化石能源来自何处——能源危机的真实性

　　刘建生

　　化石能源是决定当今文明的本源，要应对可能出现的化石能源危机的挑战，就需要知道化石能源如何产生。这首先需要了解光合作用。

　　植物通过光合作用使光能转变为化学能，理论上的最大转化率大约为5%，要达到这个水平，需要每亩地一年产2500公斤稻谷和2500公斤稻草或是产5000公斤干草。

　　如果全中国的土地都达到此转化率，只需十分之一现有耕地（两亿亩）就能满足中国现有人口的粮食需要，再有四亿亩土地的秸秆就能满足中国现有的能源消耗。目前中国粮食亩产的平均值大约是280公斤，相应的光合作用转化率约为0.3%，是理论最大值的二十分之一左右。

　　植物获取能量需要“粮食”，即水和二氧化碳；而它们所排泄的“废物”??氧气则是人类生存的必需品。水、二氧化碳对植物获取能量至关重要。

　　就目前我们所经历的文明而言，农业灌溉的发展是几千年以来农耕文明发展的关键所在。充分的水供应是几千年粮食增长的决定性因素，也是现在粮食产量增长的关键。而供生产粮食、植物的二氧化碳供应增加，应是未来农业发展的重要方向。

　　从实验和理论上讲，目前植物系统的光合作用之所以无法再提高，关键是二氧化碳供应不充足。实验表明：二氧化碳从常规到3倍增长范围内，主要分布在温带和寒带的作物，其光合作用速率是线性响应，也就是说二氧化碳浓度增加多少，粮食产量也会增加多少。这是非常重要的现象，它表明除了在给植物供应充足的水之外，二氧化碳的保证供应是打破目前粮食发展的突破口。

　　事实上也是如此，在地球的历史中，构成地球千姿百态的最重要的几个时期??侏罗纪、石炭纪等都是大气中二氧化碳浓度超过目前1~2倍、2~4倍的时期。此时，由于强烈的“温室效应”，全球没有冰天雪地之处，到处都是绿色的世界，平均温度远远高于现在。南极、北极没有冰雪，海平面上升，陆地面积大为减小。高温使海洋蒸发量大得惊人，地球是雨的世界，没有沙漠。高温、雨水、高浓度的二氧化碳形成参天的大树、茂密的植物，这也是形成庞大身躯的恐龙型动物的根源。这是石油、天然气、煤炭等化石能源的重要成矿期。

　　关于化石能源的起源有多种理论。但目前所发现的油气几乎都证明油气是有机成因，来自于动、植物。这些生物有机质在特殊的条件，经历特殊的过程中形成可采集的油田、煤田、气田。

　　关于油的形成。第一，是有长期被水（海水或湖水）淹没的沉降盆地，适于大量的生物繁殖并保持有机质免遭氧化的有利的水体深度，保证丰富的原始有机质沉积下来，并可造成沉积厚度大、埋藏深度大等条件。大约经历地质年代三个纪，多的更是经过1.5亿~2.5亿年的时间才得以形成。

　　第二，是有机物堆积并保存还需在相当高的温度条件下经历一定的时间才能生成石油（一定时间的温度作用，是借助地球的地热能量），并在特殊的生油层中成油。

　　第三，是油气生成后还需要有特殊的能够集中储存的储集层。世上没有油湖、油河，油都存在互相连通的孔隙、裂隙的岩层内，如同水充满海绵一样，并且具有能保存的盖层，不渗透，保持储集层的油气免于向上逸散的保证层，并有一定保护厚度，这一结构还需要形成圈闭条件，不能形成油气往其他地方转移的特殊地质条件，才能形成可采的油气。

　　煤的生成也类似于油生成情况，不同的是，煤是由植物遗体堆积而成（油由动物遗体形成），需要有不断下沉的沼泽地（浅海、近海、内陆的沼泽形成地），沼泽地区不能下降过快，过快就形成湖、海，植物就无法生长，成煤就停止。地壳下降过慢，沉积物下降过快而无法保存也不行。地壳沉降速度与植物遗物沉积速度大致平衡，这是成煤最重要的地质条件。并且最终堆积物上还要形成覆盖层，以及地层的进一步下降，使沉积物在不同的地温压力条件下形成不同的煤质（褐煤、烟煤、无烟煤等）。

　　煤不同于油，煤是固体，不需要特殊的储存地质条件和生存条件（较高温度），并且煤与油依赖不同的生物体，煤是植物遗体，油是动物遗体，由于动物是依赖植物的二次生成物，从数量上讲远低于植物所能储存的能量，依据生物界的生态规律，依靠植物为生的动物数量大致是植物的十分之一。这就是煤炭在世界的储量远大于石油的储量的根本原因，理论上讲煤炭的储量应是油的储量10倍左右。

　　即使如此，煤与石油的生存量占整个同时期的植物、动物中的很小比例，主要是由特殊的生存条件所限。气的生存条件就更有限，主要是由特殊的沉积区与沉积区所需求的地壳沉降的特殊性所决定。这就决定了我们当今的化石能源时代是一个特殊并且有限的时代，特别是时间有限，这是受有限的化石能源储藏量所决定的。

　　这是一个我们这个特殊的繁荣时代人们必须予以深刻理解的特殊历史条件。人类不能对化石能源的丰饶性抱以过多的幻想，并且应该具有非常警惕，甚至是危机感，应从现在起就非常珍惜这一来之不易的化石能源。并且要深刻认识到现在这种使用能源的方式是不道义的，甚至是可耻的，几亿年来大自然辛辛苦苦积沉的有限的化石能源并不是仅供一代人或两代人使用的，我们必须要考虑子孙后代。我们需要深刻反思以年为单位的发展观，对发展必须有战略纵深的思考与规划，我们的经济学理论到了需要深刻反思甚至是革命的时候。

　　（作者为西南财经大学能源经济研究所所长，著有《面向新未来：后化石能源时代》、《新经济学原理??论人类社会的能量特性》，liujs2009@gmail.com）