燃料使用與全球暖化現象

☉鄭天佐

　這幾天全世界各大報紙都大幅報導一群學者電腦模擬、預測人類大量使用石化燃料已經造成地球暖化，可能會導致五十年內地球上廿五％陸地生物的滅絕。大家應該還沒忘記去年夏天法國萬人熱死的悲劇和台灣破紀錄的攝氏卅八點七度高溫。儘管極少數學者認為地球暖化只是自然的地溫週期性變化，但多數科學家深信它源自大量非再生燃料的使用。不管真正原因為何，控制燃料的濫用才是上策。

　 幾千年來人類常用的能源都是地球表面上很容易取得的碳氫化合物以及由食物（碳氫化合物）轉換而來的人力、獸力和水及風力，這些多半是再生能源。約三百年前蒸汽機的發明引發了產業革命，之後內燃引擎和電力相繼誕生。大量便利動力的需求促使人類開採幾億年來蘊藏地底下的碳氫燃料：煤炭、石油和天然氣。

　 石化燃料的使用改善了人類的生活，增進了健康並延長了壽命，卻也同時製造出人口膨脹與許多社會問題。而且預計石油將在四十年內用竭，國際紛爭和動亂主因也在於資源、尤其是石化燃料的爭奪。另外除了造成居住環境的污染外，也破壞了全球生態的平衡。額外熱能的釋出加上其所排放的二氧化碳和污染氣體阻礙地面輻射熱的散失，造成溫室效應及地球暖化現象。專家預估只要地球溫度上升兩度，生物的生存就會受到嚴重威脅，不幸的是，在我們用盡石油前，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回復古代生活方式，而是積極開發乾淨的再生能源。下面筆者簡單介紹幾種能源的優劣。

　 核能：提起核能大家談虎色變，它讓人聯想到核子彈和車諾堡核能電廠意外。其實經過數十年改良，核電廠的安全已不是問題。核能來自鈾235核子被熱中子撞擊分裂的連鎖反應，但核分裂會製造出難以處理的輻射廢棄物。鈾礦蘊藏量也很有限，但第四代滋生式核子反應爐能複製所需燃料，輻射廢棄物也會減少。

　 融合輕核子如氘和氘核子為氦核子也會釋出能量，這是太陽和星球能量的來源。但地球表面沒有太陽或星球上的物理條件，儘管二、三十年來先進國家已投下鉅資研發，仍無法維持穩定的融核反應。美、蘇、歐、日、中和南韓等國規劃中的ＩＴＥＲ，十年六十億美元的國際融核實驗站建造計畫所需經費龐大，協商十數年仍未啟動，預計至少還得等三、四十年才可能開發出有實用價值的發電技術。因為融核反應亦有中子的釋放，恐怕也無法避免遺留下輻射廢棄物。

　 太陽能：它是地球萬物賴以生存的能量，形式多樣且取之不盡用之不竭，地球上大多能量來自或轉換自太陽能。這裡該談的是循環週期短，不會造成地球表面環境失衡的再生能源。太陽能可藉由直接照射加熱水或室內空氣，可利用半導體或有機薄膜太陽電池來發電，也可借助奈米顆粒觸媒分解水成為氫氣和氧氣。氫氣可直接用做燃料或透過氫氣電池發電，太陽熱造成的風和海流也可用以發電。當然光合作用成長的植物可直接燃燒或釀造甲醇用在引擎上，或透過氫氣電池發電。重要的是，使用綠色能源雖然也會排放二氧化碳和熱量，但是它們在大氣中形成封閉的短週期循環鏈，不會造成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，如煤炭、石油、天然氣或甲烷，燃燒時排放出的額外熱能、溫室氣體和煙灰都會破壞地球生態平衡而造成地球暖化。

　 太陽電池或氫氣經濟設備或風能，基本技術都已存在，惟受限於經濟競爭力還不是主流能源。研發高效率和低成本且少污染的技術將是成功的關鍵，舉太陽電池為例，多層膜技術發電效率也許高達三十％，但製造費昂貴無實用價值。半導體薄膜太陽電池效率已在十五％左右，只要以半導體製造技術結合奈米科技改良，則前景看好。氫氣經濟技術的研發和設備的建置是現在全球熱中的方向，奈米科技在分解水成為氫氣和氧氣及氫氣的儲存和運輸上都將扮演重要角色。

　 台灣進口能源達九十八％，能源問題對國際孤立的台灣特別嚴重而迫切。台灣處於列強爭奪資源衝突和政經紛爭的不穩定平衡狀態下，一旦燃料輸入受阻，國家將陷入危機，因此能源研究與開發以減輕對外依賴極為重要。況且利用我們優勢的半導體與薄膜產業根基研發太陽能技術，還可能為台灣開創出極具經濟價值的新產業。（作者鄭天佐╱中央研究院研究員）（自由廣場，1/16/04）