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20171031-SMG0035-快訊小紅條兒

離開才知道地球有多好 諾貝爾物理學獎得主:「碳封存」成人類本世紀最大挑戰

中研院院士、美國前能源部長朱棣文。(中研院提供)

中研院院士、美國前能源部長朱棣文。(中研院提供)

中研院院士、美國前能源部長朱棣文,27日應邀在中研院物理所,以「氣候變遷風險與永續未來之路」為題,分享個人在鋰陽極電池等節能科技,目前的具體進展,朱棣文表示,太陽能與風力發電等綠能科技,近年發電成本大幅下降,但由於再生能源無法24小時運轉,因此,綠能佔比的提升,勢必得仰賴鋰電池、燃料電池等儲能科技的同步提升,他強調,全球海平面在2100-2200年間,可能上升5米,為了避免溫室氣體持續排放,觸發全球氣候災難,世界各國應該致力發展碳封存、氫電池等零排放科技。

朱棣文何許人也?曾獲諾貝爾物理學獎、任歐巴馬政府能源部長

朱棣文1977年以「雷射冷卻和捕獲原子技術」,獲得1997年諾貝爾物理學獎,2009年獲歐巴馬提名為美國能源部長,是趙小蘭之後,第二位華裔部長,朱過去在學界,積極主張再生能源和核能研究,並且曾提出全球「葡萄糖經濟」概念,認為全球可以發展高效率儲能技術,如同熱帶植物產生葡萄糖一樣,將太陽能等再生能源轉化為乙醇等燃料,透過油輪運到世界各國發電,如同今天的原油一樣。

朱棣文擔任能源部長後,也將潔淨能源理念落實到政策,2009年上任後,慧眼識英雄,提供電動車大廠特斯拉4.65億美元低利貸款。

「1900年後二氧化碳濃度大幅增加,4分之3是過去65年所排放」

朱棣文表示,根據1880年氣象資料統計,全球氣溫持續上升,尤其是1975年迄今,年均溫度已上升1度。儘管6000萬年以前,地球溫度在二次冰河期以前的平均溫度,比80萬年以前人類出現後的溫度要高,但從古生物化石碳定位,觀察過去一萬年全球二氧化碳濃度,地球在二十世紀之前的地質年代,變化都相對緩慢,然而,西元1900年以後大氣中二氧化碳含量大幅提高,其中4分之3是過去65年所排放。

石油,原油,伊朗煉油廠(美聯社)
西元1900年以後大氣中二氧化碳含量大幅提高,其中4分之3是過去65年所排放。圖為工業示意圖。(資料照,美聯社)

朱棣文表示,過去100年二氧化碳總量的上升,係人類經濟活動直接導致,碳排放的增加,55%透過碳循環,被地表與植物吸收,其他的45%則不斷在大氣層累積。碳14的半衰期只有5700年,化石能源埋藏在地底下千萬年,內含的碳14絕大多數都已衰亡,從大氣層的碳14濃度就可以斷定,1900年以後大氣層二氧化碳濃度的增加,多數係來自於化石能源燃燒導致。

朱棣文解釋,1960年附近,北半球和南半球的碳14濃度急遽上升,因為當時美蘇二國的氫彈實驗,產生大量碳14,但1990-2000年,南北極的碳14濃度卻相對下降,因為化石能源的碳14含量幾乎為零,二氧化碳釋放到大氣層後,反而稀釋了碳14濃度。

旱災、海水倒灌、酸雨增加…… 即將衝擊全球的「氣候難民」

事實上,地球暖化導致冰川融解,所導致的地心引力變化,可以透過二個相同軌道之衛星定位進行偵測,朱棣文表示,科學家原本預期,全球暖化導致海平面逐年上升,將伴隨著更多降雨,南極洲積雪量可能因此增加,然而西元2000年的研究卻顯示,南極大陸正在極速減少,冰層融解的速度遠高於預測。

南極洲東部佩特雷爾島的阿德利企鵝幼鳥大量餓死,僅有2隻存活。(美聯社)
全球暖化導致海平面逐年上升,南極大陸正在極速減少。圖為南極。(資料照,美聯社)

