当化石燃料用完时，我们该怎么办？

■文 / 郭久亦 翻译 / 于冰

为什么我们应该担心?

2017年12月，196个缔约方（195个国家和欧盟）签署了《巴黎协定》，到2100年将全球气温上升控制在工业化以前水平2℃以下。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）甚至宣称，如果到2100年全球气温只上升1.5℃，世界将受益，这将是可持续和公平的发展。然而，在世界许多地方，飓风、洪水、干旱等极端天气已经显示出破坏性。尽管如此，各国政府仍在追求更高的增长率，并没有改变政策。就在最近，我们被告知，根据美国经济分析局（Bureau of Economic Analysis）发布的“提前”估计，2019年第一季度美国实际国内生产总值（GDP）增长了3.2%。2018年第四季度，实际GDP增长了2.2%。显然，我们继续“照常营业”，并不担心耗尽我们的资源。

根据国际能源署（International Energy Agency,IEA）报告，2018年，全球能源消耗增长了2.3%，几乎是2010年以来平均增长率的两倍，这是受经济增长驱动的，比2017年增长量多了40%。

图1 能源储量（单位：十亿吨石油当量Btoe）

电力继续成为未来的“燃料”，2018年全球电力需求增长4%，达到23000太瓦时以上。这一快速增长正推动电力在最终能源消耗总量中所占的份额达到20%。发电量的增加造成了一半以上的一次能源需求增长。

我们追求更高的GDP，后果是什么？

表1 2018年世界一次能源需求

是的，我们正在迅速消耗我们的资源。不幸的是，大部分能源需求都来自化石能源，石油、天然气和煤炭的使用。根据IEA报告，2017年，世界能源需求增长2.1%，其中化石燃料占72%，可再生能源占25%，其余为核能。这自然导致2017年二氧化碳排放量增加1.7%，达到历史新高，331亿吨。表1列出了2018年世界一次能源需求情况。

化石燃料的限度

本文要明确指出一个事实：我们在地球上的化石燃料是有限度的。我们忘记了这样一个事实：几十年后，这些燃料将耗尽。由于全球人口的增长，对能源的需求也不断在增长。这种增长正在危及我们的未来。当化石燃料用完时，我们该怎么办？发生这种情况后，我们可以依赖什么能源？

图1显示了未来的能源储备（以10亿吨石油当量Btoe为单位）。虽然我们在不考虑未来储量的情况下不经意地消耗化石燃料，但我们应该注意这里显示的终点。这些终点非常接近。由于社会如此依赖化石燃料，因此，根据图1知道这些燃料什么时候用完是非常重要的。石油将在2052年（约30年后）用完，天然气将在2060年（约40年后）用完，煤炭资源将持续到2090年（约70年后）。

然而，根据英国石油公司BP的数据，按目前的消耗速度计算，地球有53年的石油储量。根据IEA公布的《2019年能源展望》，预计2017-2040年全球GDP平均增长3.4%。到2040年，世界能源需求将增长1/3，这主要是由于中国、印度和亚洲部分地区的交通运输消费增加所致。

石油

2018年世界石油需求增长1.3%。根据美国全球安全分析研究所（Institute for the Analysis of Global Security, IAGS）报告，如今石油供应了世界大约40%的能源和96%的运输能源。

世界每年消耗超过110亿吨当量，原油储量正以每年超过40亿吨的速度减少。许多油井已经达到峰值，新的油井正变得越来越难找。目前还有1万亿桶探明储量和可能储量。

图2显示了目前由大多数中东国家控制的石油输出国组织（OPEC）的主导地位。但根据IEA发布的《2018年石油》5年市场分析和预测的报告指出，“在未来3年内，仅美国的产量将覆盖全球需求增长的80%”。预计到2022年，与2017年水平相比，每天将增加百万桶石油。基本情况预计在未来5年内每天增加约300万桶。总体预测到2023年，全球石油生产能力将增长640万桶。

图2 世界液体能源供应份额百分比（数据来自：https://www.forbes.com/sites/rrapier/2018/03/06/u-s-oilproducers-projected-to-eatopecs-lunch/#3b405b9d2baa）

