「台灣國民應有的素養與智識 -- 以助台灣邁向正常而安康的國家」 從能源科技的觀點

作者:黃界清 (德州農工大學傑出講座教授)

目前，人類在能源方面，面對兩大問題。第一，傳統能源漸漸用完，急須尋找新能源。第二，傳統發電技術與交通工具，漸漸破壞環境，急須尋找新技術。首先，本文將比較各種傳統能源，用在相關的發電技術與交通工具，與其造成環境污染及地球暖化的反效果。其次，介紹如何利用新科技，使傳統能源變成乾淨無污染的發電技術與交通工具。接著，比較各種新的再生能源，與其用來發電的相關技術及優缺點。最後建議，新科技的研發，將使傳統能源與新能源，共同解決人類未來能源短缺與環境污染暖化問題。本文從能源科技的觀點，來探討台灣國國民應有的素養與智識，讓綠色能源與經濟環保三大議題，取得平衡永續發展，以助台灣邁向正常而安康的國家。

目前世界能源的比例，傳統能源(石油、煤炭、天然氣)占六十到八十%，原子能源(核子分裂、核子熔合)占十到二十%，再生能源(水力、風力、太陽、海洋、地熱、生質能源)占十到二十%。能源主要用來發電、交通、工業、及冷氣熱氣等等。傳統能源必須經過一套能源轉換設備，才能用來發電或作為交通工具。例如，火力發電就是利用燃燒煤炭，使高壓鍋爐內的水，變成高壓高溫水蒸氣，來推動蒸氣渦輪機，再來轉動發電機來發電。或者，利用燃燒天然氣，變成高壓高溫燃燒氣，來推動燃氣渦輪機，再來轉動發電機來發電。同樣道理，汽車等交通工具，就是利用燃燒汽油，變成高壓高溫燃燒氣，來推動汽缸內燃機，再來轉動車軸與車輪來運行。飛機也是利用燃燒高級汽油，變成高壓高溫燃燒氣，來推動燃氣渦輪機，再利用噴射出來燃氣的反推力來飛行。但是，利用燃燒煤炭或者天然氣來發電，與利用燃燒汽油來開汽車或者飛機的共同缺點是，它們都會排放出大量的二氧化碳與二氧化氮，造成環境污染與地球暖化的反效果。

全世界各先進國，為了解決傳統能源短缺與環境污染等等難題，都提出節約能源減少燒炭、提升能源轉化效率、以及開發新能源等各種方法策略。尤其，一般認為二氧化碳是造成環境污染、溫室效應、地球暖化的來源。於是，大力研發如何來控制與減少二氧化碳的排放量，是當務之急。先從最大件的燃煤火力發電來看，就有在煤炭燃燒前的處理(煤炭氣化技術)與燃燒後的處理(二氧化碳的捕獲封存技術)兩種方案。所謂的二氧化碳捕獲封存技術，就是把煤炭在燃燒後，利用各種物理或化學方法來捕獲排放出來的二氧化碳，然後再用壓縮機把它輸送到山地底下或海水底下，永久封存起來而不會造成污染。所謂的煤炭氣化技術，就是把煤炭輸送到有水蒸氣的煤炭氣化爐，利用控制氣化爐內水蒸氣的溫度與壓力，使氣化爐內的煤炭氣化(並沒有燃燒)而變成含有氫氣的混合氣。利用燃燒這種含有氫氣的混合氣，來推動混合氣渦輪機來發電，二氧化碳的排放量就會大量減少。如果再進一步把氫氣從混合氣分離出來，直接利用燃燒氫氣，來推動氫氣渦輪機來發電，二氧化碳的排放量接近於零，就會達到零污染效果。這就是最先進、最乾淨無污染的氫氣渦輪機發電技術。可是，這些減少二氧化碳的技術，增加了發電設備的成本費用。

再從最大件的汽車等交通工具來看，為了解決石油短缺危機，就有開發燃料電池與生質燃料能源來代替傳統汽油等新科技出現。所謂的燃料電池新發電技術，就是利用氫氣與空氣中的氧氣，經過適當的觸媒與電化作用而產生電流與熱水。小型低溫的燃料電池所產生的電，可以用來轉動車輪來運行。大型高溫的燃料電池所產生的電，可以當作是小型發電廠來用。因為燃料電池沒有經過燃燒程序，所以沒有產生二氧化碳，沒有環境污染與地球暖化的惡果。但是，燃料電池必需的氫氣從那裡製造出來呢？因為由電解水可以產生氫氣，但效率太低、太貴不實用。前面提到利用煤炭氣化技術，來製造氫氣與混合氣，是目前正在開發的新科技。再來，所謂的生質燃料代替能源新科技，就是利用控制生質能源的溫度與壓力，經過適當的觸媒與發酵作用，再蒸餾而釀造出生質酒精與柴油來代替汽油。因為沒有經過燃燒程序，所以也沒有產生二氧化碳的問題。一般生質燃料能源包括，油脂藻類酒精、小麥纖維素酒精、甘蔗玉米乙醇、甜菜油菜柴油、大豆向日葵柴油等等。但是，生質燃料能源的開發與利用，必須考慮到與農產食物需求平衡發展。目前，燃料電池與生質燃料能源，都比傳統汽油貴。

