徐偉珍老師

2050 零淨碳排，可能嗎？ /Jengshian Wang

文章來源:https://medium.com/@jengshian/2050-%E9%9B%B6%E6%B7%A8%E7%A2%B3%E6%8E%92-%E5%8F%AF%E8%83%BD%E5%97%8E-a5c3f092b4c3

六月，破紀錄的高溫在法國、瑞士、奧地利、德國和西班牙等地出現，對此科學家認為，氣候變遷至少讓熱浪發生的機率增加五倍¹。又一次的，「氣候變遷」這個名詞浮現在每個人的眼前，不過別擔心，繁忙的工作、悠閒的假日很快地會將之掩蓋，讓它再次脫離我們的視線範圍。不過，這樣的日子能持續多久呢？

2018 年的全球氣溫，是自 1850 年人類開始以儀器紀錄溫度以來，年均溫第四高的年份。事實上，過去五年的氣溫囊括了排行榜上的前五名。2017 年一組柏克萊的氣候和經濟研究員在 Science 上發表了一篇研究 — — 「氣候變遷對美國經濟的損害」（Estimating economic damage from climate change in the United States）²，探討不同氣溫的上升程度可能對美國經濟產生多少影響。他們分析了美國 3143 個鄉鎮的氣候型態，估計氣候如何影響其農業收入、能源使用、以及犯罪率和勞動市場等變因，最後得出三種情境：在本世紀結束前，如果全球溫度比工業革命前高出 1.5ºC（巴黎公約的目標），美國的 GDP 的下降比率將會在 2% 以內；如果溫度上升 3ºC，GDP 則會下降 4%；若溫度飄升幅度超過 5ºC，則 GDP 會掉超過 6%，甚至更多。研究中也點出，氣候變遷對不同城鎮的影響度不同，越貧窮的鄉鎮受到氣候變遷的威脅更大，導致貧富差距更嚴重，增加社會動亂的因子。另外也有資料顯示³，氣候變遷所造成的資源短缺，容易造成民族或國家間的對立衝突，甚至爆發戰爭。由此顯見「氣候變遷」所涵蓋的問題層面甚廣，已然是當前最多國家關注的議題⁴。
聯合國氣候變遷政府間專家委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change）在去年表示⁵，為了不讓地球的溫度上升超過 2ºC，全球必須在 2050 年前減少 50–80% 的碳排放量；如果要控制在 1.5ºC 以內，排放量更要降低 75–90%。這樣的高目標可能達成嗎？
難以控制的碳排
2018 年全球的總電力需求增加了 3.7%，而燃煤始終佔了三分之一的發電量，這使得全球的溫室氣體排放量在去年增加了 2%，其中能源產業的排放量增加了 2.7%，是七年來最大的漲幅；尤其是亞洲國家對煤炭的需求增長更是明顯⁶。
全球的碳排放之所以很難控制，原因主要有三：
能源需求持續增加：亞洲新興市場發展快速，刺激整體能源需求，自 2006–2016 年，其能源消耗量增加了 40%。其中，污染最重但最容易取得的煤炭，每年約有 3.1% 的需求增長；另外天然氣和燃油也分別有 5.2% 和 2.9% 的年增長量。這些國家很難擺脫對石化燃料的依賴，即使一些綠色基金試圖從供給端著手，威脅將撤回對石油公司的投資，但亞洲市場的強烈需求仍不斷驅使這些中東和俄羅斯的石化巨擘繼續投資。

政治經濟慣性：便宜的能源讓人民有了使用慣性。依照目前的發電成本，改用碳排更低的能源意味著電費可能調漲，任何一位「頭腦清晰」的官員都不會為了支持綠能而拋棄眼前的選票。此外還得考慮每個國家的經濟結構，以印度為例，燃煤佔了印度超過七成的發電量，除了因為這是最便宜的選擇外，印度也是全球第三大產煤國，煤炭是某些貧窮省份的主要經濟來源。終結煤炭將會嚴重影響人民的生計，而且當地銀行體系對採煤產業有許多借貸，部分鐵道的營運也必須仰賴這些企業，這些錯綜復雜的利益關係都使得許多地區難以擺脫對煤炭的依賴。

