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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

292期2016年02月號

出版日期:2016/02/15

正方形 Icon 觀念探索 Trend

接下來如何?

譯/施祖琪

本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊授權。
本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊授權。

氣候變遷已經發生,現在阻止為時已晚。但是,我們還來得及減緩氣候變遷的腳步,並設法減輕傷害。

世界各國在減少二氧化碳及其他溫室氣體的排放量上,做出了極具野心的承諾。沒錯,就算各國政府都能達成他們在2015年11月底向巴黎氣候會議所提交的減碳承諾,恐怕還是不足以扭轉本世紀氣溫上升兩度的局面。但是,光就他們誓言減碳的行動而言,就看得出國際社會對氣候變遷威脅的重視,也益發突顯出能源基礎設施改革的急迫性。

許多國家在其減碳計畫中痛陳氣候變遷已帶來的傷害,譬如,孟加拉政府在報告中指出:「極端溫度、變化無常的降雨、洪災、旱災、熱帶氣旋、海平面上升、湧潮、土地鹽化、海洋酸化,已經對數百萬孟加拉人民的生活和生計帶來莫大衝擊,並且正逐漸抵銷我國在過去30年間累積起來的卓越社經發展成果,也阻礙了未來的經濟成長。」

有關氣候變遷所導致的社會和經濟衝擊的研究,也證實了上述的擔憂,所幸,我們知道該做些什麼,碳排量必須要有明確的定價,才能充分反映燃燒化石燃料的真實成本,研究新能源及大規模導入有潛力新科技的經費也必須提高。同時,農業及其他相關技術,如抗旱作物的耕種技術等等,也得更進一步取得突破,人類才能有效因應氣候變遷。

2006年時,Technology Review曾刊登一期封面故事,主題為「現在還不算太晚」,從那時到今日,轉眼已過10年,儘管全球社群在其間無多大的作為,但是,現在著手努力減輕氣候變遷的傷害也猶未晚矣。改變能源基礎設施,以及協助氣候變遷受災戶調適將是浩大且艱鉅的工程;而且,正如氣候學家卡達拉(Ken Caldeira)所言,我們的心態也得隨之調整,才能真正停止排放碳廢氣。

《麻省理工科技評論》(MIT Technology Review)編輯部

停止排碳!

知名氣候學家建議,大眾的心態必須有所改變,才能停止排放二氧化碳。

許多年前,我曾在核電廠大門前示威抗議。長久以來,我一直相信,從生質材料(biomass)、風力和太陽能取得能源不難,也相信小規模發電潛力無窮,更認為分散式發電遠優於集中式發電。

希望我還能維持這樣的信念。

過去,和紐約大學的赫佛特教授(Marty Hoffert)一同進行研究計畫時,改變了我的想法,當時的研究成果於1998年刊載在《自然》(Nature)期刊上,在所有檢視全球需要多少「近零排」(near-zero-emission)的能源才能解決氣候問題的研究中,那也是第一篇經同儕審查後發表的論文。令人惋惜的是,我們當年所做的結論至今依然適用,我們不僅需要廣泛建置符合經濟效益又可靠的近零排能源,也需要展開大規模的研發計畫來發展更佳的能源和運輸系統。

風力和太陽能發電近年來的吸引力大增,成本也已經大幅下降,這是不爭的事實。但即便如此,風能和太陽能還是不夠可靠,而且,現階段的電池技術也還無法以低廉的價格儲存大量的電力,就算在風不吹、日不照時仍然穩定供電,以因應現代工業社會的需求。

近期的分析指出,透過大陸型規模(continental-scale)的電網來並聯風能及太陽能發電系統,並搭配天然氣發電廠來提供備用電力,便可將電力生產的溫室氣體排放量減少三分之二,然而,電力生產只是造成全球三分之一的二氧化碳排放量的來源。目前,在全球碳排量以每年超過2%的速度增加的情況下,就算電力產業在一夜間忽然改頭換面,過不了一、二十年,碳排量還會又回到今天的水平。

