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全球暖化與低碳能源

葉宗洸

國立清華大學工程與系統科學系副教授

[email protected]

國立清華大學工程與系統科學系


資料來源



http://en.wikipedia.org/wiki/http://www.answers.com/topic/greenhouse-gaseshttp://www.bladeyourride.com/greenhouse_gases.htmlhttp://www.koshland-science-museum.org/exhibitgcc/causes04.jsphttp://pylin.kaishao.idv.tw/?p=128http://en.wikipedia.org/wiki/Exhaust_gashttp://en.wikipedia.org/wiki/Oil_tankerhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Geothermal_energy_methods.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_energy#Geothermal_energyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_planthttp://www.ssl.taipei.gov.twhttp://www.fourways.com.tw/02/pro.htmeternallycool.net/?p=567 www.worldviewofglobalwarming.orghttp://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Northwestern_Glacier_jpghttp://www.worldviewofglobalwarming.org/pages/rising-seas.htmlhttp://www.flickr.com/photos/ross_tt/2859357262/http://www.flickr.com/photos/kaywang/1312484744/http://twoil.com.tw/front/bin/home.phtmlhttp://re.org.tw/com/f1/f1b1.aspx香港中文大學物理系網站經濟部能源局網站環保署網站

溫室是什麼？



溫室的特性溫室是利用玻璃罩及鋼材製作而成的中空建築物

常見於高緯度寒冷國家（如冰島、德國、日本）

可保存陽光照射後的熱能（室內溫度高）

種植不耐寒冷的農作物



地球原來就是一座溫室



它的玻璃罩就是

大氣層和其中的

溫室氣體

沒有溫室效應，

地表均溫將從攝

氏15度降為零下18度

Source: http://eol.jsc.nasa.gov/EarthObservatory/The_Blue_Marble_from_Apollo_17.htm

資料來源：美國太空總署網站

形成過度的溫室效應，也就是全球暖化

地球的溫度逐漸上升

融冰現象出現

生物生存的環境出現變化，不再適合居住



但如果它的保溫效果變得超級好



溫室效應

部分太陽光經由大氣層與地表反射而遠離地球

地表產生的部分紅外光穿透大氣層進入外太空

地表產生的部分紅外光會被溫室氣體吸收並回射地表地表吸收

約50%的太陽光能量

太陽光能量被吸收後轉變成熱能，並以紅外光的型態放射至大氣層

太陽光會穿透大氣層溫室氣體



過度的溫室效應

Source: http://www.koshland-science-museum.org/exhibitgcc/greenhouse01.jsp



溫室氣體的種類水蒸氣：海水蒸發

臭氧：氧氣經太陽光照射後的光化作用

二氧化碳：石化燃料燃燒、森林砍伐

甲烷：生物體燃燒、腸道發酵作用、垃圾堆放

氧化亞氮：生物體燃燒、燃料燃燒、化學肥料

碳氟氯化物（CFC）：人造冷媒

註：紅色文字表示主要因人類活動而產生



溫室氣體在大氣層中的比例水蒸氣：36–70%

臭氧：3–7%

二氧化碳：9–26% (人為排放比例為72%)

甲烷：4–9% (人為排放比例為18%)

氧化亞氮：



人為溫室氣體的溫室效應貢獻二氧化碳（CO2）：60.1%

甲烷（Methane）：19.8%

碳氟氯化物（CFC等）：13.5%

氧化亞氮（N2O）：6.2%

其他氣體（Other）：0.4%

因此，多吃素、少吃肉可以有效幫助降低溫室氣體甲烷的排放！

Fiberglass bovine Bessy the Cow exemplifies the second-most significant cause of greenhouse warming: methane gas. Source: Mirian Koshland Science Museum, http://www.koshland-science-museum.org/



人為溫室氣體的源頭 (1/2)

人類活動而產生的溫室氣體

主要來自牲畜、交通工具、

工廠、垃圾場等



人為溫室氣體的源頭(2/2)

2000年全球人為溫室氣體的排放源及其排放比例

工業製程發電設施

交通運輸

廢棄物處理

農業副產物土地開發生物燃燒

石化燃料開採與處理住商行為與其他

不同部門的溫室氣體排放比例



過度溫室效應的後果（1/5）

西伯利亞的酒醉森林：

因全球暖化，酒醉森林裡原本被冰封於土壤中的甲烷陸續被釋

出，進一步增加了大氣層中溫室氣體的量




北極的冰層溶化了




過熱的天氣煮熟了鳥巢中的破蛋

北極熊快要無處可去了




美國阿拉斯加的冰河不見了




南太平洋的島國土瓦魯快被

海水淹沒了*，因為它的國土只比海平面高4公尺

*氣溫上升導致海洋變暖和，南北極冰山融化，如果所有冰山都融化，海平面將上升60公尺。依據目前的暖化速率推算，海平面將於2100年上升15至95公分，到時候荷蘭會被淹沒，孟加拉將會消失無蹤。



石化燃料的污染嚴重煤碳、石油、天然氣都是富含碳的石化燃料

它們都屬於非再生能源，用完之後就不會再有

我國去年的能源消耗中，石化能源比率達91.5%石化燃料主要應用於火力

發電、交通運輸、工業

石化燃料從開採、提煉到

使用，均會產生溫室氣

體，並伴隨二氧化硫、氧

化氮等污染性氣體

火力發電原理



石化燃料的比較天然氣真的比煤碳與石油環保嗎?

