， 包括天然气田和泄漏管道在内的化石燃料则排放了1.08亿吨甲烷 ， 同比增长17% 。
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油气企业和燃烧的甲烷
其中 ， 非洲和中东是甲烷排放量增长最快的地区 ， 就单独的国家来说 ， 美国甲烷排放量增加了450万吨 ， 这主要是由于天然气的钻探、分配和消耗量增加 。
“美国和全球的天然气使用量正在迅速增加 ， 这抵消了电力部门的煤炭用量 ， 并减少了二氧化碳的排放 ， 但增加了该部门的甲烷排放 。 ”杰克逊说 ， “结果 ， 我们从油气井和泄漏的管道中排放出更多的甲烷 。 ”
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2018年10月-11月 ， 全球甲烷变化示意图 ， 红色为大气中甲烷浓度较高的区域
刚好同步美国页岩气革命
“我非常担心甲烷排放量的增加 。 ”康奈尔大学生态学家罗伯特·霍沃斯博士说 ， 他没有参与全球碳项目的这项研究 ， 但他是长期追踪研究甲烷排放的权威 ， 并且对过去十年地球甲烷排放量猛增有不同解释 。
去年8月 ， 霍沃斯将自己的长期研究发表在《生物地理科学》杂志上 ， 研究显示 ， 地球甲烷排放量猛增 ， 刚好与美国的页岩气革命同步发生 。
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罗伯特·霍沃斯博士在《生物地理科学》杂志上发表的研究
【甲烷|北美页岩气革命欠下的环境债，恐怕要全世界一起还了】自2005年以来 ， 在水力压裂和水平钻井等新技术推动下 ， 美国实现了能源独立 ， 一跃成为全球主要油气生产国 。
过去十年 ， 全球大约三分之二新增天然气是美国和加拿大用压裂法生产的页岩气 。
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压裂技术
霍沃斯通过追踪大气中甲烷的碳原子同位素发现 ， 自2008年以来 ， 压裂过程中释放出的较轻形式的甲烷 ， 是全球甲烷排放总体上升的重要组成部分 。
也就是说 ， 近十年来大气中增加的甲烷 ， 主要源于页岩地层中的天然气 。
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压裂技术
事实上 ， 在页岩气的生产过程中 ， 泄漏几乎无法避免——开采期间 ， 通常会排放掉那些难以捕捉的甲烷；在压缩和储运的过程中 ， 也会刻意排出甲烷以减少罐体压力；在测试维护井道和管道时 ， 也会清空甲烷 ， 以确保没有爆炸的危险 。
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2015年的另一项研究估计 ， 按照最保守的1.5%泄漏率计 ， 北德克萨斯州巴内特页岩地区每年泄漏54.4万吨甲烷 ， 这相当于4600万吨二氧化碳 。
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德克萨斯州巴内特页岩地区的甲烷泄漏
2016年 ， 加州南部一家天然气公司发生了美国史上最严重的甲烷泄漏事故 ， 在持续16周的抢修期内喷出近10.7万吨甲烷 。
康奈尔大学工程学教授安东尼·英格拉菲也认为 ， 在页岩气产量剧增的同时 ， 全球甲烷排放也在急剧上升 ， 这不太可能只是巧合 。
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纽约州奥尔巴尼的一起甲烷泄漏事故
今年年初 ， 《科学进展》刊出美国哈佛大学和环境保护基金（EDF）的最新研究成果 ， 研究团队租用了欧空局的一颗对流层监测卫星 ， 花了10个月监测美国最大页岩油气产区二叠纪盆地的甲烷排放量 ， 结果发现排放量足以为德克萨斯州700万户家庭提供一年的能源 。
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二叠纪盆地一油气生产企业的甲烷泄漏
“这是美国主要油气盆地有史以来排放量的最高记录 。 ”研究合著者、环境保护基金首席科学家史蒂文·汉堡博士说 ， 在21世纪头十年 ， 二叠纪甲烷排放水平较为平稳 ， 但在过去十年却一直在迅速增加 ， “我的研究表明 ， 美国页岩气开发导致的甲烷排放 ， 至少占全球排放量增长总量的三分之一 。 ”
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甲烷储罐
页岩气行业衰退引发新危机
今年6月28日 ， 美国能源巨头切萨皮克正式申请破产 ， 这家公司是用技术推动美国页岩气革命的先驱 ， 也曾提倡将天然气作为煤炭和石油的替代品 。
然而 ， 随着全球能源行业在今年上半年迎来需求暴跌 ， 一直举债维生的美国页岩油气企业正像切萨皮克一样成片死去 。
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CNN报道 ， 美国能源巨头切萨皮克破产
分析公司Rystad Energy的数据显示 ， 假设平均油价为每桶30美元 ， 那么今年大约有73家美国页岩油气企业可能会破产 ， 明年还将有170家破产 ， 两者相加 ， 破产公司数将超过过去五年的总和 。
页岩油气企业的盈利困境和大规模破产 ， 又将带来一场潜在的环境灾难——那些无利可图的页岩油气井将被成片废弃 ， 而废弃油气井同样会排放大量甲烷 。
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美国肯塔基州一位居民发现当地油气企业废弃的管道井中在泄漏甲烷
根据美国环境保护署(EPA)最新报告 ， 2018年 ， 美国现存超过320万口废弃油气井 ， 其中200多万口从未封堵 ， 一年排放了28.1万吨甲烷 ， 而且这项数据并不完整 ， 实际排放量可能要高出三倍 。
据EPA测算 ， 自2008年以来 ， 全美备案的废弃油井数量 ， 相比页岩气革命前跃升了12%以上 。
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一处废弃的油气管道
仅过去两个月 ， 北达科他州就新增了336口废弃页岩油气井 ， 而在新墨西哥州 ， 政府也确认了708口新增废弃油气井 。
这些废弃油气井不只排放甲烷 ， 还会污染地下水和土壤 。
