《【牛津通識課02】再生能源》:所有對環境衝擊的擔憂,都逐漸轉移到「第二代生質燃料」上

《【牛津通識課02】再生能源》:所有對環境衝擊的擔憂,都逐漸轉移到「第二代生質燃料」上
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我們想讓你知道的是

本書作者為牛津大學物理榮譽教授、諾貝爾獎獲獎實驗團隊成員,深入淺出介紹了世界能源使用的現況,以及各種再生能源的運作原理、特性、潛力及未來展望,輔以許多統計數據和產業現狀的佐證,顯示科學家們及各國政府已經準備好了,2050零碳排的目標並非天方夜譚,這些再生新能源確實能帶領我們走向更好的未來。

因為養牛、種植大豆和木材而進行的土地開墾也造成熱帶森林遭到砍伐,造成全球約十%的溫室氣體排放,還連帶導致生物多樣性的嚴重流失。由於擔心生質燃料造成的二氧化碳排放、對環境的衝擊以及與糧食生產的潛在衝突(棕櫚油和玉米都是重要的食物),現在所有生質燃料計畫的擴張腳步都放緩了。

環境衝擊和生質燃料的進展

所有這些對環境衝擊的擔憂都逐漸轉移到進階版(也稱為第二代)的生質燃料上。這是指可以在不適合進行糧食耕作區生長的植物性燃料,主要是柳枝稷(switchgrass)這類能夠在貧瘠土地上生長的富含纖維素植物。不過這個過程相當昂貴,需要先經過酸處理,將纖維素分解成可以發酵成乙醇的糖。所幸,在二次世界大戰時,有人發現一種真菌會分泌能夠分解棉衣和帳篷的酵素。在乙醇的生產中,若是使用酵素,僅需要投入很少的能量;然而,在實務上,要讓這種方法具有成本效益還是比預期困難許多。

另一個可能的答案是微藻(microalgae),這也引起了很多關注,因為它們的含油量很高,還可以在旱地的鹹水或廢水中生長。但在多年研究後,仍然無法讓微藻生產的生質燃料具有商業競爭力。一般來說,高產油率的代價是犧牲生長速度,而微藻養殖和煉油的過程都非常昂貴。也有考量過養殖基改品種的可能性,不過由於微藻在海洋食物鏈中扮演非常重要的調節作用,若是釋放基改品種至野外,也可能會有破壞環境中物種微妙平衡的疑慮。

在專門建造的大桶中以無氧方式來分解植物、食物和動物廢棄物會產生沼氣(主要是甲烷),這些沼氣可以用於加熱和烹飪,亦會用在發電廠。這個過程也會自然發生在堆肥、乳牛和其他反芻動物的胃中;後者估計約促成五%的全球暖化。小型沼氣池在亞洲的村莊相當普遍;在中國,有超過三千萬戶家庭使用沼氣。但是在撒哈拉沙漠以南非洲地區的使用率一直偏低,主要因為這是勞動密集偏高的設備,並且太陽能逐漸能滿足當地的能源需求。

再生能源P62
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在許多產品的製程中,生質能已發揮重要作用,成為一種永續碳源,取代石油的使用。以仙人掌這類演化出能夠良好適應半乾旱環境的植物為例,白天時,它們的葉孔會保持關閉,減少水分流失,僅有在進入夜晚後,葉孔才會打開,捕捉二氧化碳。放眼全球,大約有兩千五百萬平方公里的半乾旱和閒置田地,廣泛分布於開發中國家和已開發國家,而其中約有十%的面積可用於種植適應性強的植物。這些可望成為化學工業的重要生質能來源,同時還可以避免與糧食生產爭地以及使用石油造成的碳排放。

生質能的潛力

現代生質能目前的主要作用,是將生質作物的能源提供給建築物和工業的加熱以及發電,這約占四%的全球需求。這正是能夠發揮強大潛力的地方,若將主要來源改用農林業廢棄物和城市垃圾,它們的環境風險將會低於生質能源作物。而目前,這些資源大多尚未開發。一般來說,為了要能夠與化石燃料競爭,生質能需要有辦法做到隨時供應,就像在瑞典,近四分之一的能源都來自生質能供應。在電力生產上,若是能將發電與建築物供暖相結合,將會大幅提高生質能的使用效率。由於可以隨時提供,生質能源也可用於補強風能和太陽能等來源不穩定的能源。

不過,就全球發展性來看,由於缺乏經濟競爭力,生質能的擴張還是受到限制。此外,也不是隨處都可找到合適且方便到達的大面積土地;要能夠達到一般火力發電廠的一千兆瓦輸出量,需要一塊三千平方公里的土地來種植生質能作物,相當於一個邊長為五十五公里的正方形,而這所產生的電力可提供約一百五十萬戶的歐洲家庭。

過去一直在推廣以生質燃料來取代石油衍生燃料,但目前這僅占總需求量三%左右的能源。在汽車的低碳替代品中,目前看來的首選是再生電池,而不是生質燃料。然而,如果生質燃料能夠以符合經濟效益和永續的方式生產,在航空領域仍可能大有作為,用以替代噴射燃料,也可在航運業中當作石油的替代品。生質能也有機會成為化學工業中的永續碳源。

目前,生質能的貢獻,主要是傳統型的能源,每年約為一萬五千太瓦時。由於有生產方式不符合永續的顧慮,這意味著,到二○五○年時,其供應量可能維持類似的比例,主要是以現代生質能的方式來提供,因為太陽能板提供的電力將會大幅減少對傳統生質能的需求。然而,這樣的狀態需要有強力的政策來支持和監管,確保在燃料作物種植和收穫過程中的二氧化碳排放量可以低到忽略不計的程度,並保護糧食生產、生物多樣性和土地權。

書籍介紹

本文摘錄自《【牛津通識課02】再生能源:尋找未來新動能》,日出出版

作者:尼克・傑利(Nick Jelley)
譯者:王惟芬

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