探求清洁压裂之道 - 中外对话
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探求清洁压裂之道

联邦监管迫使美国能源企业不得不采用技术降低页岩气开采对环境的影响。贾斯汀•杰兹撰文对页岩气开采过程中的一项关键挑战——废水处理进行探讨。
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压裂法如今已经成为主导美国能源争论的关键词。然而人们或许忘记了,五年之前,不仅仅是压裂法这个词本身几乎不为人所知,页岩气储量中,真正采用压裂法进行开采的也只不过是很少的一部分而已。

2006年至今年3月间,仅宾夕法尼亚一个州就建造了2700口天然气井。而这一数字并不能让人感到乐观。压裂法的全称是水力压裂法,即借助高压将1900多万公升的水、沙子、以及化学物质通过钻孔打入地下深达3公里的地方, 对页岩层进行液压破碎,从而将其中的石油或天然气储备释放出来。(更多关于水力压裂法的内容及讨论请参看中外对话3月份的文章:压裂法开采天然气发展亟需监管)

美国近百万口石油天然气井每年产生的采出水达210多亿桶,其中混有烃类及其他化学物质、天然水、以及压裂井中随着气体一同回到地表的剩余液压液等。人们对该技术在占用这么多淡水的同时,还需要处理大量废水的担忧遏制了压裂技术在美国蓬勃发展的势头。对此,业界也做出了反应:研究并推广新的技术,从而使这一过程“更清晰”。

这项技术虽然在蓬勃发展的时候没怎么受到环保人士、立法者及监管机构的注意,但是如今却必须面对这三方的缜密审查。8月4日,环境法律咨询机构地球公正代表一百多个公共利益群体向环境保护署(EPA)提出请求,希望他们能够起草相关规定,要求制造企业对压裂过程中所用的化学物质的毒性进行测试,并要求开采企业披露其在采用水力压裂法的过程中所使用的化学物质。其后的一周,国会议员亨利· 瓦克斯曼及埃德· 马基也致信环保署署长丽莎·杰克逊,要求该署对法律存在的漏洞进行弥补。这一漏洞使企业在不使用柴油的情况下,可以 不受《安全饮用水法案》的约束进行压裂操作。

目前,EPA正着手制订一个监管架构,从而对在压裂浆液中添加柴油的问题进行监督。此外,EPA 还启动了一个多年研究项目,针对压裂法对饮用水及地下水造成潜在影响进行研究。预计将于2012年得出初步结果,并于两年后提交结项报告。8月11日,美国能源部(DOE)顾问小组也建议,要求对压裂开采过程中使用的所有化学物质进行强制性披露,禁止在压裂浆液中使用柴油,并改善对水资源的管理及保护。

监管部门已经下定决心亡羊补牢。一个曾经在缺乏监管的条件下获得蓬勃发展的产业如今必须接受政府的严密审视。业外观察人士认为,人们早就应该对其加以关注。自然资源保护委员会高级政策分析师艾米·摩尔表示,“我们需要确保国家监管部门和EPA尽一切可能对成文法全面彻底地加以贯彻执行。但是,国家监管部门却不堪重负。他们没有足够的条件应对这种局面。他们需要一些时间,从而确保开采的每一口井、每一次作业都符合规定。”

前沿技术

在DOE下属的 国家能源技术实验室(NETL)的支持下,70年代中期曾针对压裂技术进行过批判性的早期研究。如今,由该实验室担纲展开研究,以减少这项技术对环境的威胁是再合适不过的了。NETL在宾夕法尼亚州匹兹堡以及西维吉尼亚州摩根镇均设有办公室,而这两个地区都处于马塞卢斯页岩气开发区。因此,由该实验室的这两个办公室担纲寻找解决压裂过程中产生的废水的处理问题具有非常便利的条件。

八月,NETL宣布,将在三年内向科罗拉多州、纽约、以及德克萨斯州的页岩气项目出资1030万美元(6630万元)。同时,接受资金的企业也必须在总成本中拿出670万美元(4310万元)作为投入。在NETL的监督下,这些项目将对新的净水膜进行测试,并对目前的固井措施进行评测。

俄亥俄州的ABSMaterials是第一批接受NETL资金对返排液及采出水进行处理的企业之一。返排液是指压裂液被回抽后所剩余的水。该公司董事长史蒂芬·史普那摩向我透露了他们所采用的Osorb技术的工作原理。“Osorb是一种玻璃材料,看起来就像是一把沙子。然而,它却具有膨胀性(膨胀后的体积是干燥时的八倍),能够将挥发性有机分子包裹起来。现有的技术都是将游离的油和水分离开来。而Osorb针对的则是可溶性烃类物质、以及漂浮于水面上的化学试剂和聚合物。即便这项技术不能将这些物质清除,也能够阻止返排液的再次循环或排放。”