2018年 ， EPA就确认 ， 在犹他州和新墨西哥州内的纳瓦霍族土地上 ， 近50处废弃油气井导致该地区多处地下水中含有致命的砷、硫酸盐、苯和氯化物 。
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巴内特页岩地区 ， 页岩气企业废弃气井和管道后 ， 气井和管道泄漏对当地农田产生了影响
堵塞弃井需要大量资金 ， 环保部门只能先警告民众不要饮用当地的地下水 。
废弃油气井将成甲烷排放大户
越来越多的废弃油气井 ， 正在成为美国和全世界的大麻烦 。
美国法规要求油气公司在钻探前向政府支付保证金 ， 以确保日后废弃油气井能够得到清理 ， 但是这种要求通常由诸多法律规则拼凑而成 ， 油气公司总能钻到空子 ， 政府总是无法获得足够多的保证金 。
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就像切萨皮克 ， 破产后留下6800口油气井 ， 清理成本高达14亿美元 ， 然而它只为清理预留了4100万美元的债券 。
还有得克萨斯州的页岩油生产商MDC Energy ， 就在它八个月前申请破产的那天 ， 公司一口油井的储罐发生严重的甲烷泄露 ， 直到现在 ， 危险的甲烷仍在不断向空中喷射 。
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一口废弃井封堵现场
如果要永久关闭140口油井 ， MDC需要支付超过4000万美元的清理费用 ， 但是 ， MDC母公司债务已超过其资产价值1.8亿美元 。
丹佛一家学校200米外就有一家页岩气公司 ， 去年学校每天检测空气数据 ， 七个月内有100多次检测显示苯含量升高 ， 这是一种可引起白血病的有毒化合物 。
这家页岩气公司上个月已申请破产保护 ， 同样没有对气井采取封堵措施 。
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封堵过程打入混凝土
通常 ， 封堵油气井 ， 需要从地下挖出管道 ， 再注入混凝土以永久密封钻孔 。
美国政府问责办公室曾估计 ， 清理堵塞一口废弃油井的费用 ， 从20000美元到145000美元不等 ， 清理美国所有废弃油井的成本在600亿美元至4350亿美元之间 。
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一口废弃井封堵现场立起警示标志
而且 ， 清理一口典型的页岩油气井更贵 ， 成本已接近30万美金 ， 因为页岩油气井往往比传统油气井更深更难清理 。
谁来为这些废弃油气井买单？标普数据显示 ， 2020年至2022年间 ， 美国页岩油行业约有1370亿美元债务到期 ， 如果国际油价景气 ， 企业还可以“举新债还旧债”维持现金流 ， 可是现在大家都在倒闭边缘挣扎 ， 更别说掏钱堵油气井了 。
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页岩气企业工人在施工
最终 ， 善后工作还得落到政府头上 ， 每个有油气资源的州都在为此苦苦挣扎——在宾夕法尼亚州 ， 按照目前的资金支出速度 ， 要清理关停积压的20万座废弃油气井 ， 大约需要数千年时间 。
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页岩气企业的管道
特朗普政府将取消甲烷监管
更让人担心的是 ， 尽管美国政府自己的科学家 ， 都在就全球变暖对美国经济造成的损害反复提出详细警告 ， 特朗普却一再否认科学的共识 ， 即人类活动正在助长气候变化 。
2019年 ， 美国环境保护署提议取消对美国境内油气设施甲烷排放情况的监管 ， 这意味着美国将不再从联邦层面要求页岩油气产业减少甲烷排放 ， 未来可能也不再有相关规定 。
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甲烷泄漏
这项政策有望在今年正式敲定实施 ， 有预测表明 ， 这将为油气行业每年节省1700-1900万美元 ， 代价是2025年预计增加37万吨甲烷排放 ， 相当于一百万户家庭一年供电量 。
今年3月 ， 特朗普还终结了奥巴马时代的美国汽车排放标准 ， 要求汽车制造商到2026年每年提高1.5%的燃油效率 ， 而不是之前规定的5% 。
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美国汽车燃油消耗量很大
特朗普还为油气企业开了一张“支票” ， 除了2万亿美元经济刺激法案允许的企业贷款 ， 3月中旬还宣布购买美国油气企业的7700万桶石油作为战略原油储备 ， 总价30亿美元 。
据美国石油协会（API）数据 ， 2018年 ， 能源行业在美国GDP占比达到7.6% ， 2015年为美国提供了5.6%的就业机会 ， 石油开采的基础设施是拉动美国经济增长的关键 。
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今年上半年 ， 美国不少地方油价降到了每加仑2美元以下
因此 ， 特朗普不可能坐看油气行业崩溃 ， 这将牵连到上下游如仓储、运输、炼油和销售等诸多行业 。
然而 ， 正如罗伯特·霍沃斯博士所说 ， 单独靠减少二氧化碳排放 ， 无法实现《巴黎协定》的减排目标 ， 因为气候变化对甲烷的反应要快得多 。 要将全球变暖水平控制在2摄氏度的国际目标以下 ， 防止气候变化的最灾难性影响 ， 控制甲烷排放至关重要 。
控制不了甲烷排放 ， 人类控制气候变化的努力注定将会失败 。
Vox：Fracking may be a bigger climate problem than we thought
The Conversation：Methane emissions spike: natural gas production, fracking and agriculture – is one the main culprit?
Energy Live News：Fracking shale gas ‘causing atmospheric methane levels to spike’
National Geographic：Fracking boom tied to methane spike in Earth’s atmosphere
文 |贡晓丽 张超
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