据传阿尔伯特·爱因斯坦曾说过，一个人无法用导致问题的相同思维来解决问题。然而，这正是我们现在正在努力通过气候变化政策实现的目标。奥巴马政府、环境保护局、许多环保组织以及 石油和天然气工业 所有这些都告诉我们，解决化石燃料造成的问题的方法是使用更多的化石燃料。他们声称，我们可以通过使用更多的天然气来做到这一点 吹捧 作为“清洁”燃料——甚至“墨绿色= 燃料.

像大多数误导性的论点一样，这个论点是从事实的核心出发的。

这个事实是基础化学：当你燃烧天然气时，二氧化碳 (CO ₂）产生的是，在其他条件相同的情况下， 少得多 与燃烧等量的煤或石油时相比。它 可 与煤炭相比，节能高达 50%，与柴油、汽油或家用取暖油相比，节能 20% 至 30%。当温室气体 (GHG) 进入大气时，这是一个巨大的差异。这意味着，如果用天然气替代石油或煤炭而不增加能源使用量，则可以显着减少短期碳足迹。

替代煤炭还可以带来其他好处，例如减少导致酸雨的硫酸盐污染、导致肺部疾病的颗粒物排放以及导致脑损伤的汞。如果煤炭开采量减少，那么煤矿工人的职业死亡和疾病以及破坏性形式造成的破坏就可以减少。 采矿包括在该国某些地区整座山脉的拆除工作可以减少或停止。

这些都是显着的好处。部分出于这些原因，奥巴马政府将天然气开发作为其能源政策和环保组织（包括环保组织）的核心。 美国环保基金，支持增加天然气的使用。奥巴马总统甚至支持水力压裂——一种从低渗透性页岩中提取天然气的有争议的方法——理由是提取的天然气可以提供“一座桥” 迈向低碳未来并帮助应对气候变化。

因此，如果有人问：“天然气比石油或煤炭更好吗？”简短的回答似乎是肯定的。当涉及到以科学为核心的复杂问题时，通常简短的答案就是（基本上）正确的答案。

作为研究全球变暖的科学史家，我经常强调人为气候变化是一个基础物理学问题：CO ₂ 是一种温室气体，这意味着它会捕获地球大气中的热量。所以如果你添加额外的二氧化碳 ₂ 进入那种超出自然环境的大气层，你必须预料到地球会变暖。基础物理。

你猜怎么着？我们已经 添加 大量的二氧化碳 ₂ 到大气层，地球变得更热。我们可以关注自然变化、云反馈、海洋热量和二氧化碳的细节 ₂ 吸收， 厄尔尼诺 周期之类的，但你从大学物理中得到的答案是更多的二氧化碳 ₂ 意味着一个更热的行星——事实证明是正确的。这些细节可能会影响气候变暖的时间和模式，但它们不会阻止它。

然而，就天然气而言，简短的答案可能不是正确的。

当天然气在发电中取代其他燃料（尤其是煤炭）时，就会出现经常被吹捧的温室气体排放减少的情况。这很重要。电力约占美国能源消耗总量的 40%。传统上，煤炭一直是该国和世界大部分地区用于发电的主要燃料。 （而且没有人认真计划在没有电的情况下生活。）电力部门任何可衡量的温室气体减排都是显着的，并且该部门取得的收益很快就会增加。

但天然气在发电方面的很大好处来自于它被用于现代联合循环燃气轮机发电厂。联合循环发电厂是一种收集废热并重新引导以驱动机械系统的发电厂，该机械系统为发电机提供动力，从而产生额外的电力。这些工厂的效率几乎是传统单循环工厂的两倍。此外，如果与热电联产（收集最后一点热量用于本地家庭供暖或其他用途）相结合，它们的效率可以达到近 90%。这意味着燃料燃烧释放的几乎所有热量都被捕获和利用——这是一项令人印象深刻的成就。

