翻開慾望的一頁:能源演進史

Storyteller/Ruei         Painter/廖倩儀

每個時期的人類,皆會善用能源,不論是來自生物或是礦產資源。但資源有限,慾望無窮,我們應該要考慮到的是如何能永續經營,以免能源過早枯竭(圖片來源:廖倩儀)

當我開始寫這篇文章時,經濟部能源局公布的杜拜原油每桶價格是29.81美元,世界平均也差不多在30美元附近。如果你關心經濟或是開車族,你一定知道2008年時,油價飆到90美元,或許也可能知道1970年代發生石油危機,油價從每桶4美元攀升到10美元,甚至於中東對美國、歐洲禁運展開時,來到26美元,自此之後油價已經回不去了。大概從我有印象以來,常常可以聽到大人們在說石油快用完了,這可能是大家誤解為油價會飆漲的原因吧。

但真的快沒石油可用了嗎?其實我們缺乏的是不需要特別尋找,稍微鑽一下就會源源不絕汩汩流出的輕甜原油。其實石油蘊藏量還很夠,但是對於石油公司或是國家來說有沒有足夠的誘因或能力去開採,開採成本高、技術不夠、地緣政治緊張、政策與環保議題等,這些都會影響開採的決策。以上說的都是傳統油氣,油氣如同地下水一般被儲存在孔隙率良好的地層,而地層形成儲藏構造(如背斜、斷層封閉等)將油氣封存在特地區域等待人們去挖掘。而地球還有大半是屬於非傳統油氣,包含緻密氣、頁岩氣、油砂、甲烷水合物等等。所以問題不在於還剩下多少,而是能不能開採。

 

原油用桶為單位,每桶約為159公升。

 

能源與人類間的周期循環

《每秒千桶》的作者Peter Tertzakian認為人類從開始使用能源到現在,可以歸納出一種四個階段的周期循環。首先是對一種能源的成長與依賴,容易取得且豐沛的能源常常讓大家覺得是拿不用錢的。接著壓力開始升高,除了能源變少外,社會、政治、商業、環保等各方壓力接踵而來。但隨著幾近無限制的能源提供,經濟持續成長,也意味者需求量不減反增,於是大家挖石油挖煤礦的越挖越深,能源供應鏈也越來越接近崩盤。於是斷層點(Break point)來了,大家面臨痛苦的抉擇,生活型態改變、企業轉型、政府提倡新政策,或是天外飛來一筆的救星,新的能源出現取代了舊能源,能源的供需得到重新調節均衡。這樣也許難懂,或者讓我們翻開歷史,看看實際發生的故事,那故事發生在17世紀時。

殼牌(Shell)石油公司地質學家哈伯特曾經大膽預言,美國石油出產像是一條鐘型曲線,將於60年代到70年代左右到達頂峰,之後就會快速下降。這時經濟持續成長導致需求量上升與下降的出產量來到了死亡交叉,將會引發能源危機(這時股市也真的會死亡交叉了)。的確1970年真的發生了石油危機,真實原因是不是因為這樣我們不清楚,但關於1970年的故事我們會在文章後半段談到,不管情況如何,哈伯特頂點(Hubbert’s Peak)都因此聲名大噪。

 

從鯨魚到石油

以前人類所使用的能源不外乎獸力、燒柴、水力,少數如荷蘭可以請風來幫忙。當時的照明設備除了柴火外,就是蠟燭了,豬牛的油脂蠟燭比較低劣,羊脂蠟燭的堅硬度高、光澤好因此比較高級。但獸脂蠟燭都有一個缺點,那就是產生大量的煙及臭味。有錢人使用的蜜蠟最好,雖然製作過程麻煩成本高,但光更明亮、氣味更好。17世紀時,歐洲人看到印地安人會在鱈魚角及長島(美國東北部)捕抓鯨魚,採集鯨脂,將其作為食物防腐劑及皮革表面的保護油。歐洲人發現鯨油的照明能力比原先的獸脂強,也可以作為農耕用具的潤滑劑,於是捕鯨船一艘艘出航了。座頭鯨離岸近容易捕捉,而露脊鯨最有價值,因為它的鯨鬚可以做為當代女士澎澎裙的裙環支架。但最後抹香鯨成為主流,因為它的鯨油所做的蠟燭光源柔和、有特別香味,至此便宜的鯨油蠟燭大量取代原先蠟燭。

