工業技術研究院

根據美國勞倫斯柏克萊國家實驗室的定義，工業革命為人類破壞地球碳循環平衡的關鍵分界點；在工業時代之前的「碳循環1.0」時代為「相對穩定的地球化學平衡」，但在這之後，人類活動愈來愈多，碳排放量亦大幅增加，使大自然成為「一個逐漸被擾亂的系統」，我們要如何追求一個「碳循環2.0」的時代，以拯救我們的地球？

什麼是「碳循環2.0」？如何從碳循環1.0發展至2.0？在概念上，到底有何差異？

來自美國勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，簡稱LBNL）院長艾里維薩多斯（Paul Alivisatos），八月初在台灣指出，在「碳循環2.0」時代裡，減碳目標不僅需要各項科技研發計畫之間相互支援，甚至任何一個國家的政策都有可能對另一個國家造成影響。因此，各國的能源政策不再「自掃門前雪」，如欲回到古早時代的生態平衡，則應以地球村的生命共同體概念來解讀「碳循環2.0--還原碳循環平衡」(restoring balance to the carbon cycle) 的努力方向。

　被視為諾貝爾獎得主熱門人選的艾里維薩多斯博士，應邀擔任工研院舉辦的「2011國際能源前瞻論壇」主講人，並洽談雙方後續之國際合作計畫。艾里維薩多斯博士重要的研究之一即為量子點(Quantum Dot)，透過此技術，將可使太陽能電池之效率從原先的一成提高至六成，並降低太陽能電池之生產成本。此外，量子點亦可使用在LED，量子點LED接近連續光譜，可望滿足對光線品質及健康要求較高者使用，達到全面淘汰高耗能光源的目標。

　艾里維薩多斯博士在論壇中以勞倫斯柏克萊國家實驗室積極推動的「碳循環2.0提案」(Carbon Cycle 2.0 Initiative)為例，分析減少二氧化碳排放的整合式研究趨勢，值得做為審思台灣發展綠能技術研發策略之參考。

走入逐漸被擾亂的系統

鑑於地球的碳循環已超過負荷，人類排放至大氣層的二氧化碳遠遠超過大自然能夠處理量，亦產生了失衡的負面結果。如何在人類持續享受高生活水準的同時，還能進行節能減碳，回歸到大氣生態平衡的美好時光，是「碳循環2.0提案」的最高實踐指標。

根據勞倫斯柏克萊國家實驗室的定義，工業革命為人類破壞地球碳循環平衡的關鍵分界點；在工業時代之前的「碳循環1.0」時代為「相對穩定的地球化學平衡」，每年大氣層平均增加的二氧化碳氣體量約為正負2,000萬噸上下；但進入工業時代之後，隨著人類活動愈來愈多，碳排放量亦大幅增加，使大自然成為「一個逐漸被擾亂的系統」，同時亦開啟了「碳循環1.x」時代。

以創新技術面對減碳挑戰

因此，勞倫斯柏克萊國家實驗室提出「碳循環2.0提案」，意指自然生態界自「平衡的」1.0到「濫用失衡」的1.x之後，提出一個假設性的未來，朝向「可復原的」2.0時代──即使人口持續增加，也能在不減損人類幸福生活的情況下，復原或維持應有碳循環平衡。至於在做法上，艾里維薩多斯博士則強調，該研究室以推動整合所有的技術研究，針對國家或全球面臨的節能減碳議題與挑戰，提供跨領域且創新科技的解決之道，還能彌補基本科學與應用技術研究的缺口。

為了真正達到這個複雜且難度頗高的「碳循環2.0」美好新未來，勞倫斯柏克萊國家實驗室採取技術整合策略，期能建立全新的能源產品、運送及貯存等技術，且自各個面向全方位地面對能源與天氣系統問題。所以，以能源分析、氣候模型，及發展中國家能源使用型態來整合所有的技術研發計畫。

