在佛罗里达一个闷热、沉寂的夏日早晨，波尔克发电厂正在完成一项现代炼金术的小壮举。每小时，它将地球上最脏的燃料——煤炭——100吨转化为2.5亿瓦的电力，供坦帕周边约56000户家庭和企业使用。炼金术的部分是什么？坦帕电力公司（TECO）高大、直爽的顾问弗农·肖特指着一个高耸的烟囱。“看看那个烟囱的顶部，”他在发电机和磨煤机震耳欲聋的噪音中喊道，“那是主要的排放源。你什么也看不到。你甚至看不到热羽流。”
他说得没错。佛罗里达州慵懒的蓝色天空中没有一丝烟雾。波尔克发电厂捕获了所有的飞灰，98%的硫（硫是酸雨的成因）以及几乎所有的氮氧化物（氮氧化物是许多城市上空褐色烟雾的主要成分）。这座耗资6亿美元的发电厂旨在展示一种新的方法，即在不向空气中排放各种毒素的情况下，从煤炭中获取经济电力的可行性，自1996年以来一直稳定运行。“它生产着TECO电网中成本最低的电力，”肖特说，“它的排放也非常非常低。颗粒物几乎检测不到。”
波尔克发电厂既令人不安又令人瞩目之处在于，它能做到的远不止这些。“没有汞捕获的要求，但95%的汞可以非常容易地被捕获，”肖特补充道。更重要的是，该工厂还可以捕获煤炭最难以捉摸和潜在灾难性的排放物：二氧化碳，这种气体是导致全球变暖的主要气体。
这种能力可能至关重要。随着石油和天然气价格的迅速上涨，以及核能陷入政治僵局，世界对煤炭的需求正在飙升。在美国，能源部估计，到2025年将新建153座燃煤发电厂。与此同时，世界第二和第三大煤炭生产国中国和印度正在大举兴建燃煤发电厂。仅中国就预计在未来八年内建造562座燃煤发电厂。由于一座典型燃煤发电厂的寿命为50年，煤炭在全球能源生产中的份额将在本世纪的大部分时间里与石油相媲美。
行业倡导者吹嘘说，美国拥有所有已知煤炭储量的27%，“是煤炭的沙特阿拉伯”，以目前的使用速度，足够燃烧180年。不幸的是，煤炭既便宜又丰富，但也同样肮脏。燃烧时，每兆瓦时运行会释放三磅二氧化硫和四磅氮氧化物。全国的发电厂每年总共产生约48吨汞。“如果未来25年内计划建造的所有燃煤发电厂都建成，那么这些发电厂一生中产生的二氧化碳排放量将等于人类历史上迄今为止所有煤炭燃烧产生的排放总量，”哈佛大学肯尼迪政府学院环境政策教授约翰·霍尔德伦（John Holdren）说。
霍尔德伦和许多其他人尤其担心二氧化碳，这与煤炭的其他排放物不同，在美国完全不受管制。到2012年，美国、中国和印度的新燃煤发电厂每年将向大气排放27亿吨二氧化碳。根据领先的气候模型，所有这些额外的二氧化碳可能导致到2100年全球平均气温升高10华氏度。如此多的变暖可能使海平面上升数英尺，淹没世界海岸线，并以可能导致大规模反复作物歉收的方式改变全球天气模式。
波尔克发电厂上方无烟的天空暗示了一条出路。我们现在拥有捕获和储存燃烧煤炭产生的大部分二氧化碳的技术。“未来25年内我们对燃煤发电厂的处理方式非常重要，”霍尔德伦说。“如果所有这些燃煤发电厂在没有碳控制的情况下建成，那么添加到大气中的二氧化碳量将使得将大气二氧化碳浓度稳定在适中水平变得几乎不可能。”目前，波尔克发电厂是世界上仅有的四座同类发电厂之一。如果我们想在以煤炭为燃料的未来中生存下来，我们可能需要更多这样的发电厂。
波尔克发电厂背后的技术被称为整体煤气化联合循环——一个通常缩写为IGCC的复杂名称。与传统的燃煤发电机不同，IGCC发电厂实际上不燃烧煤炭本身；它们将其转化为气体并燃烧气体。这种高效的过程使得选择性地去除产生的排放物成为可能，包括二氧化碳，然后可以将其收集并掩埋，而不是排放到空气中。