朱棣文表示,地球在前冰河期的均溫,大約只比目前地球均溫高出攝氏1度,1度的溫度上升,對地球會造成什麼樣的改變?根據前冰河期的化石研究,地球當時的海平面高度,比現在高出6-9公尺,先前科學家以為,海平面上升6-9米,可能要花上幾千年時間,然而20世紀化石能源加速燃燒的結果,地球在2100-2200 年間,海平面有可能上升5米,冰川的融解,將導致地球淡水儲存量下降,世界各國面臨旱災與海水倒灌的機率大幅提升,大氣層二氧化碳濃度增加,將導致酸雨現象,導致農作物與魚類死亡,氣候難民的出現,將使全球經濟陷入危機。

面對全球暖化現象持續惡化,朱棣文認為,人類社會如果不具體改變,未來將會自食惡果。

風電成本2020年將低於天然氣 下一步挑戰是儲能技術

朱棣文表示,為了扭轉溫室氣體排放趨勢,世界各國的能源效率必須提升,除了提高再生能源佔比外,農業部門也必須改變生產方式,將農業廢棄物回收轉化為生質能源,減少化肥使用,避免過度施肥所導致河川與湖泊優養化,為了保留熱帶雨林等固碳資源,全球各國應該提供足夠誘因,鼓勵開發中國家造林、減少森林砍伐。

朱棣文表示,隨著科技的進展,再生能源的發電成本下降幅度,比美國能源部所預期的還要大,風電的發電成本,在2020年可能會降到每度3美分,比天然氣發電價格還要低,加州2018年再生能源佔比可望達29%,其中太陽能發電佔比,已達二位數。然而,風電與太陽能無法24小時發電,英國風力發電機運轉發電時間為60%,丹麥運轉發電時間則是43-44%,再生能源佔比大幅提高,也為電網的穩定性帶來挑展,唯有發展儲能技術,才能解決再生能源供電不穩定的問題。

台61線,西部濱海快速公路,台15線,濱海風機,風力發電。,20180111-工業區,環科園區,工廠,廠家。(陳明仁攝)
朱棣文表示,風電的發電成本,在2020年可能會降到比天然氣發電還要低。圖為風電示意圖。(資料照,陳明仁攝)

碳排放將因中、印經濟發展激增 「碳封存」成人類本世紀最大挑戰

朱棣文接著提到他目前正在投入的2項新技術,一項是他與史丹佛學者崔毅,先前所發表的鋰陽極電池技術,計畫興建一個充電後行駛300英里的快速充電技術,另一項則是以肺泡的氣體交換概念,所建造的燃料電池技術。

「人類社會本世紀最大挑戰,是將水轉化成氫氧與氧氣後,利用氫氣燃燒能量,將二氧化碳固化儲存的技術」,朱棣文表示,中國大陸近年經濟發展,碳排放大幅增加主要來自水泥、鋼鐵等部門,未來如果印度走上中國的經濟發展模式,全球的碳排放只會更惡化,因此全球社會急需發展碳封存等負排放(negative emission)技術。

「離開地球能才能體會到,地球是一個好的生活環境」

朱棣文以1968年阿波羅登陸月球,太空人拍下一張地球升起(Earth Rise)的照片,拍攝地點是沒有水沒有空氣的月球,地球是唯一一顆水藍色的星球,「這張照片提醒我們,人類只有離開地球,才會體會到,地球是一個好的生活環境,人類若要在其他星球生活,就得忍受空氣與水相對稀少,暴露在高輻射環境的生活。」

2018-02-28-地球上升Earth Rise。地球。月球。太空。宇宙。(NASA,Public Domain)
1968年阿波羅登陸月球,太空人拍地球升起(Earth Rise)的照片。(NASA,Public Domain)

「美國原住民有一句諺語,Treat the earth well.  It was not given to you by your parents, it was loaned to you by your children. 意思是為了下一代的生活,人類必須珍惜生存環境,我希望未來,我們的後代子女,都能明暸我們這一代,曾經努力珍惜這個地球,而不是讓他們成為氣候難民。」

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