天然气与煤炭、石油并列为世界能源的三大支柱。它们为世界提供了超过80%的能源供应，并产生了超过90%的全球二氧化碳排放。天然气一直被认为是一种清洁能源，使用天然气能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，延缓温室效应，从根本上改善环境质量。上世纪 70 年代初，天然气生产在美国达到顶峰，之后开始衰退。由于燃气发电厂生产单位电能排放的二氧化碳约为燃煤发电厂的一半，还是不断促使人们寻求新方法来增加天然气供应。上世纪90年代，独立天然气生产商开发了水力压裂技术，将高压水注入到深地层，让允许气体释放出来带到表面，这一方法被誉为削减温室气体排放的重要手段。这种技术的进步极大地扭转了之前开采量的衰退，开启了天然气资源等非常规油气储藏，比如致密砂岩、煤层甲烷、页岩气等，因此资源估计数大幅增加。当天然气价格在2005年急速上升之后，页岩天然气开采达到了一个黄金热潮。从世界范围来看，随着低碳经济时代到来，天然气的主角使命已越来越清晰。据统计，世界已探明的石油储量，按现在的消耗速度只能再支撑40~70年，而已探明的天然气储量，预计可以开采利用200年以上，因此世界天然气资源相对丰富。预计2020年后，天然气将超过原油和煤炭，成为世界一次能源消费结构中的“首席能源”，进入一个全新的发展时期。
将煤炭和石油逐步替代为天然气可让能源部门减少碳的困扰，它称得上是向低碳、无碳能源（decarbonization）过渡，并最终进入廉价可靠的可再生能源技术时代的桥梁！人们曾为之欣喜若狂。
然而，在这个问题上，McJeon等在上周（2014年10月23日）的Nature上所发表一篇“Limited impact on decadal-scale climate change from increased use of natural gas”（增加利用天然气对年代际尺度的气候变化影响有限），却发现这个桥梁断裂了：综合评估模型表明，如果没有新的气候政策，丰富的天然气供应对改善温室气体排放和气候变化的影响不大。文章揭示了两种效应：1）丰富的天然气让能源变得更加便宜，从而鼓励了更高的能源消耗、减少了增加能源效率的投资；2）天然气不仅与煤竞争市场份额，还与极其低碳的（very-low-carbon）能源如可再生能源和核能竞争市场。也就是说，如果新的气候政策缺失，不仅天然气供应的增加对CO2减排的影响微不足道，更为糟糕的是，这种策略实际上还会延缓全球能源系统开发无碳能源的努力。这似乎为人类未来低碳能源的发展蒙上一层阴云。
其实，以前的研究也曾质疑过，相对于煤炭，天然气所产生的气候效益要看因天然气（主要是甲烷和温室气体）在开采、处理和运输环节泄漏到大气中的潜力。最近，研究人员已经开始考虑丰富的天然气在能源市场大背景下对CO2排放的影响。该研究是第一个在全球尺度上进行并发表同行评议的文章。它使用五个独立的能源经济模型来模拟天然气供应对全球能源系统，以及二氧化碳，甲烷、氧化亚氮和气溶胶（如二氧化硫和黑碳）释放的影响。他们的研究比较了传统的天然气供应与“丰富”的天然气供应（天然气价格减半）的情形，评价了在两种情形下的排放对气候系统的净影响。在所有的五个模型中，传统天然气供应与丰富天然气供应两种情形对CO2排放及其对气候的影响（气候强迫）几乎没有什么差异。最多，丰富的天然气供应减少了2010和2050间二氧化碳累计排放量的2%，并减少同期气候强迫的0.3%。几个模型中，丰富天然气供应下排放和强迫（Forcing）实际上是增加的，况且确切的数字揭示，从全局来看一点也不重要：无论我们的目标是避免二氧化碳排放或加速过渡到零排放的能源系统，全球天然气的繁荣不能成为能源和气候政策的替代品。