弗农·肖特穿过波尔克发电厂错综复杂的管道和塔楼，向我介绍了IGCC的工作原理。他指出了一条传送带，它将稳定的煤流从一个5000吨的储煤仓输送到一个磨煤机，煤炭在那里与水混合。由此产生的泥浆状浆料在每平方英寸400磅的压力下泵送到发电厂最新颖的特色——300英尺高的气化塔。
这座塔看起来像一座未完工的摩天大楼，一个方方正正的钢骨架。它的顶部有一个30英尺高的容器，里面装满了96%纯氧，加热到2500ºF。当浆料注入腔室时，它不会点燃。相反，煤炭与氧气发生反应，立即开始分解成其组成气体，主要是氢气和一氧化碳。这些气体被冷却并通过一系列过滤器，这些过滤器去除硫、颗粒物和其他污染物；只有在那之后，剩余的合成气，或称合成气，才被燃烧发电。
肖特接着指出了合成气通过一组从气化炉下降到容纳燃气轮机（本质上是安装在地板上的喷气发动机）的建筑的管道的进展。合成气在涡轮机内部点燃，驱动涡轮叶片旋转，产生该电厂约一半的电力。来自涡轮机的炽热废气被捕获并用于加热水，这些水被输送到单独的蒸汽轮机，以产生另外125兆瓦的电力。这种双涡轮方案使IGCC电厂的能源效率比传统燃煤电厂高约15%。
IGCC技术还赋予工程师前所未有的控制权，可以控制煤炭不同组分进入发电厂后的去向。在普通的燃煤电厂中，几乎所有污染物都从烟囱排出，其中一些通过洗涤器从废气中捕获。而在这里，它们甚至从未接触火焰。传统电厂在空气中燃烧粉煤，空气中含有约78%的氮气。由于燃烧发生在低压下，二氧化碳是扩散的；分离它既困难又昂贵。在高压纯氧中燃烧气化煤炭会使二氧化碳浓缩，从而更容易捕获。
虽然波尔克不捕获二氧化碳（它仍然以每天5000吨的速度从排气烟囱排出），但它可以很容易地进行改造；新的IGCC工厂可以内置这种能力。肖特报告说，TECO正计划用一个更大的600兆瓦IGCC设施取代这个工厂。“我听到的传闻是，它将在2013年投入运营。我相信新工厂将具备二氧化碳捕获能力。不这样做是说不通的。任何今天建造这类工厂的人都必须考虑到未来将需要碳排放许可。当那一天到来而你没有准备好时，你该怎么办？”
不幸的是，坦帕电力的计划并非行业典型。在未来十年计划建造的75座燃煤发电厂中，只有9座计划采用IGCC技术，这主要是因为一座IGCC发电厂成本约为10亿美元，比传统发电厂高出15%到20%。“最大的障碍是简单的经济学，”霍尔德伦说，“在美国、印度或中国，没有捕获碳的激励措施。推动IGCC向前发展的最重要的事情将是采取强制性的全经济范围‘总量管制与交易’方法，对二氧化碳排放定价，这是参议院去年夏天通过的一项决议所建议的。”
尽管参议院的决议无果而终，但华盛顿特区自然资源保护委员会气候中心主任大卫·霍金斯（David Hawkins）坚信，随着全球变暖的影响变得无法忽视，政治格局将会改变。这种变化的迹象在几个州已经显而易见——最明显的是加利福尼亚州，州长阿诺德·施瓦辛格已提出立法，要求到2020年将温室气体排放量减少25%。当政策发生转变时，经济也会随之而来。“我们正在与华尔街投资者交谈，告诉他们，如果有人想借10亿美元建造一座燃煤电厂，而你不问他们控制二氧化碳的策略，那么你正在进行一项非常糟糕的投资，”霍金斯说。
另一方面，波尔克发电厂一直是一项非常好的投资。坦帕电力公司实际上从IGCC工艺从煤炭中去除的污染物中赚钱。该公用事业公司将从合成气中捕获的硫卖给化肥行业。煤炭剩余的炉渣卖给水泥行业。所有的浆料水都循环回气化炉；没有废水，固体废物也很少。“几乎没有什么会进入垃圾填埋场，”肖特说。
