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供應鏈中的甲烷外洩,抵銷了天然氣的減碳效益

2018 年 6 月,非營利組織「環境保衛基金(Environmental Defense Fund)」與來自 15 個研究機關的研究者,於《科學(Science)》期刊上發表美國石油與天然氣供應鏈甲烷外洩狀況的研究。該研究認為由於石油與天然氣供應鏈中相當數量(每年約 1300 萬噸)的甲烷外洩,且由於甲烷所造成的溫室效應遠大於二氧化碳,導致天然氣實際的減碳效益明顯不如預期。

天然氣:後化石能源時代的減碳要角

台中第二火力發電廠因為燃燒煤炭成為世界碳排放量第二名的高汙染源。 圖/Chongkian [CC BY-SA 3.0] via wikipedia

對化石能源的依賴,是處理氣候變遷的最大阻礙。而在各種減碳的路徑之中,「燃料轉換」是一種在短期即能見效的方式。所謂的燃料轉換,指的是將高排碳的化石燃料,轉換為低排碳的化石燃料,或是非化石燃料的生質能源。例如,在獲得相同的燃燒熱量之下,將燃燒煤礦改為燃燒天然氣,即可以減少二分之一的排碳量[1]。

煤礦與天然氣排碳量不同的原因,源於其主成分的差異。煤礦的主成分為碳(C),而天然氣的主成分則為甲烷CH4,甲烷的燃燒反應如下:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

在這之中有部分燃燒熱量,是來自於氫原子因氧化反應而產生水分子。又因環境中水分子循環時間遠小於碳分子,且大氣中水的含量容易達到動態平衡,不會像二氧化碳會因人類工業活動而不斷增加。因此,以燃燒天然氣取代燃燒煤礦或石油,便被認為是在不改變人類社會與生活型態,也無須新型科技的研發突破,就能有效減緩大氣中二氧化碳增加速率的好方法。

甲烷外洩抵銷了天然氣的減碳效益

然而,天然氣從開採到使用過程中甲烷的外洩,卻可能會加劇溫室效應。甲烷的全球暖化潛勢(Globoal warming potenrial, GWP),以二十年為評估時間時,為二氧化碳的 72 倍;以一百年為評估時間時,則為二氧化碳的 25 倍[2]。導致低比例的甲烷外洩,也能大幅減少因燃料轉換所帶來的減碳效益。

研究估計,美國的石油與天然氣產業,每年約有1300萬噸的甲烷外洩。這不僅浪費了有限的天然資源(估值約為每年20億美元),也抵銷了一直以來使用天然氣所創造的大部分的減碳效益。

減少甲烷外洩:延緩氣候變遷最迅速實惠的方式

雖然研究結果證實過去數年來美國對天然氣的使用,因甲烷外洩而無助於減緩溫室效應。但研究者仍主張,若能減少石油與天然氣供應鏈上的甲烷外洩,燃燒天然氣仍能比燃燒煤炭對氣候變遷有更小的影響。

若能減少石油與天然氣供應鏈上的甲烷外洩,燃燒天然氣仍能比燃燒煤炭對氣候變遷有更小的影響。圖 / U.S. Air Force

研究建議對於供應鏈上的業者或管理者,可透過光學氣體成像技術進行氣體洩漏調查;在各設施或地面工作車布署被動氣體感測器;利用塔式網路(tower networks)、飛機與衛星建置遙測系統。藉由持續性的反覆監測、取樣,釐清異常外洩的原因,並重新設計或改善與天然氣相關的系統或零組件,以達到有效抑制甲烷外洩。該研究的部分成員也主張, 減少油氣供應鏈中的甲烷外洩,是延緩氣候變遷最迅速也最實惠的方式。

那麼正在擴大天然氣使用的台灣呢?

當然,本則研究是針對美國的情境,相較起台灣,美國有更為蓬勃的化石能源產業以及頁岩氣的開發工作。其供應鏈的龐大繁複,也遠比台灣僅有天然氣的接收、降壓、儲存、與運送來得複雜許多。因此,姑且可假設台灣天然氣的外洩狀況,應低於美國。但就碳足跡與氣候變遷所影響的全球尺度來看,身為天然氣進口國的我們來說,也無法迴避甲烷外洩的環境責任。

天然氣是台灣民眾常接觸的燃料之一。 圖/Magnascan @Pixabay

此外,考量到既有發電規劃中,對天然氣運用量的增加,將使天然氣發電佔比從目前的3成,於 2025 年時提升至 5 成。又從 2014 年高雄氣爆事件,也顯示可能存在因不當施工及欠缺管理與監測機制,而有風險的老舊管線。對於本研究所建議的監測方法,我國又是否已有相應作為,而能優於美國現狀?

面對氣候變遷的嚴峻挑戰,若想實踐「以氣代煤」的減碳策略,仍奠基於我國的天然氣供應鏈上,是否已有能有效抑制甲烷外洩的工程基礎。

注解:

[1]:環保署環保新聞專區〈能源轉型 減污減碳

[2]:Piers Forster, Venkatachalam Ramaswamy, et al. Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing.

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關於作者

非典型的不務正業者,對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。