石油产业对环境的影响

由于石油有多种用途，石油产业对环境的影响（Environmental impact of the petroleum industry）涉及的层面非常广泛。现代人类日常生活和世界经济仰赖的一次能源和原材料均来自原油和天然气所提供。两者在过去150年的供应量迅速增长，以满足快速增长的人口、创造力、知识和消费主义的需求。

在石油和天然气的开采、精炼和运输阶段中均会产生大量有毒和无毒废弃物。一些副产品/事故，如挥发性有机物（VOC）、氮和硫化合物以及油外泄，如果对其管理不当，会让空气、水和土壤受到污染，到对生命有害的程度。由于各方均大量使用石油产品，所排放的二氧化碳和甲烷等温室气体，以及黑碳等微粒气溶胶，是加剧气候变化、海洋酸化和海平面上升的重要原因。

燃烧化石燃料是人类活动中导致地球生物圈中碳持续积累的最大来源。国际能源署和其他机构报告说在2017年，因使用能源而释放到大气中的创纪录328亿吨二氧化碳中，由石油和天然气产生的占55%以上（180亿吨）。其余45%中大部分来自煤炭。几乎每年的排放量均呈上升趋势：2018年的排放再增加1.7%，达到331亿吨。

在2017年的二氧化碳总排放量中，石油产业本身直接产生的约占8%（27亿吨）。由于这个产业有意或因其他原因而释放至少有7,900万吨甲烷进入大气（为24亿吨二氧化碳当量），约占所有已知的人为和自然排放的强效温室气体（甲烷）的14%左右。

石油产业除能生产汽油和液化天然气等燃料之外，还可生产许多消费性化学品和产品，例如化学肥料和塑料。因为石油具有多种用途，大多数用于能源生产、运输和储存的替代技术，目前是因为有石油才能实现。要实现环境的可持续性，必须透过产业及消费者共同保护大自然、提高效率和尽力降低废弃物影响，才能有效达成。

## 一般问题

### 有毒化合物

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石油是种包含多样成分的复杂混合物。这些成分包括直链、支链、环状、单环芳香烃和多环芳香烃。石油的毒性可使用其每个单独成分在水溶性下的毒性来理解。有许多方法可用于测量原油和石油相关产品的毒性。某些分析毒性水准的研究可使用目标脂质模型或使用有色染料的比色分析来评估毒性和生物降解性。

不同的石油和相关产品具有不同程度的毒性。毒性水准受许多因素的影响，例如风化作用、溶解度以及持久性等化学特性。较高可溶性和较低分子量物质受升高风化作用的移除，往往可把毒性降低。高溶解性物质与较不易溶于水的相比，往往毒性较高。通常，碳链较长且苯环较多的油类具有较高的毒性。苯在石油产品中的毒性最高。除苯以外，其他剧毒物质还有甲苯和二甲苯 (BETX)。毒性最低的是原油和机油。

不同种类的石油产品具有不同程度的毒性，但都会对人类健康和生态系统产生不利影响。其中的例子是某些哺乳动物的消化系统受到乳化油脂的影响，吸收营养素的能力会降低，而导致死亡。进一步的症状包括有微血管破裂和出血。食物链会受到藻类生产降低的影响，导致某些物种的生存受到威胁。石油对鱼类具有“急性致死性”能力，也就是说，在浓度为百万分之4,000 (4,000ppm，0.4%)时可迅速杀死鱼类。石油产品的毒性也威胁到人类的健康。其中许多化合物具有剧毒，可导致癌症（致癌物质）以及其他疾病。在台湾的研究发现居住在炼油厂附近与婴儿早产有关联。原油和石油馏出物会导致先天性障碍。

原油和汽油中均含有苯，会导致罹患白血病。它还会降低人体的白血球数量，让人较易受到感染。“研究显示，在连续接触仅十亿分之几 (ppb) 的苯达5-15年，与会罹患致命的白血病、霍奇金淋巴瘤和其他血液和免疫系统疾病有关联。”

天然气和石油含有少量在采矿过程中释放的放射性同位素。卤水中含有高浓度的此类元素是个技术和环境上令人担心的问题。

### 温室气体

不同来源的二氧化碳排放，持续叠加后的结果（来源:全球碳计划）

开采石油会把被封存的地质碳引介进入生物圈，而把地球的碳循环平衡破坏。消费者使用碳（大部分是经过燃烧）会产生大量的温室气体（二氧化碳），并进入大气。当天然气（主要是甲烷）在未经燃烧而进入大气时，是个威力更强的温室气体。

