昔日能源之王卷土重来

在一个天寒地冻、晴朗无云的日子里，横跨美国怀俄明大草原的比格霍恩雪峰在闪闪发光。在160公里外，一台巨大的挖掘机正挥动着比足球还长的手臂，为挖出下面的煤层，它每一口都能吞下76立方米的岩石和土壤。在下面，靠近24米厚的煤层表面的地方，有一个庞大的挖土机，把这些黑色的物质挖起来，装在载重量达400吨的卡车上。然后，卡车隆隆地开到附近的装卸店，在那里的双环轨道上日夜都有一英里长的火车长龙。装运十分缓慢，但是从不停止。接下来，装满煤的火车启程，穿越整个国家，每一列都能运输15，000吨煤。这里每天都要驶出18列以上的火车，相当于每天运出25万多吨煤，这还仅仅是一个煤矿。

在皮博迪能源公司(Peabody Energy)的北安特洛浦/罗切斯特煤矿(North Antelope-Rochelle mine)，这种情景一年365天都在不停上演。它是全世界最大的煤矿。去年这个煤矿一共运出了8，200万吨煤，也就是美国每年用煤总量的8%。这个煤矿位于怀俄明州东北部与蒙大拿州南部交界处的保德河盆地腹地，该盆地被矿工们称为“煤炭上的沙特阿拉伯”。据估计，美国现有煤矿中可采煤储量为2，680亿吨，其中储藏的能量是沙特阿拉伯的石油中储藏能量的两到三倍，足够使用两个世纪以上。其中将近一半的储量就在保德河盆地。蒙大拿州的储量有750亿吨，基本没动过，怀俄明州有420亿吨。这仅仅是现有煤矿中的储量。要说可开采的储量，美国有近5，000亿吨。因为近来伊利诺斯州也成了重要产煤区，储量达1，050亿吨。

价格低廉、储量丰富、不会受到国际危机的影响，这些优势使煤这个“昔日能源之王”东山再起。然而实际上，它就从来没有离开过。只不过除了在谈到污染的时候，我们很少注意它。20世纪下半叶，其他能源吸引了我们大部分注意力，比如核能和进口石油。到了20世纪90年代，我们又开始热衷于便宜、清洁的天然气。所以我们没有发现煤还有设么前途。但是，它一直没有退出舞台，是美国电力的最主要来源，我们使用的电力有一半都是煤炭提供的。而我们对电力的需求在持续上涨，发电量一直在稳定增长，在过去十年里大约增长了26%。而且美国能源信息局(Energy Information Administration)预测，发电量还会以每年1.8%的速度稳定增长，一直到2020年。

要想让这些煤在美国的经济中顺畅地发挥作用，就必须在开采、运输和燃烧煤的整个过程中应用某些昂贵和复杂的设备。铁路运输非常紧张。阿巴拉契亚出产的烟煤现在在美国的煤电领域占据者主要地位，与它相比，保德河盆地出产的无烟煤含硫较少，但蕴含的能量也比较少。许多发电厂都必须花很高的成本更新设备，才能使用来自西部的煤。

最重要的是，美国的煤电站数量迅速增加，中国和印度的煤电站增长甚至更快，这会向大气中释放千百亿吨碳，《京都议定书》可能带来的改善都会因此付诸东流。假设像越来越多的证据表明的那样，发电厂排放的二氧化碳和其他污染物就是引起全球变暖的主要原因，那么烧煤可能成为我们面临的最严重环境威胁。但是，新的技术可能使燃烧完全或几乎完全不释放污染物。最近10年，美国政府花费了20亿美元研究清洁煤炭的技术。美国各大公司也纷纷涉足这个领域。通用电气公司和贝克特尔公司(Bechtel)最近建立了合作伙伴关系，共同建设更加清洁的发电站。

美国最大的两家煤炭生产公司的负责人，皮博迪能源公司的艾尔•恩格尔哈特(Irl Engelhardt)和肯内科特能源公司(Kennecott Energy)的布雷特•克莱顿(Bret Clayton)都承认，煤需要变得更清洁。“我们必须进行技术投资，使煤变得越来越清洁，”克莱顿说。恩格尔哈特则说，“我们的目标是接近零排放。”他们还督促美国努力实现能源组合的平衡。没有人打算建设新的核电站，那些几十年以前建造的核电站也已经停工了。石油和天然气的供应日益紧张，而且价格飞涨。