理论上，您可以建造一个联合循环工厂 煤 （或其他燃料），但并不经常这样做。您还可以通过粉碎煤炭并使用一种称为“超超临界黑煤”的技术来提高煤炭效率。一个 专家报告 澳大利亚学术团体理事会于 2013 年编制的报告比较了包括常规天然气和页岩气在内的一系列燃料在各种条件下的效率，得出的结论是，使用高效燃煤形式发电所产生的温室气体排放量并不比传统天然气和页岩气高。比天然气多得多。

这意味着天然气提供的大部分好处不是来自天然气本身，而是来自其燃烧方式 , 这主要是因为天然气工厂往往是新的并且使用更高效的燃烧技术。这个教训，毫不奇怪：如果你使用二十一世纪的技术燃烧燃料，你会得到比十九世纪末或二十世纪的技术更好的结果。这并不是为了捍卫煤炭，而是为了对这个国家目前正在进行的讨论提供重要的现实检验。在美国，燃烧天然气确实有好处，但人们很少声称这一点，而这种好处大部分来自于现代技术和新设备的使用。 （如果煤炭行业不那么忙于否认气候变化的现实，他们可能会公开这一事实。）

这不仅仅是电力

在发电中用天然气代替煤炭可能仍然是一个好主意——至少在短期内如此——但天然气不仅仅用于发电。它还用于运输、家庭供暖和制造热水，以及炉灶、烘干机和壁炉等燃气器具。这里的情况非常令人担忧。

估计这些部门的温室气体排放量极其困难，因为许多变量测量不善。一个重要的排放源是分配和储存系统的气体泄漏，这种泄漏很难测量，因为它在许多不同的地方以多种不同的方式发生。此类泄漏有时被称为“下游排放”，因为它们发生在天然气钻探之后。

当然，天然气确实会泄漏，而且我们运输、分配和使用天然气的次数越多，发生这种泄漏的机会就越多。研究试图利用井到燃烧器或“生命周期”分析来估计与天然气相关的总排放量。此类不同的研究往往会得出截然不同的结果，并且误差范围很大，但许多人得出的结论是，当天然气取代交通运输中的石油或家庭中的取暖油时，温室气体的好处微乎其微，甚至没有。 （由于在美国几乎没有人再用煤炭取暖，因此减少煤炭并没有带来任何附带好处。） 一 根据一项研究， 卡内基梅隆大学研究人员得出的结论是，虽然在发电中用天然气替代煤炭至少在一定程度上减少温室气体排放的可能性是 100%，但用天然气替代作为运输燃料实际上会带来 10%-35% 的风险增加排放。

在东北部、中西部北部和大平原地区，许多建筑商都在宣传配备燃气供暖和热水系统的新住宅的“能源效率”，但尚不清楚这些住宅是否能大幅减少温室气体排放。在木材丰富的新英格兰，许多人最好使用高效燃木炉（或燃烧其他形式的木材） 生物质能).

豪气 (CH ₄）比二氧化碳更能加热大气 ₂

对于家庭取暖来说，天然气不是比石油更好吗？也许吧，但石油不会泄漏到大气中，这给我们带来了一个关键点：天然气是甲烷（CH ₄），这是一种比二氧化碳更有效的温室气体 ₂.

因此，气体泄漏引起了人们的极大关注，因为任何未燃烧进入大气的甲烷对全球变暖的影响都超过了同等数量的二氧化碳 ₂。还有多少？这个问题在气候科学界引起了相当大的焦虑，因为这取决于你如何计算它。科学家们提出了“全球变暖潜力”（GWP）的概念来试图回答这个问题。

这个论点很复杂，因为虽然 CH ₄ 使地球变暖的程度远远超过二氧化碳 ₂，它在大气中停留的时间要少得多。典型的CO分子 ₂在大气中的停留时间比 CH 分子长约 10 倍 ₄. 在他们的 第五次评估报告政府间气候变化专门委员会估计，在 34 年内，甲烷的 GWP 是二氧化碳的 2 倍。然而，当时间范围改为100年时，GWP增加到20！

