與會分享:永續科學國際研討會

林宮玄/任職於中研院物理所,兼任本刊副總編輯

中央研究院於2017年10月22日,舉辦永續科學國際研討會,邀請四位國際上重量級講者,討論能源轉型和空氣污染的問題。四位講者分別為曾任美國能源部副部長的Arun Majumdar教授、曾任日本東京大學校長的小宮山宏(Hiroshi Komiyama)教授、美國加州大學聖地牙哥分校大氣科學中心主任Veerabhadran Ramanathan教授,及美國哈佛大學健康與全球環境中心主任John D. Spengler教授。為期一天的研討會,學術界除了中研院廖俊智院長、李遠哲前院長等人參與主持,政府方面蔡英文總統親臨開幕致辭,陳建仁副總統於閉幕致辭,並有經濟部、環保署首長等人參與公開論談,足見臺灣對於這場研討會的重視。雖然筆者與會心得無法涵蓋會議所有內容,也不是這個議題的專家,希望藉由本文分享給關注此重要議題卻無機會參與會議的讀者。

發電能源與碳排放量
能源轉型的迫切需求,與全球氣候變遷與暖化習習相關,也與空氣污染的問題有關。目前全球產生能源的方式,仍以火力發電為最大宗,如圖一所示,火力發電包括燃油、燃煤與燃氣等。根據2014年的統計,全球火力發電方式所佔的比例高達91%。2016年臺灣火力發電的比例,約為77%,其它方式包括再生能源,則約佔9%左右。火力發電所產生的碳排放量不容小覷,也是全球暖化很重要的因素。全球暖化的後果除了使大量的冰融化,造成海平面上升,可能導致許多土地被海水淹沒,近期人類較明顯感受的是極端氣候所造成的天災。另一方面,燃燒所排放的微小粒子,也會對造成空氣污染。最近大家開始關心的氣象指數,可能多了PM10或PM2.5,指的是空氣中懸浮粒子小於10微米或2.5微米的濃度。長期吸入過多懸浮粒子對於人類身體健康有危害。而使用「煤」、「石油」、「天然氣」做為燃料產生能源,其實有相對乾淨與否的差別。


減碳目標
許多問題的思考與策略討論,可以從了解問題,甚至問問題開始。Majumdar教授在專題演講中,提出三個問題有關能源的巨大挑戰:一、如何兼顧減碳目標與經濟成長?二、如何提供每個人經濟可負擔的能源?三、如何更有效率的運用能源並使其穩定運作不受氣候等因素威脅?其進一步指出,我們正處於能源轉型的階段,而關鍵推手在於3個 「D」:Decarbonization(減碳)、Digitization(數位化)、Diversification(多樣化)。由於火力發電與氣候變遷的相關性,全球有很強的動機致力於減碳,減少火力發電的排碳量與溫室效應氣體,因而將能源產生方式轉型。顧及經濟成本的減碳方式,可從幾個大方向著手。首先,火力發電短期內仍然會是產生能源的主力,但是燃燒天然氣比燃燒煤,所產生的碳排放量較少,如何降低成本開採天然氣資源因此為主要方向。

其次,Majumdar教授提到,應積極將再生能源整合到發電電網,並降低核能發電的成本,以達成低碳目標。發電系統有「基載發電」與「尖載發電」。由於電力需求隨著單日不同時間與單年不同季節起伏,基載發電特性是啟動與停止發電耗時,但運轉成本低,因此全天候持續運轉以提供全年最低需求,通常由核能與燃煤火力發電做為基載發電。而尖載發電必須能快速起動與停止,譬如水力發電可配合尖峰用電突增而調配。介於基載與尖載的「中載發電」,臺灣目前是由燃氣火力發電擔任。臺灣未來目標為非核家園,若還要加上低碳努力,勢必要積極改變目前「基載發電」的主要來源——核能與燃煤火力發電,譬如以燃氣火力發電取代。臺灣政府最近積極推動的風力發電與太陽能發電等再生能源,屬尖載發電,且受氣候因素影響。這也是為什麼如何將這類會受氣候因素影響的新興發電方式加入發電網,仍持續提供穩定電力是很重要的課題。甚至如何設計與規劃,將一般民眾自行安裝的太陽能板加入電網,也是發展的目標。

再者,關於「多樣化」與減碳關聯性,是指燃料方面有更多低碳的選擇。運輸業如飛機、車輛所需燃料,可選用低碳或無碳的來源。譬如「氫氣」做為驅動車子的燃料,所產生的水是乾淨的。其他較佳的替代燃料有甲烷(CH4)與甲醇(CH3OH)等,譬如生物質能與甲烷相關,可從植物萃取燃料,當作運輸工具的能源。最後,所謂開源節流,減少能源的浪費與碳的排放是同等重要。「數位化」可精進自動化製造,降低能源需求並減少成本。另外,鋼鐵、混凝土、石化等產品,製造過程需要燃料維持高溫,生活應用中是否能有其他材料能取代。會中最讓筆者驚訝的訊息,浪費食物(food wastage)也是造成碳排放的主要因素,浪費食物包括損失(loss)與浪費(waste)兩類。「損失」包含製造食物的過程,因氣候因素造成的農損,也包括不良的供應鏈及運送保存技術不佳等因素,在運到市場前所造成的損失。而「浪費」指的是已經到市場或是人們手上,因為食物過期或吃不完,所造成的浪費。根據聯合國糧食及農業組織統計(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO),生產最終沒有被吃掉的食物佔食物總生產量80%左右。其所造成的二氧化碳排放量,僅次於全球兩大碳排放國:美國與中國,而排名第三。生產過程中,肉食比蔬食製造出更多碳排放。雖然「吃素救地球」、「惜福不浪費食物」其來有自,每個人多多少少可改變習慣,盡些微薄之力,但改善食物生產的方式、物流與供需效率,可能才是降低總排放量的關鍵因素。(畢竟,要求人人吃素是很困難的。)

