文 /凱文·布利斯（Kevin Bullis）

在美國(guó)，儲(chǔ)量巨大的頁(yè)巖氣資源的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)給該國(guó)的能源使用帶來(lái)了巨大的影響：頁(yè)巖氣促使美國(guó)由煤炭向天然氣轉(zhuǎn)變并幫助減少溫室氣體的排放。據(jù)估計(jì)，中國(guó)擁有更多的頁(yè)巖氣。但中國(guó)要利用這些束縛在頁(yè)巖中的資源是困難的，除非在開(kāi)采技術(shù)上獲得顯著的進(jìn)步——包括利用強(qiáng)力計(jì)算機(jī)模擬頁(yè)巖油藏的物理性質(zhì)。

中國(guó)定下了宏偉的目標(biāo)：到2020年，頁(yè)巖氣的產(chǎn)量要由現(xiàn)在的幾乎為零提高到600億立方米，足以達(dá)到其全部能源產(chǎn)量的6%。但是中國(guó)要開(kāi)發(fā)這些資源會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)。其發(fā)現(xiàn)的多數(shù)天然氣資源都位于干旱地區(qū)，而目前釋放天然氣的方法水力壓裂需要大量的水。而且，中國(guó)的地質(zhì)情況與美國(guó)不同，這使得水力壓裂更為困難。

“中國(guó)有大量的天然氣鎖在頁(yè)巖中。” 勞倫斯利福摩爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的首席能源技術(shù)專家胡里奧·弗里德曼說(shuō)。“但我們不知道他們能生產(chǎn)多少天然氣，以及需要什么條件才能把天然氣開(kāi)采出來(lái)；我們也不知道頁(yè)巖氣的生產(chǎn)成本有多高。”

新的壓裂技術(shù)會(huì)有所幫助。例如，美國(guó)一些干旱的頁(yè)巖氣產(chǎn)地正在開(kāi)發(fā)可以減少用水量的方法。新型水處理方法則使得更多的水可以循環(huán)利用。麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程教授弗朗茨-約瑟夫·烏爾姆表示，在未來(lái)，可以“像滾珠軸承”一樣流動(dòng)的極細(xì)顆粒可以大幅度取代目前使用的水。只需附加少量的液體，這些顆粒就可以在壓力作用下泵入頁(yè)巖礦床中，從而壓裂頁(yè)巖。

要想處理地質(zhì)情況上的差異，就需要對(duì)每個(gè)開(kāi)采地的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有更深入的理解——例如溫度壓強(qiáng)、礦物成分以及有機(jī)物質(zhì)與巖石相互作用的方式。“當(dāng)談?wù)摵瑲忭?yè)巖時(shí)，每個(gè)地區(qū)都完全不同。天然氣的性質(zhì)取決于其地質(zhì)史，都有其自身的特點(diǎn)，”烏爾姆說(shuō)。例如，與美國(guó)多數(shù)地區(qū)相比，中國(guó)的頁(yè)巖所含的黏土往往要多很多，而在壓力作用下黏土更容易變形而不是破裂。中國(guó)一些頁(yè)巖礦藏中的黏土含量或許少到可以簡(jiǎn)單地通過(guò)增加水壓讓巖石破碎。而在無(wú)法用這種開(kāi)采方法的地方，可能就需要新的技術(shù)了。

烏爾姆正在開(kāi)發(fā)能夠根據(jù)礦床中不同礦物和有機(jī)物質(zhì)間的相互作用來(lái)預(yù)測(cè)頁(yè)巖特性的計(jì)算機(jī)模擬方法。這種模擬表明，開(kāi)采口中注入溶劑，溶解類似膠水的特定有機(jī)物，就可以減少壓裂所需的壓強(qiáng)。但這個(gè)選擇應(yīng)是最后的手段，因?yàn)榛瘜W(xué)物可能存在危險(xiǎn)，烏爾姆補(bǔ)充說(shuō)。

烏爾姆的模擬也提出了一些改進(jìn)頁(yè)巖氣開(kāi)采效率的較簡(jiǎn)方法。計(jì)算機(jī)可以對(duì)頁(yè)巖氣礦藏中礦物組成和有機(jī)物組成的差異進(jìn)行建模，然后讓天然氣公司更好地判斷應(yīng)該在頁(yè)巖礦藏中的什么地方進(jìn)行壓裂。注入二氧化碳或像加拿大開(kāi)采油砂那樣用蒸汽加熱開(kāi)采結(jié)構(gòu)，也能有所幫助。

但即使這些技術(shù)被證明是成功的，弗里德曼說(shuō)，頁(yè)巖氣的生產(chǎn)和使用也不大可能給中國(guó)的溫室氣體排放帶來(lái)巨大的影響，至少在接下來(lái)的幾年中不能。中國(guó)缺乏管線設(shè)施來(lái)把天然氣從多數(shù)頁(yè)巖氣所在的中國(guó)西部輸送到東部的人口中心，在電廠中燃燒取代煤炭。取而代之這些天然氣更可能首先用于化工生產(chǎn)。弗里德曼估計(jì)，即使這樣，煤炭消耗帶來(lái)的碳排放依然可能每年減少1到1.5億噸，因?yàn)槟壳霸谥袊?guó)煤炭也被用來(lái)制造一些化學(xué)品。但據(jù)估計(jì)中國(guó)每年要產(chǎn)生超過(guò)90億噸的溫室氣體，而且這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)還會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。

“如果中國(guó)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量增加，就會(huì)抵消掉一部分煤。但這不是（解決）氣候（變化）的靈丹妙藥?！彼f(shuō)。