然而，当我离开波尔克并遇到一辆满载54吨黑岩的自卸卡车时，这种一尘不染的形象开始瓦解。每隔15分钟左右，24小时不停歇地，另一辆卡车驶来，满足该电厂每天2400吨的煤炭消耗量。毫无疑问，其中一些煤炭曾埋藏在西弗吉尼亚州的一座山下。而煤炭故事的这一章，绝不整洁。
在西弗吉尼亚州古老山脉的一个夏初多雨的下午，拉里·吉布森向我展示了煤炭的另一面。我们身处阿巴拉契亚山脉中心地带的凯福德山顶，穿过吉布森家族居住了200多年的50英亩阔叶林。许多代煤矿工人都埋葬在这座山上的家族墓地里。当我们行走时，一阵低沉而持续的轰鸣声穿过茂密的云杉、枫树和铁杉林。那是山峦垂死的声音，它来自前方不远处，森林在那里戛然而止，变成500英尺高的陡峭悬崖。
在我们下方，一直延伸到雾蒙蒙的地平线，是一个荒凉的灰黑色岩石和碎石坑，14个月前，这里曾是一座森林茂密的山。我们听到的刺耳轰鸣声是由我见过的最大推土机发出的。它的铲刃高12英尺，宽18英尺。数百英尺高的山体已被炸成碎片，以暴露一条富饶的煤层；推土机正在进入收割这些宝藏。这就是山顶移除采矿，少数人操作一些有史以来建造的最大的车辆，可以在几个月内夷平整座山。
“我现在能数出这个工地上有9个人，最多15个，”吉布森说，他是一个满头白发、60岁的像山地侏儒般的人。“他们在这里工作了14个月。14个月里做了很多事——山峦的形成用了数百万年，而夷平它们却眨眼之间。这是我一生中见过最疯狂的事情。”
像该地区成千上万的其他目睹社区被采矿影响摧毁的人一样，吉布森嘲笑煤炭是清洁或绿色的说法。超过7%的阿巴拉契亚森林——世界上最多样化的温带森林——已被山顶移除采矿彻底摧毁。“有些人喜欢谈论煤炭的低成本，”他说，“这他妈的怎么能叫便宜？”
环境法规执行不力，导致采矿公司摧毁了整个阿巴拉契亚地区的社区，污染了地下水。我拜访了一个家庭，他们的自来水中充满了硫磺味。砷、苯和其他采矿废物污染了许多地区的饮用水，这可能就是阿巴拉契亚癌症发病率异常高的原因。而且，煤矿开采的死亡率比石油和天然气开采高60%。当我向西弗吉尼亚州怀特斯维尔的当地活动家、煤矿工人的女儿朱迪·邦兹（Judy Bonds）提及清洁煤技术时，她嗤之以鼻：“即使发电厂烟囱里能冒出棉花糖，你也洗不掉煤炭上的血迹。”
即使IGCC无法解决从地下开采煤炭的危险，它至少提供了一种控制燃烧（或气化）煤炭产生的一些最危险副产品的方法。对于一些被捕获的污染物，比如飞灰，这只是简单地将废物填埋到垃圾填埋场。二氧化碳则是一个棘手得多问题。关于如何以及在哪里安全地储存它几乎永久的研究才刚刚开始。
2005年9月，一个由世界上几乎所有国家的科学家组成的联合国组织——政府间气候变化专门委员会发布了一份报告，估计有2万亿吨二氧化碳可以储存在旧煤矿、废弃的油气田以及世界各地的各种其他地质构造中。这是一个巨大的储量，即使与人类目前燃烧化石燃料的速度相比也是如此。“估计的存储容量大约是人类每年产生二氧化碳总量的80倍，”普林斯顿大学物理学家罗伯特·索科洛夫（Robert Socolow）说，他是碳减排倡议的联席负责人。“燃煤发电厂约占二氧化碳总量的25%，所以这相当于320年的燃煤发电排放量。”
三个大型碳储存或封存项目正在测试有效埋藏二氧化碳的方法。世界上最古老的碳封存实验于1996年在北海油田启动。挪威国家石油公司Statoil从天然气中提取二氧化碳，每天将2800吨二氧化碳泵入北海海底3000英尺深处，将其困在砂岩中。一层250英尺厚的页岩覆盖了整个砂岩地层，似乎是防漏的。Statoil估计，欧洲所有发电厂未来600年的二氧化碳排放量都可以储存在该地层中。
