2008-06-25

核能新思維

 
雙週 四 出刊.2008.06.26
 
本 期 目 錄 簡介/舊報明細
核能新思維
Science 2.0
尋找科普接班人~
情義與私情的拔河
三人立「投名狀」結義,發誓要同生共死…
最Hot科學 

核能新思維

核四興建與否在台灣爭鬧不休20多年,8年前行政院宣佈停建,但100多天後又宣佈復建,此後核四就在「非核家園」的氛圍中逐步興建,現在接近完工。近幾年全球暖化成為全世界最關注的議題,核能發電不排放二氧化碳的特性,重新吸引各國重視,在這種趨勢下,核電是否有機會在台灣重獲一席之地?

文╱李名揚

中央研究院「環境與能源研究小組」今年2月建議政府:「在確保安全下,提高核能發電的比率,不僅核四廠應該繼續興建,核一、二、三廠考慮延役,甚至應在既有核電廠加裝新核能機組。」該小組召集人、中研院榮譽院長李遠哲更直言:「溫室氣體減量」與「非核家園」兩個目標目前無法同時達成,在「兩害相權取其輕」的考量下,他主張50年內續用核能,以待再生能源發展成熟。

近幾年隨著全球暖化加劇,如何減少溫室氣體排放已成為全世界最受關注的議題。核能發電廠雖有其他問題,但在發電過程中,確實不會排放二氧化碳,因此以核能發電廠取代會排放大量二氧化碳的火力發電廠,就成為減少二氧化碳排放的選項之一,在這種思考邏輯下,上述「兩害相權取其輕」的建議應運而生。

這種立論的前提是「台灣未來電力需求持續增加」。經濟部能源局2007年3月曾經根據我國經濟成長率、產業結構、人口成長率、氣溫、電價、需求面管理、大型開發案或規劃案及發電燃料價格等因素,預測未來電力使用趨勢,預估我國用電成長率將從2007年的4.0%,逐漸降低到2025年的2.7%,也就是說,雖然我國有產業外移、服務業增加的產業結構性變化,但只能減緩用電成長趨勢,並不會使電力需求降為負成長,因此總用電量將從2007年的1543億度,成長到2025年的2824億度。

二氧化碳的威脅

在此趨勢之下,要開發哪些新的電力來源,就必須好好規劃,因為發電固然重要,但如何以排放二氧化碳最少的方式來發電,才是現階段全世界共同追求的首要目標。

二氧化碳是造成溫室效應最主要的氣體,150年前工業革命尚未展開時,全世界二氧化碳濃度約為0.028%,現在已經超過0.037%,提高了約1/3。

全球暖化的問題到底有多嚴重?根據聯合國跨政府氣候變遷研究小組(IPCC)計算,從1901年到2000年,全世界地表溫度約上升0.6℃;但隨著人類開發程度提高,暖化情況日趨嚴重,IPCC在2006年的報告修正為從1906年到2005年上升了0.74℃,其中,後50年就上升了0.65℃(見2007年9月號〈全球暖化背後的科學證據〉)。

而台灣的氣溫變化,根據中研院「環境與能源研究小組」的報告,近一世紀氣溫上升約1.2℃,是全世界平均的1.6倍(見2007年9月號〈台灣也暖化了嗎?〉)。

未來全球暖化的情況可能更糟糕,IPCC預測,2100年左右,全球平均氣溫極可能升高1.8~4℃,海平面可能上升30~40公分甚至更多。若上升2℃,將造成20億人面臨缺水危機,20~30%的物種瀕臨絕種,更多人因為熱浪、旱澇而死亡;若情況更嚴重,更可能造成全球1/5人口受洪水影響,32億人缺水,全球發生大規模物種滅絕。

全世界都受到溫室氣體的影響,那台灣對全世界二氧化碳增量的「貢獻」又是如何?根據國際能源總署(IEA)在2006年的統計,2004年台灣二氧化碳排放總量約佔全世界的1%,排名第21,而每人每年排放量約11.25公噸,排名第18;但若只看人口1000萬以上的國家,台灣的排名就跳升到第5,僅次於美國、澳洲、加拿大和荷蘭(現在已經超過荷蘭)。

