發佈於 3 月 24, 2013
美國現在最夯的能源話題是頁岩油，什麼是頁岩氣與頁岩油？
讓我們來複習一下地球科學，當河流夾帶著沉積物流入大海，一層層的堆積在海床上，滄海桑田，這片海床受到重力或地球板塊運動的擠壓，在高溫高壓下被壓成了岩石，稱之為沉積岩，其中，一層層的節理分明，可一片片剝下來，像一張張書頁的，稱之為頁岩。
頁岩層既然是古代沉積物堆疊成的，裡頭自然也有很多古代生物的化石，若沉積物中含有大量古代微生物，在造岩的過程中，有機物受到高溫高壓分解，就可能產生天然氣或是石油，蘊藏於頁岩層的裂縫與孔隙之中。
圖說：考古學家一片片剝開頁岩找尋其中的化石。台灣的山上也有相當多頁岩，隨手敲一敲就能一片片的一直剝開，非常有趣，不過石片很銳利，小心別割到手。
這些頁岩層中的天然氣與石油蘊藏量雖大，在過去卻被認為沒有開採價值，因為頁岩層一片一片的構造，讓鑽探者挖個洞只能採到一點點，直到水平鑽探與高水壓裂岩的技術成熟，才有了可便宜且大量開採頁岩中天然氣與石油的辦法。
整個美國中西部在恐龍時代都是一片淺海，後來才浮上來成為陸地，可以想像整片美國中西部擁有大量的含油與含天然氣頁岩分布，在應用開採新技術後，首 先開創了天然氣的新紀元，美國的天然氣降到難以致信的新低價位，產業界稱之為｢天然氣爆發｣、｢天然氣革命｣，這股天然氣就被稱為｢頁岩氣｣。
圖說：北美含油、氣頁岩層分布，資料來源EIA
同一方法，也應用在開採頁岩層中的石油，受惠於｢頁岩油｣，美國原油產量在去年11月創下每天700萬桶的紀錄，而且產量還在持續上升，由於美國擁有大量含油頁岩層，｢頁岩油｣將對全球石油市場產生相當可觀的影響。
何謂水平鑽探與高水壓裂岩？
以往鑽油井都是垂直往下鑽，水平鑽探的技術是鑽到一定深度以後，鑽頭轉個彎，轉往橫向鑽探，這樣一來，可以鑽探不便於設立油井之處，譬如說如果油礦 在城市的正下方，就從旁邊的郊區打洞鑽探，再從地底轉彎過去；水平鑽探還能往四面八方伸展，因此能只在地表上打一個洞，卻在地底下橫向伸展鑽探很大一片地 區。
圖說：水平鑽探，我的鑽頭會轉彎
有了水平鑽探的技術，鑽探業想到藉此打破頁岩節理的辦法：往平行頁岩層的節理方向鑽進去以後，以成形炸藥垂直於鑽孔方向打洞，如此一來就能垂直打穿頁岩層節理，接下來，注入含有沙粒的高壓水，經鑽孔從打洞處灌入，水壓沿著頁岩層的節理讓頁岩一片片的裂開。
下一步是把水抽回，當水抽出來時，水中沙粒卡住裂縫，使裂縫不會關閉，於是就留下密密麻麻的裂隙通道，讓整大塊岩層中的天然氣或石油都可以經由一個鑽孔開採出來。
高水壓裂岩的技術也仍在持續進步中，許多以往用舊技術裂岩過的岩層，使用新技術重新裂岩，還能再取得更多天然氣或石油。
美國頁岩油改變全球局勢
頁岩油又大致分為兩種，一種是呈液態可流動的輕原油，可以直接經水平鑽探與高水壓裂岩採掘；較黏稠，或甚至近於固態的重原油，則需要注入高熱蒸汽，加熱攝氏500度，使它可流動後才能採掘出來。目前美國開採的頁岩油屬於前者。
許多學者對頁岩油熱潮潑冷水，指出雖然北達科達州與蒙大拿州的巴肯頁岩層，與德州的鷹福特頁岩層，總共估計有7,000億桶原油藏量，科羅拉多州的 綠河頁岩層更有高達2兆桶，不過其中大多是重原油。巴肯與鷹福特頁岩層之中只有1~2%是可開採的輕原油，綠河頁岩層更幾乎全都是重原油。
但即使如此，頁岩油已經產生相當大的影響，石油輸出國組織(OPEC)密切注意美國頁岩油的發展，在2013年3月發表的報告中，預估美國頁岩油會 導致對OPEC石油需求每日減少10萬桶之多，OPEC預期2013年全球對OPEC各國的石油需求為每日2970萬桶，少於2012年的3010萬桶， 主要就是受到美國頁岩油的排擠。
國際能源總署(IEA)更預測美國因此會在2020年時，成為超過沙烏地阿拉伯的世界第一大產油國，美國能源情報署(EIA)也預測2020年美國石油生產在頁岩油(輕原油)的加持下達到高峰。
圖說：美國石油生產量預測，EIA
受到頁岩油、氣大量生產，以及美國其他能源政策的影響，美國進口能源佔美國總能源需求的比例直線下降，2007年還佔29%，2011年只佔 19%，EIA預估到2040年將僅佔9%，此外，頁岩氣將使美國自2016年起就成為天然氣出口國。美國即將從能源進口大國轉變成為能源自給國，甚至成 為能源輸出國。
