尽管我们大谈特谈不受物理限制的线上未来，但我们日益全球化的经济生活仍然需要实际的人和物的移动，而且常常是长距离的移动。如果没有持续供应史前碳氢化合物，这种移动将停滞不前。地球上超过 95% 的交通工具——从汽车、卡车到货船和巨型喷气式飞机——都依靠石油产品运行，没有它们，我们将很难通勤上班或进口我们的电子产品，更不用说耕种田地或将食物从农场运送到厨房了。就目前而言，我们必须拥有石油。
我们对石油的依赖，与其说是源于石油行业的政治力量，不如说是源于石油本身是一种极好的能源。它比任何其他常见资源都更能将能量浓缩到更小的空间，而且生产它所需的能量也少得多。在中东地区，“容易开采的”石油仍然最丰富，钻井公司只需投入相当于一桶石油的能量，就能生产出整整 30 桶原油。这是地球上任何广泛可用的能源来源中，能量回收与投入比（EROEI）最高的之一。（例如，生产一桶原油所需的能量，只能让你获得不到两桶玉米乙醇。）石油惊人的效率是其需求量如此之大，尤其是在交通运输方面的原因之一，这也是寻找替代能源如此困难的原因。
我们面临着一些复杂的选择，不仅要决定在哪里开采哪种类型的石油，还要决定何时开采。但我们必须找到一种替代能源。我们已经耗费了世界上大部分容易开采的石油。现在我们正在钻探更难开采的资源：非常规资源，如页岩油和重油，这些资源将更难发现、开采和精炼，成本也更高。环境成本也在不断上升。石油生产仍然是重大的局部生态危害——就像去年墨西哥湾“深水地平”钻井平台灾难性故障提醒我们的那样——同时石油巨大的碳足迹威胁着全球整体环境。
弥合我们当前的石油经济与尚不明确的清洁能源经济之间的鸿沟并非易事。像生物燃料混合动力汽车（由海洋藻类农场提取的生物燃料提供动力）这样的替代系统，总有一天可能会变得更加可持续。但“可持续性”既是一个环境概念，也是一个经济概念。人们总是偏爱廉价能源而非昂贵能源。（事实上，许多生活在较不富裕国家的人们需要廉价能源来生存。）而且，使替代能源系统价格合理的过程将是漫长而不确定的，部分原因是它们必须与之竞争的石油基系统（例如内燃机）本身将变得更加高效和吸引人。
即使我们准备好在 2020 年前大规模生产新一代生物燃料插电式混合动力电动汽车，即使我们——在最理想的假想情况下——开始以我们现在制造汽油消耗大户的速度（全球每年约 7000 万辆）生产这些新车，我们仍然需要 15 年的时间来替换现有的车队。在此期间，石油消耗将继续增长，因为亚洲快速增长经济体的需求将抵消西方国家在绿色能源方面取得的任何进展。
加州大学圣迭戈分校国际能源政策专家大卫·维克多（David Victor）表示，石油消耗要到 20 年后才会开始下降。届时，目前的日均消耗量（8500 万桶）将超过 1 亿桶。斯坦福大学 Precourt 能源效率中心主任詹姆斯·斯威尼（James Sweeney）表示，现实情况是，将全球石油消耗量削减至更具经济和环境承受能力的水平（例如 3000 万桶/日）可能需要至少四十年。他说，在那之前，“我们将消耗大量石油。”
具体多少？按照维克多提出的速度，我们需要大约一万亿桶原油才能达到 2030 年代某个时期的石油消费峰值——而且很可能还需要另外一万亿桶才能从峰值回落，达到石油在能源经济中占比极低的程度。那么，仅仅是为了弥合差距，我们在未来四十年内就必须开采大约两万亿桶石油——几乎是我们自 1859 年宾夕法尼亚州的“野猫”们开启石油时代以来已经消耗掉的 1.2 万亿桶的两倍。
科罗拉多矿业学院石油工程学教授侯赛因·卡泽米（Hossein Kazemi）表示，最后这两万亿桶石油中，约有一半已经发现，并储存在“已证实”的储量中，这些储量可以使用现有技术有利可图地开采。另一半则不会那么容易得到。据一些估计，地球上还有高达八万亿桶石油，但这些石油以多种形式存在，其中一些，如页岩油，开采或精炼成本可能非常高昂。随着我们消耗掉最容易开采的石油，我们还将面临日益增长的外部成本——尽管这些实际成本并未在加油站标价中体现。例如，对不稳定国家石油的疯狂开采可能会颠覆政权，而从环境脆弱地区开采石油则可能对陆地或海洋造成严重损害。