其他產業的碳排需求難減：鋼鐵、水泥、農耕、交通以及其他經濟活動的碳排量加總超過總排放量的一半，各產業都有各自龐大的經濟利益壓力，很難單靠「綠色」之名就完全翻轉。另外，這些活動的碳排比單純的發電更複雜、更難去除，例如中國在交通方面電動汽機車已經相當普遍，不過這不代表淨碳排會因此而減少，原因在於中國的發電量仍有高達三分之二仰賴燃煤，所以這樣模式下的電動汽機車甚至會比某些高效率的燃油汽機車釋放更多的二氧化碳。

改革的腳步已經啟動
美國總統川普自上任以來頻頻對氣候議題放話，宣稱氣候變遷是一場騙局，指控那些氣候科學家背後都有他們的政治算計。儘管後來他收回了這些話，不過他並沒有要收回撤銷美國聯邦政府的氣候法律和國際公約（包含巴黎公約）的打算⁷。不過，不等中央支持，已經有超過一半以上的州政府自己推動了降低溫室氣體排放的法案，加入「脫碳」（decarbonise）計畫的發電政策社群，且有越來越多州政府願意跟上他們的綠色腳步。
去年紐約推動綠色經濟草案（Green New Deal）⁸失敗後，今年捲土重來，在推動者的努力不懈以及幾位學者的支持下，終於趕在今年六月紐約州眾議院最後的立法會期，通過《氣候領導與社區保護法案》（Climate Leadership and Community Protection Act，簡稱 CLCPA），此法案要求州政府必須在 2050 年前將溫室氣體降到比 1990 年還低 85% 的水準，包含必須提早在 2040 年前將發電的碳排歸零；而剩下 15% 的碳排量則需透過「碳補償」（carbon offsets）來抵消，例如農業或造林等，以達到 2050 全州零淨碳排的目標⁹。這項法案被媒體稱為是目前美國境內最具企圖心的氣候目標。
另一個減碳先驅加州，早在 2002 年建立了「再生能源比例標準」（California Renewables Portfolio Standard）¹⁰，起初僅要求州政府必須在 2017 年前達到購電來源有 20% 來自再生能源的目標，不過進步的列車並沒有就此停下，經過三次調整時程、擴增比例後，最新的要求是：州政府必須在 2030 年前將再生能源佔總購電量的比例提高到 60%，且在 2045 年後全州的發電都不可以產生任何碳排。這些數字和期限並不是訂假的，去年加州參議院已經將它寫進法律。有了州政府對環境保護的強力承諾，儘管加州從 2000 年到 2016 年的 GDP 成長了 40%¹¹，但淨碳排量卻下降了 9%。當然，這與加州的產業結構有關，他們少有高碳排的產業，人口也不比紐約來的稠密，然而不容忽視的是，碳排限制確實驅使加州產生更多創新。近十年來，加州已然成為電動車、共享經濟、再生能源等新興產業的重要基地，這部分要歸功於十幾年前所設下的氣候目標，使得他們能有更多時間來調整產業結構，讓經濟成長能與環境保護同時進展。
三十年前，時任英國首相的柴契爾夫人在聯合國大會中警告全球，氣溫上升可能導致融冰、海平面上升、極端暴雨和糧食短缺等問題¹²，她大概是第一位公開呼籲必須重視全球暖化所帶來的威脅的政治領袖。

過去三十年來，英國的減碳成績非常卓越，近十年碳排的下降速度更是驚人。根據 BP¹³ 所提供的數字，英國從 2006–2016 年間每年碳排放量平均下降幅度為 3.4%，是所有大經濟體中下降幅度最多的國家，這得歸功於英國在 1980 年代的重工業轉型，1990 年代大量興建天然氣發電廠取代燃煤電廠，2002 年開始實施「碳排放交易系統」（Emissions Trading Scheme）以價制量，以及 2012 年後大幅降低燃煤發電比，從接近 40% 降低到 5%，幫助英國減少了將近四分之三的二氧化碳排放量¹⁴。英國已經連續六年二氧化碳排放量都下降，去年排放量為 361 百萬公噸，這個數字已經比 1990 年 — — 柴契爾夫人主政的最後一年 — — 的排放量還要低 39%，大概等同於十九世紀末維多利亞女王時代，那個汽車和電燈都還不是很普及的年代的碳排放量¹⁵。
今年六月，英國更成為第一個將「零溫室氣體排放」的目標寫進法律的七大工業國。首相梅伊表示，「我們將會在 2050 年前根除英國對氣候變遷的貢獻」¹⁶。當然，「零淨排放」不等於「零排放」，還是有部分項目可以有補償（offset）或移除（remove）的空間，另外法案中的目標也不包含在國外生產的產品的排碳出口量，不過這已經是目前全球最具企圖心的氣候目標。

