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石化能源的危機

生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
・2011/08/18 ・1620字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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你能不能想像如果有一天,生活中不再有汽車、火車、飛機等交通工具,沒有任何塑膠製品,大部份的電器(如手機、筆記型電腦)都因使用金屬材質而顯得笨重又昂貴。這樣的生活是不是像上圖一樣,從文明世界又退化成原始人一般的生活呢?

在數千年的人類文明歷史之中,人類開始開採石油至今僅不到兩百年,卻在這短短兩百年間,工業科技發展突飛猛進,到達前所未有的巔峰。當今石化能源涵蓋了生活中的食衣住行,舉凡交通運輸的汽油、柴油,供應家用熱能電能的天然氣、煤油或是塑膠免洗餐具、身上穿的尼龍纖維…等,石化燃料與現代人類生活已密不可分。  然而高度依賴石化能源帶來的便利性的同時,也產生了各種不同的隱憂。其中以加劇氣候變遷和全球石化能源蘊藏量最受關注。

氣候變遷的原因至今仍無一定論,其中較主流的解釋為人類活動與自然週期共同造成現在的氣候變化。自然週期變化包含地球軌道週期,太陽黑子活動或月球引力造成數十年至數萬年的氣候週期性變化,例如地球軌道偏心週期大約十萬年,其近日點及遠日點的變化即會影響地球氣候,月球引潮力亦有19年變化週期。由於缺乏長時間氣候紀錄,難以將目前氣候異常歸因於單一因素。

然而近代人類開採石油加劇了氣候變化的幅度, 據科學家觀測,一萬年前全球大氣平均二氧化碳含量大約為 250 ppm (百萬分之一),到了西元1800年成長了 12% (280 ppm),時至2011年,全球二氧化碳含量再成長了40%以上( 393 ppm),也就是說在過去兩百年內全球二氧化碳的含量變化遠超過過去一萬年間的變化。顯示人類快速消耗石化能源的同時,也將大量二氧化碳自地底釋放於空氣之中。二氧化碳濃度增加導致溫室效應加重,進而造成了極地冰原融化、世界洋流改變、沙漠化現象擴大…等等全球效應。近年來世界各地出現的各種極端氣候一再加深人群對氣候變遷的體認,2009年聯合國在丹麥的哥本哈根舉辦氣候變遷會議共同討論氣候變遷的應對策略,會後各國紛紛針對二氧化碳排放量作出總量限制並且尋求除了石化燃料之外的替代能源 (註一)。

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石化能源的另一隱憂為全球石油儲藏量。石油的形成是由古代海洋生物死亡之後隨泥沙一起沉至海底,經過漫長時間之後,有機物掩埋於層層沙石之下同時被厭氧分解,經過地層內高溫高壓的作用之後,這些有機物終於轉變為黏稠、深褐色的石油。其整體轉化時間歷時超過百萬年。然而自人類開始使用石化能源以來的兩百年間,已將全球石油儲藏量大量消耗,據研究指出,全球石油蘊藏量僅能再供應人類大約50 至 100 年左右。

雖然目前仍時常聽到在某地發現新油礦的消息,然而這些新發現的油礦很多都有開採上的難度,因此必須投入更多的能源以開採這些油礦,一來一往之下,這些新油礦所能產生的能源並不一定對解決能源危機有幫助。

更糟的是, 目前石油產量已接近巔峰,當對石油的需求超過最大產量時,必然導致油價飆漲,進而連帶造成全球物價提高、通貨膨脹惡化以及貨運成本大幅增加等全球性影響。尤其台灣本身並不具備天然石化資源,完全仰賴海外進口,一旦油價上漲以及運輸成本增加,我們很可能面臨無法負擔油價的困境。

提出石化能源的危機並不是為了恐嚇大家,而是在闡述一個很可能在我們這一代即將面臨的問題。我們很幸運地生在這個人類歷史以來科技發展最快速的時代,享受著各種科技帶來的便利,卻又必須準備面對石化能源耗盡的危機。但是危機即是轉機,現在已經有眾多科學家投入替代能源的研究,尋找能取代石化能源的方法。而在這同時,我們能做的事就是避免浪費石化能源,從小地方做起,讓人類的生活與環境和平共處。

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註一:關於氣候變遷的協定,較常聽到的是<京都議定書>。事實上,京都議定書有效力僅作用於2008至2012年之間。有鑑於此,聯合國氣候變遷組織於2009年12月再次於哥本哈根招開會議討論對應策略。會議的結果則因美中雙方無法達成共識,會議記錄僅收錄於聯合國附錄文件,不同意的國家不必簽署。美國於會後兩個月自主宣佈減碳方針。 關於IPCC的資訊,請參閱IPCC網站:http://www.ipcc.ch/index.htm