這影響的不只是全球油價而已，整個全球的戰略局勢都將因此大地震，中東的重要性將下降，而美國將以大量且相對低價的本國能源加速製造業回流的既定政策，以製造業出口美國為主要經濟模式的所有國家都將受到重大衝擊。
頁岩油的環境影響
頁岩油對美國的國家能源戰略來說是張超級王牌，不過環保團體則對頁岩油有諸多憂慮。首先，高水壓裂岩用過的水，會把地底的放射性物質與其他污染物一起帶上來，這些水若沒有經過適當處理，會污染環境，甚至可能污染地下水。
環保團體更擔心豐富的頁岩油，成為燃料後將加劇溫室效應，據估計，美國頁岩油若全數燃燒，產生的二氧化碳，將可能讓全球暖化攝氏2度。而頁岩油大量存在的事實，也可能降低人類對可再生能源的追求，減緩綠能技術的開發速度。
頁岩油的小啟示
能源產業近年來新技術發展令人目不暇給，讓許多觀念天翻地覆，也使許多能源專家變成丑角。美國頁岩油熱潮興起也引發了能源論戰，在論戰中，有美國石油專家抱持舊論，認為｢就算用核彈轟炸也沒辦法讓頁岩層產油｣，由於美國早已開始生產頁岩油，專家馬上成為笑話。
也有許多專家低估高水壓裂岩技術，因為高水壓裂岩技術早在1940年代起就發展了，當時的技術水準完全不足以造成深遠影響，這些專家們熟悉的是當年的舊情形，殊不知產業界高水壓裂岩技術已經進步相當多，專家們的舊知識已經過期，成為資訊垃圾。
美國可以從能源進口大國變成輸出國，專家可以一夕間變成丑角，這給我們許多啟示，在變動的年代中，沒有標準答案，甚至舊答案完全無用，一個新進研究 者，可以輕易超越研究數十年的老專家，這對台灣來說，其實是好消息，若能積極擁抱新知，那將是一口氣追上領先國家的大好時機，但若追尋落伍舊答案，台灣也 可能被遠遠拋在時代後面，見不到未來。
讓我們來複習一下地球科學，當河流夾帶著沉積物流入大海，一層層的堆積在海床上，滄海桑田，這片海床受到重力或地球板塊運動的擠壓，在高溫高壓下被壓成了岩石，稱之為沉積岩，其中，一層層的節理分明，可一片片剝下來，像一張張書頁的，稱之為頁岩。
頁岩層既然是古代沉積物堆疊成的，裡頭自然也有很多古代生物的化石，若沉積物中含有大量古代微生物，在造岩的過程中，有機物受到高溫高壓分解，就可能產生天然氣或是石油，蘊藏於頁岩層的裂縫與孔隙之中。
圖說：考古學家一片片剝開頁岩找尋其中的化石。台灣的山上也有相當多頁岩，隨手敲一敲就能一片片的一直剝開，非常有趣，不過石片很銳利，小心別割到手。這些頁岩層中的天然氣與石油蘊藏量雖大，在過去卻被認為沒有開採價值，因為頁岩層一片一片的構造，讓鑽探者挖個洞只能採到一點點，直到水平鑽探與高水壓裂岩的技術成熟，才有了可便宜且大量開採頁岩中天然氣與石油的辦法。
整個美國中西部在恐龍時代都是一片淺海，後來才浮上來成為陸地，可以想像整片美國中西部擁有大量的含油與含天然氣頁岩分布，在應用開採新技術後，首 先開創了天然氣的新紀元，美國的天然氣降到難以致信的新低價位，產業界稱之為｢天然氣爆發｣、｢天然氣革命｣，這股天然氣就被稱為｢頁岩氣｣。
圖說：北美含油、氣頁岩層分布，資料來源EIA同一方法，也應用在開採頁岩層中的石油，受惠於｢頁岩油｣，美國原油產量在去年11月創下每天700萬桶的紀錄，而且產量還在持續上升，由於美國擁有大量含油頁岩層，｢頁岩油｣將對全球石油市場產生相當可觀的影響。
何謂水平鑽探與高水壓裂岩？
以往鑽油井都是垂直往下鑽，水平鑽探的技術是鑽到一定深度以後，鑽頭轉個彎，轉往橫向鑽探，這樣一來，可以鑽探不便於設立油井之處，譬如說如果油礦 在城市的正下方，就從旁邊的郊區打洞鑽探，再從地底轉彎過去；水平鑽探還能往四面八方伸展，因此能只在地表上打一個洞，卻在地底下橫向伸展鑽探很大一片地 區。
圖說：水平鑽探，我的鑽頭會轉彎有了水平鑽探的技術，鑽探業想到藉此打破頁岩節理的辦法：往平行頁岩層的節理方向鑽進去以後，以成形炸藥垂直於鑽孔方向打洞，如此一來就能垂直打穿頁岩層節理，接下來，注入含有沙粒的高壓水，經鑽孔從打洞處灌入，水壓沿著頁岩層的節理讓頁岩一片片的裂開。
下一步是把水抽回，當水抽出來時，水中沙粒卡住裂縫，使裂縫不會關閉，於是就留下密密麻麻的裂隙通道，讓整大塊岩層中的天然氣或石油都可以經由一個鑽孔開採出來。