接著，來探討與比較各種再生能源發電的技術及優缺點。首先，傳統的水力發電，利用水霸的水沖能力，來推動水渦輪機，轉動發電機來發電(優點是無污染，缺點是水力來源有限)。其次，原子能發電，利用核子分裂放出能量，使核子反應爐內高壓的水，變成高壓高溫水蒸氣，來推動蒸氣渦輪機，轉動發電機來發電(優點是發電效率高，缺點是核安全與廢料污染處理)。再來，風力發電，利用陸地上或離岸海面上風速能力，來推動風輪機，轉動發電機來發電(優點是無污染，缺點是風力來源不穩不好控制)。再下來，太陽能發電，利用曲面鏡來聚焦太陽熱能，使放在曲面鏡下面管子內的水(或者氨)，變成水蒸氣(或氨蒸氣)，來推動蒸氣渦輪機，轉動發電機來發電(優點是無污染，缺點是發電效率低)。或者，利用太陽光電板(或者太陽光電池)來收集太陽光能，透過太陽光子與矽薄膜板(或者晶薄膜板)的光電作用而產生電流(優點是無污染，缺點是太貴發電效率太低)。還有，地熱發電，利用地下高壓熱水或水蒸氣，直接來推動蒸氣渦輪機，轉動發電機來發電(優點是無污染，缺點是地熱來源有限)。最後，海水溫差發電，利用海水水面與深水下面的溫差，使鍋爐內的水變成水蒸氣，來推動蒸氣渦輪機，轉動發電機來發電，或者利用海浪、潮汐、洋流來推動水渦輪機，轉動發電機來發電(優點是無污染，缺點是來源不穩發電效率低)。

台灣進口9O%以上傳統能源，為了解決能源短缺與地球暖化等等難題，台灣國國民應有節約能源的基本素養，以及如何減少二氧化碳與各種再生能源的科技智識。台灣國國民必須向歐美先進國家學習，探討他們在能源經濟環保三大議題，如何取得平衡發展的策略與願景。台灣地小人多、如何有效開發生質燃料能源，加上地震頻繁、是否過多依靠核能發電，必須審慎考量處理。以台灣的特殊地理環境，有利開發風力與海洋發電，加上台灣的電腦產業基礎，發展最先進的太陽光能發電，讓綠色再生能源科技，取得經濟與環保平衡發展。台灣國國民必須有健康的能源智識，來監督政府單位，放棄耗費能源與破壞環境的產業，努力為子孫立下永續發展的能源科技政策，使台灣成為人人羨慕的「東方瑞士」，把台灣國建立成為「小而美」「正常而安康」的國家。

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北美洲台灣人教授協會聲明: 我們對核能發電到非核家園的看法

近年來，因為傳統能源(煤炭、石油、天然氣)短缺與地球逐漸暖化，世界各先進國家正努力於開發替代能源科技，核能發電也被認為是乾淨能源的選項。但今年3月11日發生於日本的福島核電災難，震醒了原本規劃的核能政策，世界各國不得不重新再認真檢討核電效益與安全代價的問題。尤其台灣地小人稠，地震風災水災年年不斷，設於火山斷層地帶的四座核電廠，讓人民生命安全受到威脅而寢食難安。美國、法國等幅員廣大的國家，較能承受核電風險危機，但台灣彈丸之地，絕對不能對核電存有僥倖心理。因此，我們提出對核能發電到非核家園的看法，以供政府與民間做參考。

1．現在政府單位最重要的、最應作的不是再去解釋核電有多重要、多好、多安全，而是要儘快嚴謹公佈台灣現有的核一，核二，核三廠的安全報告，並且說明提高抗震防災方案，和其所需的時間及費用，以完成補抗震及防海嘯的設施，讓台灣免於像日本福島的核電災難。而且，政府也需要提出安全撤離方案：萬一發生核災，如何有效疏散大都會數百萬人口於核電廠30公里半徑外，政府也應該儘速公佈現在及未來的核廢料處理的方式與方案。

2．現在，連原來不反對核電的大部份理工科知識份子，也不得不承認，人為科技有時真的抵不過天災或人為疏失，核電的確有潛在風險危機，只是不確定何時會發生。台灣在2002年所制定的環境基本法中，規定政府應該訂定計劃，逐步達成非核家園的目標。現在政府單位更應該重新正視並積極公佈達到非核家園的時間表，讓台灣民眾及後代子孫享有免於核災恐懼的自由生存環境。

3．根據台電最新資料，目前核電占有18%，但台電卻存有23%備用電力，台電認為要存有15%備用電力以策安全。依台電規劃，核一廠於2018年~2019年除役; 核二廠於2021年~2023年除役; 核三廠於2024年~2025年除役。如果不能提早除役，也絕對不能再延役，不能拿老百姓的生命與國土安全作賭注。預計於明年中完成建廠的核四，也不能急於裝置核燃料棒或商業運轉發電。因為今天即使沒有核四發電，台電還存有23%備用電力，用電量在3~5年內不會有大改變。政府必須向人民提出萬全的核安方案，並達成全民共識。否則，核四應該保持不插入燃料棒或不要商業運轉，此舉不但不會影響供電量，人民也能免於核災風險的恐懼。

4． 政府應該認真執行並獎勵有效節約用電方案，盡力排除興建高耗電的石化工業，提倡低耗電的產業結構，提昇現有火力發電效率，並增加新型的排除二氧化碳設備，全力開發再生能源科技。台灣特有的地理環境，有利開發西岸靠台灣海峽的風力及東岸靠太平洋海域的海洋發電，東岸靠太平洋海域海藻類及南部甘蔗酒精的生質能發電，加上台灣的電腦產業基礎，發展最先進的太陽光能發電，讓綠色再生能源取得經濟與環保平衡發展，在未來15~20年終於取代18%核能發電，達到非核家園的目標，也讓子孫擁有一塊永續發展的生存空間與乾淨的土地。

2011年4月10日
(註：本聲明係由本會前會長黃界清教授領銜並綜合本會數位能源專家討論而成。詳細的報告將於今年七月一日前公佈)

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