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你的減碳目標訂了嗎?看英國氣候變遷法案的頒布與成效

Lea Tang
・2019/05/24 ・2245字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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編按(20221124):對文章用字進行調整,感謝臺北市龍山國中翁明珠老師的協助。

編按:英國氣候變遷法(Climate Change Act) 從 2008 年頒布至今已超過 10 個年頭。這次有幸訪問到英國氣象權威何博安爵士(Sir Brain Hoskins),帶各位回顧整個氣候變遷法案的誕生、茁壯與成果,期待能給正歷經能源轉型的台灣社會更多省思。

爵士身為英國氣候變遷委員會成員,是氣候變遷政策與法案草創時期的重要推手。 圖/PanSci

為什麼要有氣候變遷法?

時間到回 2008 年,綠色和平等組織等許多民間 NGO 團體,開始要求英國政府正式氣候變遷這個迫切且不容忽視的議題。他們大聲疾呼,希望喚起大眾的注意力,也希望英國政府能拿出魄力,立刻著手處理排碳量的問題。

特別的是,進行鳥類研究的學者們也在這次的督促行列中:他們發現在極端氣候的影響下,鳥類的遷移行為有了改變。

暖化造成的海平面上升,水分子遇熱膨脹是個很重要的原因。圖/pixnio

氣候變遷的影響,除了冰層融解、北極熊餓死等事件外,就是極端氣候。我們都知道大氣層能為地球保溫的關鍵因素就在溫室氣體。這些能吸收熱量的氣體如,甲烷、二氧化碳、水氣等,會在空中形成一道防護膜,吸收太陽光,讓地球不至於冰天雪地。

然而,人類活動產生的溫室氣體日漸增多,使得大氣中可容納的水分含量也增加了。水分越多降雨就越多,造成洪水、暴風等短時間內強降水的天氣型態更加頻繁。當時英國境內發生多起水災,引起越來越多人的重視,在野黨也趁勢打出減碳牌,期待獲得更多選民支持。

最終,英國政府迫於極端氣候、人民及在野黨的壓力,決定訂定氣候變遷法案。

反對聲浪開始浮現

氣候變遷法的長期目標是在 2050 年時達到碳排放能比 1990 年少 80%。圖/pxhere

氣候變遷法的長期目標是在 2050 年時達到碳排放能比 1990 年少 80%,希望能將地球的升溫控制在 2℃ 之內,也就是每人平均每年碳排放額度控制在 2 噸左右。為了達到這個目標,勢必得減少對化石燃料的依賴,轉為發展風能、氫汽車等綠色能源。

首先跳出來反對的就是工商企業。他們認為氣候變遷法案會毀了英國:綠能成本高、發展不成熟,要捨棄現在便宜的燃料方式走能源轉型,利潤實在太少。

堅持不可動搖的信念

面對反對意見,英國政府並沒有妥協。何博安爵士認為,一旦制定了政策,政府的態度就不能左右搖擺,而應該堅定地朝著目標前進。雖然法案在現階段無法獲得支持,但人民的眼睛是雪亮的,他們不會想支持只想賺錢而不顧汙染的企業。

人民不會想支持只想賺錢而不顧汙染的企業。圖/PanSci

人們要投資的,是一個會為地球環境著想,會為後代子孫考慮的企業。

最終,企業會在整個大環境的趨勢下,轉而支持這個法案。英國身為全球第一個制定氣候變遷相關政策並立法明定減碳目標的國家、作為國際的領頭羊,更該有領導全球的魄力與樹立模範的責任。

那麼承載著眾人希望的氣候變遷法案成效如何?

卓越而超乎想像的成效

以下面這張圖表來說明,從 1990 年到 2017 年間,英國溫室氣體的排放(紅色線)已降低 41%,經濟也並不如當初的反對者所說的會「毀於一旦」。

相反的,GDP 成長了 65% 以上。

英國 GDP 與溫室氣體排放的趨勢圖,可以發現降低溫室氣體的排放,GDP 反而上升了。圖/Sir Brain Hoskins 簡報提供

另外對於可再生能源常見的高成本疑慮,2018 年的數據也支持了:

現在的科技越發成熟,未來綠能的成本完全可低於化石燃料(黑虛線)。

在岸、離岸風、太陽能、高成本及低成本的化石燃料的成本趨勢。圖/Sir Brain Hoskins 簡報提供

整個社會也有了良好的改變。因為這個長期的目標規劃,英國不再過度依賴燃煤及天然氣。企業開始公開支持氣候變遷法,即使原先不願意配合的公司,迫於人民的投資壓力也得改變作風。

英國的下一步

過去十年來的良好成效無疑是一劑強心針。2015 年巴黎氣候協定把全球暖化的額度下修到 1.5℃,而英國期許能把原先訂好的「比 1990 年的排放量還少 80%」變更為 100%。換句話說就是綠能完全取代化石燃料。

那麼台灣呢?