燃料化學式燃燒反應式燃燒熱能

(kJ/mol)CO2產生量 /

1 MJ 熱能產出

天然氣 CH4 CH4 + O2 → CO2 + H2O 889 1.125 mol石油 C8H18 C8H18 + 17/2O2 → 8CO2 + 9H2O 5512 1.451 mol煤碳 C C + O2 → CO2 577 1.733 mol

以1 MJ（一百萬焦耳）熱能產出為基準，燃燒石油與煤碳的CO2產生量分別是燃燒天然氣的1.29倍與1.54倍。

因此，使用天然氣取代石油與煤碳僅能緩解

CO2排放，無法有效解決問題。



我國的能源供給

Source: 經濟部能源局



我國的發購電平均成本

Source: 台灣電力公司



我國的永續能源政策根據經濟部97年6月5日公佈的永續能源政策綱領：永續能源發展應兼顧「能源安全」、「經濟發展」與「環境

保護」，以滿足未來世代發展的需要。台灣自然資源不

足，環境承載有限，永續能源政策應將有限資源作有

「效率」的使用，開發對環境友善的「潔淨」能源，與

確保持續「穩定」的能源供應，以創造跨世代能源、環

保與經濟三贏願景。

(二) 發展潔淨能源：

1. 全國二氧化碳排放減量，於2016年至2020年間回到2008年排放量，於2025年回到2000年排放量。

2. 發電系統中低碳能源占比由40%增加至2025年的55%以上。



全球暖化的解決方式－低碳能源因人類活動產生的溫室氣體均含碳

二氧化碳、甲烷*、碳氟氯化物富含大量的碳

二氧化碳的主要來源就是石化燃料的使用

使用低碳能源將是降低過度溫室效應的有效方式

低碳能源包括再生能源與核能

*你知道嗎？吃素也可以降低溫室氣體甲烷的排放。甲烷的溫室效果是二氧化碳的25倍，一大部分是來自於全世界將近200億頭的牲畜，如牛、羊、猪等的排氣行為。



什麼是再生？蜥蜴的尾巴斷了之後

蚯蚓被切斷之後

海星的足被切斷之後

樹枝鋸斷之後

頭髮或指甲剪過之後

擦傷破皮之後

太陽光、風力、水力

還有呢？



低碳的再生能源太陽能

風能

水力能

海洋能

地熱能

生質能

這些取之不盡的再生能源都可以用來發電，

而且它們都不含碳。

各種不同的發電方法



再生能源－太陽能

左上：太陽熱能發電站

右上：太陽熱能發電站

左下：太陽能電池發電站

太陽能電池工作原理



再生能源－太陽能太陽之所以會發光，是因為在太陽中心不斷的進行重氫

元素（氫的同位素如氘與氚）融合反應，輸出功率相當

於 3.86×1026 W。每秒鐘太陽所釋放的能量相當於900多億顆氫彈爆炸所釋放的能量。



再生能源－太陽能太陽能的應用方式主要可區分為熱能與電磁波能。

太陽熱能發電站即為太陽熱能應用的最佳實例，但須配

合大面積土地的使用。

太陽能電池可將太陽電磁波的能量轉化為電能。



再生能源－太陽能截至目前為止，太陽能電池的效率並不佳。



再生能源－風能

右：海上的風能發電

左上：陸地上的風能發電

左下：印度海軍的風力帆船

風力發電原理




全球風力發電裝置容量變化與預測

Source: http://www.wwindea.org/home/index.php

2009年全球風力發電的總功率為157,889 MW




世界各國近年風力發電裝置容量Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power

2007年大型風力發電機的裝置費用為每千瓦1300歐元（1,300 Euros/kW）。

以每部機功率2百萬瓦（2 MW）計算，造價即約為新台幣1億2千萬元。需要大面積的土地或離岸

工作站。



再生能源－風能我國2008年風力發電佔總發電比例的0.25%，風力發電機主要集中在西岸。

我國電力供應無法大幅仰

賴風力發電。



再生能源－水力能

明潭抽蓄水力發電廠

水力發電的原理

大陸三峽水力電廠

