25年前，我们所知的美国文明似乎处于严重危险之中。1973年中东战争期间，阿拉伯国家切断了对美国的石油供应，汽油价格突然上涨40%，恐慌随之而来。驾车者在加油站排长队，紧张气氛蔓延导致打架甚至偶尔发生枪击事件。汽车制造商争相调整生产线，生产节油型紧凑型汽车，而不是耗油的庞然大物。企业家们投入数百万美元到新兴的太阳能和风能公司。政治家们滔滔不绝地谈论集体勒紧裤腰带的必要性，并向房主提供节能隔热的所得税抵免。与此同时，末日情景预测化石燃料短缺将持续增加，到2000年油价将达到每桶100美元。
出乎意料的是。末日已至，石油售价为每桶10至15美元，而不是100美元。经通货膨胀调整后，今天的汽油比阿拉伯石油禁运前更便宜。事实上，世界似乎石油过剩。
今年，世界各地的油井——从沙特阿拉伯的沙滩到巴西海岸附近的深海大陆架——每天将泵出约7500万桶石油以满足需求。这大约是每年250亿桶，并且这个数字正以每年2%到3%的速度增长。除非发生全球经济衰退，美国能源信息管理局认为到2020年，世界每天将消耗约1.1亿桶石油。而且看起来到那时我们也不会短缺。“对于那些记得七十年代的人来说，这很难接受，但我相信我们永远不会像悲观主义者曾经认为的那样‘耗尽’石油，”麻省理工学院政治学家迈克尔·林奇说。
“人们认为地球上的石油储量就像银行账户里的钱一样，”剑桥能源研究协会主席丹尼尔·耶金补充道。他撰写了《石油的史诗》和《制高点：市场力量与能源产业研究》。“但实际上，我们可用的最终数量是由经济和技术共同决定的。”因此，尽管美国已经将其国内一半以上的石油储量用于其能源饥渴的经济，但由于石油技术的进步以及在西非、哥伦比亚和俄罗斯发现的巨大新油田，七十年代的悲观预测得以避免。哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站能源研究中心主任罗杰·安德森预计未来也会如此。“如果你付给聪明人足够的钱，”他说，“他们就会想出各种方法来获取你需要的石油。”
如今，许多创新者正在探索水下新油源。地质学家已经完善了海底地质的地震成像技术，希望能够开采像里海在哈萨克斯坦下方那样的巨大新油田。该地区可能蕴藏惊人的2000亿桶石油——使其成为有史以来发现的最大油盆之一。钻井公司现在可以深入海底一英里以上。无人潜水器配备机械臂，引导钻头进入海底。墨西哥湾可能总共生产150亿桶，巴西海岸300亿桶，安哥拉海岸和西非其他地区再生产300亿桶——总计约750亿桶。“这种超深水钻探进入了科幻小说的领域；这是以前没有人相信可能实现的，”林奇说。到2005年，全球五分之一的石油可能来自这种深水钻井。
这一巨大的回报促使石油公司之间分散勘探风险。雪佛龙与其他石油公司组成的联合体最近在墨西哥湾7718英尺深的水域钻探了一口勘探井，这个深度是帝国大厦高度的五倍。“格洛马探索者号”是一艘618英尺长的前中情局船只，在尼克松政府时期建造，用于打捞沉没在太平洋深处的苏联核潜艇，后来被改装成深水钻井船。由于在这种深度无法抛锚，该船通过全球定位卫星系统识别经纬度，悬停在钻探点上方。船员首先将21英寸宽、重达一百万磅的钻杆通过船上的一个孔放入水中。一旦钻头到达海底，它又钻了10000英尺，直到达到17000英尺——超过三英里。
但是，在花费了2000万美元的工作之后，据说这口井是干的。如果是这样，这并不罕见：大约一半的预期井都如此。“但那个深度有很多石油可以找到，”安德森预测。“最大的新闻是，可以以盈利的方式将其开采出来。”船员们应该很快就能在更深的水域钻探。格洛马探索者号不能在水深超过8000英尺的地方使用，因为它无法在承受百万磅重的钻杆时保持稳定。但是新的大型船只正在建造中，它们可以将钻杆下放至10000英尺甚至更深。