从第一次工业革命（约1750年到1850年之间）开始，随着不断的燃烧木材和煤炭，大气中二氧化碳和甲烷的浓度分别增加约50%和150%，超越过去80万多年的相对稳定水准。

目前两者都以每年约1%的速度增加之中。每年温室气体排放量的增长飞快，过去30年开采的化石燃料总量已超过人类有史以来开采的总量。

### 微塑料

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石油让塑料能以极低的成本制造出范围广泛、数量巨大的消费产品。年增长率接近10%，由其制成的一次性用品会产生大量随处任意抛弃的现象。

大多数塑料都未被回收利用，随着时间进展，它们会碎裂成越来越小的片或粒。所谓微塑料是尺寸小于5毫米的碎片。在地球表面几乎每处的空气、水和土壤样本中均有微塑料的踪迹，而且也可在越来越多的生物样本中发现。塑料废弃物在环境中积累，其长期影响正由科学家评估中，但迄今大多尚属未知。微塑料之所以会受到关注，是因为它们会吸附污染物，并具有生物累积的效果。

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这些颗粒被海洋生物摄入，最终就是进入其消化腺、循环系统、鳃和内脏等组织。当这些生物被捕食，并在食物链中向上移动时，颗粒最终会对更大的生物，甚至是人类造成风险。微塑料对各种生物体具有许多风险。已知的有扰乱桡足类的藻类摄食、增加死亡率和降低生育率。对贻贝，已知微塑料会阻碍滤食且诱发发炎反应。由于大多数海洋生物在被人食用前都已去除内脏，因此仍缺乏这类颗粒最终如何影响人类的数据。虽然如此，它们对环境的影响已有据可查，其破坏程度也广为人知。

## 地方性和区域性影响

石油的某些负面影响可能仅限于其生产、消费和/或处置的所在。在许多情况下，如果消费者采用负责任的态度利用与处置时，可把影响降低到安全水准内。特定产品的生产商可通过生命周期评估和环境设计进一步把影响降低。

### 空气污染

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#### 尾气排放

石油产业在整个生产链的每一阶段（从开采到消费阶段）都会发生排放。在开采阶段，气体释放和常规天然气燃除不仅会释放甲烷和二氧化碳，也会释放其他污染物，如一氧化二氮和气溶胶。某些副产品包括一氧化碳和甲醇。当石油或石油馏出物在燃烧时，通常燃烧并不完全，而留下非水或二氧化碳的副产品。虽然污染物数量巨大，但某些污染物的数量和浓度存在差异。在石油的提炼阶段，也会让邻近城市受到大量污染。由于石油具有毒性，污染增加后会对人类健康产生不利影响。一项针对台湾炼油厂影响的研究发现，住在炼油厂附近的母亲与远离炼油厂的相比，有较高的早产率，在婴儿出生体重方面也存在差异。此外，煤烟的微细颗粒会让人类和其他动物的肺部变黑，并导致心脏问题或是死亡。煤烟会致癌。

#### 挥发有机物蒸气侵入

挥发性有机物（VOC）是由不同固体和液体生成的气体或蒸汽。汽油、柴油或喷射燃料等石油碳氢化合物从地下储罐或棕土（被弃置但仍可重复使用的工业或商业用地）溢出，侵入室内空间，会造成安全威胁（例如具有爆炸潜力），并对吸入者造成不利的健康影响。

### 酸雨

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由于燃烧石油、煤炭和木材，会让酸雨发生率增加。燃烧会增加一氧化二氮以及二氧化硫（来自石油中的硫）的排放。这些副产品与大气中的水结合会形成酸雨。大气中硝酸盐和其他酸性物质浓度增加，会对降雨的pH值有显著影响。美国和欧洲针对过去100年的数据样本分析显示，大气中由燃烧产生的一氧化二氮排放量有所增加。这些排放量大到足以让降雨酸化。酸雨对大型的生态系统有不利影响。例如酸雨可导致树木死亡、酸化湖泊，及让其中鱼类死亡。珊瑚礁也会被酸雨破坏。酸雨还会导致机器和建筑结构（需要大量资本投资）腐蚀，并导致如罗马和希腊的大理石造考古遗迹缓慢崩解。