加拿大卡尔加里的恩卡纳石油公司（EnCana Petroleum）正在进行北美首个大型碳捕集与封存项目。该公司从一家美国公用事业公司购买二氧化碳，并将这种气体泵入萨斯喀彻温省南部的地下，以驱出原本无法回收的石油。在该项目运行的六年期间，没有迹象表明任何气体泄漏。恩卡纳最终预计将在地下储存约2000万吨二氧化碳。第三个项目在阿尔及利亚的萨拉赫，预计每年将在天然气井中储存120万吨二氧化碳。
“我们将会有更多关于如何放置这些东西的想法，”索科洛夫说。“在未来的几十年里，我想我们会对我们能接触到的地层有所了解，并且数字会上升。当然，我们可能会发现我们过于乐观，数字会下降。但是我们必须开始行动并学习这个课题。这就像勘探一样；你会遇到一些不成功的，也会遇到一些好的。这是一个‘边学边做’的过程——但我们已经准备好开始了。”然而，如果缺少能够吸取二氧化碳（和其他污染物）以便进行掩埋的发电厂，世界上所有的存储能力都将毫无意义。未来十年新增的九座IGCC发电厂，对解决这个问题来说，只是杯水车薪。
大多数煤炭行业的人认为市场力量会解决这个问题，布什政府也持这种可疑的观点，但这似乎不太可能，除非IGCC技术变得更便宜，或者碳排放的成本上升。能源部正计划通过一个名为FutureGen的项目来启动这项技术，这是一个耗资10亿美元的IGCC试点电厂，将整合碳捕获和储存技术——一个真正的零排放电厂。但该部门甚至尚未选择FutureGen的建设地点，该电厂可能要到2012年才能完工。
一些公司并没有等待FutureGen的启动。瑞典公司Vattenfall正在支持一种名为富氧燃烧的技术，该技术在无氮气氛中燃烧煤炭。到2008年8月，该公司预计将在柏林附近建成一座30兆瓦的发电厂，该厂将捕获并将二氧化碳储存在柏林以外的一个含水层中。BP正计划在洛杉矶以南20英里处建造一座以氢气为燃料的500兆瓦发电厂。该厂将于2011年竣工，届时将利用石油焦（一种炼油副产品）制氢，在此过程中每年在加利福尼亚的油田中储存多达400万吨二氧化碳。然而，这些也只是人类产生碳排放中的沧海一粟。
那么，无排放煤炭技术如何才能成为主流呢？霍尔德伦认为，气候变化日益增多的证据将促使世界采取行动。“我相信，到2010年，所有工业化国家都将采取强制性的全经济范围措施，到2015年，主要发展中国家也将如此，”他说。戈达德空间研究所的詹姆斯·汉森认为，中国和印度将出于纯粹的自身利益做出这一决定，因为海平面上升可能使两国沿海大量人口面临风险。中国已承诺到2020年将工业能源效率提高43%。
“情况可能一夜之间发生变化，”研究古代气候和碳捕获的哈佛大学地球化学家丹尼尔·施拉格（Daniel Schrag）也同意。“想想2001年8月参与机场安保工作。你根本无法与交通部副部长见面。而现在，一个月后，你却在椭圆形办公室会面。”
施拉格表示，清洁煤的成本出人意料地适中。“目前，我们每年将约25亿吨燃煤碳排放到大气中。捕获和储存的量级估算约为每吨100美元。这25亿吨每年仅需2500亿美元——约占全球GDP的0.5%。这是一笔巨款——需要政治意愿——但这并非荒谬的金额。”
就背景而言，施拉格将这一成本与其他我们愿意为安全支付的方式进行比较。“彻底解决气候问题——完全重建我们的能源基础设施——大约是一项每年4000亿美元的计划。美国所占份额可能为1000亿美元。与国防开支相比，这不算多。与伊拉克战争相比，这也很少。如果我们真的感到害怕，我们可以在短时间内做很多事情。”