英国石油公司BP也修改了类似的预测。在最近发布的《2018年能源展望》中，预测美国将成为“迄今为止最大的液体燃料生产国”。

到2020年，由于交通运输的增长，世界石油消费量将增长约60%。中国和印度的增长率最高，中国为7.5%、印度为5.5%。

天然气

天然气占总能源需求的23%，但2018年增长率为4.6%，天然气占总发电量的第二高比例，占23%，即6091太瓦时。

世界天然气储量是多少？根据2019年3月8日IEA发布的最新数据，截至2018年1月1日，估计全球已探明天然气总储量为7124万亿立方英尺。

美国有多少天然气，能用多久？美国能源信息管理局（U.S. Energy Information Administration）在《2019年能源展望》中估计，截至2017年1月1日，美国干燥天然气的技术可采资源（technically recoverable resources, TRR）约为2459万亿立方英尺。

考虑到目前的天然气产量和目前已知的天然气储量，我们还有大约52.8年的天然气储量。

当石油在2052年用完时，我们仍将拥有天然气和煤炭。但是如果我们增加天然气产量来填补石油留下的能源缺口，那么这些储量只够再多用8年，即2060年。

我们应该认识到燃烧气体会因二氧化碳排放而影响全球变暖。

煤

2018年世界煤炭需求增长0.7%。煤炭在总发电量中的份额总计为10116太瓦时，较2017年增长2.6%，占全球总发电量的38%。

煤是我们拥有的最古老的燃料，从植被形成煤需要几亿年的时间。美国、中国和印度仍在积极开采煤炭。煤能用多久？它将依靠新技术，可能需要150年才能取代石油和天然气。

根据IEA的数据，2017年全球煤炭消费总量增长了1%，即50.4兆吨煤当量。

同样，中国和印度燃煤发电引领了煤炭消费量的增长，继续成为最大的排放国，占所有能源相关二氧化碳排放量的30%。

非化石能源

当世界正在疯狂利用化石燃料时，我们也在开发替代燃料。

1.可再生能源——太阳能和风能

世界正在积极开发可再生能源，如太阳能、风能和水力发电，尽管水力发电由于全球变暖和总体缺水而受到限制。

可再生能源已经占世界电力需求的1/4，IEA报告显示，与其他能源相比，2017年可再生能源增长率最高。2017年世界可再生能源发电量增长6.3%。中国和欧盟贡献了可再生能源发电量增长的50%，其次是美国、印度和日本。2017年增长约为7500万吨油当量。

2.核能

随着化石燃料储备越来越少，核电变得越来越突出，因为它是唯一可以24小时连续供电的替代系统。它不含碳，对清洁能源的未来至关重要。它最初是在20世纪50年代被开发的，从那以后它的安全性得到了很大的改善。根据世界核能协会数据，现在世界上超过11%的电力来自核能。2018年，核电增长了3.3%，主要是由于中国新增产能和日本重启4座反应堆。

根据世界核能协会数据，铀可能持续150多年，但是钍基核反应堆的出现被吹捧为能源的未来。首先，钍在自然界比铀更丰富。钍232可与铀一起使用，转化成铀233，用于各种反应堆，尤其是熔盐反应堆。这里我们要强调的是新一代高温气冷反应堆（High temperature gas cooled reactors, HTGR），它 是安全、清洁和可持续的。它非常适用于钍基燃料，以钍、钚或浓缩铀、热解碳层以及阻止裂变产物溢出的碳化硅层的三结构同向性型（Tri-structural ISOropic, TRISO）包覆燃料颗粒形式。燃料颗粒嵌入石墨基质中，在高温下非常稳定。这种燃料可以被长期放射，从而深度燃烧其原始的裂变电荷。中国正在试验所谓的“卵石床”设计，这种设计非常稳定和安全。

鉴于世界有40%的水资源短缺，一项有待探索的新技术是核能与海水淡化的热电联产，其中反应堆冷却水的热量用于高压海水淡化。使用的膜可以是纳米石墨烯。