抽蓄式水力發電



再生能源－水力能台電明湖及明潭抽蓄水力發電廠

（裝置容量分別為1,600 MW及1,000 MW）分別自民國七十四年及八十三年間開始運轉，發電

方式係利用以日月潭為上池、水

里溪間築壩做為下池的方式，在

發電系統尖峰負載時，將上池蓄

水放流發電，並將發電尾水蓄於

下池，於夜間再利用剩餘之電

力，將攔蓄於下池之尾水抽回日

月潭，如此反覆進行以充分利用

水力資源並且調節負載峰谷之電

力。



再生能源－水力能台灣地區並無充足的水力資源。

我國2008年水力發電所提供的電量僅佔全國總發電量的3.26%。



再生能源－海洋能

潮汐發電波浪發電

台灣及離島地區的潮汐落差及波浪高度(能量)不足以提供有效電力，且相關設施造價及維護

費用高昂。



再生能源－海洋能另有尚屬概念式

設計的海洋熱能

及潮流發電，但

仍面臨相同問

題，即相關設施

造價及維護費用

高昂。



再生能源－地熱能

地熱發電是利用天然的高溫高壓水蒸汽

進行發電

台灣地區無足夠地熱

資源可用以發電。



再生能源－生質能木材

其他生物體

垃圾場沼氣

生質柴油、酒精

以上物質燃燒仍

會產生CO2

厭氧菌消化作用製氫

藻類光合作用製氫

氫燃燒的產物是水



再生能源的問題太陽能：發電效率不佳

風能：需要大面積工作站區

水力能：在台灣的能源供給比例偏低

海洋能：資源不足且發電效率不佳

地熱能：資源不足且發電效率不佳

生質能：需要大面積土地栽種農作物

此外，再生能源的成本都很高。



各種能源在我國的發電比例太陽能：< 0.01%

風能：0.25%

水力能：3.26%

海洋能：0

地熱能：0

生質能：< 0.01%

核能：17.1%

石化燃料：~80% (CO2 的主要來源)註：2008年數據



低碳的核能核能發電不會排放二氧化碳或其他溫室氣體，

因此屬於低碳的能源

核能的發電效率與石化燃料發電效率相當

現有核能技術的和平應用仍面臨核廢料的問題



核能的原理

鈾原子

中子

鈾同位素

第一代中子第二代中子第三代中子

核能是中子撞擊鈾（U）原子，並使其分裂後所產生的能量 (因為E = mc2)



核能的發電方式核能發電的方式與石化燃料發電的方式類似

核能電廠不等於原子彈（鈾與鈽的差異）

反應器

調壓器

壓力槽

蒸氣產生器

發電機

汽輪機



我國的核能電廠我國目前有三座核能電廠，分別是位於台北縣

金山鄉的核一廠、台北縣萬里鄉的核二廠以及

屏東縣恆春鄉的核三廠

2008年核能發電占全國總發電量的17.1%

另有興建中的核四廠位於台北縣貢寮鄉

核一廠核二廠核三廠



核能簡介



未來的能源之星－核融合核融合（Nuclear Fusion）是人類能源的最終解決方案，也是最友善環境的永續能源

太陽本身即是一座規模極大的核融合反應器典型的核融合反應，氘和氚經融合後釋放出氦、中子以及巨大能量



石化能源與核能的取捨現階段再生能源存在效率不佳的問題。

核能亦存在核廢料儲存的問題。

但是使用石化能源所造成的溫室效應與全球暖

化問題正快速地影響地球上所有生物的生存。

未來數十年，如果目前的能源使用方式沒有任

何變化，遠在核廢料數量大至影響我們生活之

前，所有生物的生存即可能因暖化問題而面臨

嚴重威脅。



再生能源與核能的合作在再生能源的問題未獲得有效解決之前，透過

核能安全的強化與監督，核能廢棄物的妥善處

置，我們可以在台灣創造一個低碳家園，善盡

地球公民的責任。

我們可以在現階段暫時使用核能，待再生能源

技術發展成熟且效率提升之後，再逐步改用再

生能源。

我們可以從現在就開始協助解決溫室效應與全球

暖化問題。



節約能源救地球不管我們使用那一種低碳能源，真正有效的

地球保護工具仍是節約能源。

地球變熱了，能源快用完了，怎麼辦?


愛護地球

你就可以救地球！

怎麼救?


