化石燃料的枯竭

長崎総合科学大学特命教授村上信明第一讲化石燃料的枯竭能源消费的现状当今的社会维持在大量能源的消费下。这开始于18世纪末发生的产业革命，当时以强大的蒸汽机为开端，发明、开发、普及了大量的动力机器，使生活方式、产业结构、社会结构发生了巨大的变化。当时主要的能源是煤，但自从1860年代在新兴国家美国发现了石油以后，以其所具有的便利性，从1960年代就超过了煤的消费量，成为工业化社会发展的原动力。能源的消费量在近百年之间急速增长持续到今天。如果把当前全球能源消费总量转换成石油换算量来计算的话，一年间约达100亿吨，相当于太阳光辐射到地表能量的大约万分之一左右。所谓的石油换算量，是以燃料的发热量为基准换算成石油的相当量。例如：100吨煤换算成石油就是60吨。一次能源中除了化石燃料以外，还包括核能源以及来源于太阳的太阳能、风能、地热能，水能等天然能源。在这些能源中化石燃料占整体的90％（包括非商业用木柴的话，是80％）。化石燃料的大部分是被称为三大化石燃料的石油、煤、天然气。石油在全球的一次能源中所占比率很大，占供需量的40％。这是因为石油是液体便于输送，因而在汽车、飞机等运输部门是其他东西所不能替代的。针对石油的生成说法诸多，最有力的见解是，从数亿年前至数千年前的浮游生物等生物被微生物分解后，在地层中热量的作用下热分解而成。原油经过蒸馏分馏出汽油、煤油、轻油、重油、柏油、润滑油等多种成品。仅次于石油使用量的是煤，占整体的25％。煤是数亿年前至数千年前的古代植物，在微生物以及地层中的压力和温度的作用下，其中所含有的纤维素、木质素等成分经过分解、聚合、炭化而生成。煤是今后发展中国家在发展经济时不可缺少的燃料。然而，因为是固体不但使用上不便，而且燃烧时排放出的硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）是酸雨的重要原因。除此以外引起全球变暖的二氧化碳（CO2）的排放量也比其他燃料多，所以使用时需要下一番功夫。天然气目前占整体的20％左右。因为不含硫磺，燃烧时排放的CO2、NOx也少，所以使用量在增大。天然气的主要成分是甲烷，可分类为以下三种。第一,来源于生物。这和来自油田的石油有同样的生成过程。第二是在煤系地层采取的煤型气。第三是溶解在地层水中的水溶气。据说深海底里还有庞大数量的甲烷水合物。美欧国家从气田把天然气运往消费地时，途中以压缩机增压的形式通过管道直接输送气体。而日本呢，在从印尼以及澳大利亚输送时，在零下160度以下的低温下液化，以体积为１/600的液化天然气的形式用油轮输送。以上所说的是全球的能源消费状况。从日本来看，把1997年的能源消费量换算成石油的话为5亿吨，是世界第四消费大国。其中化石燃料占85％，几乎全靠进口，所以说日本是一个资源贫乏的国家。石油的寿命《史记》记载着这样一个故事。公元前，中国西周的幽王为了赢得宠妃褒姒一笑，敌人并未袭击而来却点燃烽火让数万士兵白跑数次。结果到了真正的紧急时刻因召集不来士兵而战败，从当时的首都镐京（长安）逃到洛阳。这个故事发生在公元前771年，与伊索的《狼来了》内容一样。古代的“烽火”是传递情报的最主要的手段，最近甚至把它比喻为最早的光通信技术。众所周知，“烽火”之名是因为以干燥的狼粪为原料而来（日语是“狼烟”）。狼粪不但比较容易获得，而且含有大量肉食野兽特有的硝酸盐，不但易制爆，而且在风吹的情况下烟雾也能直冲上天。1970年发生石油危机时就有人说：“石油的寿命还有30年”，因此有很多人对将来感到不安。目前石油可开采年数的评估是30～40年，天然气约60年，煤150～200年。不过这只是单纯地以现在可开采储藏量除去现在的消费量算出的而已，这本来与石油、天然气枯竭问题毫无相干。石油可开采年数是30～50年的说法从40多年前就开始持续至今。自那以后也有不少人都反复说只有30年，点燃了一种给人们带来误解的“烽火”。30年这个数字不仅在石油寿命上，而且在大规模的开发上也时常出现。