原文刊載於 BioEnergy Today 生質能源趨勢
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生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
20 篇文章 ・ 3 位粉絲
三個大學同學在畢業後各自步上不同的旅程,卻對於生質能源有著相同的興趣與期待,因此希望藉由寫作整理所知所學,並與全世界分享與討論。

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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如果塑膠是石油做的,那塑膠恐龍的成分中,有多少真正的恐龍?——《如果這樣,會怎樣?2》
天下文化_96
・2023/04/25 ・1344字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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塑膠是石油製成的,而石油是死掉的恐龍製成的,請問塑膠恐龍的成分中有多少真正的恐龍?
——史蒂夫.萊德福(Steve Lydford)

我不知道。

塑膠恐龍

煤和石油稱為化石燃料,因為它們是由千百萬年來埋在地底下的死亡生物殘骸所形成的。「地下的石油來自何種死掉的生物?」標準答案是「海洋浮游生物和藻類」。

換句話說,那些化石燃料中並沒有恐龍化石。

只不過,那個答案不太正確。

我們大部分的人看到的石油,只是它的精煉形式,例如煤油、塑膠,以及從加油槍流出來的東西,所以很容易把石油的來源想像成某種均勻的黑色冒泡物質,每個地方都一樣。

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但化石燃料帶有自身原始來源的指紋。煤、石油和天然氣的不同特性,取決於進入其中的生物體,以及牠們的身體組織長久以來發生了什麼樣的變化;取決於牠們住在哪裡、牠們如何死亡、牠們的遺骸最終葬身何處,以及牠們經歷了什麼樣的溫度和壓力。

死亡的物質帶有自身生命歷史的化學印記,千百萬年來以各種不同的方式混雜在一起。我們將它挖出來之後,費了不少工夫剝掉這段故事的證據,將複雜的碳氫化合物精煉成均勻的燃料。當我們燃燒燃料時,它們的故事終於灰飛煙滅,釋放出束縛在它們身上的侏羅紀陽光,為我們的汽車提供動力。

無論是哪裡來的,塑膠恐龍成分中的石油,只有一小部分可能直接來自真正的恐龍屍體。如果是來自以陸地物質為主的中生代油田,含有的恐龍可能稍微多一點;如果是來自密封於冠岩底下的前中生代油田,可能完全不含恐龍。如果不花費心思追查特定玩具製造過程的每一道步驟,就沒辦法知道。

廣義來說,所有的海水在某段時間都曾經是恐龍的一部分。當這些水被用來行光合作用時,其中的分子成為食物鏈中脂肪和碳水化合物的一部分——但那些海水其中有更多,此刻正以水的形式存在於你的體內。

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換句話說,你的塑膠玩具身上含有的恐龍,遠不如你身上含有的。

——本文摘自《如果這樣,會怎樣?2:千奇百怪的問題 嚴肅精確的回答》,2023 年 3 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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疫情已經夠可怕,但是氣候變遷更致命——《如何避免氣候災難》
天下雜誌出版_96
・2021/03/18 ・2645字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

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氣候變遷比新冠病毒致命五倍

你也許以為地球升溫 1.5 度或 2 度沒什麼差別,但從氣候科學家模擬的結果看來,情況卻很不妙。在很多方面,溫度升高 2 度的情況,不是只比升高 1.5 度糟糕 33%,而是倍增的,例如難以取得乾淨用水的人口會多一倍,熱帶地區的玉米產量衰減也會多一倍。

氣候變遷造成的效應,單單一項就夠慘了,但你不會只遇到炎熱天氣,或只遭受洪災。氣候變遷的效應是環環相扣的。

氣候變遷的效應是環環相扣的。圖/Pexels

以新冠病毒來做對比,這樣所有正在經歷這場大流行病的我們會更容易理解。想了解氣候變遷的破壞有多大,看看新冠病毒疫情,再想像一下同樣痛苦程度持續更長的時間。如果不把全球碳排放量減到零,這場疫情造成的人命損失和經濟苦難,將是日後經常會發生的狀況。

先說人命損失:比起新冠病毒,氣候變遷是否會造成更多人死亡?

我們用 1918 年西班牙流感和新冠病毒大流行的數據,估算出的結果是全球平均每年每十萬人口中約有 14 人因大流行病而死。

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比起氣候變遷,哪個死亡率較高?預計到本世紀中葉,全球氣溫升高導致的全球死亡率增幅和大流行病一樣,也就是每年每十萬人中約有 14 人因此致死。而到本世紀末,要是排放量仍然持續增加,氣候變遷將導致每十萬人中約有 75 人因此致死。

換句話說,到本世紀中葉,氣候變遷的致命程度可能就和新冠病毒一模一樣,到了 2100 年,氣候變遷要比新冠病毒致命五倍。

經濟情勢也很黯淡。雖然氣候變遷對經濟可能造成的影響和新冠病毒不大一樣,也因使用的經濟模型而異,但結論確定無疑:未來一、二十年內,氣候變遷造成的經濟損失就像每十年發生一次新冠病毒大流行。

