※ [本文轉錄自 NTU-Karate 看板] 作者: precession (little-boy) 看板: NTU-Karate 標題: 轉貼文章--尋找能源 時間: Fri Feb 20 09:27:48 2004 尋找能源 鄭天佐 (中央研究院院士、中研院物理所特聘研究員) 2004.2.1　中國時報 在這台灣98％能源依賴進口， 國際孤立的台灣處於列強爭奪資源衝突 和政經紛爭的不穩定平衡態下， 不確定的能源供應是我們永續發展最大的隱憂… 去年底，《自然》雜誌以「碳氫化合物與人類文明」為題，強調人類文明可以 看為持續的新能源發掘與其衍生生產技術的開發。幾千年來人類慣用的能源， 大多是地球表面上很容易取得的碳氫化合物，如木材、獸糞與天然氣，以及由 食物（也是碳氫化合物）轉換而來的人力、獸力、水及風力，這些都是可再生 能源。 約三百年前蒸氣機的誕生引發了產業革命，之後內燃引擎和電力相繼發明。這 些動力的使用大幅改善了人類的生活，但也使我們的能量使用大增，促使人類 大量開採蘊藏地底下的非再生能源：煤炭與石化燃料。 統計數字顯示產業革命以來，世界碳氫燃料的使用率增加了800倍。即使是二十 世紀，當大家已經發覺節約能源的重要時，使用率仍然增加了12倍。這個趨勢 本應因科技的進步和能量使用效率的提升而降低，但隨著未開發國家人民生活 程度改善的能源需要，能源使用卻在穩定的成長。 以石油為例，現在全世界日產八千萬桶，預計二十年後得日產一億桶才足以供 應需求。以各方估計的兩兆多桶全球蘊藏量來估計，再不到四十年地球上的石 油就將用竭，也就是說今後爭奪石化能源所需付出的政經代價將會與日俱增。 石化燃料的大量使用無可諱言大幅改進了人類的生活，改變了我們的習性、增 進了我們的健康、延長了我們的壽命，卻也同時製造出人口膨脹與許多社會問 題。國際紛爭和動亂主因也在於資源，尤其是石化燃料的爭奪。而且石化燃料 的大量使用，除了污染居住環境外，也破壞了全球生態的平衡。 儘管確實原因仍稍有爭議，額外熱能的釋出加上其所排放的二氧化碳和其他污 染氣體，阻礙地面輻射熱的散失，造成不可逆轉的溫室效應與地面暖化現象。 另外柴油引擎和燃燒油、木材與獸糞所排放的煙灰也會污染雪地；地球暖化造 成雪地與冰山面積的減少，又增加了地面陽光的吸收率，更加速了地球溫度的 升高。 這些正是全球夏天一年比一年熱的原因。去年夏天法國熱死了近萬人，及台灣 溫度破紀錄高達38.7度的原因，也與此有關。專家預估只要地球溫度上升二至 三度，人類的生存就會受到嚴重威脅；最近國際研究團隊計算機模擬甚至預測， 五十年內地球上25％生物可能會因此滅絕。 不幸的是除非我們降低對石化燃料的需求，在我們用盡石油之前，地球溫度很 可能會上升二至三度！當然這並不意味著人類必須退回古代的生活方式，但積 極尋找和研發乾淨的再生能源，確應是當務之急。本文就簡單地探討兩種主要 能源的優劣。 核能： 少數核能專家預測融核反應不會製造大量輻射廢棄物， 令我憂慮的是這預測並不可靠！ 一提起核能大家談虎色變，因為它很容易讓人聯想到核子彈和車諾堡核能廠意 外。其實經過數十年的改良，核能電廠的安全非常可靠。傳統核能來自鈾235 核子被熱中子撞擊分裂的連鎖反應，核分裂作用製造出幾千年輻射也無法消失 的廢棄物，至今仍無一勞永逸的處理方法，而鈾礦蘊藏量也很有限。