50年後化石能源將會用完?為什麼我們不需要擔心


50年後化石能源將會用完?為什麼我們不需要擔心的頭圖

50年後化石能源將會用完?為什麼我們不需要擔心

在中國發展高層論壇2021年會上,南科大校長、中科院薛其坤院士告訴大家:“今天面臨一個很嚴峻的問題,50年後化石能源就會用完”。儘管類似的說法在許多年前就有人提出,但薛院士無疑再一次給大家敲響警鐘:我們不能向這個地球無度索取能源了,應該抬起頭來將目光轉向太陽,大力發展太陽能和其它替代能源,否則未來我們的子孫將面臨無石油可用的窘境。

薛其坤院士

然而人類真的能在半個世紀之內抽空地球,將所有化石能源吸乾榨盡?這個問題倒是值得說道說道。

通常我們將石油、煤炭、天然氣以及天然氣水合物(可燃冰)統稱為化石能源,因為它們大多是由動植物歷經幾百萬甚至上億年長時期演變形成的。

人類開採化石能源最主要是希望索取其中的碳,所有化石能源都是以碳原子為骨架組成的各種高分子化合物。碳通過與氧氣發生化學反應會產生熱,我們利用化學熱能推動機器、生產電,做許多事情,或者直接拿來取暖。

海上油井正在燒掉伴生氣

化石能源是地球上一開始就有的嗎?當然不是。

碳最開始形成於恆星的中心,超新星爆發的過程中製造了太陽系中絕大多數的重元素,其中也包括碳。但是這些碳極少以單質形態出現,它們非常容易與氧結合生成碳氧化合物,也有一些會形成甲烷。所以在地球剛形成時並沒有石油或者煤炭,幾乎所有的碳都以二氧化碳或一氧化碳的形式存在於岩石縫隙裡,後來地球越來越熱,二氧化碳氣體隨著火山噴射到空氣中。

最初的碳由火山噴出

在30多億年前,地球大氣中充滿了二氧化碳,幾乎沒有氧氣。一部分二氧化碳溶於水形成碳酸,再跟其它元素反應形成碳酸鹽,剩下的二氧化碳作為溫室氣體使地球保持溫暖,這為生命的出現創造了條件。地球上最開始出現的是單細胞生物,它們是各種藻類,其中有一種叫藍藻的細菌。藍藻吸收二氧化碳,再通過陽光的光合作用將碳轉化為碳水化合物固定在體內,同時向外排放氧氣。別看藍藻小,當時地球的海洋和陸地湖泊裡到處都是,通過幾十億年的不懈努力,硬是把空氣中1.5億億噸碳給清除乾淨。這些碳都去了哪裡呢?它們大多變成了我們今天的石油和天然氣。

藍藻細菌形成鏈狀

在早期的空氣和水里,氧氣含量非常少,微生物死亡後大多不會腐爛,它們的屍骸與砂石混雜一批批沉入水底。在數千萬年的漫長時間裡,微生物在水下的沉積能達到幾十甚至數百米厚,然後又被更厚的泥土掩埋。微生物體內的有機碳在地殼深處高溫高壓作用下慢慢變成黑色乾酪一樣的油母質,當溫度保持在50~150℃,這些有機碳會變成石油,溫度進一步升高到200℃左右,它就可能進一步轉化為天然氣。

油頁岩與石油

與石油不同,煤炭是由陸地上繁茂的植物在死亡之後慢慢堆積腐爛形成的。自大約3.6億年前的石炭紀起,地球表面的陸地形成了茂盛的森林,樹木年復一年地生長,將空氣中的二氧化碳轉化為有機碳。死亡的植物倒伏在地,新的植物繼續生長,由於那個時候分解植物的細菌還沒有進化完善,草木的殘骸會大部分保留下來並一層層堆積碳化。隨著地殼運動和火山噴發,森林被深埋地下,慢慢轉化為煤。

露天煤礦

根據中石油2019年底公佈的數據,到目前為止,全球累計開采出862億噸石油,全球現有的3萬多個油田已經探明的石油還有1900億噸,可開採儲量約1636億噸,看起來剩的不多。如果按照現在的開採速度,地底下的石油確實用不了多少年就會被抽空。同時我們也要看到,世界上每年都會發現新的油氣田,石油儲量常常是不降反增。這是為什麼呢?

十幾億年來地球表面的碳一直處於不斷地循環之中,科學家估計有約1.5億億噸元素碳被封存在油母質中,這是目前已經探明石油儲量的許多萬倍!曾經我們只能開採液體石油和天然氣,隨著油氣生產技術的進步,曾經被認為無利用價值的頁岩油和頁岩氣已經成為主流,未來我們還會發現並開採儲量更為豐富的可燃冰資源。

美國井架林立的頁岩油田

當然,化石能源再豐富,如果無節制地開採,新產生的煤炭油氣跟不上消耗,它也會越來越少,大量碳釋放到空氣中還造成全球氣候變暖,這不可持續。好在人類科學進步突飛猛進,今天我們已經行動起來,從陽光中獲取能源,水電、風電與核電佔比日漸加大,電驅動汽車火車取代燃油燃煤車成為趨勢,人們已經不再單一依賴化石能源。可以預見不遠的將來,“化石能源枯竭”將不再是一個被拿出來討論的話題。

太陽能電站越來越普及