大多数甲烷泄漏影响的计算都使用 100 年的时间框架，如果你担心温室气体排放对整个世界的累积影响，这是有道理的，但许多科学家已经开始争论，如果你担心担心目前对生物圈的影响。毕竟，许多物种可能在我们到达 100 年前就已经灭绝了。如果您担心我们正在迅速接近气候系统的不可逆转的临界点，那么这也是没有意义的，包括 快速冰损失 来自格陵兰岛和南极冰盖。

情况变得更糟。 CH ₄ 和CO ₂ 它们并不是能够改变气候的空气污染的唯一组成部分。来自污染或火山的尘埃颗粒有能力使气候变冷。事实上，燃烧煤炭会产生大量灰尘，导致一些科学家得出结论，用天然气代替煤炭实际上可能 提高全球暖化。如果他们是对的，那么天然气不仅不是通往清洁能源未来的桥梁，而且是通往潜在灾难的桥梁。

水力压裂法

最近公众和媒体的大量注意力不是集中在天然气本身，而是越来越多地用于提取天然气的机制上。水力压裂——更广为人知的名称是水力压裂——是一种使用高压流体“压裂”并从低渗透性岩石中提取天然气的技术，否则天然气将被困在其中。该技术本身已经存在很长时间了，但在过去十年中，结合钻井技术的创新和石油的高成本，它已成为一种有利可图的能源生产方式。

最近几项研究（包括一项由一位 专家小组 来自我曾任职的加拿大科学院理事会的说法是，从气候变化的角度来看，水力压裂可能并不比传统的天然气开采差多少。例如，对马塞勒斯页岩和巴肯页岩温室气体排放的生命周期分析表明，其排放量可能略高于传统天然气钻探的排放量，但并不显着高于。这些排放量很大一部分来自井漏。

事实证明，要紧密地密封一口井是非常困难的。甚至行业代表和页岩气倡导者也广泛承认这一点。他们称之为“良好完整性”问题。井在钻探、生产过程中，甚至在生产结束后废弃时都可能发生泄漏。原因主要是因为用于密封井的水泥可能会收缩、破裂，或者根本无法填充所有间隙。

有趣的是，几乎没有证据表明压裂井的泄漏量比常规井多。从温室气体的角度来看，水力压裂的问题在于所钻的井数量巨大。根据 美国能源信息署，342,000年美国有2000口气井；到 2010 年，这一数字已超过 510,000 个，几乎所有增长都是由页岩气开发（即水力压裂）推动的。这意味着甲烷直接泄漏到大气中的潜在途径大幅增加。 （这也代表了潜在地下水污染源的大幅增加，但这是另一篇文章的主题。）

已经出现了巨大的 分歧 科学家和行业代表对甲烷泄漏率的看法，但专家们 计算 天然气的泄漏必须保持在 3% 以下，才能在发电方面优于煤炭；在运输方面，天然气的泄漏必须低于 1%，才能优于柴油和汽油。美国环境保护署 (EPA) 目前估计平均泄漏率为 1.4%，但不少专家对这一数字提出异议。 一项研究 2013 年发表的研究报告基于犹他州气田的大气测量结果，发现泄漏率高达 6%-11%。环境保护基金目前正在赞助一项大型的、 合作项目 涉及不同行业、政府和学术界的科学家。该研究的一部分测量了科罗拉多州最活跃的石油和天然气钻探地区的排放量，发现甲烷排放量几乎是 EPA 2012 年数据的三倍，对应的井泄漏率为 2.6%-5.6%。

泄漏估计的一些差异反映了不同的测量技术，一些可能涉及测量误差，还有一些可能反映了气田和工业实践的实际差异。但估计范围表明科学陪审团尚未确定。如果最终证明泄漏率高于美国环保署目前的计算结果，那么天然气所承诺的好处就开始消失。如果储存和分配的泄漏高于目前的估计——作为一项正在进行的 根据一项研究， 我在哈佛大学的同事建议——那么所谓的好处可能会完全消失。