石油的起源
与广泛分布于世界各地的煤炭不同，石油更难发现和开采。煤炭是在古代沼泽中植物被沉积物掩埋的地方形成的，但石油（包括原油和天然气）的形成需要几个条件。
首先是浅海中藻类和其他微生物的堆积，就像大陆在数亿年中漂移和重新聚合时周期性形成的那样。其次，这些微生物必须被困在淤泥中，这可能发生在巨型河流排入浅海的地方。“那里不会有太多氧气，所以它们被保存下来而不是腐烂，”哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的研究员罗杰·安德森说。最后，这些死亡微生物池必须经受正确的条件——比如，在大约150度的温度下，承受数百万年的压力。这种长时间的加压烹饪导致化学反应，将材料中的蛋白质、碳水化合物和其他化合物转化为原油。如果温度上升到大约200度，结果将是天然气。
无论在哪里发现石油，它总是表明该地区曾经位于停滞海的底部。而在犹他州的盐湖和黑海等地，石油今天仍在形成。在加利福尼亚湾，靠近科罗拉多河三角洲，研究人员取出一份泥浆样本，发现其中含有石油——这无疑表明，在下方某个地方，石油正在形成。安德森说，这可能在将来成为一个富油省份，但不要急于竞标勘探权。“它需要大约1000万年才能准备好。”
即使是最恶劣的地方也正在变得适合钻探。十年前，在纽芬兰海岸200多英尺深的水域发现了石油。由于该地区有冰山流过，普通石油平台无法工作。然后，一群石油公司雇佣的工程师设计了一个防冰山巨物。它的基座是一个巨大的16角星，由65万吨混凝土和钢材制成。（这些旨在偏转和破碎冰山的角尚未真正与冰山相撞。）价格：40亿美元。这个名为“海伯尼亚”的平台预计在15到20年内开采6.15亿桶石油。与沙特阿拉伯油田的2000亿桶相比，这不算多。但它很好地说明了石油公司是如何拓展业务，从不可能的地方榨取石油的。
了解你的碳氢化合物
化石燃料——称为泥炭、煤、石油和天然气的碳氢化合物——由深埋和保存的有机物质的成分形成。它们之所以是很好的燃料，是因为碳和氢之间键合中储存的能量丰富，并且在与氧气燃烧时易于释放。有些碳氢化合物比其他碳氢化合物更简单。例如，煤主要由碳组成，而石油（包括原油和天然气）主要由碳和氢组成。然而，原油绝非简单。它由许多不同大小的碳分子组成。最轻的——碳链最短的——是很好的发动机燃料，因为它们在发动机中容易汽化。最重的碳氢化合物形成粘稠的油、石蜡和沥青。但即使是更长的碳链也可以通过化学分解——在称为裂解的过程中——来制造由较轻分子组成的燃料。以下是一些在原油中更广为人知的碳氢化合物
甲烷 CH4（气体）
乙烷 C2H6（气体）
丙烷 C3H8（气体）
丁烷 C4H10（气体）
戊烷 C5H12（液体，存在于汽油中）
己烷 C6H14（液体，存在于汽油中）
庚烷 C7H16（液体，存在于汽油中）
辛烷 C8H18（液体，存在于汽油中）
十五烷 C15H32（液体，存在于煤油和喷气燃料中）
二十四烷 C24H50（液体，存在于润滑油中）
“人们认为石油工业是一个落后、19世纪的工业，人们随意钻孔，”耶金说。“但事实上，除了军事，它已成为世界上可能最大的计算机技术消费者。”由于石油分布在地球的裂缝和孔隙中，典型油井中高达70%的石油过去常常被困在地下。因此，任何增加单个油井产量的因素都会对生产产生巨大影响。所有大型石油公司都开始利用3D地震成像和计算机控制传感器来探测油井中石油口袋的位置，从而开采难以触及的油藏。一旦钻井完成，钻头可以横向引导穿过地面以寻找石油。
“没有特定的技术，也没有灵丹妙药可以延长石油供应，”林奇说。“但周围确实有很多‘铜子弹’。”