McJeon及其同事们根据研究结果调整了以前的图形，试图了解丰富天然气供应在何种程度上延迟了低碳转型，以及向太阳能和风能等可再生能源的转化。下图显示的是他们用模型计算的2010年至2050之间的天然气总量占可再生能源发电的比例。在化石燃料与低碳能源的竞赛中，图中的线（所有五种模型的中位数）显示出哪种能源正在抬头。在丰富天然气情形下，这个比例从未降低：在40年时间内燃气发电将可再生能源拖的越来越远。但在传统天然气情形下，这个比例从比开始2020开始减少，可再生能源随后赶上。
图 天然气和可再生能源发电的相对增长。
用于发电的天然气和可再生能源的比例对可提供的天然气有多廉价是敏感的。红色和蓝色的线分别表示McJeon等所用的五个能源经济模型在丰富天然供应和常规天然气供应下计算的中值，阴影部分表示各模型跨越的整个范围。在少量天然供应的情况下（即在常规条件下），作为电力来源的可再生能源在40年的模拟期中的10年比天然气增加更快。但在天然气丰富的条件下，天然气的使用在整个模拟期一直比可再生能源的增长速度要快，并且可能超过它。
这项研究，是假设不会再有任何旨在减少温室气体排放或支持低碳能源的新政出现。未来的工作必须仔细评估各种减少温室气体排放和全球能源系统无碳转化政策的有效性。同样，这一结果对低碳能源技术成本在时间上的变化是敏感的，这种敏感性的系统分析对能源资金和政策提供了信息。最后，可能需要进一步研究来评估何种天然气的利用程度在战略上可补充和支持各种可提供灵活后备能源快速增长的可再生能源技术。这样的应用对无碳化和累积二氧化碳排放有非常不同的含义。不是简单地建造一系列巨大的燃气电厂来锁定下一代的“承诺”排放，如果我们很快得到了技术和政策支持，天然气连同可再生能源可能帮助我们削减排放量，二者并不是对立的。McJeon等的综合分析明确了单位能源排放并非评估未来能源的好方法。从独立的考察来看，由于能源市场的复杂反馈，能源排放量之间的差异可能是不相干的。具体而言，McJeon等的研究是最强大的证据，扩大天然气供应并不会帮助我们避免气候变化，以及缺乏有效气候政策下对可再生能源过渡期的管理。
附：Limited impact on decadal-scale climate change from increased use of natural gas的摘要
过去十年，北美最重要的能源发展是通过水力压裂技术来开采曾经认为不经济的页岩气资源。如果这些先进的气体生产工艺在全球展开，能源市场将可以看到大量非常规天然气资源经济竞争的涌入。这些丰富的天然气对气候的影响已展开激烈的辩论。一些研究人员已经发现用丰富的天然气替代煤可减少二氧化碳的排放。有报道称，与页岩气生产相关的非CO2类温室气体的排放，使得其生命周期排放量高于煤。丰富天然气对气候变化全面影响的评估需要对全球能源–经济–气候系统的集成方法，但有关文献报道一直局限在探讨其地理范围或温室气体的覆盖范围。我们这里展示的非常规天然气全球供应市场驱动的增加，并没有明显地减少温室气体排放或气候强迫的迹象。我们的研究结果是基于五个国家最先进的综合评估模型，对能源–经济–气候系统在丰富天然气情形的独立强迫进行了模拟，预计在2050年大量额外的天然气消费量将增加+170%。但是，这对二氧化碳排放所产生的影响是非常小的（从-2%到+11%），大多数模型显示出因丰富天然气使用量的增加，会导致气候强迫出现少量增加（从-0.3%到+7%）。我们的结果表明，尽管全球丰富的天然气市场渗透可能大大改变未来的能源系统，但它不一定是减缓气候变化政策的有效替代。
参考文献：
1）A crack in the natural-gas bridge. Nature 514, 436–437 (23 October 2014) doi:10.1038/nature13927
2）Limited impact on decadal-scale climate change from increased use of natural gas. Nature 514, 482–485 (23 October 2014) doi:10.1038/nature13837
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