开采天然气与煤炭消耗的关系及其对全球变暖的影响

在全球能源结构转型的背景下，天然气作为一种较为清洁的化石燃料，在全球能源市场中占据重要地位。围绕“开采天然气是否需要烧煤”的问题引发了广泛讨论。从科学角度出发，结合现有文献资料，探讨这一问题的核心，重点分析天然气开采过程中的碳排放路径及其对全球变暖的影响，并进一步展望未来可能的解决方案。

天然气？

天然气是一种由多种烃类（主要为甲烷CH4）、非烃类气体和杂质组成的混合物。天然气主要存在于油田、气田、煤层中，也可通过页岩气等非常规资源开发获得。作为一次能源，在全球范围内，天然气已经成为继煤炭、石油之后的第三大化石燃料。

目前天然气开采主要可分为常规天然气和非常规天然气两大类。常规天然气分布于传统油气藏中，而非常规天然气则包括页岩气、致密砂岩气等需要特殊工艺才能开采的类型。

为什么说“开采天然气会烧煤”？

开采天然气与煤炭消耗的关系及其对全球变暖的影响 图1

在实际生产过程中，天然气的开采并不会直接燃烧煤炭。但为何会产生"烧煤"的说法呢？这主要源于以下几个方面：

1. 设备电力供应依赖燃煤发电：

天然气开采过程中所需的大量机械设备（如钻机、压缩机等）需要持续电力供应。在一些地区，由于优质电源点不足，可能不得不依赖于燃煤电厂提供的电力。

2. 管道建设与维护：

天然气从井口到最终用户的运输过程需要依托庞大复杂的输配管网系统。这些基础设施的建设和维护同样会消耗大量能源。

3. 伴生气处理需求：

在实际开采过程中，通常会伴随产出一定量的二氧化碳（CO2）、氮氧化物等杂质气体。这些伴生气体的分离和处理过程可能也会涉及额外的能源消耗。

4. LNG 生产中的冷能需求：

天然气液化(LNG)过程中需要极低温度环境，通常会使用大量电力维持。如果在生产过程中电力供应依赖于燃煤发电机组，那么可以说这种天然气间接消耗了煤炭资源。

温室气体排放：天然气与煤炭的比较

化石燃料燃烧都会产生温室气体排放，其中CO2是最主要的温室气体。我们需要具体分析一下天然气和煤炭在这方面的差异：

1. 直接碳排放：

煤炭的单位热值碳排放系数大约是8095% CO2/GJ，而天然气约为6070% CO2/GJ。

从这个数值来看，单位燃料使用所产生的CO2量，气电比煤电要显着少。

2. 全生命周期排放：

全球范围内对页岩气等非常规天然气的开采研究显示，这类能源在全生命周期内的温室气体排放可能与煤炭相当甚至更高。在页岩气开发过程中由于甲烷逸散损失较大（ fugitive methane emissions），这也极大增加了其环境负担。

3. 间接关联的碳排放：

虽然直接燃烧会产生更少的CO2，但如果天然气开采过程中的电力需求依赖于燃煤发电，那么总体碳足迹也会相应增加。这种相互关联放大了天然气对煤电的替代效应。

甲烷：比二氧化碳更具威胁的温室气体

在讨论能源开发对气候变化的影响时，我们不仅关注CO2这一主要温室气体，还需要重视另一种具有更强温室效应的气体——甲烷(CH4)。

1. 甲烷排放的主要来源：

石油和天然气行业的甲烷排放是全球第二大人工源。

这些排放既有意或无意中从输配系统中的泄漏造成的，也有来自于伴生气未充分回收利用直接排放的结果。

开采天然气与煤炭消耗的关系及其对全球变暖的影响 图2

2. 短期气候影响：

甲烷的温室效应约为二氧化碳的一百倍（在20年时间跨度内）。这种短期较强的温室效应对全球变暖的影响不可忽视。这使得即使是清洁能源代表的天然气，在生产过程中也面临严苛的环境挑战。

3. 解决途径：

提升泄漏检测技术，利用先进的监测设备及时发现和修复输配系统中的漏洞。

推进伴生气综合利用项目，减少直接排放。

全球能源转型背景下的思考

在当前应对气候变化的背景下，发展清洁能源、降低碳排放已成为国际共识。我们需要理性看待天然气这一过渡性能源的角色：

1. 天然气的优势：

较低的单位热值碳排放系数。

更高的燃烧效率。

2. 潜在挑战：

可再生能源技术尚未完全成熟。

页岩气开发带来的一系列环境问题需要关注，如水资源消耗、地震风险等。

3. 未来发展路径：

推动天然气与可再生能源协同发展。

加大研发投入，突破碳捕获和封存（CCS）技术瓶颈。

倡导全生命周期的低碳能源管理方法。

当前能源转型的关键在于科学认知和技术创新。在讨论“开采天然气是否需要烧煤”的问题时，我们不应该局限于简单的点对点分析，而要从整个能源系统的视角进行考量。只有这样，才能找到最优解。

未来的发展方向应该是减少对化石能源的依赖，加快清洁能源技术的研发和应用，实现从化石能源向可再生能源的伟大跨越。

人类应对气候变化的努力是一场持久战，在这条道路上我们既是参与者也是见证者。唯有坚持科技创新、国际合作，才能实现经济发展与环境保护的双重目标。

（本文所有信息均为虚构，不涉及真实个人或机构。）