我们还没有完成。当谈到向大气中释放温室气体时，还有一个更重要的途径需要考虑：燃烧。在这种做法中，气体在井口被烧掉，将二氧化碳排放到大气中。它最常在油田进行。在那里，天然气不是理想的产品，而是一种危险的副产品，公司需要燃烧天然气以避免气体爆炸。 （如果您在夜间飞越波斯湾并注意到下面有许多光点，则这些都是井口火灾）。

在我们向加拿大科学院理事会提交的报告中，我们的小组依据的行业数据显示，气田的火炬燃烧率极低，通常低于 2%，“很可能”低于 0.1%。如果天然气生产商高效的话，这是有道理的，因为他们想要出售天然气，而不是燃烧天然气。但最近的 “华尔街日报” 报道称，北达科他州的州官员将敦促制定新法规，因为那里的燃烧率约为 30%。仅在 50 月份，就有 XNUMX 万美元的天然气被烧掉，完全浪费了。这篇文章讨论的是页岩油井，而不是页岩气井，但它表明，在控制火炬燃烧方面，有证据表明该商店没有充分考虑。 （目前，根本没有关于燃烧的联邦法规。）只要天然气便宜，避免浪费的经济激励措施显然是不够的。

为什么天然气不太可能成为可再生能源的桥梁

在完美的世界中，人们会使用天然气来替代污染更严重的煤炭或石油。不幸的是，天然气的争论仅仅基于这样的假设：世界运转完美。然而，你不需要成为一名科学家，就知道这个假设有多么错误。事实上，经济学家长期以来一直认为， 悖论 能源效率的核心是：如果人们通过提高效率来节省能源并且他们的能源费用开始下降，他们可能会开始以其他方式使用更多的能源。因此，尽管他们的账单保持不变，但使用量实际上可能会增加。 （这就像参加促销活动时，不是为了省钱，而是因为价格较低而购买更多的东西。）通过这种方式，消费者实际上最终可以使用更多的能源，因此排放量继续上升。

为了确保天然气的使用不会走上这样的道路，你必须采取一些措施。你可以引入一条法律，比如 AB32， 加州排放控制法，或将待处理的 EPA碳规则 奥巴马政府刚刚提出强制减排。或者，您可以征收高额碳税，为人们选择非碳燃料提供强有力的经济激励。但像 AB32 这样的法律目前还很少见，化石燃料行业及其政治和意识形态盟友都在 战斗 EPA碳规则 牙齿和指甲，并且只有一个 撮 的政治领导人准备公开站出来主张新税。

与此同时，全球化石燃料产量和消费量正在上升。 A 最近的一篇文章 英国《商业》杂志编辑 电报 描述了可能导致新的金融泡沫的化石燃料生产的疯狂。事实上，天然气产量的大幅增加有助于保持 车资 此类能源的利用率较低，降低了效率，并使可再生能源更难以竞争。这提出了最令人担忧的问题。

所有对天然气的积极主张都包含一个基本假设：它可以替代其他污染更严重的燃料。但如果它也能取代包括太阳能、风能、水力和核能在内的一整套替代能源呢？在页岩气开发十分发达的加拿大，只有一小部分电力是通过煤炭发电的；大部分来自水力发电或核电。在美国，来自廉价天然气的竞争最近变得更加激烈。 引 佛蒙特州扬基核电站的所有者决定关闭该核电站。虽然证据可能有些轶事，但各种 报告 建议廉价天然气 延迟 或停止一些可再生能源项目。按理说，如果人们相信天然气是一种“绿色”替代品，他们就会选择它而不是更昂贵的可再生能源。

