通過技術(shù)改進(jìn)、加上有效的政策杠桿指導(dǎo)，中國在2020年可以將用水量減少到目前水平以下。

水、土地和礦產(chǎn)資源對我們的生活至關(guān)重要。這些自然資源是食品和飼料的來源，支持著對地球進(jìn)行調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)。能源提供了人類必不可缺的光、熱和交通。

BP公司資助了一項(xiàng)由世界15所頂尖大學(xué)參與的“能源可持續(xù)性挑戰(zhàn)”研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目研究分析了在全球人口持續(xù)增長、溫室氣體排放和氣候變化的背景下，自然資源（水、土地和礦產(chǎn)）約束對能源生產(chǎn)和供應(yīng)的影響。

我們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到自然資源的局限性，以及這些局限與能源之間的關(guān)系。在各種系統(tǒng)的背景下培養(yǎng)對能源問題的全面的技術(shù)性理解、并輔以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，將有助于政策制定者和企業(yè)更好地進(jìn)行決策。

“能源可持續(xù)性發(fā)展”是當(dāng)今世界所面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。更多地了解能源與直接維系我們生活的自然資源之間的關(guān)系，對我們做出正確的選擇至關(guān)重要。

全球可再生淡水資源中的10%為人類所用。這些人類所用淡水中的70%用于農(nóng)業(yè)，其中一半多通過蒸發(fā)再次返回到大氣，其余返回地表和地下水。約一半的工業(yè)用水用于冷卻，特別是用于能源生產(chǎn)的冷卻系統(tǒng)。因而，在這里，我們主要談?wù)劵茉磁c水的使用問題。

水的局限性與能源生產(chǎn)

首先，我要澄清兩個(gè)有關(guān)水的概念：一般說到水的使用時(shí)，有兩層含義，一個(gè)是表示水的取水量，另一個(gè)是表示消耗量。取水量的意思是說，把水從當(dāng)?shù)亓饔蚶锾崛〕鰜磉M(jìn)行使用的量，但水使用后可重新再利用；另一種情況是水從當(dāng)?shù)亓饔蛱崛『鬀]有返回的量，即水被消耗了?；煜∷颗c消耗量的區(qū)別可能導(dǎo)致結(jié)論有失偏頗。

以火電行業(yè)為例，人們通常認(rèn)為火電是一個(gè)耗水的行業(yè)。事實(shí)上，全世界使用淡水大約為4萬億立方米，其中火電行業(yè)取水量為4000億立方米，其中的一半用于冷卻系統(tǒng)，實(shí)際消耗才160億立方米。

這就意味著，被抽取的水資源從地表或地下移走，至少是暫時(shí)性移走。而被消耗的水資源是被抽取水量中未返回到抽水區(qū)所處流域盆地地表或地下水體中那部分水資源。大多數(shù)發(fā)電用取水并未被消耗。

在不同行業(yè)和區(qū)域，對水的依賴程度也不同。由于開采規(guī)模和方法的不同，各行業(yè)和地區(qū)抽取量和消費(fèi)強(qiáng)度也不同。在每個(gè)行業(yè)或地區(qū)中，根據(jù)地質(zhì)情況，當(dāng)?shù)貧夂蚝凸?jié)水技術(shù)投資的差異，用水量也有很大差異。

傳統(tǒng)石油開采中大量使用水資源，但不一定必須使用淡水。在海上油田和中東使用海水和半咸水、以減少淡水消費(fèi)，使淡水消費(fèi)強(qiáng)度降低到零桶淡水/每桶石油。德克薩斯州和加拿大的數(shù)據(jù)表明，雖然每開采1桶石油的采出地層水量在增加，但淡水消費(fèi)量一直保持穩(wěn)定甚至有所降低。

在對全球石油生產(chǎn)地區(qū)的抽樣調(diào)查表明，淡水消費(fèi)強(qiáng)度最高為1.5桶水/桶石油，其中很多開采活動(dòng)的淡水強(qiáng)度都低于這一水平的10%。

與此同時(shí)，我們應(yīng)該注意到，水資源分布的地區(qū)差異也對能源的生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響。清華大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校的“能源可持續(xù)性挑戰(zhàn)”項(xiàng)目主要研究中國的水資源問題。中國人均水資源僅為世界平均水平的1/4，且全國分布極不均。中國北方的水資源在全國總量中的比例不到8%，但卻必須供給1/3的全國人口，灌溉全國2/5的農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)1/3的GDP增長。

在中國，煤炭是能源消費(fèi)的主體。中國使用煤比其他地區(qū)都要多。生產(chǎn)煤的區(qū)域水資源有限，中國政府對水資源非常擔(dān)憂，政策上設(shè)定了水使用量目標(biāo)。如果持續(xù)像現(xiàn)在這樣使用水，超過政府設(shè)定線。同時(shí)，中國仍在煤炭資源豐富但水資源匱乏的地區(qū)發(fā)展水資源密集型行業(yè)（例如煤化工行業(yè)）。