### 油外泄

所谓油外泄，是人类把石油释放进入环境，特别是海洋的一种污染形式。这个名词通常适用于海上石油泄漏。石油泄漏通常发生在海洋或沿岸水域，但也会发生在陆地上。泄漏可能由于原油从油轮、管道、轨道车辆、石油平台、钻机平台和油井中泄漏，但也有精炼石油产品（如汽油、柴油）及副产品、船舶使用的重油，或任何油性废弃物或废油的泄漏。

著名大型油外泄事件包括有：1910年美国加利福尼亚州的Lakeview Gusher油井喷发事件、1991年海湾战争油外泄事件和2010年墨西哥湾漏油事故。溢出的石油会渗入鸟类羽毛和哺乳动物皮毛，降低其绝缘能力，使它们更容易受到温度波动的影响，并大幅降低在水中的浮力。外泄发生后，清理和恢复工作甚为困难，取决于许多因素，包括油的类型、水温（影响到蒸发和生物降解）以及所处海岸线和海滩的类型。污染牵涉到的其他长期影响有残留物的持续进入和环境自我清洁的速度。清理工作可能需要数周、数月，甚至是数年才能完成。

### 废油

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废油是指含有分解产物，还含有使用过程中产生杂质的油料。例如使用过的液压油、自动变速箱油、制动液、机油、曲轴箱油、齿轮油和合成润滑油。许多与天然石油相关的问题同样存在废油中。当车辆的废油从发动机中滴落到街道和道路上时，有可能把其中有毒性的苯带入地下水中，而污染到土壤和饮用水。雨水径流将废油带入河流和海洋，造成水体污染。

### 采出水和钻井废弃物排放

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开采石油而产生的采出水（PW），经排放后会导致多环芳香烃(PAH) 进入海洋。位于北海、英国和挪威的油田每年会排放约4亿吨采出水。PW是进入海洋环境中最大的排放来源，均因海上石油和天然气的生产作业而产生。PW所包含的物质取决于油田当地的地质特征。但主要均包含类似的物质组合，例如地层水、石油、天然气、卤水和为作业而使用的化学品。地层水的成分与PW相同，也取决于当地环境，它主要包含有溶解的无机和有机化合物。在2017年，有129吨多环芳香烃随同PW被排放。由于PW中含有有害化学物质，会引起周围环境的毒性反应。例如在挪威大陆架 (NCS) 所做的调查发现，经由PW释放的多环芳香烃是造成贻贝和大西洋鳕生物变化的原因。PAH累积导致贻贝中的去氧核糖核酸（DNA）和消化腺组织产生化学损伤。多环芳香烃也对人类健康构成严重威胁。长期接触与一系列健康问题例如肺癌、皮肤癌、膀胱癌和胃肠道癌有关联。

## 全球影响

### 气候变化

由石油的开采、提炼、运输和消耗所产生的排放，导致自然环境中温室气体水准的变化，其中最显著的是二氧化碳的排放。二氧化碳是种温室气体，会吸热以保持地球温度不低于冰点，但因石油产业等原因而产生的过量二氧化碳最终让不平衡发生。

1903年诺贝尔化学奖得主斯万特·奥古斯特·阿瑞尼斯创建一个数学模型，显示二氧化碳的增加会导致地表温度升高。目前这类排放量已创历史新高，隶属于联合国的政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2007年指出，大气中二氧化碳增加一倍，地球会平均升温3°C。这种数字表示因此造成的气候变化将产生强烈的飓风和风暴、干旱和热浪、以及洪水和更严重的野火更频繁发生。

### 海洋酸化

在碳循环中，二氧化碳会进入海洋，与水分子发生反应并产生碳酸。海洋中碳酸增加会把pH值降低，导致整体酸度升高。第一次工业革命开始，接着出现石油工业，地球海洋的pH值从8.21下降到8.10。数字看起来似乎不大，但海洋酸度已升高30%，而为海洋生物带来很多问题。随着海洋继续酸化，可用于钙化的碳酸根离子日渐减少，表示许多生物体难于构建和维持它们的外壳和骨骼。根据我们目前的二氧化碳增长速度，海洋的pH值到本世纪末可能会降到7.8。