但第四代 滋生式核子反應爐能自造反應爐所需燃料，輻射廢棄物數量也會減少。 融合輕核子如氘和氚核子同樣會釋出大量能量，這是太陽和星球能量的來源。 可惜地球表面缺乏太陽或星球具有之物理條件。儘管二、三十年來先進國家已 經投資龐大經費研發，至今卻仍無法維持穩定的融核反應。核能專家早已提出 十年五、六十億美元的國際（歐、日、蘇、加、中、南韓、美）融核實驗站 （ITER）建造計畫，惟經費過於龐大，雖已協商十多年，至今還無法啟動，預 計最快得等三十年才可能開發出有實用價值的融核發電技術。 少數核能專家預測融核反應不會製造大量輻射廢棄物，令我憂慮的是這預測並 不可靠。筆者認為已建置的核電廠用做應急所需能源有其必要，至於研發則可 以透過國際合作進行。 太陽能： 奈米科技不管在分解水成為氫氣和氧氣， 或是氫氣的儲存和運輸，都將扮演重要角色 太陽能是地球萬物賴以滋長的能量，它取之不盡用之不竭。它的形態多樣化， 地球上大多能量來自或轉換自太陽能。即使石化燃料也是古代陽光下成長的動 植物，經由地殼變動幾億年在地底高溫與高壓的作用下轉變而成。這裡我想談 的是循環週期短、不會造成地球表面環境的失衡、可再生的太陽能。 太陽能可藉由直接照射加熱水或室內空氣，利用半導體或有機薄膜太陽電池來 發電，也可利用氧化物奈米顆粒的觸媒作用，促進陽光分解水成為氫氣和氧氣。 氫氣可直接用做引擎燃料或透過氫氣電池發電，太陽熱造成的風和海流也能加 以利用發電。 當然光合作用成長的植物可用來直接燃燒或釀造甲醇用在引擎上，或透過氫氣 電池發電。重點在於：使用燃料時地球生態平衡不被破壞，綠色能源雖然也會 排放二氧化碳和熱量，但這些氣體很快又會被植物吸收為成長的養分，且大氣 中的二氧化碳和熱能形成封閉的循環鏈，因而不會產生持久性的全球環境變遷。 反之，如果我們燃燒從地下或深海開採的燃料，不管是煤炭、石油、天然氣或 甲烷，燃燒時排放出的額外熱能、二氧化碳和煙灰，都會破壞地球生態的平衡 而產生地球表面暖化現象。 不管是太陽電池、氫氣經濟設備或風能發電，基本生產和運用技術都已存在， 它們之所以還不能成為主流能源，原因在於缺乏經濟競爭力。投資研發高效率 和低成本、且製造時少污染環境的技術將是成功關鍵。舉太陽電池為例，日本 不管在研發或生產上都領先世界。多層膜技術發電效率已可達到30％，但製造 費用過於昂貴，仍缺實用價值。矽薄膜太陽電池效率在15％左右，有機薄膜也 接近5％。 以台灣半導體和薄膜製造技術的經驗加上奈米科技改進發電效率並減低生產成 本，再開發出新製程以減低對環境的污染，則極具國際競爭力，為台灣開創出 具經濟效益的新興產業的前景看好。氫氣經濟技術的研發和設備的建置，是現 在歐美日最為積極的能源開發方向，奈米科技不管在分解水成為氫氣和氧氣， 或是氫氣的儲存和運輸，都將扮演重要角色，台灣也應積極研發。 台灣98％能源依賴進口，國際孤立的台灣處於列強爭奪資源衝突和政經紛爭的 不穩定平衡態下，不確定的能源供應是我們永續發展最大的隱憂，因此能源的 研究與開發對台灣而言特別迫切而重要。 -- 曾經滄海難為水 除卻巫山不是雲 取次花叢懶回顧 半緣修道半緣君 --

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