最有前途的“铜子弹”是将天然气转化为汽油和柴油等燃料的新技术。多年来，天然气主要用于发电和为厨房炉灶以及一些家用炉灶提供燃料。在阿拉斯加的油田，它被抽回地下以维持油井压力。在尼日利亚和中东，它被简单地燃烧掉。但这种浪费很快将成为过去。
化学工程师很久以前就搞清楚了如何将天然气转化为液体燃料，但这个过程从未具有成本效益。“二战末期纳粹这样做是因为他们别无选择，”安德森说。南非人在种族隔离期间的国际抵制中也效仿了。“没人会卖给他们石油，”他指出，“他们必须自己想办法制造。”然而，有一个显著的缺点：成本过高。安德森说，二十年前，一个每天生产10万桶液体燃料的天然气厂将耗资约1000亿美元建造。但现在公司正在大规模生产并采用更好的技术，建造天然气厂的成本已经大大降低。如今，一个天然气厂只需100亿美元即可建造，从而将从天然气生产一桶燃料的总成本降至20美元以下。
“这将有效地为任何人收取一桶石油的价格设定上限——这是历史上从未有过的，”安德森说。“一旦有人试图收取高于这个价格的金额，人们就会转向天然气衍生燃料。”
据大多数估计，有足够的天然气可以生产约1.6万亿桶石油。大部分天然气可能不会转化为石油。尽管如此，这个数字还是暗示了世界储量的规模：超过有史以来消耗的所有石油——大约8300亿桶——足以以目前的消耗速度为世界提供约60年的燃料。而且可能还有更多。前壳牌地质学家，现科罗拉多大学地质学兼职教授约翰·爱德华兹认为，另一种形式的天然气的水下矿藏可能会使总储量达到5万亿桶。
在世界许多地方，海底含有被困在称为水合物的冰晶中的天然气。通过将管道放入地下并提取泥浆和晶体核心来开采水合物。爱德华兹说，问题是除非核心得到妥善保存，否则地表压力和温度的变化可能导致其爆炸。但这并没有阻止日本人，他们计划钻探并查看开采这种燃料是否可行。回报可能巨大。“被困在水合物中的天然气至少与已发现的天然气一样多，可能更多，”他说。
数英里的甲烷
丰富的天然气可以使汽车文化持续多年。石油公司正在制定策略，将天然气转化为汽油和家用取暖油等液体燃料——价格低于每桶20美元。
天然气，化学上称为甲烷，是地球上最简单的分子之一：一个碳原子被四个氢原子包围。将其转化为液体需要一些技巧。首先，化学家通过将甲烷与氧气混合，加入催化剂并加热来释放氢与碳的键。然后碳原子与嗜电子的氧气形成新的键，产生一氧化碳和氢气的混合物，称为合成气。这种气体成为液体燃料更大分子的组成部分。
下一步涉及另一个化学过程，将合成气中的一氧化碳和氢结合成复杂的燃料，如汽油（含有多达八个碳原子的碳氢化合物）或更重的产品，如煤油、柴油和润滑油。目标是创建长度恰好合适且反应性足以在发动机中轻松燃烧的碳链。因为这些更大的分子沸点高于天然气，所以它们以液体形式存在。“诀窍是调整过程，使你不会产生大量蜡，蜡的每个分子中含有许多碳原子，而且非常非常重，”加拿大安大略省CANMET能源技术中心的化学工程师萨法·福达说。
天然气衍生的燃料比原油衍生的燃料燃烧更清洁，因为它们不含氮、硫或环状碳等臭名昭著的空气污染物。唯一不能从天然气中生产的是沥青，它是原油精炼过程结束时留下的重质残渣。
当天然气供应开始枯竭时，石油公司将专注于从更难开采的地方提取可用燃料。加拿大人已经开始开采阿尔伯塔省的油砂，那里估计蕴藏着3000亿桶石油。委内瑞拉人也开始开采奥里诺科泥浆带的固体沥青沉积物，其中含有多达1万亿桶石油。如果这些供应耗尽，还有煤炭——所有燃料中最丰富且对环境破坏最大的。世界90%的化石燃料都蕴藏在这些沼泽遗迹中。开采并将其转化为液体燃料（这是一个尚未完全掌握的过程）可以提供长达一千年的供应。