出口和基础设施：气候变化加剧之路

我们都听说过 Keystone XL管道 加拿大提议通过该计划将石油从艾伯塔省焦油砂运往美国墨西哥湾沿岸，然后从那里运往世界其他地区。然而很少有人意识到，美国也已成为一个网络。 出口 煤炭，并准备成为天然气出口国。 天然气进口 自 2007 年以来稳步下降，而出口却有所上升，几家美国天然气公司正在积极寻求联邦和州政府的支持 批准 建设扩大的天然气出口设施。

一旦煤炭离开我们的边境，替代它的争论就变得毫无意义，因为我们无法监控它的使用方式。如果在美国用天然气代替煤炭，然后将煤炭出口到其他地方并燃烧，那么就根本没有温室气体排放效益。与此同时，煤炭的负面影响也被转嫁到了其他方面。

所有可用的科学证据 提示 如果我们要避免气候变化最具破坏性和破坏性的方面，温室气体排放量必须相对较快地达到峰值，然后在未来 50 年（甚至更早）大幅下降。然而，我们正在建设或考虑建设管道和出口设施，这将有助于增加全球化石燃料的使用，确保在需要大幅减少排放的关键时期进一步增加排放。

我们还在建设新的发电厂，这些发电厂将长期存在于我们身边。 （典型的发电厂预计运行至少 50 年。）一旦采用技术并建立基础设施来支持它们，改变方向就变得困难且昂贵。技术史学家称之为“技术动力”。

某些形式的基础设施也有效地排除了其他形式的基础设施。一旦你建造了一座城市，你就不能将同一块土地用于农业。历史学家称之为“基础设施陷阱”。天然气的大力开发更不用说 焦油砂及 油 在融化的北极，我们可能会陷入对化石燃料的依赖，而在为时已晚之前，我们可能无法摆脱这种束缚。动物被食物的承诺引诱到陷阱中。短期减少温室气体排放的想法是否会引诱我们陷入长期失败的陷阱？

目前，在美国和全球范围内制定规则或激励措施以确保天然气真正取代煤炭以及效率和可再生能源成为我们能源发展的首要关注点的可能性极小。然而，如果没有它们，天然气开发的增加只会增加世界上可燃烧的化石燃料总量，加速已经开始看似走向灾难的情况。

美国的排放量真的减少了吗？

天然气倡导者表示，虽然这些担忧可能是合理的，但美国温室气体排放量在 2008 年至 2012 年间仍然有所下降，部分原因是天然气在发电中取代了煤炭。这一说法需要仔细审查。事实上，似乎这一下降的大部分只是 2007 年至 2008 年全球经济崩溃以及随后的大衰退的结果。当经济活动下降时，能源使用量就会下降，因此排放量也会下降。不出所料， 初步数据 从 2013 年开始，排放量再次上升。 2008-2012 年其余部分下降的原因是 更紧 汽车 燃油经济性标准.

但我们如何知道我们的实际排放量是多少？大多数人会认为我们测量了它们，但他们错了。排放量取而代之的是 计算 基于能源数据——当年美国买卖了多少煤炭、石油和天然气——乘以这些燃料的假设温室气体排放率。问题在于：气体计算取决于假设的泄漏率。如果我们低估了泄漏，那么我们就低估了排放量。尽管反之亦然，但很少有专家认为有人高估了气体泄漏率。这并不是说 2008 年至 2012 年排放量没有下降。几乎可以肯定，他们确实这么做了，同样是因为经济衰退。但由于天然气而导致产量大幅下降的说法尚未得到证实 .

