2006/04/05
經濟部能源局
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█撰文：蔡信行
目前石油的總蘊藏量為1.1兆桶，據預估的新增儲量（極可能發現的新儲量）將達0.7兆桶。不過新增儲量每年均在減少，可預期在40年後，石油即將用罄，必須要有適當的替代能源，本文即就非傳統能源之油砂、油頁岩來探討其未來替代石油之可行性。
有「青」就會紅
油砂（Oil Sands or Tar Sands，亦稱瀝青砂）是天然的混合物，含有瀝青（Bitumen）質、水、沙、粘土，是一種膠狀的黑色物質，可以用來產生液體燃料。普通的油砂約含有重量12％的瀝青，若少於6％便不值得去萃取及開發，除非它們和較高級的砂混合在一起。
由油砂取得合成原油的製程為：要生產1桶合成原油（SCO），必須開採4.27噸的原始材料，然後獲得1.93噸之油砂，變成1.16桶的瀝青；此瀝青進一步處理而獲得API 30～40之合成原油。
從油砂萃取瀝青在商業上的常用方法為採礦法及「原地（In situ）」生產。採礦法必須由砂╱瀝青的混合物中把過多附加的東西（如草、土壤和岩石）去掉，再用低技術的台車與鏟子採礦方法移出油砂。收集油砂之後，再用加入溫水（或其他溶劑）萃取法移除砂，然後予以攪拌把瀝青分離出來。
較深的沈積層需要採用「原地」生產法，例如經由垂直井或水平井注入蒸氣，這樣可以在地底下的儲區把瀝青自砂中分開來，然後把液體泵送到地面上，再做進一步的處理。而「提升」（Upgrading）的製程則是將瀝青轉化成碳氫化合物產品，其密度和黏度相似於原油。瀝青的提升一般可產生3類產品：輕油、煤油、及燃料油，這些產品可以摻配成合成原油出售或者分別出售。
除此之外，採用的技術不同，要求的產品不同（瀝青或者合成原油），供油成本也將不同。2003年，鑽井開採油砂生產的瀝青之供油成本為7.5～14.25美元╱bbl，其中利用冷採法採出的瀝青供油成本比較低，為7.5～12美元╱bbl；用熱力開採法時，由於為了降低瀝青黏度注入蒸氣，所以提高了鑽井熱採瀝青的成本，其供油成本為8.25～14.25美元╱bbl；利用露天開採井用萃取法生產的瀝青供油成本約為9～12美元╱bbl；若進一步改質成合成原油時，其供油成本則增為16.5～21美元╱bbl。
因此加拿大「國家能源部」分析認為，除技術進步的影響外，基建費、產量大小、非燃料的經營成本、天然氣的價格、原油價格和匯率均對供油成本具有不同程度的影響。即油砂產品的供油成本隨基建費、燃料費等經營成本和天然氣價格的增加而增加，但它隨產量的下降而上升；原油價格越高，收益率也隨之提高；但是匯率愈高，收益率則越低。
過去油砂的開採曾經一度被視為痴人說夢，因為成本太高而且可能造成環境污染，但是隨著油價的飆漲，許多大油公司如ExxonMobil、Royal Dutch Shell和Chevron Texaco等，都將做新的投資於油砂，也有公司打破行情，購買土地以做未來的開採。中國亦注意到此趨勢，也跟著做投資，並興建管線，將製成的燃料送到太平洋岸以供輸出。加拿大政府及相關工業表示，北亞伯達證實的油砂儲藏量有1,750億桶，只有沙烏地阿拉伯可與之匹敵，前景可期。
一頁頁疊起來的「藻類化石」
油頁岩（Oil Shale）為黏土礦結構，是40至50百萬年前的老沈積岩，由湖泊環境的沈積受到時間、壓力、溫度等影響，而把這些沈積物轉變成含有碳氫化合物的岩石，可說是「藻類的化石」。天然狀態的油頁岩不含液態碳氫化合物，其組成為固體有機物，只能用熱（約500℃）加以釋放，因此，既不能暴露成油「膜」，經壓碎或擠壓也不能產生液體成分，必須以所謂蒸餾或加熱法萃取，將油母質分解放出碳氫化合物的蒸氣，冷卻後就可得到油和氣。
一般認為油母是一種具有三維結構的大分子聚合物的混合物。油母中的碳主要以脂族及環烷結構存在，也有部分芳香族。所以只要能把油頁岩中的油母提煉出來，就可得到類似石油原油，亦即頁岩原油。油母中的氮在熱加工時，大部分可轉化成氨。
油頁岩外表像褐色的石頭，打碎後變成許多片狀的小塊，看上去像是一頁頁的紙折疊起來，故而得名。其質量比煤重，發熱量只有煤的30～50％。過去普遍的方法是對頁岩進行加溫乾餾，使有機質分解後變成油氣，再冷凝分離，得到頁岩油。一般每噸頁岩可提煉出6～7公斤頁岩油，成本很大。提煉後的灰渣經粉碎後還可做為水泥混合料。
油頁岩遍布世界各地，蘊藏量相當豐富，但資源分布並不均勻。美國油頁岩最大儲量在Green River構造層中，跨越科羅拉多、猶他與懷俄明州，據估計油藏量有1.5～1.8兆桶。可回收量在5千億至1.1兆桶石油。現今美國石油用量為每天20百萬桶，如果油頁岩的石油可供四分之一，那麼8千億桶將可供美國使用400年。如果原油每桶為70～95美元（2005年），則油頁岩的石油將可與之競爭。
油頁岩石油的取得有2種方法，即開礦及表面蒸取法和現地蒸取法。殼牌石油公司曾經成功地進行小規模的就地現場運轉，然而大規模的操作還需要建立，如技術可行性、對於地下水品質之不良影響等。據該公司表示，所取得石油約為每桶20美元。
然而目前並沒有任何機構在積極規劃開發油頁岩資源之技術、財務及管理機制將其商業化。如果要進行該計畫，其時程及所需資金至少要籌畫6年，因為要擴大規模（Scale up）、程序確認、蒐集足夠的環境數據，才能得到第一手的商業運作資訊。然後還要另外6至8年的時間來獲得許可、設計、建造、開礦、確認性能，才能做初步的生產。因此，最少要有12年以上才能取得石油，亟待加速研討與開發。（作者為國立成功大學石油策略研究中心兼任研究員）