这意味着我们面临着一系列复杂的选择，不仅要决定在哪里开采哪种类型的石油，还要决定何时开采。似乎明智的做法是同时开采，特别是对投资于特定资源的石油企业家或不关心外部成本的政策制定者而言。但是，随着工程师们开发新的开采和精炼技术，现在昂贵或对环境有害的石油未来可能会变得更便宜或更清洁。考虑到这一点，如果我们从石油工程师的长远眼光出发，而不是从政治家或商人的短期视角出发，来考虑如何最好地开采我们的两万亿桶石油，会发生什么？我们会把哪些石油留到最后，又会先开采哪些呢？
留到最后开采的资源
页岩
总储量： 3 万亿桶油当量（BOE）
鉴于进口石油前景相关的政治担忧，美国政策制定者自然会倾向于首先选择最接近、最丰富的石油资源。对许多人来说，这意味着页岩油。仅在科罗拉多、犹他州和怀俄明州地下发现的大量沉积物就可以产生高达 8000 亿桶石油。但政策制定者应该抵制这种冲动。
油页岩的形成是由于石油和天然气的前体——有机质（kerogen）——在岩层中积累，但没有受到足够的加热而完全转化为石油。石油工程师长期以来都知道如何完成这项工作，即加热有机质直到其汽化，将产生的气体蒸馏成合成原油，然后将这种合成原油精炼成汽油或其他燃料。但这个过程成本很高。有机质要么必须被露天开采并进行地面转化，要么在地下被加热（通常使用电加热器），然后泵到地表。这两种过程都将生产成本推高至每桶 90 美元。然而，随着所有原油价格的上涨，页岩油的额外成本可能会变得合理——而且，如果目前由相对较小的试点项目组成的页岩油行业规模扩大，其成本也可能下降。
政策制定者应该抵制去开采页岩油的冲动。问题在于，页岩油的外部成本也非常高。它能量密度不高（一吨岩石仅能产生 30 加仑纯有机质），因此公司需要从数千英亩土地上移除数百万吨材料，这可能导致危险量的重金属进入水系统。地下加热法也可能污染地下水（尽管壳牌和其他公司声称这可以通过冻结地面来预防）。这两种方法都消耗大量资源。生产一桶合成原油需要多达三桶水，这在本身就干旱的美国西部是一个重大限制。对于地下加热法，有机质必须保持在高达 700°F 的温度下两年以上，地表过程也使用大量热量。这些需求，加上有机质的低能量密度，产生的回报率从 10:1（即每投入一桶能量，产出十桶）到糟糕的 3:1 不等。
煤炭
总储量： 1.5 万亿桶油当量（BOE）
煤炭也可以转化为合成原油，正如二战时期急需燃料的德国军队所证明的那样。转化方法很简单：工程师用蒸汽轰击煤炭，将其分解成气体，然后通过费托（Fischer-Tropsch）工艺转化为汽油和其他燃料。许多能源公司正在推广各种煤制液体（CTL）工艺，作为替代石油的方法，尤其是在美国和其他煤炭丰富的国家。
其吸引力显而易见。以每吨不到两桶的转化率计算，世界上 8470 亿吨可采煤炭理论上代表约 1.5 万亿桶合成石油，或占最终一万亿桶石油的很大一部分。
然而，与页岩油一样，CTL 也存在显著的缺点。其能量回报不佳；投入一桶能量仅能获得三到六桶 CTL。此外，煤炭的碳含量比石油高约 20%，将其转化为液体会进一步提高这个比例。CTL 燃料的碳足迹几乎是传统石油的两倍——每桶 CTL 产生 1650 磅 CO2，而每桶传统石油产生 947 磅 CO2。
卡内基梅隆大学环境工程学教授爱德华·鲁宾（Edward Rubin）表示，即使生产商安装了一个庞大而昂贵的系统来捕获和封存转化过程中产生的 CO2，煤炭生产本身也消耗大量能源，导致 CTL 燃料的 CO2 排放量仍然与传统石油一样高。充其量，用煤炭制造燃料并不能让我们更接近更符合气候的能源系统。
即便如此，煤炭的供应也并非无限。兰德公司（Rand Corporation）的研究人员在 2008 年得出结论，仅用 CTL 替代美国每日交通燃料的 10% 就需要每年 4 亿吨煤炭，这意味着要将美国已经超出环境负荷的煤炭产业扩大 40%。鲁宾表示，尽管这样的举措在中国或其他国家可能在政治上可行，但“我很难在美国看到这种情况。”
现在不如稍后开采的资源
重油
总储量： 1 到 2 万亿桶油当量（BOE）
尽管其他非常规资源存在许多缺点，但随着新开采方法的出现，它们可能会变得更有吸引力。其中之一是“重油”，从委内瑞拉像糖浆一样的原油到阿尔伯塔的焦油砂。几十年来，石油交易员认为重油不如轻质原油，后者更容易开采，其小分子链也更容易精炼。相比之下，重油的大分子主要适用于低利润产品，如船用燃料或沥青。但新的精炼技术使得重油更容易被提炼成汽油，而新的开采方法也使得将其从地下提取变得更容易。