愛護地球

• 節約能源

• 減少含碳溫室氣體的排放

你可以做得到：


愛護地球

食

• 自備隨身杯/水壺/環保筷一個瓶子重複使用20次，

可節省1/3∼1/4的CO2排放量

居家生活節能減碳的方法


愛護地球

食

• 少吃肉，多吃蔬菜和水果


畜牧業的溫室氣體排放量比所有交通運輸業加起來還要高出18%

吃一客牛排或一碗牛肉麵排放的CO2等於開車半小時

肉食者排碳量是素食者的3倍多，全台灣民眾一天不吃肉可減少16億100萬公斤的CO2


愛護地球

支持本地農產品，可以減少長程運輸所需能源與二氧化碳排放量

選用當季食物，除了美味新鮮，更能免去儲藏的過程，一次購買所需的量不浪費

一個星期吃一次本地農產，一年就可以減少2噸二氧化碳

食

• 選購本地當季生產的食物


愛護地球


吃剩下的食物約佔廚餘的30%，養成良好的習慣，可減少廚餘量

一湯匙的醬油，需要450公升的水稀釋，才可讓魚能夠在河川或海洋中生活

食

•把菜吃光光，一滴不剩


愛護地球


食

•多利用燜燒鍋、保溫瓶利用保溫原理能使食物續熱的器具，可減少能源的消耗


愛護地球


食

•少開冰箱每開一次冰箱門，壓縮機需要運轉 10~20 分，才能回冷，減少開門次數與時間，保冷又省電。


愛護地球


衣

•選購天然材質的衣物－棉、麻、絲製造化學合成纖維材質的衣服需要使用石化原料，過程耗能又產生大量污染


愛護地球


衣

•衣服夠穿就好，舊衣新穿一件衣服從製程、使用、回收整個生命週期，估計會製造4.2公斤CO2。


愛護地球



衣

• 多用手帕、抹布少用面紙、紙巾

減少紙的使用，不但減少垃圾

也留下可吸收二氧化碳的樹木

多選用回收再生的紙張


愛護地球


住

• 減少垃圾，做好資源回收


愛護地球


住

• 隨手關電、拔插頭省能源


愛護地球


住

• 省電燈泡取代鎢絲燈泡使用省電燈泡可省電約60%以上


愛護地球


住

• 少開冷氣，開窗和風扇


愛護地球

養成打開窗戶的習慣，讓自然氣息在屋內流通，常保涼爽與新鮮空氣

冷氣如果能調高1℃ 就可以節省6%耗電，冷氣溫度控制在26-28℃


住

• 節約用水使用省水裝置

拴緊水龍頭後再刷牙

洗澡用淋浴，沖水不超過5分鐘


愛護地球


住

• 向塑膠製品說『不』


愛護地球

資源再生也要消耗能源

自備容器，不用店家免費提供塑膠容器

自備飲料，少買包裝飲料


住

• 支持有『環保標章』或回收再製的產品


愛護地球

選擇購買「能源之星標章」、「節能標章」、「省水標章」、「綠建材標章」產品可以降低對環境的衝擊

同時也能鼓勵廠商生產更多的環保產品


行

• 多搭乘大眾運輸工具，少開車


愛護地球

汽車跑一公里，約產生81克二氧化碳，機車跑一公里約產生23克，交通運輸排放的溫室氣體佔全球排放量的14%


行

• 多走路或騎腳踏車


愛護地球

節省能源，減少二氧化碳廢氣污染，還可以強健體魄

辦公室節能減碳的方法


愛護地球

空調系統：全年用電量約佔41%

照明系統：全年用電量約佔40%

事務機器：電腦及週邊、影印機、傳真機

其他設備：電梯系統、飲水機、給水泵

後兩項之全年用電量約佔19%

因此，適當的空調控制與照明控制可有效達到節能減碳的效果。

辦公室節能減碳的方法


愛護地球

公文及會議通知電子化

會議時少用書面資料，多用電子檔案

下班後記得關閉所有事務設備之電源

多使用再生紙並雙面印刷

出版品多使用環保油墨

還有任何你可以想得到的小撇步…


愛護地球

地球是我們的美麗家園，各種生物在這個大家園裡居住、生長、繁殖。

這個家園的美好，你感受到了嗎？

節能減碳很重要，因為…

地球上有各種不同的生命


愛護地球

每個生命都值得珍惜和保護


愛護地球

不同的生命讓世界多采多姿


愛護地球

動物是人類的朋友


愛護地球


愛護地球

每個生命都值得珍惜和保護


愛護地球

不同的生命讓世界多采多姿

我們的地球變了，你注意到了嗎？


愛護地球

動物瀕臨絕種、環境污染、乾旱、水災、、、

地球生病，變得不健康

人類的文明讓地球改變了


愛護地球


愛護地球

地球環境遭到人類的破壞

地球只有一個，一定要好好珍惜


愛護地球

美麗的地球需要我們的愛護


愛護地球

讓地球重新獲得健康和美麗


愛護地球

你該怎麼做？


愛護地球

記住節能減碳的方法，在日常生活的食、衣、住、行中身體力行

告訴身邊的親朋好友，要大家一起來節能減碳救地球


愛護地球

讓我們一起為地球環境而努力



謝謝大家！

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