这是因为把时间说得太短的话，真假就会原形毕露。说得太长的话，又难以引起人们的重视。30年不长不短正是站在各种立场的人便于使用的数字。正因为如此，最近有识之士即使指出从2020年左右石油价格上涨，速度快的话2030年供应量将到达极点，石油文明的末日来临，也没有多少人会产生特别的危机感了。西周王点燃烽火的目的虽然不太纯，但是动机单纯明了。与此相比，现代点燃的“烽火”包含着多数人或者组织的苦衷，而且是否定性的，所以要得到一般普通人的理解还是有困难的。西周王逃到洛阳后新王治理了长安，然而今天的状况已到了无处可逃的地步。上面提到的化石燃料“可开采年数”，实际上如同乱斧砍柴，并不是在精心细致的考虑下算出来的。也就是说，连分子、分母、时时刻刻都在变化这一点也没有考虑进去。例如，石油枯竭必然会导致与石油同等数量的天然气、煤的使用量增加，而可开采年数就会减少。还有，现在可开采年数为200年的储蓄量是固定的，如果消费量的年增长率是２％、５％时，就只是原有寿命的约1/3或1/4了，这一点只要不嫌麻烦稍微计算一下就会一目了然。也就是说，所谓的200年一下子就会缩短为70年或者50年。年数越长复利计算越可怕。日本等没有资源的国家很快就会陷入能源难民的困境。然而如上所述，对待这个问题没有要求什么需要特别慎重的标准。各种小册子、资料在没有给可开采年数作出定义的情况下，突然指出40年、60年的寿命，似乎在故意给人们一种误解。如果日本人的平均寿命是80岁的话，那么现在20岁的年青人在所剩下的60年的人生中，后半生将没有石油可用。这一点既没有人告诫年轻人，年轻人自身也没有做这种思想准备。当然针对石油寿命问题异论多端。有些人说加上油页岩等非常规油气的话，可以维持将近100年。然而这种对未来的预测，因为包含着许多复杂因素，例如：今后能够发现多少新油田？经济成长、能源弹性系数、能源原单位，即石油的消费量如何预测？油田勘钻技术进步的设想如何等，因为有复杂因素的影响所以预测起来并非容易。不过重要的是，从最近的倾向来看，认为无论是30年，还是50年或者100年，燃料终归会被用完而枯竭，对这一点是毫无疑问的。所以，提出有必要储存的见解越来越多。事实上，即使发现500亿桶（约70亿吨）的油田，以现在的使用量，也只能延续一年化石燃料枯竭的时间。所以问题的原点当然是在当今如此大量而长期地使用石油上，不过最近的这个倾向也可以说明世界对“可持续社会”的希求已开始达成共识。有限化石燃料的宝贵性化石燃料是有限的。早晚饭前向食物表示感谢的人一定不少，但是对能源呢，就连嘴上唱高调的人，在用电或者开车时一般也不会向石油、煤表示感谢的。这也许是因为从眼前的食物可以联想到农民的辛勤劳动。而化石燃料呢，不但改变了原形，再加上价格腾落和石油资本的行动等经济面的印象非常强烈。其实把宝贵的有机资源化石燃料烧掉用于电力、热量等那种数量庞大而低质量的用途上，是非常可惜的。更应该作为化学原料长期用于医药品、塑料品等方面。不过在没有其他能源可以替代的情况下，也只好作此牺牲了。今后的情况如设想所知，热利用、电力利用不但不会减少，还会继续增多。而且目前被大量使用于汽车燃料等方面的石油将会迎来供应顶峰。准确地说就是价格上涨，而不得不由其他能源来替代。有朝一日会出现原油期货涨停，高价持续不变的状况，而且原因并非机构投资人的投资或者中东政治形势突变引起的，而是如同公路阻塞一样无法转折。感觉好像就发生在眼前，但又没有自信。如图1.1所示，石油、煤等化石燃料是地球经过数亿年的岁月把树木、浮游生物通过压力、温度的精心调整恩赐给人类的宝物。石油、煤等化石燃料的消费，无论是从人类漫长的历史，还是从４000～５000年的文明发祥史来看都是一瞬间发生的事情。在这300年人类的一枕黄粱之后，将会迎来的是什么样的能源社会呢？从人类现在的习性来看，很有可能所有的化石燃料几乎全部用尽连留给子孙的份都没有。然而在此之前是否能够构成一个取而代之的新能源供给体系呢？从这个简单的曲线可以看到的是，40年前既没有特殊的见解，也没有强有力的表现。