例如，在加州贝克斯菲尔德附近的一个重油田，雪佛龙公司使用计算机引导的蒸汽注入技术来稀释石油，使其足够稀薄以便抽出。阿尔伯塔的油砂作业更具前景，公司现在正将易碎的沥青与沙子和粘土分离，并将其加热成合成原油。以每两吨沙子生产一桶原油的转化率计算，仅阿尔伯塔的油砂可能就含有高达 3150 亿桶原油。随着精炼成本的下降，产量已达到每天 150 万桶，并有望在 2035 年前翻一番多，达到每天 630 万桶。
尽管如此，重油生产也存在大量外部成本。与页岩中的有机质一样，沥青也在地下处理或通过露天开采。这两种工艺每生产一桶石油需要消耗多达 4.5 桶水，并且 EROEI 仅为约 7:1，不佳。而且，由于重油富含碳，来自沥青的原油的 CO2 足迹比传统原油高出 20%——虽然不如煤炭，但对环境也并非友好。碳捕获和封存技术只能将一部分 CO2 挡在空气之外。油砂作业规模庞大，因此，总 CO2 排放量中很少一部分可以被捕获（一项研究表明，到 2030 年我们可能只能捕获 40%）。
然而，如果碳捕获技术得到改善，重油可能会在最后两万亿桶石油中占有相当大的份额，其碳排放损失远低于 CTL 或页岩油。从美国角度来看，另一个优势是大量重油位于一个政治稳定且邻近的国家。
超深水
总储量： 0.1 到 0.7 万亿桶油当量（BOE）
“深”在超深水指的是浮动石油钻井平台所能达到的深度（通常是超过 5000 英尺）。但更重要的深度是从海底到石油本身的距离。开始海底一两英里以下的挖掘并不容易，更不用说继续向下挖掘数英里（2009 年在墨西哥湾创下的纪录是近七英里）。但不断扩大的钻井船队正在部署水平钻井、海底机器人和“四维”地震学（地质学家用来实时追踪石油和天然气沉积条件）的新技术，以迅速扩大产量。尽管全球超深水省份不到一半已得到充分勘探，但过去十年来，深水产量已翻两番多，达到每天 500 万桶，并有望在 2015 年前再次翻倍。
然而，正如去年的“深水地平”灾难所表明的那样，开发这种资源可能涉及重大的外部成本。超深水油藏的压力可达海平面压力的 2000 倍。其中的石油可能非常热（高达 400°F），并含有腐蚀性化合物（包括硫化氢，遇水会溶解钢材）。从海底升起的水管又长又重，以至于支撑它们的平台必须非常庞大才能保持漂浮。巴西数十年来最重大的发现“盐下层油田”，则被一层 1.5 英里厚的盐层保护着，这层盐有吸收周围热量、防止石油分解的好处——但同时也将其中的石油凝结成蜡状胶状物，钻井人员现在必须用化学物质将其稀释才能提取。
向清洁能源经济的转型几乎不可能完全清洁。这将需要妥协。毫不奇怪，超深水石油是成本最高的石油之一。一个钻井平台可能成本高达 6 亿美元甚至更多（尤其是在北极的深水区域，钻井平台必须装备装甲以抵御 10 级冬季风暴和压碎船体的浮冰），公司钻一口超深水井可能轻松花费 1 亿美元。所有这些努力的结果是 EROEI 适中——从 15:1 到 3:1 不等。
因此，即使公司在努力提高安全性，超深水领域的大部分研发工作仍将集中在节省金钱和能源上。例如，远程控制的可控钻头允许公司从单个平台上钻多个井眼（从而降低成本和地表占地面积），并沿着狭窄的油缝路径钻进，极大地提高石油产量。（埃克森美孚在俄罗斯萨哈林岛附近创造的水平钻井纪录也约为七英里。）为了进一步降低钻井成本，公司将通过更强大的钻井电机、由更坚硬材料制成的钻头，以及最终实现一种无需钻头的钻井工艺来稳步提高钻进速度。 Argonne 国家实验室的测试表明，高功率激光器可以比传统钻头更快地穿透岩石，方法是使岩石过热直至碎裂或熔化。
随着公司开发更精确的“多通道”地震勘探技术，收集多达一百万个地震信号，以帮助它们避免钻入空岩石的最终浪费，成本将进一步降低。为了更好地测量油藏本身，公司正在创建耐高温高压的“井下”传感器（类似于 NASA 开发的用于监测火箭发动机的设备），这些传感器通过光纤与地面计算机通信。