另一項統計更驚人:過去15年,台灣的二氧化碳人均排放量成長率,竟然高居世界第一。中研院環境變遷研究中心主任劉紹臣統計發現,1990年台灣每人每年排放二氧化碳5公噸多,大約是西歐國家人民的一半,到了2005年成長到11公噸多,漲幅超過一倍,而西歐國家則不斷減量,使得台灣迅速躍居二氧化碳排放大國。

抑制全球溫室氣體排放的「京都議定書」在2005年2月16日正式生效,該協議要求工業國家在2012年時,溫室效應氣體排放總量必須比1990年減少5.2%。未遵守規範的國家,即使非簽約國,也可能受到貿易制裁,例如進出口產品被課徵環保稅,甚至被禁止進口。歐盟已在去年8月立法,要求能源使用產品必須滿足生態設計(EUP)的要求,否則限制進口。

台灣並非簽約國,但為了對外貿易不受影響,也為了負起環境永續的責任,馬英九總統在競選時提出政見,訂定台灣未來二氧化碳減量目標:「2016~2020年回到2008年排放量,2025年回到2000年排放量,2050年回到2000年排放量的50%。」又因為台灣燃燒化石燃料產生的二氧化碳佔溫室氣體排放總量的74%,而火力發電是其中的重要來源,所以馬英九也提出解決之道:「發電策略積極朝低(無)碳能源超過50%的方向推動」。

追求低(無)碳能源時代

但是哪些發電方式產生的二氧化碳最少呢?根據國際原子能總署(IAEA)的計算,燃煤電廠每發一度電,會直接排放790~1017克的二氧化碳,燃氣電廠會直接排放362~575克二氧化碳,其他如水力、風力、太陽能及核能均不會直接排放,只有在建廠、營運過程中多少會產生一些二氧化碳(見左下〈各種發電技術二氧化碳總排放量〉)。因此以「二氧化碳減量」這個目標來看,火力發電以外的其他發電方式,都可以成為選項。

在各種再生能源中,比較常被提到的是風力和太陽能發電,但這兩種技術都還在發展中。風力發電必須要有夠好的天然條件,而且由於不易精確掌握何時有風,會使電力不好調度,因此較不適合擔任必須不停發電以供應基本電力需求的「基載」,而只適合做為電力需求緊迫時的「備載」。台電公司副總經理施弘基表示,若裝設1MW(100萬瓦)的風力發電機當做基載,只能當成0.12MW來調度,也就是說,還得另?!--內文-->.88MW的傳統發電廠才行。

價格昂貴則是太陽能發電一直難以克服的問題,而且台灣地狹人稠,鋪設面積受限也是另一問題。即使是非常強調發展再生能源的歐盟國家,風力和太陽能發電所佔比例也不算高,大部份國家的再生能源仍是以水力發電為主,而水力發電和風力一樣,都得依賴適當的自然環境。
推薦專欄 

Science 2.0

把原始的研究結果放到網路上讓大家看,是求進步還是冒風險?

撰文╱沃德羅普(M. Mitchell Waldrop)翻譯╱王怡文

重點提要

■Science 2.0是指科學家把原始實驗結果、初步成形的理論、宣佈的新發現和論文初稿發表到網站上,供其他人取閱並提供意見。

■支持者認為這些「開放存取」行為,將使科學更具合作性,因此也更有生產力。

■批評者則指出科學家把初步發現放上網,會造成該項成果被其他人複製或利用、搶走聲譽甚至專利的風險。

■不論好壞,Science 2.0網站已開始激增。美國麻省理工學院生物工程師們創設的開放濕體計畫(OpenWetWare)是個值得注意的例子。

第一代全球資訊網的威力,迅速改變了搜尋商品與資訊的模式。最近出現的Web 2.0,例如網誌、標籤索引(tagging)和社交網站等新功能,也迅速拓展了人們的能力,不再局限於消費線上資訊,而也能夠出版、編輯並且合力創造資訊,這情況使得從事新聞、行銷甚至政治活動的傳統機構,都必須採用全新的思考與營運方式。

接下來可能輪到科學界了。研究人員已經開始運用Web 2.0廣大開放的性質,展示他們的工作。這些人為數不多(而且不只是年輕人),但逐漸增加。雖然他們的努力不夠集中,還稱不上是一種運動,但是到目前為止,根據經驗來看,這種網路上的「Science 2.0」不只比傳統科學更富合作精神,也更有生產力。