电力公司又开始青睐煤了。现在天然气的成本是20世纪90年代末的三倍，那时候电力公司选择建设烧天然气的电站，而现在他们打算建设烧煤的电站。据电力行业咨询师罗伯特•麦基尔文(Robert McIlvarine)计算，美国正在计划中的新煤电站大约有100个。由于其中大部分还仅仅处于方案阶段，他认为很多电站将不会动工修建。即使如此，未来20年也会兴建起几十个新的煤电站。这会消耗大量的煤，发大量的电，产生大量污染物。

煤炭生产的增长肯定组要来自于保德河盆地。来自阿巴拉契亚的东部煤炭为美国的工业提供了两个多世纪的电力，现在逐渐变得不足了。在过去两年里，高质量的东部煤炭的价格翻了一番，从大约30美元一吨增加到60多美元一吨。同时，保德河盆地的煤多年来一直相当稳定，大约6美元一吨，最近也仅有小幅慢涨。但是，使用保德河盆地的煤看起来并不是非常合算，因为长途跋涉的运输成本相当于使每吨煤的价格增加30美元左右。而且保德河盆地中的煤中的能量比东部煤炭少1/3,电力公司不得不购买更多的煤才能满足需要。不过，与太阳能、风能和落差水能以外的其他能源比起来，西部煤炭仍然算是便宜的。

在这种地表采矿过程中，第一步是通过爆破疏松覆盖层。然后巨大的挖掘机开进来把表土挖到一边，把其余的覆盖层挖到另外一边。这些挖掘机在刚推出的时候每台价值700万美元。然后，用爆破疏松下面的煤层，再用柴油挖土机挖起疏松的煤，把它们装到那些巨大的卡车上。这些挖土机的铲斗足有两辆多功能运动车那么大。最大的卡车每台价值330万美元，它的一个轮子就有3.65米高，价值3万美元。

这些卡车像巨大的甲虫一样沿着宽阔肮脏的道路徐徐开到装卸站，把煤倒进压碎机里。煤从压碎机出来后，通过传送带倒进跨在铁轨上的大槽里。铁轨是两条环线，需要的时候可以一次通过两列火车。火车的100多节车厢一次移动到槽下面，正好装进去100吨煤。等火车装满15，000吨煤以后，就隆隆地开往几百甚至千英里的发电站。

北安特洛浦煤矿煤年产煤820万吨，肯内可特能原公司在附近的煤矿斯德罗•罗乔煤矿(Cordero Rojo mine)产量是它的一半。盆地中的其他煤矿也在全年不停，一天24小时进行着这样庞大的操作。只有积雪阻塞了吉莱特（被称为“美国的能源之都”，人口2.4万）北面的59号公路的日子除外。每隔12个小时，就有一班新的工人下到煤矿中去。

按照阿尔明州法律的规定，作业的最后一个步骤是挖掘机把覆盖层和表土放回去，使它看起来与草原原来的等高线大致相同。然后，挖掘机蹒跚地驶过大片松软的土地，以大约每分钟1.83米的速度开往新的作业地点。怀俄明州环境质量部说，全州由于采矿挖开的草原共有16，510公顷，有14，973公顷已经重新播种了草种。

环保主义者说，煤炭公司有时候在购买合适的草种和灌木方面是很吝啬的，特别是在购买山艾树的时候。他们还声称，裁决和爆破使尘土和有时候可能有毒的烟雾在这片土地上蔓延开来。但是，总的来说，他们似乎还是相当满意的，因为煤炭对环境影响还是比较温和的。怀俄明州立大学拉克尔肖斯环境与自然资源研究所（Ruckelshaus Institute of the Environment and Natural Resources）主任哈罗德•伯格曼(Harold Bergman)说：“我想，每个人都会跟你说他们干得不错。”（伯格曼对另一种采矿作业就不这么评价。那就是从12，000多个小型矿井中开采沼气的作业。怀俄明州的牧场主和环保主义者对蔓延15，540平方公里的钻孔、运输、电线和噪音巨大的设备带来的破坏感到异常愤怒。）

由于对保德河盆地的煤的强烈需求，煤炭供应链开始感觉到了压力。要买一个装卸卡车上的那种大轮胎需要三个月的时间。铁路还要应对集装箱运输的增长，也感到了压力。有些电力公司说，煤总是在最后关头才运到，或者根本运不到。