隨後補鯨業者、鯨油產品製造商及鯨脂蠟燭商互相結盟、彼此角力,在美國獨立革命後,鯨油的重要性更高,家用油燈、街燈、燈塔、潤滑油通通都需要鯨魚來提供它的能源,就如同現在的石油深入生活的每一處。18世紀末,鯨魚稀少,價格飆高,於是捕鯨船去了更遠更艱困的海上獵捕,正如同現在石油的處境一樣。正當逼近斷層點時,加拿大地質學家Abraham Gesner從瀝青中萃取出煤油,雖然煤油氣味不好,但煙量跟鯨脂蠟燭一樣低,而且更便宜,人們很容易就接受了煤油做為鯨油的替代品。後來人們發現從石油中可以分餾出煤油,於是投機者又開始了另一場淘金熱,這次黃金從鯨油轉變成黑色、從地下冒出的礦物膠液體,當時稱為岩油,也就是大家現在稱的石油。煤油燈雖然很快被燈泡取代,但柴油引擎與汽油引擎都需要石油,從此刻開始也成為最大最重要的能源。從上看來,發現煤油就是天外飛來一筆的救星。人們比起以前所用到的能源種類變多,石油、天然氣、煤礦、核能、太陽能,為甚麼卻仍然常有能源危機的發生呢?

 

現今能源難題

  • 能源轉換:我們常常忽略掉一件事,要維持全人類的正常運作是用不同種類的能源組合而來,不是單一能源,而能源彼此之間不一定能互相轉換。例如太陽給了草能量,草能餵飽牛,牛吃飽有力氣就能轉動水井的幫浦把地下水打上來。這個例子是太陽能轉換成生物能,生物能再轉換成機械動能。但是我們沒辦法叫不能橫渡大海的牛拖拉著貨物從台灣出發到新加坡,牛無法變成船。

 

  • 能源使用效率:雖然能量守恆定律說,能量從一個系統到另一個系統不會增加也不會減少,但真實情況是,我們獲得的永遠比原始少很多,因為都被消耗掉了。最初的蒸氣引擎只能獲得煤礦6%的能量,之後到10~12%,仍然有90%的煤礦能量在過程中被浪費掉,效率很好的柴油引擎也只能獲得40%左右。汽車只能用原油的17%去轉動輪子,原油煉油成各種油品從100%掉到83%,內燃機將化學能轉成動力就瞬間剩下29%,還要透過傳動裝置到輪子呢!傳動裝置各種齒輪機械彼此摩擦,最後剩下19%,輪子與地板的摩擦力要走了2%,所以只有很低的17%效率。

 

  • 能源保障:要維持一個國家穩定存在,能源絕對是一大問題。即使這個能源具有優勢,但國內沒有蘊藏,只能依靠進口,會很沒保障進而使得國家動盪不安。就如同台灣的石油幾乎都從國外進口,從政府到人民都會很沒有安全感,對於油價都非常敏感,而美國現今有了頁岩氣的撐腰,壓力就降低很多。前蘇聯即使被北大西洋公約組織環繞依然過得不錯,因為它的國土蘊藏大量的油氣,相對的,英國有大量的煤礦卻沒甚麼油氣,從第一次世界大戰就體認到「擁有石油就能擁有全世界」的大英帝國,開始把腦筋動到中東沙漠上。

世界石油供給並非只是埋藏在岩石、海洋與沙裡,還埋在層層的貪腐、政治風險和善變的集權任性主義下。

 

逼近斷層點

通常斷層點會表現一些特徵:

  1. 比起其它替代品來說太貴。
  2. 燃料對消費者效用大打折扣,例如民眾環保意識抬頭,反污染、反核能。
  3. 無法保障安全供給量,想要用卻無法獲得。
  4. 戰略性軍事考量而轉換能源,石油的燃燒效率勝於煤,因此戰艦等武裝可以走更遠,煤的成長就到達斷層點。

大家可能聽過OPEC(石油輸出國家組織)吧?由幾個石油輸出國所成立,為了保障自己的權益,以免受到西方資本主義石油公司的剝削。1945年,委內瑞拉的石油部長要求和外國石油公司五五均分石油利益,沙烏地阿拉伯成為第二個想這麼做的國家,從此以後產油國成為獲利夥伴,而OPEC堅持要對石油價格管制規定,並公開化。這時大家都已經對石油上了癮,但是供應鏈卻被OPEC箝制,需求量龐大的世界在OPEC的控制下很容易就來到斷層點。而利比亞強人格達費掌握權力後,國外石油公司與產油國的關係越來越不對等。格達費在1971年要求分到58%(p.s.在他任性又善變的極權下,2000年之後的產油國可以拿到85%獲利也是很正常的)。產油國的崛起是第一個壓力,而第二個壓力是美國的石油生產速度已經到最高點並開始下滑,但石油需求量仍在擴張,可想而知會有甚麼結果。