那么为什么这么多人对天然气如此热衷呢？

行业热情高涨的原因不难看出：很多人现在在页岩气领域赚了很多钱。加拿大政府、得克萨斯州、北达科他州和宾夕法尼亚州等天然气资源丰富的州的政治家，以及通过出租天然气钻探房产赚钱的个人的热情也归功于同样的因素。在那些天然气丰富的州，就业也受益（即使我们熟悉的 社会问题 新兴城镇的特征也有所增强）。

在天然气问题上，奥巴马政府似乎正在寻求民主党和共和党都能支持的妥协方案，并且不会激起强大而咄咄逼人的石油和天然气行业或宾夕法尼亚州等州选民的愤怒。在此过程中，人们肯定很容易妖魔化煤炭行业，因为该行业长期存在虐待劳工行为、对职业健康的漠视以及灾难性的环境记录。由于我们很少有人在日常生活中见过煤炭，因此没有煤炭的未来似乎不仅可以想象，而且已经姗姗来迟。

但说到天然气，一些环保人士的热情又如何呢？像环境保护基金这样在气候变化问题上有着长期记录但对石油和天然气行业没有热爱历史的组织又如何呢？那么科学家呢？

在这种情况下，我认为对天然气开采的积极反应在于一厢情愿和恐吓的结合。

过去 20 年来，化石燃料行业及其盟友一直攻击环保主义者和气候科学家，称其为极端主义者、危言耸听者和歇斯底里者。他们的公关人员将他们描绘成穿着毛衣的社会主义西瓜（外面是绿色的，里面是红色的），他们喜欢受苦，杀死工作，并希望每个人都在黑暗中冻僵。极端分子确实存在于环境运动中，就像其他地方一样，但他们只代表了关注气候变化的人群中的一小部分，而他们在科学界中几乎不存在。 （这么说吧：如果有一个穿着毛衫的气候科学家，我还没有见过她。）

虽然这些指控可能是错误的，但这并不意味着它们不会影响我们的思考。很多时候，环保主义者发现自己试图证明我们并不像他们所说的那样：不是不可救药的反商业就业杀手。我们竭尽全力寻求可接受的妥协方案并与商业领袖合作，甚至找到我们可以喜欢（或至少喜欢）的化石燃料。

这会导致一厢情愿的想法。我们希望找到得到广泛支持的解决方案，或者至少朝着正确方向采取有意义的步骤。我们希望天然气质量好。 （我知道我做到了。）气候变化是一个巨大的挑战，很难看出我们将如何解决它并维持我们的生活水平，更不用说将该标准扩展到全球数十亿想要并应得的人它。如果天然气很好，或者至少比我们现在拥有的更好——那么这感觉就像是一件好事。如果天然气使我们基本上朝着正确的方向发展，那么 将 是一件好事。

毕竟漏水问题就不能解决吗？我们的小组花了相当多的时间讨论这个问题。行业代表表示：“相信我们，我们打井已有 100 年了。”但我们中的一些人想知道，“如果他们一百年来都没有解决这个问题，为什么现在突然解决了呢？”一个强壮的 系统 监测和合规执法可能有助于激励行业寻找解决方案，但短期内实现这一目标的可能性似乎与达成具有约束力的国际条约的可能性一样渺茫。

有时你可以以毒攻毒，但证据表明现在不是这样。在目前的情况下，天然气供应量的增加和价格的下降可能会导致美国温室气体排放量的增加。 2013 年的初步数据表明这种情况已经发生。和 全球温室气体排放 当然，也在继续增加。

精神错乱有时被定义为做同样的事情但期望不同的结果。心理学家定义 坚持不懈 干扰学习的重复行为。不管我们怎么称呼它，这似乎就是正在发生的事情。不管它是什么，它都没有意义。天然气不是通向清洁能源的桥梁；这是导致气候变化加剧的道路。

内奥米·奥雷斯克斯 (Naomi Oreskes) 是哈佛大学科学史教授兼地球与行星科学副教授，与埃里克·康威 (Erik Conway) 合著者 怀疑招商: 少数科学家如何掩盖从烟草烟雾到全球变暖等问题的真相 。她还是以下书籍的合著者 页岩气开采对环境的影响 2014 年由加拿大科学院理事会出版。她与埃里克·康威 (Erik Conway) 合作的新书是西方文明的崩溃：对未来的看法 （哥伦比亚大学出版社，2014）。