## 补贴

现代社会会透过提供廉价和丰富的能源作为促进经济成长和维持政治稳定的手段。各地政府和经济机构也会提供各行业不同形式的金融支持，包括传统补贴，如直接支付、税收优惠、研发补助和取消已有的环境保护措施。而对化石燃料的支持中，最大的是政府未把废弃物对环境和人类健康影响的大部分成本转嫁出去。

根据国际能源署和经济合作暨发展组织（OECD）的数据，全世界在2010年-2015年间，每年的传统补贴总额约为4,000-6,000亿美元，到2018年，补贴仍接近4,000亿美元，其中40%是用于补贴石油。相较之下，国际货币基金组织（IMF）所属的一个工作组估计，各国在2017年对化石燃料产业的所有补贴总额约为5.2兆美元（占全球国内生产毛额（GDP）的6.4%）。最大的补贴发生在中国、美国、俄罗斯、欧盟和印度，这几国/区域的补贴合计约占总数的60%。

根据理想市场竞争理论，准确反映出产品价格可推动各行业和消费者负起责任，做出减少浪费以应对日后稀少性的选择。取消补贴和实施碳费及分红以反映准确价格会对产品供应面产生最直接的影响。相较之下，一些碳税和碳交易机制是从消费端来反应准确价格。

## 缓解

### 保护与淘汰

世界上许多国家都设有补贴和目的在减少石油和化石燃料使用的政策。例如中国，由提供化石燃料补贴转而提供再生能源补贴。这些政策各有利弊，每个国家都有不同的经验。在中国，由于可再生能源补贴增加，能源系统在三方面获得积极效益。一是转向使用更清洁的能源。二是提高能源效率，三是解决分配和消费不平衡的问题。但从中国的经验来看，也存在挑战，例如最初可再生能源补贴的经济效益低于石油。其他挑战包括高昂的研发成本、不确定性和具有高风险的投资。这些因素促使可再生能源的发展非常依赖政府的支持。但逐步淘汰使用化石燃料和石油也能带来经济效益，例如增加投资。这种策略有助于实现例如因减少污染，进而达成改善环境和健康结果的社会目标。

另一种节约能源和逐步淘汰石油的做法是提高效率，包括采用新技术及改变生产和运输方式。

### 各种替代能源

可替代石油的能源包括“较清洁”的能源，例如可再生能源、天然气或生质柴油。这类替代能源有其优势，也有局限性，会对将来的采用发生影响。

玉米乙醇可做石油的替代品。但通常计算使用玉米乙醇所产生的排放并未把生产玉米过程中产生的其他排放考虑在内。单独使用玉米乙醇的排放虽然远低于汽油，但其生命周期中的整体温室气体排放水准与汽油相似。能减少排放的生物燃料将会是纤维素乙醇。

其他的可再生能源如太阳能、风能、地热能和水力发电等。据说这些能源的排放量要低得多，而且很少会产生副产品。预计世界各处的可再生能源产量都将增长。天然气也被视为石油的替代品。就排放而言，天然气比石油低得多。然而，天然气在大规模生产方面有其局限性。

### 以生物质代替石油

生物质是潜在的石油替代品。潜在的生物质来源包括来自植物纤维材料。塑料可用纤维素制成，植物生产的油脂可代替石油作为汽车燃料。这种产品需要把不同的技术与不同的生物质原料相结合，以生产不同的产品。采用生物质做替代的的好处是减少二氧化碳排放，有新的能源供应，及振兴农村地区的经济。

### 安全措施

另有许多技术可用来减轻石油产业产生的安全和健康风险。包括减少油外泄的措施、防止汽油滴漏而渗入地下水的高架地板和具有双层船壳的油轮。有种相对较新，称为生物过滤的技术可减轻空气污染。这种技术是指利用生物反应器，把可生物降解的VOC或含有无机空气毒素的废气过滤掉。该技术在德国和荷兰成功使用，主要用于气味控制。这种技术成本低，而且能源需求不高。

## 外部链接

- Information about petroleum spills in water from the State of New Department of Environmental Protection
- Safety Data Sheet -- Crude Oil (fscimage.fishersci.com)
- Beyond Katrina: Disaster on the Gulf Coast Continues --- 2010 Gulf of Mexico Oil Spill News, Information & Resources, 2008 Mississippi River Oil Spill Coverage