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在美国,储量巨大的页岩气资源的发现已经给该国的能源使用带来了巨大的影响：页岩气促使美国由煤炭向天然气转变并帮助减少温室气体的排放.据估计,中国拥有更多的页岩气.但中国要利用这些束缚在页岩中的资源是困难的,除非在开采技术上获得显著的进步——包括利用强力计算机模拟页岩油藏的物理性质.
中国定下了宏伟的目标：到2020年,页岩气的产量要由现在的几乎为零提高到60.亿立方米,足以达到其全部能源产量的6%.但是中国要开发这些资源会面临诸多挑战.其发现的多数天然气资源都位于干旱地区,而目前释放天然气的方法水力压裂需要大量的水.而且,中国的地质情况与美国不同,这使得水力压裂更为困难.
“中国有大量的天然气锁在页岩中.”
劳伦斯利福摩尔国家实验室的首席能源技术专家胡里奥·弗里德曼说.“但我们不知道他们能生产多少天然气,以及需要什么条件才能把天然气开采出来；我们也不知道页岩气的生产成本有多高.”
新的压裂技术会有所帮助.例如,美国一些干旱的页岩气产地正在开发可以减少用水量的方法.新型水处理方法则使得更多的水可以循环利用.麻省理工学院土木与环境工程教授弗朗茨-约瑟夫·乌尔姆表示,在未来,可以“像滚珠轴承”一样流动的极细颗粒可以大幅度取代目前使用的水.只需附加少量的液体,这些颗粒就可以在压力作用下泵入页岩矿床中,从而压裂页岩.
要想处理地质情况上的差异,就需要对每个开采地的具体结构特点有更深入的理解——例如温度压强、矿物成分以及有机物质与岩石相互作用的方式.“当谈论含气页岩时,每个地区都完全不同.天然气的性质取决于其地质史,都有其自身的特点,”乌尔姆说.例如,与美国多数地区相比,中国的页岩所含的黏土往往要多很多,而在压力作用下黏土更容易变形而不是破裂.中国一些页岩矿藏中的黏土含量或许少到可以简单地通过增加水压让岩石破碎.而在无法用这种开采方法的地方,可能就需要新的技术了.
乌尔姆正在开发能够根据矿床中不同矿物和有机物质间的相互作用来预测页岩特性的计算机模拟方法.这种模拟表明,开采口中注入溶剂,溶解类似胶水的特定有机物,就可以减少压裂所需的压强.但这个选择应是最后的手段,因为化学物可能存在危险,乌尔姆补充说.
乌尔姆的模拟也提出了一些改进页岩气开采效率的车交简方法.计算机可以对页岩气矿藏中矿物组成和有机物组成的差异进行建模,然后让天然气公司更好地判断应该在页岩矿藏中的什么地方进行压裂.注入二氧化碳或像加拿大开采油砂那样用蒸汽加热开采结构,也能有所帮助.
但即使这些技术被证明是成功的,弗里德曼说,页岩气的生产和使用也不大可能给中国的温室气体排放带来巨大的影响,至少在接下来的几年中不能.中国缺乏管线设施来把天然气从多数页岩气所在的中国西部输送到东部的人口中心,在电厂中燃烧取代煤炭.取而代之这些天然气更可能首先用于化工生产.弗里德曼估计,即使这样,煤炭消耗带来的碳排放依然可能每年减少1到1.5亿吨,因为目前在中国煤炭也被用来制造一些化学品.但据估计中国每年要产生超过90亿吨的温室气体,而且这个数字预计还会稳步增长.
“如果中国的页岩气产量增加,就会抵消掉一部分煤.但这不是（解决）气候（变化）的灵丹妙药.”他说.
来源：麻省理工科技评论
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