白金社會
小宮教授提出了他對日本2050年時的想像:白金社會(Platinum Society)。他進一步提出想像,如果物質不虞匱乏,人類擁有各式物品、資訊、行動力與長壽,還會想要什麼?答案應該是「生活品質」。他提出的白金社會,指的是擁有生活品質的富裕社會。當永續科學發展成熟,能更有效率的節能過生活,不需要積極採煤提供能源,生活所需的物質可以再利用而不需積極採礦時,開採原物料將不會是經濟成長的主因,而新的商業模式會出現,並圍繞著白金社會的需求。資源方面是節能與再生能源的需求,而資源回收再利用就是重要一環。生態方面的需求是解決污染問題,如何面對全球化環境與增加生物多樣性。人類在工作之外將會有更多時間選擇文化、藝術、運動,並需要終生學習,能夠健康活到老的需求。創新技術是達成白金社會目標的關鍵,並提供人們新的就業機會。開發中國家,人們發展經濟為基本生活。若能發展為資源永續成熟的國家,人們會改為為提升生活品質而發展經濟。在這樣的情況下,工業會轉型,人類的工作形態也會改變,且必需終生學習。簡單說,永續發展會使人類生活品質提升,也會有更多產業為提升品質而產生。譬如老人只要能思考,如何有輔具幫助行動、生活自理,仍維持心靈上的富足,不需要有另一人的照顧。

空污與永續
Ramanathan教授的演講提到,霧霾造成能見度不佳,主要的粒子成分包括硫化物、有機物、黑碳和灰塵等。其進一步指出,全球氣候變遷(暖化)的污染源,與空氣污染的源頭相同,主要來自燃燒石化燃料與生物。發展再生能源與節能裝置,因此也能改善空氣污染。目前他協助解決印度空氣污染問題,從五個大方向著手。一、交通工具儘量使用低硫的燃料,並多使用鐵路與水路運輸。二、住家方面,增加節能裝置,並改善烹煮方式減少空污源。三、發展食物適量生產的模式,並將過剩的食物轉為能源。四、需規範工業界排氣需過濾,使氣體對環境友善。建議法規限制使業界加入碳交易。五、灰塵的污染,靠吸塵器道路清潔。其在最後總結提到,石化能源已過時,也要很認真的把所產生的污染源視為傷害健康的毒物。解決能源與全球暖化問題,其實也能同時解決空氣污染。而空污對人類健康的危害是最大的動機可以說服大眾一同努力。他希望,即使是全球最貧窮的3億人,也應擁有乾淨能源。除了科學家、政治人物等致力推動,他認為宗教領袖的支持非常重要,可引領信眾一同加入解決問題的行列。筆者想到最近臺灣的議題:「是否能減少燒香以降低空氣污染?這也確實與宗教領袖意見有關。臺灣其實已經有不少廟宇與佛寺,加入不焚香的行動,以臥香或其他方式取代。

Spengler教授提到,永續科學首先需考慮三個因素:材料(製造資本)、人類資本(需求)與自然資本(生態系)。若要不破壞生態、不耗盡地球材料、同時滿足人類需求,則有賴於社會及知識。所謂社會就是如何在不同機構間整合,為永續做努力。而知識指的是創新的能力,也就是前面所提,發展再生能源與節能裝置,都需要知識創新。最後,他的演說著重在如何建立起各界的合作,為氣候變遷做努力。許多私人公司其實認同這個理念,擁有企業責任一同為永續而努力。

結語
總結永續科學國際研討會的主題:能源轉型與空氣污染。發展再生能源,並使用節能裝置有效利用能源,除了對抗全球暖化,也同時能解決空氣污染。這不單單依賴科技的創新,也需要各界的支持,除了科學家與政治人物,宗教領袖與企業界的支持同等重要。當永續成真,人類的生活形態與工業形態將轉型,將會圍繞著如何提升人類生活的品質來發展經濟。


延伸閱讀
1. 周鑑恆,〈臺灣的海浪發電仍大有可為〉;龍世俊,〈房間裏的大象:PM2.5之社區污染源〉,《科技報導》2017年8月號。
2. 倪簡白,〈全球清潔能源的持續成長〉,《科技報導》2017年7月號。
3. 商文義,〈臺灣離岸風能發電與環境之評估〉;蔡振明,〈推動「能源教育」趣味談〉,《科技報導》2017年6月號。
4. 黃得瑞,〈臺灣發展綠能產業的策略〉,《科技報導》,2017年5月號。

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