高水壓裂岩的技術也仍在持續進步中，許多以往用舊技術裂岩過的岩層，使用新技術重新裂岩，還能再取得更多天然氣或石油。
美國頁岩油改變全球局勢
頁岩油又大致分為兩種，一種是呈液態可流動的輕原油，可以直接經水平鑽探與高水壓裂岩採掘；較黏稠，或甚至近於固態的重原油，則需要注入高熱蒸汽，加熱攝氏500度，使它可流動後才能採掘出來。目前美國開採的頁岩油屬於前者。
許多學者對頁岩油熱潮潑冷水，指出雖然北達科達州與蒙大拿州的巴肯頁岩層，與德州的鷹福特頁岩層，總共估計有7,000億桶原油藏量，科羅拉多州的 綠河頁岩層更有高達2兆桶，不過其中大多是重原油。巴肯與鷹福特頁岩層之中只有1~2%是可開採的輕原油，綠河頁岩層更幾乎全都是重原油。
但即使如此，頁岩油已經產生相當大的影響，石油輸出國組織(OPEC)密切注意美國頁岩油的發展，在2013年3月發表的報告中，預估美國頁岩油會 導致對OPEC石油需求每日減少10萬桶之多，OPEC預期2013年全球對OPEC各國的石油需求為每日2970萬桶，少於2012年的3010萬桶， 主要就是受到美國頁岩油的排擠。
國際能源總署(IEA)更預測美國因此會在2020年時，成為超過沙烏地阿拉伯的世界第一大產油國，美國能源情報署(EIA)也預測2020年美國石油生產在頁岩油(輕原油)的加持下達到高峰。
圖說：美國石油生產量預測，EIA受到頁岩油、氣大量生產，以及美國其他能源政策的影響，美國進口能源佔美國總能源需求的比例直線下降，2007年還佔29%，2011年只佔 19%，EIA預估到2040年將僅佔9%，此外，頁岩氣將使美國自2016年起就成為天然氣出口國。美國即將從能源進口大國轉變成為能源自給國，甚至成 為能源輸出國。
這影響的不只是全球油價而已，整個全球的戰略局勢都將因此大地震，中東的重要性將下降，而美國將以大量且相對低價的本國能源加速製造業回流的既定政策，以製造業出口美國為主要經濟模式的所有國家都將受到重大衝擊。
頁岩油的環境影響
頁岩油對美國的國家能源戰略來說是張超級王牌，不過環保團體則對頁岩油有諸多憂慮。首先，高水壓裂岩用過的水，會把地底的放射性物質與其他污染物一起帶上來，這些水若沒有經過適當處理，會污染環境，甚至可能污染地下水。
環保團體更擔心豐富的頁岩油，成為燃料後將加劇溫室效應，據估計，美國頁岩油若全數燃燒，產生的二氧化碳，將可能讓全球暖化攝氏2度。而頁岩油大量存在的事實，也可能降低人類對可再生能源的追求，減緩綠能技術的開發速度。
頁岩油的小啟示
能源產業近年來新技術發展令人目不暇給，讓許多觀念天翻地覆，也使許多能源專家變成丑角。美國頁岩油熱潮興起也引發了能源論戰，在論戰中，有美國石油專家抱持舊論，認為｢就算用核彈轟炸也沒辦法讓頁岩層產油｣，由於美國早已開始生產頁岩油，專家馬上成為笑話。
也有許多專家低估高水壓裂岩技術，因為高水壓裂岩技術早在1940年代起就發展了，當時的技術水準完全不足以造成深遠影響，這些專家們熟悉的是當年的舊情形，殊不知產業界高水壓裂岩技術已經進步相當多，專家們的舊知識已經過期，成為資訊垃圾。
美國可以從能源進口大國變成輸出國，專家可以一夕間變成丑角，這給我們許多啟示，在變動的年代中，沒有標準答案，甚至舊答案完全無用，一個新進研究 者，可以輕易超越研究數十年的老專家，這對台灣來說，其實是好消息，若能積極擁抱新知，那將是一口氣追上領先國家的大好時機，但若追尋落伍舊答案，台灣也 可能被遠遠拋在時代後面，見不到未來。
關鍵字: 溫室效應
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文作者台灣大學醫學系畢業後，從事翻譯、撰稿及圖文創作，業餘嗜好研究歷史，並關心全球財經產業與環境等議題。曾任《國家地理雜誌》、台灣微軟、集邦科技
特約譯者，並有動畫、漫畫、插畫、書籍封面及插圖等作品。擔任PTT「架空歷史板」(DummyHistory)
板主，著有《海角七號電影小說》、歷史小說《明騎西行記》、歷史書籍《橡皮推翻了滿清》。
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