技術(shù)和治理是關(guān)鍵

我們做的研究表明，技術(shù)的改變可以減少用水的使用量。從其他國家例子看，需要資本投入。要做這樣的改變，需要幾個(gè)前提比如政策和成本激勵(lì)機(jī)制。實(shí)際上，不需要使用特別高科技的方式，而是更好的利用現(xiàn)在已有的技術(shù)就可以達(dá)到節(jié)水的目標(biāo)。

我們用“4R”描述對水的管理措施，一是可替代（Replace），用海水、半咸水、產(chǎn)出水和廢水等非淡水水源替代淡水資源；二是再利用（Reuse），相同的水在工業(yè)流程中多次利用；三是再循環(huán)（Recycle），對廢水進(jìn)行處理，使其可以再次使用，取代其他用途所需的淡水。四是地區(qū)責(zé)任制（Responsibility），調(diào)整工業(yè)實(shí)踐，適應(yīng)當(dāng)?shù)厮Y源可用程度和可再生淡水需求。

過去50年，在化石能源開采中，我們試圖利用非淡水替代淡水，降低對水資源消耗。在電力行業(yè)，每年有4000億的水用于冷卻裝置，主要是因?yàn)楹芏喟l(fā)電廠都很老舊。如果我們繼續(xù)使用這樣的設(shè)備，到2030年我們提取的淡水量將增長25%。如果淘汰這些老舊設(shè)備，水資源的使用量可以減少30%。

采掘行業(yè)已經(jīng)開發(fā)了許多采掘過程中減少使用淡水的方法。除了水資源重復(fù)利用和循環(huán)外，使用低品質(zhì)水已經(jīng)在減少淡水需求方面發(fā)揮了很大作用。有一種通過注水驅(qū)油以及驅(qū)油填地層水的方法。每向油層注入6桶水，就可以開采1桶石油和5桶油田地層水。注入水由5桶再利用的采出地層水、0.5桶非淡水和0.5桶淡水構(gòu)成，因此淡水強(qiáng)度就變?yōu)槊客笆?.5桶淡水。

在項(xiàng)目開展過程中，我們發(fā)現(xiàn)可以通過改變用水方式來生產(chǎn)能源。20年前BP一名科學(xué)家做了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。我們一般用咸水?dāng)D壓石頭的縫隙進(jìn)行油氣開采，但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，低鹽度的水?dāng)D壓出來的石油更多。去年我們在一個(gè)新的鉆井平臺(tái)上用了這項(xiàng)研究成果，用淡化后的海水開采石油，效果很好。

在天然氣液化廠中嚴(yán)格的水資源管理能夠消除對淡水抽取的需求。改進(jìn)費(fèi)托合成工藝是現(xiàn)代天然氣液化工廠的核心。首先，天然氣被重整轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫的混合物，生成合成氣。然后，合成氣通過費(fèi)托合成工藝在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠衔?。從水資源使用的角度看，關(guān)鍵點(diǎn)是凈化學(xué)反應(yīng)序列生成富余水。因而，通過精細(xì)化管理來分離和循環(huán)利用生成的水，工藝用水能夠在封閉式循環(huán)中接受管理，為工廠作業(yè)的其他部門提供所需要的用水，甚至提供有用的水產(chǎn)品。在水資源稀缺的情況下，嚴(yán)格的水資源內(nèi)部循環(huán)利用和干式冷卻技術(shù)應(yīng)用，能夠消除抽取淡水的需求。

與此同時(shí)，政策杠桿和成本的作用不能忽略。為了應(yīng)對水資源問題，中國設(shè)定了目標(biāo)，用來限制工業(yè)用水的絕對量。如果不設(shè)定該目標(biāo)，到2030年，工業(yè)用水量至少會(huì)翻一番。在“一切照舊”情境下，即使減少能源需求，這一目標(biāo)值也會(huì)在2020年之前被突破。但是，通過技術(shù)改進(jìn)、加上有效的政策杠桿指導(dǎo)，可以將用水量減少到目前水平以下。

煤炭開采中水資源的循環(huán)利用以及電廠節(jié)水冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用，是顯而易見的解決之道。“能源可持續(xù)性研究”也表明，洗煤過程中水的使用，能夠提高燃煤效率，節(jié)約電廠環(huán)節(jié)的用水。只有通過政策激勵(lì)抵消運(yùn)營成本的增加，才有可能實(shí)現(xiàn)使用精洗煤帶來的更高能效。

當(dāng)然，能源成本自身對水資源的選擇至關(guān)重要。例如，如果淡水必須被泵壓到很高的海拔或者經(jīng)過長途運(yùn)輸交付給消費(fèi)者，水資源運(yùn)輸?shù)哪茉闯杀究赡軙?huì)達(dá)到或超過咸水淡化的成本。在西班牙北部，從埃布羅河運(yùn)水到阿瓜杜耳塞將跨越大約700公里的距離，凈垂直運(yùn)輸高度為1公里，需要消耗超過4千瓦時(shí)/立方米的能源。這將多于將半咸水進(jìn)行反滲透處理的能源需求，說明如果有半咸水供應(yīng)，則本地咸水淡化處理將更節(jié)約能源。