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財團法人台灣永續能源研究基金會
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永續發展

貳、地球是一個整合的系統
地球環境的系統性行為,導因於太陽輻射的外力在地表的變化,結合地球環 境內部巨大且複雜的驅力與反饋作用形成。內部的驅力與反饋涉及生物程序,生 物本身擔任積極的角色,參與支持自身生命的地球系統運作,是維持地球可供生 物居住的最重要因素。
地球尺度的變遷,大於氣候的變遷,包括社會與經濟變遷及物理與生物變 遷,持續影響著地球系統的功能。這些變遷例如,氣溫、大氣成份、海岸入流氮、氮固定、森林被覆、生物多樣性、人口、漁撈、......等變遷。地球以一個整體系 統的運作,正遭遇前所未有的單一獨大物種-人類,以種種活動,帶來足以改變 地球自然變遷與自身居住環境的巨大影響。

參、人類加速氣候變遷的疑慮
人類一直與環繞他的自然互動,過去的幾個世紀人類與自然間關係發生的變 化極為複雜且影響深遠,是地球歷史上前所未有的。人口數量及每人擷取地球資 源的擴張極為迅速,而且當前人類活動的廣泛與顯著,正以全球尺度、加速的方 式影響人類自身及社會賴以生存的地球系統。地球數億年累積的化石燃料,人類 十幾代即將之消耗殆盡;將近 50%地表因人纇活動改變,嚴重影響生物多樣性、 養分循環、土壤結構、生物及氣候;人工製作肥料的固氮量遠多於自然界陸域生 態系統的固氮量;一半以上的可接近淡水為人類直接或間接利用;影響氣候的重 要成分 CO2、CH4 及其他溫室氣體濃度在大氣中大幅增加;海岸濕地受人類活動 影響,紅樹林消失超過 50%;陸域及海域物種消失迅速,地球正處在第六次物種大滅絕年代,首次因生物所引起。

自 1800 年代中期的工業革命以來,溫室氣體 CO2 的增加量,已超出過去四 十萬年來與四次冰河週期同步的  CO2  歷史週期變化的上限,且達週期高度的一 倍。全球大氣平均溫度超過基準溫度  0.8oC,尚未達到反轉溫度  2oC。將地球平 均溫度線性外插,估計在 40 年後,全球大氣平均溫度將超過基準溫 2oC,達到 讓地球再度進入冰河期的反轉溫度。線性外插,是保守的估計,因為地球系統正 向反饋機制的啟動,會加速地球大氣的升溫。

肆、地球永續的基本問題
唯一的地球,是否是人類可以永續使用的行星,需要解答許多問題,例如, 地球系統如何工作以及我門對地球做了什麼?到底地球可  以忍受多少人類施加 的壓力?地球是否轉向一個新的穩定狀態?這個狀態是甚麼樣的氣候?地球生 物圈的回應及反饋會是甚麼?是否應該且如何回到工業時代以前的地球系統? 人類的社會-產業系統、制度、文化及價值如何回應這些挑戰?回答這些問題, 需要國際的、科技整合的通力合作。

伍、溫室氣體減量是關鍵技術
減少引起氣候變遷的溫室氣體排放,是追求地球人居環境永續的最大挑戰。 聯合國已藉由氣候綱要公約(United  Nations  Framwork  Convention  on  Climate Change, UNFCCC)的簽署積極推動相關的研究、行動方案的議決與執行。能源使 用是溫室氣體的最大宗來源,必須同時解決人類能源需求與溫室氣體減量的問 題,才能真正達成永續的結果。

陸、二十一世紀能源結構大轉型
2004 年底世界原油蘊藏量預估約可開採 40 年、天然氣 67 年、煤炭 164 年。 繼續以現在每年消費量使用化石燃料,已知的化石燃料蘊藏量,將在約 100 年後 使用殆盡。石油用盡後,原石油用戶全部轉用天然氣,則天然氣約在 50 年後用 盡;天然氣用盡後,原天然氣用戶全部轉用煤炭,則煤炭約在 100 年後用盡。如 再計入未來化石燃料消耗量的快速成長量,化石燃料的供應年限將縮短而少於100 年,因此在本世紀結束前,能源結構需逐漸轉變為不完全依賴化石燃料的型 態。
化石燃料中的原油蘊藏量用完後,傳統設施需要的氣態及液態燃料,在過渡 期可用天然氣或煤炭氣化,產生合成氣(一氧化碳及氫氣),來合成並分餾取得, 或將煤炭直接液化分餾成各種氣體及液體燃料;待天然氣及煤炭的蘊藏量也枯竭 了,可利用可循環再生的生物物質能源(生質能源),將樹木或草本植物加熱氣化 的方式產生合成氣,合成及分餾取得各種液體燃料;生物物質也可以發酵方式直 接液化及分餾成各種液體燃料。地球上可大量利用的最終能源類型,除生質能、 風能、水力、潮汐、洋流、地熱及直接利用的太陽能外,還有核融合反應做為能 源的技術(圖 1 為未來能源供需結構圖)。可大量利用這些能源的技術,是今後科 技研發最重要的方向。

柒、二氧化碳捕捉與封存催生氫經濟時代的來臨
能源大轉型所需科技研發,分為五大主軸:一、能源效率提升,二、再生能 源開發,三、能源轉換,四、二氧化碳捕、捉封存及五、氫能利用。除以植樹、 森林及木材管理、基因改質等方法增進二氧化碳在陸地被樹木、土壤及海域為藻 類吸收與固定的數量外,將燃燒產生的二氧化碳捕捉與封存(Carbon Capture and Storage, CCS)在深層地底的技術,必須應用在未來化石燃料的能源供應上。具有 經濟效益的方法,是將化石燃料的能源形式轉換設施大型化,且設在接近二氧化 碳封存的地點。上述條件將使得應用 CCS 技術供應的化石燃料能源,送到遠處終端用戶時,只有電力及氫氣兩種能源載體的選擇。

CCS  技術的成熟,昭示氫經濟時代的來臨。固定性或移動性貯存氫氣的技 術與設施、高壓管線或液氫輸送技術、氫燃料電池技術研發是未來極重要的課 題。歐洲建立一條馬德里到巴黎,柏林再到羅馬的氫廊道公路,供燃料電池車行 走;日本普 遍 設置可同時供應氫氣、天然氣、 生質油料的生態加油站 (Eco-Station);美國的綠廊道公路,在連接舊金山到聖荷西及拉斯維加斯的高速 公路沿線設置液化天然氣(Liquified Natural Gas, LNG)加油站,因為將來可以容易由 LNG 供應系統轉為氫氣供應系統。使用 LNG 是通往使用氫能源的橋樑。 以乾淨方式利用化石燃料,氫能成為電力以外的最佳能源載體。事實上,氫 氣可以從化石能源及生質能源生產,或用水力、風能、太陽光電及核能產生的電 力電解水生產,但是預測一直到 2030 年,以化石燃料經過重組反應產氫,或是 經由 CCS 技術產氫,還是最便宜的生產方式,成本最高的是用太陽光電產氫。 本章各節簡介因科學家發現的地球變遷及氣候變遷證據,所衍生人類在地球永續生存與發展所需要的全球思維、政策與行動,及追求永續地球人居環境所必須採取的永續能源策略。

參考資料
1. Earth System Science Partnership, http://www.igbp.kva.se/page.php?pid=102
2. International Energy Agency, http://www.iea.org/
3. Carbon Sequestration, http://www.fe.doe.gov/programs/sequestration/index.html

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