2004年，铁路部门突然受到了经济复苏的影响。阿奇煤炭公司(Arch Coal)是盆地中的黑雷煤矿(Black Thunder mine)的所有者，它在去年第二季度的报告中写道：“铁路运输紧张导致东西部的煤都没办法及时运出去，公司在某些利润最高的业务也是如此。”这家公司说，铁路运输的延迟使它蒙受了800万美元的损失。为盆地中的煤矿服务的两家铁路公司，即伯灵顿北方铁路公司(Burlington Northern)和太平洋联合铁路公司(Union Pacific)，都在扩大规模。去年，太平洋联合铁路公司新雇用了5，000名工人补充到员工队伍中去，创下了历史纪录。它还新买了700辆机车，又订购了315辆。

在某种意义上，煤还可以沿着传输线运输。在某些情况下，在怀俄明州建立坑口电厂，再远距离传送电力，甚至更加经济。不管是否这么做，美国的高压输电网都需要加强。报事贴和透明胶带的发明者3M公司有一项新发明，可能对实现这一目标大有帮助：该公司发明了一种传输线，它能够传送的电力是现在使用的电线的两倍，在紧急情况下还可以传送得更多。

这种新的电缆是3M公司偶然发现的。20世纪90年代初，这家公司正在研究在喷气机发动机中使用陶瓷的问题，发现陶瓷纤维和铝是可以兼容的。后来，现在负责电线项目的特雷西•安德森(Tracy Anderson)发现，长距离输电线在跨越明尼苏达州北部的湖区时，在距离比较远的两个高架塔之间会下垂。3M公司把它的研究与这一现象联系起来，指出它可以利用喷气机发动机的研究制造一种更轻的高性能电缆。传统的电缆是用铝包着一根钢缆。3M公司把它的新发明叫做合成导体，它是由包在一个氧化铝纤维核心外面的耐热锆铝缆组成的。传统的电线传送电力时会发热和下垂。如果负载过重，可能会垂到树上或其他障碍物上，正是这个原因导致了2003年的电力中断，使整个东北部地区陷入瘫痪。3M公司的新电缆能够承受更高的温度，而且下垂的程度也比较小，更结实，更轻。普通的导体可以传输800-1，000安培，而3M公司的电线平均可以传输1，600-1，800安培，最高可以达到传统电线的五倍。

3M公司的电缆在一英里的短距离试验中已经取得了成功。特温城的一家公用事业机构Excel 能源公司用现在的线路和现在的高架塔，在通往郊区的线路中安装了16英里的3M公司电缆。3M公司产品的一大突出优点是使用时不需要铺设新的线路，也不必与“别建在我家后院”的反应作斗争，或者建设新的高架塔。

尽管保德河盆地的煤储量丰富、价格低廉、含硫量低，它也给使用煤的电力公司带来了一些麻烦。这些煤炭里面包含的化学物质会形成黑色、像岩石一样的渣块，破坏锅炉。这些渣块有的可能像一辆小型汽车那么大，降低了发电厂的效率。有的渣块可能从锅炉18-25米高的顶部掉下来，把炉子的底部砸坏。更常见的情况是，要猛烈地敲击才能把这些渣块弄下来，有时候甚至要用小型炸药包或散弹枪。发电厂可能要为此停产几天。

现在的很多发电厂可能把70%的西部煤和30%的东部煤混在一起烧，这样就不会产生渣块的问题。但是，也有很多发电厂100%地使用西部的煤，如果这样的话，它们可能就需要新的技术来解决这个问题。燃料技术公司(Fuel-Tech N.V.)是位于伊利诺斯州巴特维亚的一家污染控制公司，它开发了一种防止渣块的方法。这个系统能够向锅炉中喷出剂量精确的雾化的氢氧化镁和水的悬浮液，把渣块变成一种无害易碎的物质，很容易清除。

西部农民电力公司(Western Farmers’ Electric Cooperative)是俄克拉荷马州的一家公用事业公司，它下属的雨果发电厂100%使用西部煤炭，结果每年不得不停工两次，每次花五六天的时间清理渣块。两年前，这家公司利用燃料技术公司叫做TIFI(targeted in-furnace injection,定向熔炉注射剂)的系统解决了这个问题。