氣候問題是不容輕忽的艱鉅難題,我們必須比現在付出更多更大的努力來解決這個問題,必須把氣候變遷拉高到國家安全的層級,認真看待及因應,才有機會解決氣候的挑戰。

難解的數學習題

2015年11月時,一個颶風等級的氣旋襲擊位於阿拉伯半島的葉門,這是人類有歷史紀錄以來的第一次。在那之前一週,另一個夾帶前所未見強風豪雨的颶風在墨西哥的太平洋沿岸登陸,帶來重大災情。

這樣異常的風災是全球暖化的預期效應,除了颶風以外,熱浪時間延長、旱季拉長,以及其他各式各樣和天氣相關的事件,都可能變得更為頻繁和平常。現在,北半球中緯度地區的平均氣溫還在持續升高,且增溫的速度就好比每天南移10公尺一樣,若和人類有地質紀錄以來的氣候變遷速度相比,現階段增溫的速度已經快出足足100倍,嚴重威脅到全世界許多地區的生物多樣性。舉例來說,在溫室氣體排放的直接衝擊下,全球現在每週有兩種珊瑚瀕臨滅絕。

我最近和同事試圖估算,如果人類繼續從地底開採化石燃料,並將碳廢氣排入大氣層的話,長期下來將產生什麼樣的衝擊。我們發現,地球必須花好幾千年的時間休養生息,才能從這樣的破壞中復原,倘若我們把地球上所有可開採的化石燃料燃燒殆盡,並將所有的二氧化碳都釋放到空氣中,那麼,就算過了一萬年,全球的平均溫度還是會比今天高出攝氏九度,海平面更將比今天升高60公尺;在許多熱帶地區,甚至連哺乳動物(包括人類)都將因不堪高溫而無法在白天待在戶外。為了保障長久的安全及發展,我們絕對不能再讓化石燃料所產生的碳廢氣進入大氣層。

假使我們想在短期內降低氣候變遷的威脅,這些行動刻不容緩:降低黑碳(black carbon)等汙染物質的排放量、減少天然氣田及垃圾掩埋場所排出的甲烷量、禁止濫砍濫伐、森林復育、改開電動車,以及建置太陽能、風力和核能發電廠。

儘管現有的科技可以幫我們展開好的開始,卻不足以幫我們達成最終的目標,分析師大多都認為,電力生產應該「去碳化」,而且,交通運輸、工業生產,乃至於家用暖氣,都應該改用電力來提供能源(雖然電力供暖的效率還相當低,但是,在碳排量居高不下的現在,我們別無選擇)。為了達成去碳化的目的,發電系統必須比目前大上好幾倍。現有的科技真的有辦法如此大幅擴充電力系統,同時又有效地減少電力產業的排碳量嗎?

目前為止,太陽能是唯一一種不會耗竭的已知能源,可惜的是,現在還沒出現一種可日以繼夜利用太陽能發電的全球型電網。至於在區域型電網的層級,我們也沒有可以平衡白天發電及夜間供電需求的電池技術。

我們該做現行已知當做之事,除此以外,對於那些不知該如何處理的問題,也得投入更多心力來解決,我們得找出更好的發電、儲存和傳輸電力的方式,同時,還需要為無法改用電力的產業和經濟活動找到更好的零排放燃料。還有,或許也是最重要的一點就是,我們必須有更好的能源使用方法。

能源只是通往目標的途徑,而不是終極的目標,在滿足食衣住行育樂等基本需求之外,我們不需耗用多餘的能源。聯合國預計,全球在本世紀末的總人口將超過110億(比目前多出50%以上),若再加上發展中國家未來高速成長的趨勢,在未來100年間,全球對耗能服務的需求恐怕將攀升10倍。換言之,如果我們想把整個地球的氣候環境穩定下來,就必須把總排碳量降到現在的十分之一,若再換個角度講,如果我們不想徹底摧毀環境或經濟,就必須把每個服務所產生的碳排量減低到百分之一,我們需要能源奇蹟才能達成目標。