在技術研發方面，重點項目包括：人造光合作用、生質能、能源效率、碳捕捉與貯存、太陽能電池、燃燒方式等。例如，尋找更低價且比目前使用的更容易處理及製造的太陽能板新材料，以期改變太陽能的經濟效益；或是掌握如何預測被排放於地下的二氧化碳長時期積存的情況，或是對水源所產生的影響；開發新的材質，能大幅降低碳補捉的成本，目標是降至現在每一度電(KWh)發電成本的三分之一，意即八分錢美元，同時兼顧環保與經濟效益。

推動碳循環永續平衡

多數研究機構或國家在擬訂新能源計畫時，往往全然地偏重於新技術或產品，但勞倫斯柏克萊國家實驗室的「碳循環2.0」提案中，重要基本架構中卻將「發展中國家的能源使用型態」列在「推廣」的重要位置，此舉深具「永續地球」意義。

艾里維薩多斯博士指出，能源對環境的影響是全球性問題，全球環境是緊密相連的，更無法自掃門前雪，「全球有20億人口居住於發展中國家，如中國、印度、非洲等，而這些發展中國家在逐漸改善生活、追求西方文明過程中，也將使用許多能源，如果能協助他們以低碳方式取得或使用能源，是很重要的。」

勞倫斯柏克萊國家實驗室在協助發展中國家尋求低碳生活，已有一些成功案例，像「柏克萊-達佛爐」(Berkeley-Darfur Stove)就是其中一例，經由技術開發，勞倫斯柏克萊國家實驗室協助蘇丹建置新型火爐，使用較少木材，兼顧環保與永續，還能同時創造就業機會等經濟價值，目前蘇丹已設有2萬個「柏克萊-達佛爐」。

全方位思考的節能減碳

協助發展中國家進行節能減碳，目標仍是防患未然，避免發展中國家重蹈西方國家破壞碳循環平衡的覆轍，達成「碳循環2.0」的維持碳循環平衡目標。

「將整個地球視為單一系統來考慮，任何導入的科技均須相輔相成，『勞倫斯柏克萊國家實驗室』目標即是將所有的研發計畫與人員結合在一起，」艾里維薩多斯博士再次強調，推動國際合作的好處在促進彼此了解，因為能源問題必須以全球性與全方位整合思維來考慮解決方法。

【關於LBNL】

勞倫斯柏克萊國家實驗室 (Lawrence Berkeley National Laboratory，簡稱 LBNL)?屬於美國能源部，是全球極具知名的研究機構。從20世紀中旬開始，LBNL即在美國政府之經費支持下，進行許多前瞻能源科技之研究，包含二次大戰期間於日本投擲之原子彈，以至於近年發展之先進光源科技(Advanced Light Source)等。因此，LBNL在美國能源技術發展上，扮演相當重要之角色。

LBNL發展的研究涵蓋了許多領域，重點發展宇宙、奈米科學、能源科學、環境科學以及定量生物學等。LBNL是以物理研究起家，歷年來總共締造11名諾貝爾獎得主，包含前中研院院長李遠哲以及現任能源部長朱?文等人，皆是在此處服務時獲得諾貝爾獎。此外，LBNL擁有75名科學家是美國國家科學院院士，13位科學家獲得了科研領域國家最高終身成就獎－國家科學勛章。

能源效率與永續能源為LBNL最重要的研究重點之一，能源效率的目標在於使用較少的能源，來滿足相同的能源需求，LBNL的研究人員已經發展許多技術，如低輻射鍍膜節能窗戶、節能螢光燈和電子鎮流器等。

在永續能源的研究上，2005年，時任LBNL院長的朱棣文發起了太陽能研究中心，旨在製造比植物葉子會更有效地起作用的合成葉子，人類如能發掘出植物製造光合作用的祕密，模擬植物的方式來大量複製光合作用，即有取之不盡的太陽能可供使用。據計算，用合成葉膜覆蓋5,800萬英畝美國非耕地10%的轉換效率產生的能源，將遠遠高於目前全國每年的消耗量。