為了達成這個目標，英國在 2035 年後所有出廠的新車都必須是電動車，森林的覆蓋比必須在 2050 年前從 13% 提升到 17%，國際航運海運必須採用更節能的機型並改用其他低碳燃料，所有住家都必須翻新以符合低碳法規，冬天時不再使用天然氣或煤油而改用電暖器，溫控器的溫度也不該超過 19ºC，同時人們也必須減少 20% 的肉食消費¹⁷⋯⋯這已經不是單純的老爺車加裝新零件，整個英國經濟和人民的生活習慣都必須全然翻轉。
英國氣候變遷委員會（Committee on Climate Change，簡稱 CCC） 曾在 2008 年估計，如果英國想在 2050 年前降低 80% 的碳排放，則每年必須付出的成本大約是 1–2% 的 GDP；隨著科技發展，太陽能板、風力發電渦輪機和電池技術越來越成熟，CCC 今年估計，以相同的成本，即可在 2050 年達成「零淨碳排」¹⁸。不過他們也強調，綠色經濟的轉型成本，必須由政府、企業端和消費者共同且公平負擔。

值得一提的是，「碳交易」是另一個強而有力的選項，透過稅和其他成本轉嫁的方式將除碳的成本轉移到生產者或消費者身上，用市場機制來降低碳排放量；不過目前消費者面的碳排量仍非常難量測，且最關鍵的是，這個方案已經在美國和歐盟被民眾否決。

新能源、新選項

目前已經有將近四分之三的國家的發電配比採用再生能源，且大部分的國家都提高了天然氣的發電佔比，因此在 2010 年到 2018 年間，每單位發電量的二氧化碳排放量大約降低了 10%。不過單位排放量的改善仍無法掩蓋需求量狂增的事實，再加上其他再生能源方案（風力發電、太陽能）在許多地方發展遲緩、投資額停滯¹⁹，而核能也因為建置成本高以及安全疑慮被部分國家排除在外，這些都是讓全球碳排無法大幅改善的原因之一。根據 BP 估計，全球的能源配比必須增加一兆度的再生能源電量才能讓碳排放量維持在 2015 年的水準，這個數字大概等於中國和美國一整年再生能源發電的加總。

幸運的是，目前除了太陽能、風力發電、水力發電和生質能這些傳統的再生能源外，我們還有許多發展中的新能源能可作為替代選項。

「氫氣」是最具有潛力的低碳方案之一，可以作為交通運輸的燃料、供應熱源、或是鋼鐵製程的輔助物質等。其實早在 1928 年就有科學家發明了氫氣和氧氣結合可以產生電能的工程方法²⁰，不過直到最近十年氫能的發展才越漸蓬勃成熟。氫能的技術主要可分成兩部分：「製氫」和「氫燃料電池」，而後者更著重在「質子交換膜」的技術上。

