随着全球减少温室气体排放的努力的加强,向低碳能源系统的过渡已成为21世纪的决定性挑战,太阳能和风能等可再生能源经常被誉为这一转变的基石,然而,通往可持续能源未来的道路很少是线性的道路,非常规资源——以前被忽视或经济上不可行的能源——在弥合当今依赖化石燃料的基础设施和明天更清洁的能源格局之间的差距方面正在发挥越来越关键的作用,理解这些资源的细微作用对于决策者、行业领袖和社区在能源过渡中扮演重要的角色。

界定非常规资源

非常规资源是指由于地质复杂或渗透性低而需要专业提取技术的能源矿藏. 与来自多孔岩层的自由流动的常规石油和天然气不同,非常规资源被困在密度较大的岩石中或与其他材料混合在一起. 最突出的种类包括: .

  • 页岩气和紧油: 碳氢化合物锁定在低渗透性的页岩岩层中,通过液压断裂(裂解)和水平钻探提取.
  • Oil Sands(塔尔沙): 沙、粘土、水和比特门的混合物——一种重的粘性原油,通过采矿或蒸汽辅助重力排水(SAGD)等就地方法提取。
  • 甲烷水合物: 含有被困在水晶结构中的甲烷的冰状固体,发现于永久冻土和深海沉积物中,目前仍基本为实验性.
  • 煤床甲烷: 天然气吸附在煤接缝表面,通过脱水和减压释放.
  • 页岩:[] 含油量丰富的沉积岩,可以加热生成合成原油,尽管需要高能量和高水量.

这些资源长期以来被认为成本太高,技术上也太难开发。 但钻探技术、地震成像和提取化学的进步 — — 特别是2000年代初以来 — — 已经释放出大量储量,重新塑造了全球能源市场,改变了地缘政治动态。

非传统资源在低碳过渡中的作用

将非常规资源纳入一个碳化世界似乎有些矛盾,但它们的贡献是多方面的。 它们为降低碳密度提供了近期解决方案,而可再生基础设施则在不断提升。

加强能源安全和多样性

开发国内非常规资源的国家减少了对进口石油和天然气的依赖,避免了供应中断和价格波动。 比如,美国页岩繁荣将国家从净能源进口国转变为天然气的主要出口国。 同样,加拿大的石油沙也加强了北美能源独立,这种多样化加强了能源安全 — — 稳定过渡的关键组成部分。

天然气作为桥梁燃料

非传统资源的最大贡献或许是页岩层的天然气供应充足。 天然气在为发电而燃烧时,二氧化碳(]]大约比煤炭少50%。 根据国际能源机构(IEA)[,从煤炭转向天然气是过去十年美国电力部门减排的最大动力之一。 天然气还成为可再生能源的灵活伙伴:燃气厂可以快速升气以补偿太阳能和风力干扰,提供电网稳定性,而无需排放煤。

然而,"桥燃料"的叙述并非没有争议. 天然气的主要成分甲烷是一种强效温室气体,在20年时间内,全球升温潜能比二氧化碳高80倍。 开采、加工和运输过程中的泄漏会抵消替代煤炭的气候效益。 监管和行业举措,如环保局的甲烷标准旨在最大限度减少这些泄漏,但广泛遵守仍然是个挑战。

经济和工业利益

开发非常规资源可以产生大量的经济活动。 钻井、管道建设和服务行业(通常在农村地区)的就业可以振兴当地经济。 天然气价格的降低也降低了制造业的能源成本,帮助钢铁和化学品等行业在全球竞争。 这些经济收益可以重新投资于可再生能源的研究和部署,加速转型。

环境和社会挑战

尽管这些优势,但非常规资源的开采和使用构成重大的环境和社会风险,必须加以谨慎管理。

用水和污染风险

水分分分解需要大量水与沙和化学品混合。 典型的裂口井使用200万至600万加仑的水。 在干旱地区,这可能会给当地供水带来压力。 此外,还有来自化学物质或甲烷迁移的地下水污染风险。 尽管研究表明,井井的正常构造相对罕见,但公众仍然高度关注污染事件。

诱导地震

石油和天然气作业产生的废水注入与俄克拉荷马州和德克萨斯州等某些地区地震活动增加有关。 这些诱发的地震通常规模较小,但偶尔也造成损害。 更严格的注入井坐落和监测降低了风险,但问题凸显出需要强有力的监管监督。

土地利用和生态系统破坏

加拿大艾伯塔的石油砂矿开采因其大规模砍伐森林、尾矿池和碳密度而受到国际批评。 同样,页岩气开发会破坏生境,增加卡车交通量。 减缓措施 — — 方向钻探以减少表面扰动、土地开垦和排放控制 — — 正在采取,但环境权衡依然存在。

公共反对和社会许可

当地社区和环境团体往往反对非传统资源项目,因为人们意识到风险,希望更快地从化石燃料转移。 这种反对可能拖延或阻止项目,即使技术和监管保障已经到位。 获得和维持社会许可需要透明的参与、利益分享和严格的环境绩效。

技术革新和缓解战略

工业和研究人员正在积极开发技术,以减少非常规资源开采的环境足迹。

碳捕获、利用和储存(CCUS)

CCUS技术可以捕捉燃气发电厂或工业流程的二氧化碳排放,并将其封存在地下。 对于非传统资源,CCUS也可以通过将二氧化碳注入耗尽的形成来增强石油回收。 尽管成本仍然很高,但成本正在下降,全球CCS研究所等项目也追踪了全世界数十个运行设施。

无水和减少水裂

水裂流体的替代品,如使用液化石油气或丙烷凝胶,几乎可以消除水的使用和化学添加剂,这些方法在缺水地区正在增加牵引力,此外,循环利用回流水减少了淡水需求。

甲烷检测和泄漏修复

卫星、无人机和地面传感器现在可以实时监测甲烷泄漏。 公司可以快速定位并修复泄漏,减少排放。 监管程序如环保局的天然气STAR 推广甲烷管理的最佳做法。

未来展望:非常规资源与可再生能源之间的平衡

展望未来,随着可再生能源更加廉价和丰富,非传统资源的作用可能缩小。 太阳能和风力现在在许多地区与天然气具有成本竞争力,电池储存正在解决间歇性问题。 能源机构预测,全球天然气需求在20世纪30年代可以在以气候为重点的情景下稳定下来。

然而,非常规资源在特定情况下仍然具有相关性:

  • 硬到亚硝酸盐部门:[ 航空,航运,石油化工等工业的石油天然气直接替代品有限. 非常规资源在过渡期间可以供给这些部门.
  • 红色可靠性: 高可再生渗透度的地区仍然依靠燃气的峰值工厂来维持稳定,特别是在长时间的低风或云层时期.
  • 地理政治现实:[ 并非所有国家都有丰富的可再生资源;有些国家几十年可能依赖国内非常规资源。

政策将是决定性因素。 碳定价、甲烷监管和可再生组合标准可以加速转变。 相反,补贴和环境规则薄弱可能延长对化石燃料的依赖。 气专委第六次评估报告强调,大幅度减排需要迅速逐步减少所有化石燃料,但承认某些石油和天然气的使用可能持续到世纪中叶 — — 特别是如果与碳清除技术结合的话。

结论

非传统资源并不是能源转型的永久解决方案,而是当前环境的重要组成部分。 它们为在近期内减少排放提供了务实的途径,同时为完全可再生的未来奠定经济和基础设施基础。 挑战在于通过技术、监管和公共问责来管理其环境影响。 通过现实主义和雄心地处理非传统资源,世界可以驾驭向低碳能源体系的复杂转变 — — 而不牺牲承受能力、安全或速度。