这种源源不断的创新让人们对即将到来的石油短缺的担忧听起来过于悲观。然而，并非所有人都接受这个观点。怀疑者之一是石油地质学家科林·坎贝尔，他是日内瓦咨询公司Petroconsultant的顾问，也是《即将到来的石油危机》一书的作者。坎贝尔认为，当然，我们可以找出提取石油和其他燃料的新方法，但这种技术的收益还遥遥无期。在他看来，石油丰富的时代可能很快就会结束。
“我在我的职业生涯中走遍了世界，研究油田，无论走到哪里，都是这些限制让你感到震惊，”他说。“每个油田都是一遍又一遍的同样的故事。石油会枯竭。”油井按照大致的钟形曲线产出黑金，在油井30年寿命的前半段产量上升，然后下半段降至零。阿拉斯加到北海等1970年代发现的大型油田已经接近产量高峰。更糟的是，他认为，石油发现的数量在1960年代达到顶峰。如今，每生产四桶石油才发现一桶新石油。“到目前为止，整个世界都已经被彻底勘探，所以很明显，除了里海之外，没有新的可与北海和阿拉斯加相媲美的油田等待发现，”他说。他相信，四年之内，全球石油总产量将达到顶峰，然后下降，导致局部短缺。
届时，中东国家的增产可以填补缺口——使世界再次容易受到石油禁运的影响。今年春天，沙特阿拉伯、伊朗、墨西哥、阿尔及利亚和挪威联合起来，通过小幅削减石油产量来支撑价格。坎贝尔认为，这些国家最终可能获得对市场的更大控制权，并随意定价。“我预想几年内会发生石油价格冲击，”坎贝尔说。“在今天的油价从未如此低的情况下，这听起来很奇怪。但它们很容易就会翻倍。”
坎贝尔的预测可能比大多数人更为悲观，但即使那些相信石油将继续丰富的人也预见到不同的末日。一个吞噬石油的经济对地球并不好。所谓的温室气体——主要是水蒸气和二氧化碳——通过捕获太阳热量使其在地球上辐射回来，使地球温暖宜居。当人类燃烧碳氢化合物或化石燃料时，碳与氧气反应。结果：空气中更多的吸热二氧化碳。自1850年左右工业化开始以来，二氧化碳水平已从每百万分之280增加到今天的约365，国家海洋和大气管理局的彼得·坦斯说。没有人能精确预测这种大气增加的影响，但全球变暖、海平面上升和气候变化是令人不安的可能性之一。随着燃烧更多的燃料，问题可能会变得更加明显。如果我们所有的石油、天然气和煤炭资源都被燃烧，“那可能会使二氧化碳水平增加十倍，”坦斯说。“到那时我们肯定不会再争论细枝末节了。”
环保主义者曾希望石油短缺能减少二氧化碳排放，但这似乎不再可能。只有自愿限制，或者更可能的是对化石燃料消费征税和激励开发替代燃料才能减少排放。1997年京都会议——关于化石燃料使用的世界会议——产生了一项由少数高度工业化国家达成的协议，即到2010年将碳排放量降至1990年的水平。它没有产生的是如何精确实现这一点。当然，有些人看到太阳能、风能甚至地热能等可再生能源的令人鼓舞的增长。如果油价开始上涨，这些替代品最终可能会与传统能源竞争。但随着油价下跌——自1980年高峰以来每年平均下降2%——“这可能会将经济可行性的日期推迟长达25年，”林奇说。
事实上，完美的解决方案已经存在：一种无碳燃料电池，它能从水或酒精等分子中提取可燃氢，燃烧时只产生水。但这项技术的成本仍然高得令人望而却步。在一个石油充裕的世界里，很少有公司和政府愿意在替代燃料技术上投入巨资。即使他们这样做了，对廉价石油的依赖很可能仍会持续下去。
“我们很容易就能转换燃料，但基础设施的转换将要困难得多，”爱德华兹说。世界是为石油而生的。“我们全球有数十万个加油站。这种转换一旦到来，将是缓慢的。而且肯定不会是自愿的。”美国能源部能源和国际分析司前主任阿瑟·T·安德森说，化石燃料消耗预计将不断增长，问题不是我们什么时候会耗尽石油，“而是我们该如何应对温室效应？”
有鉴于此，关于石油未来最严重的预测可能不是其即将到来的短缺，而是其难以想象的丰饶。