氫的製備技術雖然比較成熟，但全世界 96% 的氫都來源於化石能源的產業鏈條，若要以更環保的方式製備氫氣，則必須大力發展那 4% 的電解水方式 — — 特別是生物製氫和運用再生能源電解水²¹。今年四月，一個由德國第二大電力公司 RWE、西門子和許多再生能源相關企業、電網公司等組成的「GET H2」計劃，宣布要在德國西部的埃姆斯蘭（Emsland）地區建立裝置容量 105MW 的「風電轉氫」基地，作為綠色低碳能源旗艦型示範計劃²²。
而在氫燃料電池的能源使用效率部分，氫的能量密度²³為 142MJ/kg，比天然氣的 53.6MJ/kg，汽油的 46.4MJ/kg，還有鋰離子電池的 0.36–0.875MJ/kg 高出非常多。因此許多大廠推出的氫燃料車，都主打能在短時間充能並達到更遠的續航，例如日本的 Toyota Mirai 和韓國的 Hyundai Nexo 都能在加氫 3–5 分鐘後續航 600 公里，這比 Tesla Model 3 引以為傲的「快充 30 分鐘，續航 210 公里」還要來得驚人許多。不過，目前氫燃料電池的成本還是比傳統發動機或電動車上的鋰電池高太多，不靠政府補助實在難以生存；且目前氫氣仍無法大規模製造、運輸，技術成熟度和安全性都是一大挑戰。

日本對於「氫能」的開發非常篤定，或許是因為煤炭、天然氣和石油都必須仰賴進口，核能發電又因為 2011 年福島核災後降低到 3%（不過日本政府已經規劃將在 2030 年將核能發電佔比調整至 20-22%²⁴），再生能源便成了穩定供電來源、填補核電缺口的重要目標。加上日本位處於溫帶緯度，相比於鋰電池在低溫下的使用效率極差，氫燃料電池的使用較不受溫度的限制。2020 年東京奧運會，日本已經計劃向全世界展示氫能社會的建設成果，包括 4 萬輛氫燃料汽車的全國保有量，而這個數字預計將在 2025 年和 2030 年分別達到 25 萬台和 80 萬台。

降低碳排，除了從正向減少用量外，也可以從「反向」著手，從空氣中吸取二氧化碳，經過收集壓縮後再注入地層或以礦物碳酸鹽形式儲存。「碳捕捉和儲存」（Carbon Capture and Storage，簡稱 CCS）是一種相當新奇、有創意的概念，類似於植物行光合作用後將二氧化碳儲存在體內。乍聽之下非常天馬行空，不過已經有好幾間公司正著手進行類似的計畫。

Carbon Engineering 是一間由哈佛的氣候專家 David Keith 創立，Bill Gates 和幾間石油公司投資的 CCS 公司，成立至今已經十年。他們使用巨型的風扇陣列和複雜的反應程序來吸取空氣中的二氧化碳，而這些被固化的二氧化碳能用來製造合成燃料，或儲存在地底提高石油的採收率。其實早在二十年前科學家 Klaus Lackner 就發現了這個原理，而 David Keith 只是提出自己的改良版並申請專利。他們宣稱每年能從大氣中吸取等同於 4000 萬棵樹進行光合作用的二氧化碳量²⁵，這對地球來說何嘗不是一件非常棒的事！
天底下的事都必須考量成本，這裡當然也不例外。估計 Carbon Engineering 的銷貨成本和資本支出，他們去除溫室氣體的成本約為每公斤 94–232 美元之間²⁶，這比歐洲排放交易體系（EU Emissions Trading System）每公斤去除溫室氣體的價格還要貴上 10 美元左右，因此目前這個技術並沒有太大的競爭力。許多科學家認為 CCS 最終的成本必須壓在 100 美元以內才能真正成為低碳經濟過渡時期的替代方案之一，而目前最有效、也是最便宜的固碳方法還是種樹。

另一個對環境相對友善的核能也是許多國家過渡到低碳經濟時期的務實選項之一，不過核安問題仍是各國最大的疑慮。

2018 年諾貝爾物理學獎的兩位得主 Gerard Mourou 和他過去的學生 Donna Strickland 發明出一種產生高強度超短光學脈衝的技術 — — 「啁啾脈衝放大技術」（Chirped Pulse Amplification），能突破以往脈衝雷射強度的瓶頸，產生超強與超短的脈衝雷射光。今年四月 Mourou 接受 Bloomberg 專訪時表示²⁷，他與加州大學的教授正運用這種高強度超短光學脈衝，「轟炸」核廢料的放射性原子團，使它產生遷變（transmutation）不再具有放射性，讓核廢料的半衰期能從幾千年縮減到幾分鐘以內。雖然他表示這項技術目前仍在實驗室階段，成本太高且無法工業化，不過他相信核能會是未來最好的能源選項，而這樣核廢料處理的方法也是可行的。