壓力持續攀升,1973年10月,維也納正在召開石油公司與OPEC的協調會時,以色列、埃及與敘利亞的「贖罪日戰爭」爆發了,OPEC得知美國總統尼克森出兵援助以色列時,決定展開報復,對支持以色列的國家減少石油供給,石油禁運行動展開。於是終於到達了斷層點,美國於1980年推動曼哈頓計畫希望可以能源自給自足,讓整個能源週期循環回到重新調節均衡的階段。一連串的事件發生連環效應,哈伯特頂點(Hubbert’s Peak)被應驗了。

當先進國家都上了能源的癮,中國才剛起步,也許這是命運給予中國的快速好球,工業化剛起步及專權政策讓中國在能源的選用及組合上可以比其他先進國家更好一點,如果中國政府有遠見的話,降低對任何一種能源的依賴,那未來一定會更強大。另外一個給予世界機會的是頁岩氣,或許我們以後可以聊聊頁岩氣的故事。不過到現在為止,非傳統油氣的出現大大地打擊了原先的產油國,美國瞬間變成了液化天然氣的出口國,中國、加拿大、澳洲等國的頁岩氣資源量也相當豐富,或許會開始扭轉世界局勢。如果減碳排技術良好與安全性無虞,頁岩氣可能是繼核能以後天外飛來一筆的救星,核能已經被多數人認為是煞星了。

 

困難的抉擇

故事進展到這,我們都知道了世界油氣(或能源)的儲藏量遠比我們想像得多,但是我們也知道種種因素導致沒有能源可用的問題(底下有整理)。我們在享受便利的當下,往往看不到背後是有多麼龐大的經濟體怪獸在支撐大家生活,能源供應鏈環環相扣,其中一個鬆脫都會導致斷層點逼近。有趣的是「為了生活我可以忍」,人人邊抱怨邊買單直到真的超出負荷才開始想辦法節約及提升效率,甚至是尋找或採用替代能源,最後才是改變,讓整個社會、企業及生活形態發生改變已回到平衡點。

沒有能源可用或不可開採的因素:

  1. 技術及設備未到達,如同以前無法將頁岩氣開採出來使用。
  2. 開採速度趕不上需求量。
  3. 開採及煉製成本過高。
  4. 地緣政治複雜,叛軍、恐怖份子、集權統治者皆影響能源公司開採意願。
  5. 「不要在我家旁邊開採跟建設這危險東西」的抗議團體、環保團體和民眾對於環境意識抬頭。
  6. 國家政策因應環保、戰略考量和自給自足,而推動轉變國家所使用的能源組合。如同英國戰爭捨棄煤改用石油供應戰艦動力。

如果現在有一種能源無限量供應又完全沒壞處,那人們就不會選擇石油這樣更污染環境的能源,但事實上幾乎所有人類獲取能源方式及消耗能源的過程都會破壞環境,因此我們每個人乃至於政府都在做困難的抉擇。再生能源,可能是個理想答案,可是卻不一定是最好的解法,想像一下,為了不要用火力發電,每個人房屋邊都要裝風力發電機的情況,這麼多台還無法像火力發電那樣有效率的供應,可是那低沉的嗡嗡嗡噪音,每天都會逼迫你的神經,這就是我說的困難抉擇(但這只是再生能源的其中一小部分問題而已)。水力發電也許不錯,可是會嚴重破壞溪流生態。核能比火力發電的空氣汙染還要不嚴重,但沒有人想再經歷一次車諾比核災,或是日本福島核災,甚至罔論核廢料及廢水排放了。太陽能板需要很龐大的面積,但發電效率卻很低,製造過程也是充滿爭議。我們一直都在面臨種種抉擇,但常常抱持著眼不見為淨的心態,我們享受著便利的石油生活,可是卻不允許輸送油管從家前面的馬路底下經過,未來這樣的衝突會越來越多,也許我們不是需要天外飛來一筆的替代能源拯救我們,而是從減少對特定的能源依賴開始,就好比不把雞蛋放在同一個籃子裡。

 

考資料:

Peter Tertzakian(2006)每秒千桶,美商麥格羅‧希爾國際出版公司台灣分公司

伊原賢(2013)頁岩氣,城邦文化事業股份有限公司

 

延伸閱讀:

經濟部能源局油價資訊管理與分析系統

利比亞狂人格達費,維基百科

到底還有多少石油?,科學Online(科技部高瞻自然科學教學資源平台)

林再興(2013)非傳統油氣的資源量及蘊藏量,科學發展