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綠能,三年內一定躋身經濟主流

2019-11-19 05:02:52
Managertoday
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<span style="color: #ff9900;">資料提供 /  大是文化出版社</span> <span style="color: #ff6600;">綠能經濟真相和你以為

資料提供 /  大是文化出版社

綠能經濟真相和你以為的不一樣
英文書名:Ten Technologies to Save the Planet
作者:克里斯.古德(Chris Goodall)
ISBN:9789866526312
出版:大是文化出版社

 

即便對全球暖化感到悲觀的人,也應該注意到各國的企業家、創業投資人和科學家已經投入前所未有的巧思和努力,來面對現在人類最大的危機。本書介紹的個人和公司,跨越中國大陸、美國、愛爾蘭、西班牙、韓國、印度和澳洲等不同國家,全世界現在都在認真面對挑戰,萬一人類終究無法解決氣候變遷的問題,絕不是因為不夠努力。

不必看電表臉色
二○○六年,米莉安‧葛林(Miriam Green)一家人搬入位於多風、潮濕的西愛爾蘭戈爾韋(Galway)的新家,而她後來成為這家公司的員工。「第一年冬天我們過得不輕鬆,」她說,「我們以為靠電器用品和體熱就足以維持室內溫暖,結果並不是這樣;我們不知道依照規定,在深冬時可以使用地板下的電暖氣系統。不過我們使用電力產生的熱能,絕對沒有超過被動式節能屋標準規定的每平方公尺十瓦特。」這個數字還不到一般愛爾蘭家庭使用量的一○%。

米莉安的房子很大,幾乎比一般歐洲房屋大一倍,所以在大冬天只靠體熱跟電器用品產生的熱,無法維持室內溫度。位於西愛爾蘭多雲地區的房子還面臨另一個問題,就是冬天來自太陽的熱能很少,陰暗的天氣大大減少了太陽能量,二○○七年到○八年的冬天特別多雲,米莉安就注意到太陽對於溫度的影響。

她還提出另一個問題:她家屋頂上的窗戶由北歐一家大製造商製作,設計得不好,這些窗子有三層玻璃,但玻璃邊緣的密封條沒有和邊框緊密接合,於是風很大的時候,她在屋裡可以感受到有微風吹入。這顯示費斯特的觀點沒錯,要極力要求改進窗戶邊框問題。不過米莉安說,後來公司建造的被動式節能屋平房不在屋頂開窗戶,所以沒有這個問題。

觀察米莉安家使用的電量,可以看出這棟房子的高絕緣程度。二○○八年最冷的月份,他們大約用了八○萬瓦特的電,其中有一半以上用在家電用品上。他們在暖器上使用的電量,只有同樣大小的一般房屋的十分之一,完全符合被動式節能屋的要求。

不過,這棟房子得用電力產生暖氣,代價昂貴,因為用瓦斯製造等量的熱能,大約只需要四分之一的價錢,所以葛林一家無法因此省下很多錢。米莉安打算安裝創新的「熱泵」,取代地板下的電暖氣系統,熱泵是一種可以吸收大自然中之熱能或廢熱加以利用,產生熱水的高效能科技產品。熱泵主要有「水對水」及「空氣對水」二種系統,可直接從空氣或水源吸收熱能,雖然還是需要電力,但每產生一單位熱能所需的電量將減少很多。

米莉安提供給我一些估計數據,她認為一棟被動式節能屋平房的建材成本,大概比她們公司建的一般房子多出五%,若是雙層的房屋則會多出十五%到二十%,這些額外支出大多用在加裝室內絕緣板。不過,被動式節能屋不需要裝中央暖氣鍋爐及房間暖房裝置,因此可以省下一大筆錢。整體來看,米莉安認為要把一棟絕緣良好的房子升級為被動式節能屋,將材料和人工的額外花費加總起來之後,大概比普通房屋造價多出十%。

這和費斯特的假設不謀而合,他認為和達到現今政府訂定絕緣標準的房子相比,同等的被動式節能屋造價大概會多出一五○○○歐元,扣掉不需要裝中央暖氣系統省下的錢後,整體大約比一般德國新屋的平均造價多出八%,和米莉安的估計差不多。被動式節能屋不但冬暖夏涼,由於使用能量費用降低,買房子時多投資的錢,大概在幾十年間可以回收,也就是說,對現在想要買新房子的人來講,購買符合被動式節能屋標準的房子是絕佳的選擇。

那麼,為什麼被動式節能屋的數量沒有快速增加呢?米莉安以過來人的身份告訴我,當時被動式節能屋的概念頗讓人卻步,「我們對房子的信念需要極大改變,」她說,「我們是全愛爾蘭第一家願意購買被動式節能屋的家庭,當初聽了不少人的有力說服,一再向我們保證屋內會很溫暖,才下定決心。」米莉安表示,這幾年人們的態度轉變很快,「愛爾蘭人現在對被動式節能屋有更深的了解,」她說,「因此房子也比較好賣了。」