新階段的來臨

隨著開發中經濟體持續發展,為原本貧困的人民提供基本的教育、醫療服務及更好的工作機會,但開發中國家也將成為本世紀碳排量的最主要來源。對於身在富裕社會的我們而言,我們有什麼立場要求貧困國家的人寧願讓孩子餓肚子,或眼睜睜看著人民死於可治療的疾病,也不要用化石燃料來支援經濟成長?雖然我們可以說,富國應為窮國擔負排碳和零排碳能源系統之間的價差,但從目前的狀況看來,即使是在富裕世界裡,大多數的國家也無法讓人民心甘情願地負擔價差。

該如何催生出對環境友善,在價格上也足以媲美煤炭或天然氣的能源系統?答案是:我們需要提供更多的誘因。過去10年間,在風能及太陽能發電技術越來越普及之際,相關的流程也不斷改進,因而促成發電成本下降,然而,許多近零排的科技成本仍高於煤炭或天然氣。除非各國政府開始對二氧化碳排放量課稅,或制定碳排量的價格,否則再多的創新科技都將無用武之地,把部分稅收用於潔淨能源的研發上,也是合理的做法。

有些人對能收回已排入大氣層內二氧化碳技術寄予厚望,這樣的科技雖然確實具有可行性,但從我的觀點而言,它們仍然是不切實際的科技妄想。我認為,如果能事前避免把環境弄亂、弄髒,就能比事後清理省下更多的麻煩和金錢。清除煙囪裡的二氧化碳(二氧化碳一般占煙囪內廢氣量的10%),一定會比攔截大氣層內的二氧化碳(只占大氣層所有氣體的0.04%)容易。當然,廣植樹木和散布生物碳(Biochar,一種可擷取二氧化碳的土壤改良劑)都是好事,但假使有人認為光靠這些作為即足以讓氣候難題迎刃而解,那就是自欺欺人。

雖然我們好像走入了死胡同,但我依然不放棄希望。是什麼原因讓我相信全球人類可以採取集體行動,解決一個如此棘手的問題呢?

在《美國聯邦憲法》起草之時,解放黑奴和婦女享有投票權是想都不敢想的天方夜譚;在全美同性婚姻合法化的兩、三年前,一般人都還難以想像人民心態會改變得如此之快、如此之廣。就現在而言,若要解決氣候的難題,我們也需要另一波公眾態度的大扭轉,只要是配有排放廢氣的煙囪或排氣管的東西,都必須全面禁止,這樣的改變是有可能發生的。

各國政府在巴黎所達成的協議雖然會有幫助,不過,這就像把燈泡換成省電燈泡一樣:好是好,卻不足以解決問題的癥結。然而,當氣候變遷的問題已經引起各國政府最高層的關注時,這代表著我們已經朝社會風向改變的臨界點邁出了重要的一步——也就是朝向全球集體決定全面禁止把大氣層當成廢氣場的階段邁進。

有一天,我們孩子的孩子將回顧此時此刻,那時候他們將會問:「為什麼大家知道天空已經變成廢氣排放場後,還繼續排放廢氣?」希望他們還會加上這句:「好吧,至少大家在發現到問題的嚴重性後就停止了。」

卡達拉是氣候學家,任教於美國史丹佛大學卡內基科學研究所(Carnegie Institution for

氣候變遷的真實證據

攝影師狄蘭諾(James Whitlow Delano)透過「everyday climate change」(每天發生的氣候變遷)的 Instagram 帳號來收集呈現氣候變遷影響的照片,真實地記錄著全球暖化的原因和後果,以及相關的因應措施。