DTE能源公司是密歇根州的一家大型公用事业公司，该公司负责化石能源发电的副总裁罗伯特•理查德（Robert Richard）对燃料技术公司的方法非常满意。DTE已经用这种方法改造了两个小型发电站，还打算再改造两个。他本来只想对TIFI做个试点，但现在看来结果非常好。这个系统带来的节约远远超过了安装和运营它的成本。新发电站的设计可以不需要燃料技术公司的系统就能处理西部的煤，但燃料技术公司的总裁史蒂文•阿拉布赖特(Steven Argabright)指出，美国还有大约400个旧锅炉需要使用这个系统。（美国在411个发电站中大约有1，000个左右烧煤的锅炉。）

在煤的发展中，还有其他的新技术会使煤变得更有效率、更清洁、更通用。有些技术已经可以采用，还有一些有待试点来证明其价值。使用气化煤的发电厂可能更清洁，也许可以做到几乎不释放污染物。还可以用液化煤作为汽车的燃料，这在南非已经实行好多年了。

根据1970年颁布的《净化大气法》(Clean Air Act)及其修正案的要求，发电厂大幅度减少了排放的微粒、硫和氧化氮。它们安装了气体洗涤器，使二氧化硫的排放量减少到了1980年的一半。二氧化硫是造成酸雨的主要原因。

但是，发电厂在非常不确定的全球变暖问题上到底扮演了什么角色呢？对二氧化碳排放的限制仅限于提高电力公司的效率，因此可以用更少的煤发同样多的电。忘记《京都议定书》吧。布什总统的《洁净蓝天计划》(Clear Skies Initiative)只号召大家自愿控制二氧化碳的排放，他还粗暴地拒绝在议定书上签字。但是不管怎样，《京都议定书》的目标仅仅是到2010年减少5.2%的二氧化碳排放，所以即使美国参与，二氧化碳的排放仍然会上升，而不是下降。发展中国家不受《京都议定书》的限制，中国和印度计划建设数百个发电站，再加上美国的发电站和其他计划中的发电站，将会使大气中增加千百亿吨二氧化碳。

二氧化碳的问题不容忽视，而煤是产生二氧化碳的主要来源。正如肯内科特的克莱斯顿所说，“只有解决了煤的问题，才能解决碳的问题。“前环境保护署署长兼两党联合委员会（该委员会去年12月发布了能源政策报告）主席威廉•赖利(William Reilly)说，“煤炭气化与二氧化碳隔离技术相结合，有可能使能源生产发生革命性的变化。”

他指的是一种叫做整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle)的技术，即IGCC。现在使用天然气的发电厂都是采取单一循环模式——由于天然气产生的热气流推动选涡轮发电。这个过程没有污染，但是效率低下，因为随后所有的热气就都被浪费了。使用整体煤气化联合循环技术的发电厂会把这些热气再收集起来，用它制造蒸汽，然后用这些蒸汽发出更多的电。“联合循环”的名称就是由此而来。在更理想的情况下，使用整体煤炭气化联合循环技术的发电厂可以使用合成的气体来发电，也就是这个行业所说的“合成气”(syngas)，其中一部分就是氧化的煤。合成气的燃烧比煤清洁，而且有可能解决二氧化碳废气的问题。大规模使用整体煤气化联合循环技术在经济上还不合算，而且也没有人真正了解如何处理那些“被收集起来的”二氧化碳——一旦这样的发电站普遍建立，就会产生几十亿吨二氧化碳。一个可能的解决方案是把它埋藏在旧的油田或煤矿里，但这种想法可能会与核废料一样面临众多反对。

不管怎么说，整体煤气化联合循环正在逐步普及。它已经成了一项主流业务，一个不容置疑的信号就是去年通用电气公司购买了雪佛龙-德士古(ChevronTexaco)公司的气化操作技术，然后与贝克特尔合作，准备把整体煤气化联合循环技术商业化。这对合作伙伴已经共同建立了一些使用整体煤气化联合循环技术的试点发电站，现在它们正在与印第安纳州的大型电力公司辛辛那提能源公司(Cinergy)谈判，打算建设一个500-600兆瓦的发电厂。但是，使用整体煤气化联合循环技术的发电站要到2010年才能建成，而使它们不释放出碳的技术需要更长的时间才能完善。

同时，在未来10到20年间，全世界不断增长的电力需求仍然要靠更多的煤电站来满足，它们肯定比老的煤电站污染少，但肯定还会释放出碳。天然气发的电在总的比例中将会下降。氢气和燃料电池等其他能源可能也将被用来发电，核电也有充分的理由卷土重来，但煤在未来若干年内将仍然是能源之王。

译者：廉晓红