油電混合?只是過客
有些能在電池與傳統汽油引擎間切換的汽車已上路,它們名為「油電混合車」,而其中最知名的,就是豐田普銳斯(Prius)。普銳斯的電池可以驅動汽車行駛於市區當中,而在較長途行駛時,汽油引擎就派上用場,車子便以傳統汽車運作。每當煞車時,電池就靠回收消耗的能量充電。

請這麼想:一輛以時速三十英里行進的汽車有大量動能,當它緩緩停在交通號誌前時,便消耗了這動能。而能量不滅定律說:車輛行進的動力一定會化為熱力,或是其他某種等量的能源載體。多數車輛會將減速轉為熱能,而這也正是為何煞車會變熱的緣故。但普銳斯不同,它會從煞車中獲取部分能量,並加以轉化為電池中的電能,而這過程也就是所謂的「再生式煞車」(regenerative braking)。如今相同的原理也應用在火車,以及其他少數車輛。

普銳斯結合內燃機與電池還有其他好處,首先,車子在十字路口或交通號誌前停過後,電池便能驅動車輛前行。這意味著當車輛靜止時,就能關掉汽油引擎,而不必因閒置而浪費燃料。其次,當車輛加速時,電池可以與引擎相輔相成,以增加汽車的馬力,這表示內燃機不必像在一般同型車裡的那麼大。小型汽油引擎天生就比大型的省油,這就降低了耗油量。

普銳斯有電池可用,因此幾年前問世時便以特別省油著稱,碳排放量則如路上任何標準車一般低。不過,其他汽車製造商本身也有改進,如今就有好幾輛小車的耗油量幾乎與普銳斯不相上下;例如,雪鐵龍C1每公里的碳排放量為一○九公克,只比普銳斯的一○四公克略高。而C1並沒有任何回收動能再轉化為電力之類的複雜功能,它只不過是輛需要有限馬力的輕型車,車內的小引擎很善於將化石燃料中的化學能轉為動能。

在邁向純電動車的道路上,豐田普銳斯與其他油電混合車只是第一步。它們的電池僅能讓車輛行駛短距離,電力推進系統必須與傳統內燃機並用,以致汽車昂貴、複雜又笨重。普銳斯的電池重約五○公斤,但儲存的能量不到一○○○瓦時,大概只夠車子以等速開約六英里。換句話說,電池只能從靜止到時速六○英里加速四次,就需要再充電。

好在豐田推出普銳斯短短幾年內,就有了明顯的改進。車廠做了非正式的修改,讓車主能將車子插電,以便電池能直接從輸電網,而不是藉由再生式煞車充電。也就是說豐田已將普銳斯從普通的油電混合車,變成「插電式油電混合電動車」(plug-in hybrid electric vehicles),也就是專業術語所謂的PHEV。車主可以趁晚間將汽車插電,每天行駛短程上班用電池即可,至於較長途的行駛,仍能在電池耗盡時,使用汽油引擎來驅動汽車。

風力發電比太陽能效率更高
全球不同地區的大氣氣壓不同,就會產生風,風習慣從高壓地區吹向低壓地區,其速度則受到分子間梯度差別的影響。造成氣壓差別的根本原因,是因為世界各地吸收的太陽熱能不同,所以風力能源可以視為一種間接的太陽能。地球吸收的太陽熱能中,微小的百分之一會轉變成風力所含的動能,我們可以透過風車或風力發電機降低風速,攔截風的動能,將其轉換成轉動扇葉的能量。

風力發電機有點像是顛倒版的電風扇。電風扇插上電時,電動馬達會使扇葉轉動;風力發電機則是將這個程序顛倒過來,轉動的扇葉帶動齒輪,讓導體(通常是緊密纏繞的銅線圈)在強力磁場中迅速旋轉,產生電力流動。

風力發電機並無法完全捕捉風能,理論上我們只能從流過扇葉的風中,捕捉不到六○%的能量,而就算使用效能最高的新型發電機,透過扇葉轉動能產生的電能,又只有捕捉到能量中的七○%。不過就算有這些缺點,風力還算是多產的電力來源,尤其和只能轉換不到五分之一能量的太陽光電面板(solar photovoltaic panel)相比,更是有效率得多。