因为那个时代人们还在相信即使化石燃料枯竭，也会有比化石燃料更优异的什么可以作为依靠。图1.1以公元0～3000年的时间为坐标轴预测的煤与石油的消费动向（1）如图所示，能享受这种高便利性的石油、煤、天然气等化石燃料恩惠的，包括我们这一代在内只不过是500年。（１）Ｍ・ベルーツ（中马一郎译），《科学はいま》62页，共立出版社（1991年）。要善于使用煤三大化石燃料中，石油是液体使用方便，长期以来在能源界占有不可动摇的地位，但被设定为是最早枯竭的资源。天然气不含硫和氮是洁净能源，将成为21世纪能源供应的主体，只是从现有的情况来看，会与石油在同一个时期枯竭。煤是固体，而且含有硫、氮、重金属等公害成分以及煤尘，但其储藏量比石油、天然气多数倍，具有优越的持久性。面对这些化石燃料，如果要过于性急的步入“持续可能的社会”，就会拿它们与太阳能等可再生能源相比，认为哪一种化石燃料在排放CO２这一点上都没有什么区别，而全部否认掉，结果草率地全部归纳入枯竭一类，排斥于讨论对象之外。然而实际上问题并非如此单纯。化石燃料是从“过去的生物遗骸生成的能源”。“化石”这一单词是江户时代日本人把英语的fossile（语源来自拉丁语的发掘）翻译成“由石变化而成”所得。所以重新想一想就会觉着用于液体的石油、气体的天然气有点儿不适合，但事到如今也没有办法了。其中最适合于化石燃料之名的是煤，现在却在三大化石燃料中处境微妙，苦恼繁多。近来，煤被说成是污染的罪魁祸首。当然不应该把罪责全部推在煤自身上，至今为止，人类享受着煤给予的无限恩惠。只是话题的中心转到ＳＯｘ、ＮＯｘ、煤尘以及CO2上时，其不利之面确实难以否定。比如在同一发热量的情况下比较一下CO2排放量的话会得到下列比例，煤100，石油80，天然气56。转换为发电的话，如果天然气采用燃气轮机、蒸汽轮机复合发电，发电效率要比煤高得多，相对比为100比50左右。的确是50步和100步的差。不过，应该考虑天然气在开采地开采时以及输送时甲烷泄漏对全球变暖的影响。如果把这些因素都考虑进去的话，相对比之差也就会缩小了。不过无论怎样，巨大的CO2排放量成了利用煤的最大弱点。在一个时期以前，宣传新能源机器的广告曾说：“发100ｋＷｈ电，如果使用煤会排出CO2多少多少吨，SOｘ、NOｘ、煤尘多少多少吨，如果采用这种运转方式的话，就不会排放废气，非常洁净”等。看到这些可能有不少技术人员会感到有些难堪，如同40岁的大人被刚刚走进幼儿园的儿子在人前咒骂了一顿一样。不管世间怎样激励、怎样援助，3、4岁的孩子不会一下子成长为可以依靠的大人的。战前是在一些人的牺牲下产业才得到发展的，而肩负了战后复兴重担的日本的煤矿，却在2002年把数亿吨曾经被称为“黑金子”的煤埋在地下全部关闭。但是为了将会到来的可持续的社会，如果来源于太阳的可再生能源以及核能的开发，能在石油、天然气时代结束前完成是最理想的。如果来不及的话，就不得不期待煤再次成为能源供应的主体。而且在这以前为了进一步延长石油、天然气时代的寿命，可以毫无疑问地说，如何善用煤是一个重要的关键。应该把期望寄托在煤的气体化发电、液体燃料化等高效率而洁净的利用技术开发上。“把煤作为热源或者电力等的能源使用是不恰当的”说法，是半世纪前课本上的见解。那时煤占全球能源50％。意思并不是说因为排放的CO2，SOX等污染环境而不使用为好。而是说,煤“主要是由碳和氢组成的宝贵的有机化合资源，不仅核能以及水力电气都无法替代，而且逃脱不了逐渐减少的宿命”。是非常宝贵的资源，应该珍惜使用。不好对付的核能1951年费米在美国洛斯阿拉莫斯实验室首次发明了历史上最早的核能发电。应该说自那以后已经过去了50多年呢？还是应该说刚刚过去50年呢？不管怎样，任何人都很明确的是，从现在的状况来看，并非当初所期待的进行得顺利。如果当初想象中的期待被最大限度地得到了实现的话，对将来能源供需的评估就不会有什么争议。而且太阳能、风能等可再生能源起的一定是有效补充的作用。并且可以骄傲地为人类、为世世代代的子孙留下卓越的核能技术与