這些新能源或新選項都能達成低碳排，且有效解決傳統再生能源發電的間歇性問題，不過這些方案必須有更多證據來證明它們的可行性、技術成熟度、和商轉的可能等，才有機會從市場面、或是政府的政策制定面，真正落實到未來低碳經濟的生活景象中。

台灣的低碳未來？

這場對抗氣候變遷的戰役，人類是否已經輸了？看看各國的努力，答案似乎還不一定。
最後我們回頭看看台灣的現況。

根據環保署統計²⁸，台灣二氧化碳排放量仍在持續增加中，2016 年來到 293.12 百萬公噸。今年由環保團體 Germanwatch 公布的全球氣候變遷績效指標排名²⁹，在 57 個國家和區域中，台灣名列第 56 名（因為前三名從缺所以實際上是 53 名），只比南韓、伊朗、美國和沙烏地阿拉伯表現來得好。

好消息是， 台灣的「二氧化碳密集度」（Carbon Intensity；每單位 GDP 之二氧化碳排放量）持續下滑，從 2003 年的 0.0233 kg/元，下降到 2016 年的 0.0165 kg/元，顯見能源的使用效率提升，且產業已經漸漸轉型為排碳量不這麼密集的產業。

而在氣候目標部分，依照目前 《溫室氣體減量及管理法》規定以每 5 年為 1 期訂定階段管制目標，環保署在 2017 年會商中央目的事業主管機關後，達成第 1 期階段管制目標（草案）共識，採「先緩和後加速」的減碳路徑。設定 2020 年排放量較基準年 2005 年減量 2%，即淨排放總量降至 260.717 百萬噸，接下來將會加快，預計 2025 年較 2005 年減少 10%、2030 年減少20%，2050 年減到 50% 以下³⁰。依照這個計畫走，2050 零淨碳排還不會在台灣發生。

根據報導，環保署當時表示，「減量責任將由能源、製造、運輸、住商、農業及環境部門共同承擔，後續將辦理公聽研商會議，於廣徵各界意見後報請行政院核定。」依照上面的圈點，這至少牽扯到經濟部、交通部、內政部、農委會（2018/5/3，行政院會通過組織改造草案，未來將升格為「農業部」）和環保署（未來將會整合其他業務，整合為「環境與資源部」）五個部會的業務。考量到政府部門間的溝通效率、媒體和民眾的重視程度，實質推行上絕對會有許多挑戰。

有一句話是這麼說的，「種樹有兩個最好的時機，一個是二十年前，一個是現在。」如果台灣不像加州那麼早開始設定目標，不像紐約有那麼強烈的意志力，也不像英國那麼有魄力鐵了心要做好經濟轉型，那麼我們至少該從現在開始，督促政府訂出更具企圖心且可行的目標，讓我們明確地知道要做什麼？該怎麼做？才能讓氣候變遷不再惡化，讓經濟發展能與環境保護同步進行。

後記：五月中接待法國來台參訪的同學，臨別的最後一天晚飯，一位同學好奇地問我，會不會覺得平溪的天燈很不環保？我跟他解釋了放天燈是一種傳統的祈福活動，且目前天燈限定只能在平溪放，材質上也選用比較環保可降解的材料。他點頭表示理解，不過我很詫異他留意到的不是天燈的美，而是環保議題。
後來跟他談到，因為台灣尷尬的國際地位，不能參與許多會議，因此在某些目標和法規標準上不一定能和國際密切接軌；也因為這些與日常生活脫節（或根本無從關聯），所以漸漸地我們對國際上發生的事和趨勢變得不太關注（除非有媒體忽然報導或生活周遭忽然發生某件相關的事）。

台灣是個幸運的地方，聽說因為有海洋調節所以不太可能發生像歐洲一樣的熱浪，即使是地勢偏低的地區也不像孟加拉有如此頻繁的洪泛會一再淹沒所有的努力。不過，幸運不代表能無窮揮霍，即使名義上不是國際的一員，我們還是得負起作為地球公民的責任。[20190706]