(上排從左到右)印度傳統房舍上裝設了太陽能板及被動式太陽能加熱系統;馬來西亞吉隆坡因鄰近區域火耕燒林而籠罩在嚴重的霾害中;在中國,兩名女子正騎車經過火力發電廠。(下排從左到右):重慶陷入嚴重霧霾;工人在大西洋沿岸尼日河三角洲外海的鑽油平台上工作;在遭海水侵入的沙灘上,巴布亞紐幾內亞島上的居民用貝殼重築防波堤。
(上排從左到右)印度傳統房舍上裝設了太陽能板及被動式太陽能加熱系統;馬來西亞吉隆坡因鄰近區域火耕燒林而籠罩在嚴重的霾害中;在中國,兩名女子正騎車經過火力發電廠。(下排從左到右):重慶陷入嚴重霧霾;工人在大西洋沿岸尼日河三角洲外海的鑽油平台上工作;在遭海水侵入的沙灘上,巴布亞紐幾內亞島上的居民用貝殼重築防波堤。

一個抗議男子準備爬上設在尼日河三角洲外海的鑽油平台。
一個抗議男子準備爬上設在尼日河三角洲外海的鑽油平台。

(上排從左到右)巴西的農牧業燒林整地;巴西亞馬遜州內格羅河在馬瑙斯市(Manaus)的水位降到史上最低。(中排從左到右)內蒙古一處煤灰棄置場;印度賈沙梅爾鎮(Jaisalmer)附近的風力發電機;印尼蘇門答臘一處被截斷的森林。(下排從左到右)柬埔寨金邊的一個垃圾場,因垃圾腐化分解產生沼氣而引發火災;巴西當地一處苦於洪患的村落。
(上排從左到右)巴西的農牧業燒林整地;巴西亞馬遜州內格羅河在馬瑙斯市(Manaus)的水位降到史上最低。(中排從左到右)內蒙古一處煤灰棄置場;印度賈沙梅爾鎮(Jaisalmer)附近的風力發電機;印尼蘇門答臘一處被截斷的森林。(下排從左到右)柬埔寨金邊的一個垃圾場,因垃圾腐化分解產生沼氣而引發火災;巴西當地一處苦於洪患的村落。

氣候變化已嚴重衝擊到糧食生產。
氣候變化已嚴重衝擊到糧食生產。

可以救地球的環境政策

想要減少碳排量和把全球升溫控制在攝氏兩度以內,可以有更聰明的方法。

在遏止氣候變遷的協議中,各國都把協商重點放在把升溫幅度控制在攝氏兩度以內。依據聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC)的預測,全球增溫一旦超過攝氏兩度,將會引發毀滅性的改變。然而,即使各國政府能在減碳協議上達成重大進展,眼前還是有個大問題:我們已經一腳踏入升溫攝氏兩度的門檻了。2015年10月是自有溫度記錄以來135年間最熱的10月,平均氣溫較工業革命前高出了攝氏1.04度。這其實並不令人意外,因為2015年有望超過2014年的紀錄,成為有史以來最暖的一年(編按:本文發表於2015年12月初)。

當各國協商代表紛紛飛抵巴黎之際,全球暖化的現象已經顯而易見了,格陵蘭和南極冰層融化的速度超出預期,北極浮冰消失的速度遠高於電腦模型的模擬結果,地球上極大部分的海洋環流系統也遭到阻斷。史丹佛大學地球系統科學系教授迪芬堡(Noah Diffenbaugh)表示:「當我們瞭解得越多,就越發現氣候變遷發生得比我們預期得快。」

這個現象突顯出氣候模型的不精確,以及IPCC所設定門檻的武斷,因為事實上,沒有人真的知道一旦累積在大氣中的二氧化碳濃度超過400ppm時(2014年三月當月的平均值曾超過此門檻),全球平均溫度會升到多高,或者,萬一全球均溫真的升高到比工業革命前高出攝氏兩度時,人類又會面臨什麼樣的處境。還有,即使我們同意必須把升溫控制在兩度的標準內,我們還是不清楚該怎麼調整碳排量才能達成這個目標。

依據聯合國環境規劃署(U.N. Environment Programme; UNEP)2014年的報告,若要將升溫控制在攝氏兩度之內,全球最多只能再排放一兆噸的碳(2014年的全球排碳總量為359億噸),但那也只是估計而已。