氣候變遷比新冠疫情還可怕。圖/Pixabay

就算還有科學不確定性,我們理解的也已經夠多。有兩件事是我們可以做的:

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努力適應:努力把已經發生和確定會發生的暖化衝擊減到最小。蓋茲基金會的農業團隊把工作重點放在幫助農民適應。例如,資助許多新品種作物的研究,希望研發出耐旱、耐洪的作物,以對抗未來更頻繁、更嚴重的乾旱和洪水。

減緩暖化:另一件我們不得不做的事,是停止排放溫室氣體到大氣中。若想要躲過災難,全球最大排放國(富裕國家)必須在 2050 年以前實現淨零排放,其他國家不久後也要跟上。

有人反對富裕國家應該先減排:「為什麼是由我們來承擔?」答案不只在於暖化問題主要是由富國造成的,還因為這是大好的經濟機會:有能力建立起成功的零碳公司和零碳產業的國家,將會在未來幾十年中領導全球的經濟。誰有辦法在能源上取得重大突破,並且證明這種突破能在全球廣泛運用,價格又不會太高,誰就能在新興市場中找到許多願意買單的客戶。

石油比汽水還便宜

你今天早上刷牙了嗎?牙刷的材質通常包含塑膠,而塑膠是由石油製成的,石油就是一種化石燃料。

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塑膠是由石油製成的。圖/Pixabay

你也許已經吃過早餐,土司和穀類片中的穀物,都是用肥料種出來的,肥料的生產過程會排放溫室氣體;收割穀物會用到曳引機,曳引機是由鋼製成的,煉鋼需要用到化石燃料,過程中也會釋放碳,而且曳引機還需要汽油才跑得動。你如果像我一樣,午餐有時會吃漢堡,製作漢堡排需要飼養牛,過程中也會排放溫室氣體,因為牛打嗝和放屁都會排出甲烷;製作漢堡麵包則需要種植和收割小麥,一樣會排放溫室氣體。

你換衣服準備出門,衣服的材質可能是需要施肥和收割的棉花,也可能是聚酯纖維,從石油提煉出來的乙烯製成。你用的衛生紙,是砍樹而來,製造過程中也會排放出更多的碳。

你今天上班或上學坐的交通工具,如果是用電驅動的,那很好,不過發電來源十之八九也會是化石燃料。你的交通工具如果是火車,火車在鋼製成的軌道上行駛,會穿過由水泥建造的隧道,而生產水泥會使用化石燃料,過程中也會排放碳這個副產品。你乘坐的汽車或公車,週末騎的腳踏車,都是由鋼和塑膠製成的。你行駛在由水泥和柏油鋪成的馬路上,而柏油是從石油提煉而來的。

許多跟交通相關的事物都是由石油提煉而來。圖/Pixabay

你如果住在公寓大樓裡,四面的牆應該都是水泥;如果住木造房子,砍伐和裁切木頭都需要用到由鋼和塑膠製成的氣動機械。你家裡或辦公室如果裝了暖氣或空調設備,不僅會消耗大量能源,空調使用的冷媒,還可能是一種很強的溫室氣體。你如果正坐在金屬或塑膠椅子上,提煉這些材料也會產生更多的碳足跡。

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以上所有這些東西,小到牙刷,大到建築材料,統統都經由卡車、飛機、火車和輪船從其他地方運來,這些交通工具都需要化石燃料驅動,製造過程也都會用到化石燃料。

化石燃料無法避免,清潔再生成為關鍵

換句話說,化石燃料無所不在。就以石油為例,全世界每天消耗 150 億公升以上的石油,任何產品達到這種用量,已不可能說不用就不用。

更重要的是,化石燃料之所以無所不在,是因為它太便宜了。石油比汽水還便宜。 2020 年下半年的平均油價約為每桶 42 美元,也就是每公升 0.264 美元,而好市多大賣場8公升裝的汽水要價 6 美元,也就是每公升 0.75 美元。世界各地的人每天都要使用一種比健怡可樂還便宜的產品,而且用量達到 150 億公升以上。

問題還不只是每個人會消耗更多能源,全球人口也在增加,而且大部分的人口成長會出現在碳排放密集的都市。都市發展的速度將十分驚人,在接下來四十年,相當於每個月都會蓋起一座紐約市。

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問題的規模之大,光想到就令人發暈。但我們也不需要驚慌失措,只要能夠普遍採用清潔再生能源,同時在零碳能源技術上取得突破,就能把淨排放量減到零。這其中的關鍵就在於使清潔能源技術和目前的化石燃料技術一樣平價並穩定供應。

本文摘自《如何避免氣候災難》,2021年3月,天下雜誌。
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