随着数据量的增加，该行业还将创造更强大的工具来分析这些数据，从庞大的压缩算法（由好莱坞动画师提供）到全新的计算架构。壳牌首席地质学家布鲁斯·莱维尔（Bruce Levell）表示：“如果我们采用一百万个（地震数据）通道，那么我们就需要 petaflop 的计算能力，而我们目前还没有。”为了获得这种能力，石油公司正在与英特尔、IBM 等硬件公司合作。莱维尔说，未来，石油业务“将真正推动高性能计算”。
立即开采的资源
天然气
总储量： 1 万亿桶油当量（BOE）
在行业术语中，“天然气”或简称为“气”，长期以来一直是石油在交通燃料方面最大的潜在竞争对手。天然气比石油更清洁——每产生相同量的能量，它排放的颗粒物更少，碳排放量也少四分之一——但如今它仅占美国交通运输车队的 3% 不到（主要以压缩天然气，即 CNG 的形式）。然而，这一比例有望增长，部分原因是天然气的整体供应量不断增加。
随着一种称为水力压裂或“压裂”的钻井技术的进步，公司现在可以从以前难以到达的页岩层中有利可图地开采天然气。全球页岩气储量目前为 6662 万亿立方英尺，其能量相当于 8270 亿桶石油。这还不包括在油田油气伴生过程中常规发现的天然气，以及那些将在尚未勘探的深水盆地中发现的天然气。
天然气如此充足，以至于在能量当量方面，其价格是石油的四分之一——这一优惠价格已将 CNG 从主要用于公交车队的利基燃料转变为大众消费品。例如，德克萨斯州的炼油商 Valero 将很快在美国新开设的加油站销售 CNG。
然而，天然气驱动的未来仍可能带来一些高昂的外部成本。压裂法可能对当地环境极其危险。该方法使用高压流体来打开 trapped天然气的深层岩层，这些流体通常含有可能污染地下水资源的有毒物质。但这些风险（已引起大量媒体关注，目前是白宫新成立的一个小组的重点）或许是可以控制的。天然气矿藏通常位于地下数千英尺处，而地下水位则更接近地表，因此大多数污染被认为发生在上升的钻孔与地下水面相交的地方——通过要求钻井人员更仔细地密封钻孔壁，可以最大限度地降低这种风险。
即便如此，将过多的天然气分配给交通运输也可能带来意想不到的负面后果。首先，这很可能会大幅增加对天然气的需求，从而推高价格，削弱其目前的成本优势。其次，将大量天然气转移到交通运输领域，意味着从电力部门抽走这部分天然气，而在电力部门，天然气更具建设性地替代了煤炭（煤炭的碳含量远高于石油）。但是，将交通运输系统的特定领域（例如配送车队或公交车）进行改造，可以同时减少 CO2 排放并降低对石油的需求。
提高采收率
总储量： 0.5 万亿桶油当量（BOE）
外在成本最低的资源可能是我们过去留下的石油，那时能源价格便宜得多。钻井公司通常只能提取给定油田中三分之一的石油，部分原因是当它们排空油藏时，油田的压力也会降低，从而使得剩余石油的提取更加昂贵。在美国，废弃的油田可能仍含有惊人的 4000 亿桶残余石油；而全球数字可能高达数万亿桶。全部提取在经济上是不可能的，但提高采收率（EOR）的进步可以将提取率提高到 70%。
EOR 可能在全球范围内增加约 5000 亿“新”桶石油。它还可以带来显著的环境效益。一种最有前途的 EOR 方法涉及用 CO2 “注满”油藏，CO2 会溶解到石油中，使其变得更稀薄、体积更大，从而更容易提取。一旦石油被提取出来，CO2 就可以分离出来，重新注入油田，并永久封存在那里。一项激进的战略，即从单一排放源（如发电厂或炼油厂）捕获 CO2 并将其注入油田，可以使美国石油产量增加高达每天 360 万桶，同时封存近 10 亿吨 CO2。根据方法不同，EOR 的 EROEI 可高达 20:1。
EOR 无法完全弥合差距——但如果是在一个理想的世界里，我们至少会从那些桶油以及等量的天然气开始。这样，我们将首先利用损害最小的资源，并将损害最大的桶油留到以后——届时（如果一切顺利），未来的工程创新将使我们能够更安全、更高效地开采和消费它们。
当然，我们并不生活在一个完美的世界。就目前而言，石油生产商将一如既往地以尽可能低的成本提取石油。石油消费者也将效仿，购买最便宜的能源。我们最终可能会要求市场考虑生产的真实成本，也许是通过碳税或某种气候法规。或者我们不会。能源政策从未真正具有远见。向清洁能源经济的转型几乎不可能完全清洁。它将需要权衡和妥协，而这些权衡和妥协的成本将随着我们开始认真摆脱石油的每一年而上升。
保罗·罗伯茨（Paul Roberts）是《石油的终结：在危险新世界的边缘》的作者。