在科學預測如此不確定下,國際社會到底該如何制定氣候政策呢?一些專家開始呼籲各國採用具自我調整功能的政策機制,此類機制會透過簡單的公式、依據實際的氣候資料來推動漸進式的減碳,而不是根據好幾年前規劃的限額來控制碳排量。這種系統是根據實際已發生的情境——而非科學家的推論來決定因應氣候變遷的方法,至少就理論上而言,可以避免氣候預測不夠精確的問題。

這套方法最早見於2015年八月《自然氣候變遷》(Nature Climate Change)月刊中一篇名為「擁抱氣候變遷政策的不確定性」(Embracing Uncertainty in Climate Change Policy)的論文。該文是由牛津大學地理系統科學系教授艾倫(Myles Allen),以及該校環境變遷研究所院士兼自然地理學系講師歐拓(Friederike Otto)領軍的研究團隊所發表,他們在文中指出,可自我修正的彈性系統才具有「抗脆弱性」,因為「有鑑於科學知識的不確定性及多變性,氣候變遷政策必須在只需低社會成本的前提下進行反覆試驗」。

想想看美國的聯邦儲備銀行(Federal Reserve Bank),美國的聯準會不會靠電腦的經濟演算模式,或是依據20年後的GDP成長和通貨膨脹預估來決定利率調控,而是時時監測關鍵的經濟表現指標,檢視現況後再調整利率,才能在經濟體中部分區塊不時出現震盪(如房貸問題)之際,依然成功地穩住通膨。

這種做法也和所謂的「預防原則」(precautionary principle)理念一致,此原則係指政策決策者應在避免最糟情況發生的前提下做出決策。依據哈佛大學經濟學家韋茨曼(Martin Weitzman)及同僚所開發的預防式模型推算,即使全球發生毀滅性氣候災害的風險極小,但氣候變遷帶來的影響仍將極為猛烈,而應不計代價地盡可能避免。不過,這種做法的問題是,它得靠政治人物提供大量資源及積極採取行動,而這些措施可能不切實際、或甚至弊多於利(如要求印度等窮國大幅降低碳排量)。
透過艾倫及歐拓所倡議的機制,我們可就人類活動所導致之全球暖化的量化數據,直接做出調適,這套系統藉由自我調整來因應不確定的結果,其基本的公式很簡單:全球氣溫每升高攝氏十分之一度,碳排量就必須減少10%(目前全球已增溫超過攝氏一度了)。當升溫越來越接近攝氏兩度時,碳排量限額亦將逐步調降,一直到減為零為止。

這種做法有好有壞,好處是,它能為政府及決策者提供政治保護傘:無論他們觀察到的暖化現象是高於或低於預期,政策體系都能自動對不同的訊號做出調整,而且,調整的公式也會在事前取得共識。迪芬堡說:「假使你想等科學家提供數十年後某一地區氣候變遷的預測,那你得等到地老天荒。」

艾倫及歐拓的系統並未把部分不確定的暖化效應納入計算,如:海平面上升、極端天氣事件發生的頻率,及其他一些難以預測的暖化威脅,便沒有涵蓋在其假設中。艾倫指出:「我們提出這套系統的前提是,無論氣候變遷產生什麼樣的影響,全球已經達成避免升溫攝氏兩度的共識。以國際性的機制而言,因為各國必須對於不同威脅的不可接受性取得共識,所以很難設計更嚴苛的標準。」

當然,把這種做法付諸實行才是最棘手的問題,全世界花了許多年、歷經多次氣候變遷會議,才終於讓政治人物自主提出提前限制碳排量的承諾,若要說服他們同意採納一個依據方程式來逐步提高減碳目標的系統,可能更是難上加難。但是,隨著氣候變遷難以預測的證據紛紛出爐,這套系統或許就是讓我們做出必要減碳措施的最佳方法。

本文作者Richard Martin 為Technology Review 能源類編輯




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