網路期刊《科學公共圖書館線上版》( http://www.plosone.org )執行編輯舒瑞吉(Christopher Surridge)解釋:「科學的發生,不只是因為有人做實驗,也因為有人討論那些實驗。」批評、建議、分享點子與資料等,是科學的核心,也是最有效的工具,以修正錯誤、在同儕成果上繼續發展,進而塑造新知識。雖然同儕審查論文很重要,舒瑞吉也發表了很多這類論文,但他說:「它們只記錄了作者所做過的事情以及當下的想法,除了引用文獻以及給編輯的信這種最基本的動作,無法促成進一步的合作。」

Web 2.0技術促成了更多對話──這是美國俄勒岡州施里納斯兒童醫院博士後癌症研究員胡克爾(Bill Hooker)的看法,他撰寫了科學三階段調查報告,發表在《三夸克日報》上( http://www.3quarksdaily.com ,上面刊登著部落客所撰寫的科學與文化評述)。胡克爾說:「對我而言,公開我的實驗室筆記,就是打開一扇窗,讓人們看看我每天在做什麼,那是說清事務上的一大躍進。在論文中,我只能看見你已經完成的事,但無法得知你做過哪些嘗試卻沒成功。實驗筆記一旦(在網路上)公開了,那些在其他溝通機制中會被隱藏起來的細節就會顯露出來。這使得科學更有效率。」然後這種效率的大躍進,也許能在各方面大大造福社會,包括加速藥物研發到增強國家競爭力等。

當然,許多科學家對這種開放仍有戒心,特別是在競爭白熱化的生物醫學界中,專利、升遷和終身教職都取決於搶先發表新發現。對這些人來說,Science 2.0似乎很危險:把你認真看待的工作公佈在網誌和社交網站上,感覺就像公開邀請大家在你的實驗室筆記上搞破壞,甚至更糟的是,對手會偷走你最好的點子然後發表。

然而對擁護者來說,開放的氣氛使科學更具生產力。胡克爾說:「當你對外而公開地在線上工作,很快就會發現你不再是和其他科學家競爭,而是和他們合作。」

公開交流激發成功

舒瑞吉說,原則上科學家應該會發現,投向Web 2.0的懷抱是再自然不過了。畢竟自從伽利略和牛頓以來,科學就是以「眾包」(發包給眾人)許多研究人員的貢獻而建立起對世界的認識,然後透過公開辯論加以修正。舒瑞吉說:「Web 2.0完美地契合科學運作之道。問題不在於這改變是否會發生,而是多快發生。」

美國麻省理工學院(MIT)的開放濕體計畫( http://www.openwetware.org )是最早的成功案例之一,它是2005年由MIT生物工程師安迪(Drew Endy)和奈特(Thomas Knight)實驗室裡的學生所推出,這個計畫原本只被當做更新這兩個實驗室網站的方法。如圍記網站(wiki)這類的開放濕體的合作方式,是讓任何有存取權的人參與編輯網頁,和維基百科(Wikipedia)用的是同樣的軟體。之後,學生高高興興地開始在網頁上介紹自己和自己的工作。

很快的,他們發現把自己正在學習的實驗室技術發表到網站上也很方便。研究生凱利(Jason Kelly)是開放濕體指導委員會的成員之一,他說:「有很多訣竅未寫進實驗程序中,只在生物實驗室之間口耳相傳,但我們沒有這樣。」大部份學生只有工程背景,所屬的實驗室很新,幾乎沒有指導者。所以無論何時,只要有學生或博士後研究員設法摸索出新程序,就會把學到的東西寫在網頁上,而其他人會把搜集的小技巧都加上去。MIT研究生兼指導委員會成員薛提(Reshma Shetty)說,那些資訊對實驗室成員非常有用,但是「也變成全世界都看得到的資訊」。

凱利指出:「大部份使用者找上我們,是因為他們用Google搜尋某個實驗程序的資訊,然後在我們的網站上找到,就會說『有了!』」由於加入的人越來越多,顯然這種合作也有利於其他工作,例如在課堂上,學生不必再忍受教授的靜態網頁,開始架設動態的課程網站,用來發表實驗室結果、提出問題、討論答案甚至合作寫文章。薛提說:「而且這些全都留在網站上,使來年的課程更進步。」他設計了開放濕體架構,供設立課程網站之用。
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