初步结果令人满意。4月,NETL在报告中称,经独立试验,Osorb系统能够去除废水中超过99%的油脂及90%以上的可溶性BTEX(单环芳烃苯、甲苯、乙苯和二甲苯)。史普那摩表示,该公司如今在俄亥俄州及怀俄明州都设有运营部门,并且已经吸引了一些大型石油天然气企业的兴趣。目前开展的试点项目达11个。

NETL并不希望将这个依然处于发展阶段的行业所迸发的创新之火掐灭。因此,从NETL那里获得研发经费的企业都拥有各自的水处理方案。据史普那摩解释,解决方案可以分成两大类: 通过捕捉或改变污染物分子的水处理技术,如Osorb等,以及通过反渗透、沸腾或蒸发等手段回收一部分淡水的技术。

而位于科罗拉多州丹佛市的企业Altela所拥有的技术便属于第二类。该技术是2009年获得NETL资助的9个项目中的一个,共得资金7百万美元(4500万元)。4月,NETL宣布了 AltelaRain 4000水源淡化系统示范项目运行的结果。在经过9个月的运行后,这套系统对宾夕法尼亚州印地安纳县某井场77%的排水进行了处理,并最终将其变成蒸馏水。

海恩斯维尔页岩

在有关压裂技术的讨论中,马赛勒斯页岩毫无疑问是最受关注的。它所处的位置恰好是美国人口最为密集的地区,同时它也是美国储量最为丰富的页岩气点。然而,曾经在人们眼中并不值得开采的非常规天然气矿床在压裂技术的帮助下被开发出来。位于美国南部,横跨路易斯安那州大部分地区以及阿肯色及德克萨斯州部分地区的海恩斯维尔页岩就是其中之一。

亚利桑那州斯克茨代尔市的美国水化技术创新公司(HTI)是一家在该领域非常活跃的企业。工程师舍温·葛姆雷向我透露,这家公司专门从事正向渗透过滤技术的开发。该技术模拟自然渗透过程,即两种溶液间浓度趋于平衡的过程。通过HTI的专利渗透膜将含盐“提取”溶液与污水分离。提取液较高的渗透势能迫使水透过渗透膜从而达到与污染成分分开目的。

葛姆雷强调说:“压裂技术可以以负责任的方式进行应用,但是这需要投入一定的资金进行现场水处理技术的开发。关于压裂技术,需要明白的一点就是:鉴于石油天然气开采的其他环节已经非常完美,因此发明压裂技术的人们正在解决现场水处理的问题。坦白讲,有许多人在过去10年中一直在不断完善这件事情。”

四月发生在宾夕法尼亚州雷若伊乡的一场切萨皮克能源公司井喷事故备受媒体关注。而此类事故也引发了美国民众对压裂法会导致饮用水受到污染的担忧。8月,环境工作小组的一份报告又引发了人们新的恐慌。该报告强调,1987年EPA一份文件中的观点与业界不断重申的论点相悖。业界认为,没有证据显示压裂法会对饮用水造成污染。而对于EPA在报告中认为西弗吉尼亚州杰克逊郡一口水井受到污染与附近的压裂井有关的说法,某行业组织不置可否,认为这一说法并不是结论性的。

而葛姆雷也承认,“将我们所说的这些水处理掉具有一定的经济合理性,而这也驱使人们走上捷径。如果不能在井口找到解决办法,那么就不得不想办法采用不光彩的手段得到水,并且还要用不当的方式处理废水,而这是非常危险的。”

“开发一系列水处理技术,并根据矿井在生命周期不同阶段的不同需求对水进行循环利用才是真正的解决之道,”他说道。

NRDC的艾米·摩尔认为,新的水处理技术“肯定大有希望,但是,这些技术仍然处于初级阶段。”

 “这些技术减少了企业的支出。它们不需要购买或运输大量的淡水,并且最后不需要运送或处理大量的废料。从经济角度讲,这是双赢的解决方案。”她表示,“但是,对于这些技术的有效程度,或者其最终结果,我们还没有完全掌握。我们需要更多的独立数据及分析,从而能够对各种不同的成本及其效益有更加全面的了解。”

贾斯汀·杰兹:加利福尼亚自由撰稿人。

主页图片内容为油气钻井塔/ 作者 Meredithw