專業 物理

未來能源與減碳

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撰文者:黃明輝(聯合大學能源工程學系副教授)
發文日期:2017-08-23
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  • 1.   三E永續生存

    人類的食衣住行育樂通通都需要能源,經濟的發展也需要能源。但是能源的使用對環境產生很大的衝擊,尤其是造成全球暖化的溫室氣體排放。未來人類文明仍否永續發展?抑或是跟目前大量消失的物種一樣,人類逐漸步上自己鋪出的滅亡之路?端看是否能營造出兼顧經濟生活與環境生態的能源系統。圖一中央的三圈為能源(Energy)、經濟(Economy)、環境(Environment),正是代表此永續生存的三個中心問題。

    圖一:永續能源
     

    圖一:永續能源的三個面向:能源(Energy)、經濟(Economy)、環境(Environment),及各種能源在此三面向的地位。

    2. 困境

    全世界的人數仍在上升,發展中國家的人同樣有享受高生活水平的權力。世界能源組織(IEA)預期全球能源需求在2040年時還比2010年增加37% [1]!

    全世界的油礦蘊藏量的峰值在1960年代出現,開採量的高峰預期將於2020年附近出現[2]。供給減少、需求增加,一定會對石油價格產生巨幅成長,人類對於新能源的渴望更會增加。石化燃料中,石油預期可開採期約52.5年,天然氣約54.1年,煤約110年[3]。人類大量開採與使用這些化石燃料(石油、煤、天然氣),低廉的價格造成人類長期的依賴;可是排放的CO2與空氣汙染物,造成環境嚴重的傷害。因此圖一中,化石燃料只有出現在便宜能源而圓梨環保的區域。

    自從18世紀中期工業革命以來,人類大量使用石化燃料,釋放二氧化碳等溫室氣體到大氣中。大氣中CO2濃度從1850年約280 ppm上升至2014年的400ppm。溫室效應造成的全球暖化現象正逐漸侵害人類文明,IPCC第五次綜合報告[4]中依據不同的發展模型預測在2100年氣溫,最嚴格的模型為2100年CO2濃度為430 ~480 ppm,氣溫約上升+0.3°C;若以接近目前的4.9百億噸每年的方式繼續排放,2100年CO2濃度將超過1000 ppm,氣溫約上升4.8°C [4]。多數學者認為500 ppm與+2°C是一個關鍵點,超過此限度,地球的溫度可能走向無法挽回的持續性升溫。

    3. 解決方案

    因應『氣候浩劫』與『石油耗竭』,降低碳排以減緩暖化成為這世代人類的最重要任務。低碳排成為未來能源的關鍵指標,但經濟成本、技術成熟性、環境安全性等都要一起考量。

    解決的方法不外乎開源與節流。節流的方式可以從三方面進行:

    a.  減少能源消耗:降低對物慾的需求是釜底抽薪的根本策略,但是願意犧牲經濟成長、犧牲生活方便與舒適的人只是極少數人。從認購綠電額度的人數稀少得可憐,就可以猜測出來。技術上比較可行的就是推廣節能、或高能源效率的產品。不過節能產品的效果是有市場飽和的極限。

    b. 碳捕捉與封存(CCS):既有設施如發電廠與工廠等安裝CO2捕捉,然後封存至地層或海洋。目前有許多吸收CO2的技術,但會增加許多成本與降低能源效率。儲存方式則仍無大量、經濟、又無環境汙染隱憂的辦法。CCS的前景仍是烏雲遍佈。

    c. 能源再利用:例如汽電共生,或熱電共生技術。這些技術雖然都有成熟的技術,但仍受限於熱力學第二定律,無法有大量助益,且同樣有市場飽和的極限。

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