2003年諾貝爾獎得主Richard Smalley提出了在未來五十年人類所要面臨的十大問題,而首要問題便是能源(energy)。現今,人們的日常生活已經與能源供給密不可分,如何在科技發展與環境保護間取得平衡是各國都亟欲追尋的方向。
2020年全球人口已達78億,台灣每日約使用三十萬桶石油、而全球約使用一億桶石油;曾經,我們擔心石油蘊藏量不敷使用,但是在科學家證明石油與光合作用的關係、石油不會被消耗殆盡後,現在我們該優先考量的應是石油經作用後殘留的生成物對整體環境、人類福祉的影響?有效率且更純淨的能源是什麼?
近年台灣政府以「非核家園」為目標,計畫停用「危險」的核能發電、加之民眾與工業用電需求增加,台電的火力發電(燃煤、燃氣)發購電量[1]大增、二氧化碳的排放量也同時增加。與世界數據相比,台灣人均用電量高於全球平均值,但以整體而論,台灣用電量高的關鍵並不在民生用電,工業用電占全台用電量70-80%,而為顧及民意與工業發展,政府壓低電價、台電連年虧損,最後陷入以民生(稅金)補貼工業的循環。
根據右側用電量與GDP相關圖,國家的發展和繁榮幾乎與用電量成正比,台灣的情況處於表中左上處:用電量較高但GDP表現差強人意。(理想狀態應是在圖表右下處)
[1] 發購電量=(台電發電量-台電發電廠內用電) +購自民營電廠的電
圖片截自講師簡報
台灣再生能源發電目前以風力和太陽能為主,講座中先提到澎湖中屯風力發電站,雖然澎湖風大但是仍無法使風力發電機達到最大功率,再回看風力發電整年的發電相對值:夏季風力發電量小,但用電需求最高,風力發電顯然不能挑起全台用電需求的大樑。
至於太陽能發電,教授舉了幾個在沙漠中設置的太陽能發電系統為例:Parabolic-trough collector system 與Mojave沙漠中的太陽能發電系統利用曲面的太陽能板集中熱能,再將熱能轉換為電力;發電成效雖好,但這卻意外造成了生態問題:鳥類將太陽能電板誤認為水源而被活生生熱死,每年都有大量鳥類陳屍在太陽能板上,這其中不乏大型鳥類。台灣作為熱帶國家也積極推動太陽能發電,比如「種電」在嘉義農田、桃園埤塘上方,不過這看似利用閒置土地又能發展綠能的雙贏局面卻造成地力嚴重枯竭,太陽能板鋪設的位置不僅該考量日照,也須評估其對鋪設點的生態與環境影響。
使用太陽能板發電後,太陽能儲存問題衍生出了新型態的「氫經濟」,再理想狀態下,家戶於頂樓鋪設太陽能板,再利用氫電池儲存的太陽能,供應車子充電、電解水…,達到自產自用的效果。除氫電池外,甲醇燃料電池雖效率低於氫電池,但也是值得期待的研究項目。
即使各國積極開發新型態再生能源,但核能還是不得不考慮的。許多研究者將目光從過往使用的「核分裂」轉向「核融合」,核分裂的產物是放射性物質而衍生出許多問題與憂慮,但是核融合生成物體積小,過程中也能產生能量,是值得挖掘的方向。2015年多國展開ITER計畫,開啟實踐核融合發電的新時代,以磁場將熱懸浮在裝置中跑動達到發電效果,且今年(2020)已開始在法國組裝。
來源:EJF Riche / ITER Organization
除了開發新能源,提升現有的能源利用率也是極重要的,從發電站到家戶、工廠有大半部分的能源在運輸工程中被浪費(參見右側2017美國用電量估計圖)電力的耗損、電網的維護都是極大的成本,因此Microgrids & Local Energy Communities的觀點被提出:在社區附近設置能源儲存點(電池),透過減少電網的覆蓋面積與縮減路線長度達到減少耗損的目的。
為了人類永續發展,尋找可負擔、可信任、永續且現代的能源是我們的共同目標。
圖片截自講師簡報