風力發電成功的秘訣,來自通過發電機旋轉扇葉的空氣重量。我們並不怎麼感受到空氣的重量,然而每立方公尺的空氣其實重達一公斤以上,大約跟一袋糖一樣重。強風中的空氣每小時移動約四○英里,也就是每秒移動十七公尺,這表示每秒鐘有二○公斤以上的空氣通過每個垂直平面。風中含的動力和空氣移動速度的三次方成比例,所以這個動作帶有龐大的動力;也就是說,和風速每秒六公尺時相比,在風速每秒七公尺時風力發電機可以多產生六○%的能量,這就是為什麼選擇多風地帶建立風力發電機很重要。

風速每秒七公尺大約比微風強一點,此時吹過每平方公尺垂直平面的風大約含有二○○瓦特的能量。雖然熱帶地區中午的太陽能量更強,同樣面積可以產出超過一○○○瓦特,但風力比較容易轉換成電能,而且通常可以二十四小時持續運作,不是有太陽才能發電。

當然,風力發電機可以捕捉的風能量,也跟扇葉掃過的範圍有關。最大的新型發電機扇臂長達六○公尺以上,風速每小時四○英里時,每秒約有二○○噸空氣通過扇葉掃過的區域,產生二○○萬瓦特以上的可用能量。相較之下,扇臂長一公尺的小型家用風力發電機,扇葉可覆蓋的區域只有三平方公尺左右,只能捕捉六○○到七○○瓦特的能量。一般我們直覺會認為,大型發電機扇葉掃過的面積,是家用發電機的六○倍大,然而實際上卻可以大上三○○○倍之多。

明天過後不必上演
為了使大氣中的二氧化碳總量維持不變,我們究竟需要在土壤內額外封存多少碳,才能徹底抵銷一○五○瓦特的化石燃料能量?這道計算相當簡單,並十分令人振奮:連續使用一○五○瓦特化石燃料,意味著一年總共要用約九○○○千瓦。假使這些能量全部要靠燃燒汽油來製造,那這數量將意味著:每個人使用的汽油約為八○○公升,而汽油燃燒後,會在大氣中增加重約兩公噸,但含碳量略低於六○○公斤的二氧化碳。

有關生物炭與改善土壤的章節則建議,我們能合理地在世界各地許多地方設定目標,將土壤內的碳封存量提高,至少達土壤本身重量的百分之一。如果這個目標達成,那每年只要十公尺乘十公尺面積的土地,就能在每個人連續使用的化石燃料中,抵銷剩餘的一○五○瓦特。當然,這必須年復一年地進行,直到我們徹底將經濟體去碳化為止,但那絕對是可行的。雖然英國每位居民所分到的土地,幾乎比世上其餘任何國家都少,但直到所有的空間都用完前,還能在為期近三十五年間,抵銷每人因連續使用一○五○瓦特化石燃料所排放的廢氣。而在世上其他地方,這數字甚至更驚人:澳洲能在提高全境相同土壤含碳量的情況下,於為期長達數千年間,不斷截存因仍使用化石燃料所排放的碳。此外,要降低大氣中的二氧化碳量,最便宜的一種方式,或許就是提高土壤內的碳含量。

無論是藉由生物炭、較長根部,或是較多腐植土的形式,我們若要在土壤中截存碳,就需要增加植物質。此外,為了燃料電池及汽車引擎,還有為生物質供熱廠提供纖維素乙醇,我們需要利用木材與稻草來製造這種燃料。倘若預估大致正確,那在每人平均能源總消費量中,我們可能需要有八○○連續瓦特來自植物與樹木。而到二○二五年時,或許我們從風力或太陽能中所獲得的能量,便大致與這相同。

而製造一切植物質的光合作用,在將太陽能轉化為有效能源上,卻遠不如像同樣大小的太陽能板等東西。更確切地說,這意味著:假使我們用太陽能板來滿足剩餘的能源需求,那比起若是以樹木來製造乙醇,或是用木材當作發電廠的燃料,所需要的空間就少得多。然而,一公頃的太陽能板總比等面積的樹貴得多。其中的問題在於,在工業世界裡,為了從木材與植物質中,替每個人獲取八○○瓦特能量,將需要約八分之一公頃的土地。如果像法國等國家想利用自家土地,來種植所需的木料,就必須為此動用逾一成五的總面積。當然,在較未開發的地區種植林木或稻草,接著將乙醇運到需要它的地方,或許比較有道理。而這麼做的好處則在於,一方面能增加開發中國家的收入,又能提供大面積造林的真正誘因。不過,為了製造纖維素乙醇的原料,仍需要利用世上大部分的可用地來造林。

要發展每年在世界各地種植、並加工數十億公噸森林物質的龐大新產業,挑戰十分艱鉅,而否認這點是很愚蠢的。同樣的,認為將全球輸電網去碳化輕而易舉,也是很愚蠢的。但是我認為,這是可行的,而我希望,本書已說明了這點。