一般民眾對氣候變遷最常有的迷思有兩個,第一是這不太會影響到我們的生活;第二是這會毀壞我們的經濟。從前文可知,極端的氣候型態只會越來越多,以台灣為例,需要擔心的是越來越多的強烈颱風及短時間內的強降水、水災、乾旱等問題。

氣候變遷帶來的極端氣候型態只會越來越多。圖/pixabay

對於那些擔心經濟會垮台的人,希望英國這個成功的例子能讓你放心,這股綠色經濟不會有企業甘願被丟在後面(Don’t want to be left behind.)。這是個迫切的問題,我們應該思考有什麼是我們能做的?我們需要的是什麼?別落入「要或不要」這種非一及二的問題中。

尤其台灣有這麼好的條件:風能和太陽能。現在不做,什麼時候開始?以爵士的一個超棒舉例作結:今天醫生會在病人出現一兩個典型病徵時趕快對症下藥,而不會等到這個病的所有症狀都出現後才開始處理。

沒有不能做的理由,只有不做的理由。

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你的「時間」跟我不一樣?維多利亞時代的英國,令人眼花繚亂的計時方式——《時鐘在說謊》
時報出版_96
・2022/11/26 ・3533字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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編按:在格林威治時間出現之前,英國就已經存在各種計時方式。而在格林威治時間出現後,這些時間也並未被統一,而是繼續被沿用。

生活中竟然有三種計時方式?

《亞伯丁周刊》(Aberdeen Weekly)在一八八七年曾刊登一篇幽默文章,說的是一位勞動工人向警察詢問時間的故事:

他擠進警察局,手中拿著帽子,怯怯地走到桌前,深鞠一躬,然後問道:「警察大人嗎?」

「是的,先生。」

「是這樣的,大人,俺想知道現在的時間。我過去一個星期被這事整慘了。」

「你用的是什麼時間?」

「這就是俺想知道的。有人告訴我用太陽時,也有人要我用標準時間,我老婆用的是第三種時間,把我搞昏頭了。我和老婆說我要來這兒問出正確的時間,然而就一直用它。」

「所以現在到底是幾點?」 圖/GIPHY

「好吧,把你的錶定在一時二十八分。」

「好的,長官。這是俺最近兩個星期最感滿意的事情了。」他掏出一隻古董懷錶,上下摸索著身子找鑰匙。然而就在他準備調整時針時,懷錶上的水晶外殼掉落地面打碎了。在一陣忙亂之後,他拿起懷錶湊近耳邊搖晃,懷錶內的機械裝置又掉落地面,滾到長椅下面。

「俺早就料到會有這樣的情況,」這人說道,雙頰顫動著。「它一直是使用三種時間操作,沒有一隻錶能禁得起這樣的折騰,我該料到的。」

「你現在怎麼辦?」

「啥也不做。俺未來六個月會像雞一樣,早上餓了就起來,然後到晚上等老婆睡得和木頭一樣再回家。」

這位工人對計時「科學化」的反應是迴避,這是面對複雜甚於便利的現代科技的一種自然反應。

「我們擁有各種時間!」

《漢普夏電報暨薩塞克斯記事周刊》(Hampshire Telegraph and Sussex Chronicle)在一八八五年七月也曾刊出相類似的玩笑:「聖路易(密蘇里州)有標準時、子午時、南方時、西方時,還有其他一大堆時間,只有瘋子才會想要戴上一隻錶。」

對英國人而言,具有多個時區的美國鐵路要比自家的情況更為複雜。不過英國報紙也會報導一些有關國內時間的故事,例如《曼徹斯特信使暨蘭開夏一般廣告報》(Manchester Courier and Lancashire General Advertiser)在一八九五年的一則報導:

一位紳士騎馬經過一位坐在柵欄上的小男孩,柵欄後是他的住家。紳士問他是否住在這裡。

「我正在努力。」小男孩回答。

「好吧,孩子,我想知道現在是什麼時間,你能告訴我嗎?」

「我可以,我五分鐘前才從屋內出來,鐘上時針指的是十一。」

「你們用的是什麼時間?」

「噢,我們有各種時間。」

「我指的是你們用的是太陽時還是標準時?」

「我就是這麼說的,我們有各種時間。」

「我不懂你的意思。」

「你不懂?那麼你來我們的房子住上一段時間,你就懂了。我老姐莎兒用的是標準時—就是我們的時鐘;我用的是城市時—這是市政廳的時鐘;女傭用的是太陽時—這是根據光影而定,而老爸老媽把時間都用在爭吵上,他們現在就是如此,我坐在這兒等他們決定要怎麼處理這個柵欄。老天,如果你不想聽到他們的爭吵,你最好別待在這兒,他們的聲音可是大得嚇人。」

由於計時方式沒有統一,導致人們在溝通時間上有些混亂。圖/GIPHY

那人立刻策馬離開,小男孩又踢掉一塊木板。

這則故事的笑點在於中產階級典型動盪不安的婚姻關係,與一位無所事事的小男孩,但是其對計時方式混亂的描述,正是維多利亞時代晚期社會的寫照。

差 5 分鐘下課

《曼徹斯特時報》(Manchester Times)的幽默專欄在一八八九年,也刊出一則有關時間相類似的笑話。

一位困惑的傢伙問道:「先生,請問現在幾點了?」

這位科學人(心不在焉地)回答:「你想知道哪一個——太陽時、地方時,還是標準時間?」再沒有比這個笑話更能突顯當年計時方式混亂的情況了。

當然,困惑與混亂並非對多重計時方式唯一的反應。這樣的情況也是可以大加利用的機會。一些調皮的學生會遊走於各種計時方式之間,例如牛津基督堂學院(Christ Church College)鐘塔內著名的大湯姆鐘(Great Tom)是以地方時計時,比其他以格林威治時間計時的時鐘要慢五分鐘。

根據《天文台雜誌》(Observatory Journal)一九○八年的一則報導,一名學生在晚上九時宵禁幾秒後才抵達學校,表示大湯姆鐘的時間還未到九時。門房拒絕他入校,並且表示宵禁的規定行之有年,比大湯姆鐘要早了好幾個世紀。還有一些學生利用這個五分鐘的時差爭辯應該提早下課。一位校友回憶:「我們當時是真的認為應該延後上課與提前下課,這樣每小時就可以省下十分鐘。」

英國牛津內的湯姆塔(Tom Tower)。圖/wikimedia

你的身分,決定你怎麼看時間

有關時間的漫畫在一八八四年登上《旁趣雜誌》(Punch Magazine)的版面,就在 IMC 結束沒多久,該會議的一項決議是以二十四小時取代十二小時來計算世界日。

當年十二月十三日的一則漫畫顯示困惑的時間老人(Father Time)無法辨識倫敦林肯律師學院(Lincoln’s Inn)鐘面為二十四小時的時間。漫畫家建議最好是將十二小時的時鐘與二十四小時的鐘並列,讓經過的人自行選擇,而不是只有二十四小時的「科學」鐘。

一八八四年十二月十三日《旁趣雜誌》(Punch Magazine)的漫畫「幾點鐘是什麼意思?」 圖/《時鐘在說謊》

細心的讀者可能會自這些笑話與故事注意到「恰如其分地」報時,其實也是一種身分地位的表現。

例如《曼徹斯特信使暨蘭開夏一般廣告報》那則故事中的女傭只會以陽光陰影來看時間,她的雇主則是使用各種時鐘看時間。看時間的方式越機械化,也就代表越摩登,越受人尊重。但是科學性的時間裝置在計時上反而顯得複雜,而不是簡化,這樣的情況導致一般民眾敬而遠之。

科學家大都類似《曼徹斯特時報》幽默專欄中那位心不在焉的學者,熱衷於追求精確,反而使得簡單的問題複雜化。

美國海軍天文台長約翰.羅傑斯(John Rodgers)在一八八一年批評科學家「有時過度強調他們的作用」,破壞了日常生活的簡單性。他指出:「不在乎科學時的人有一千位,在乎的只有一位。」

這種鄙視科學時的心態可以由《天文台雜誌》的另一則短篇故事看出來,在這則故事中,皇家天文學家喬治.艾里發表奇一篇長篇大論的演說。

在他演講結束後,看來百般無聊的帕默斯頓爵士(Lord Palmerston)不禁小聲抱怨:「格林威治時間是否與永恆有關係?」在眾人眼中,天文學家聰明絕頂,但是不切實際,往往會將日常生活的節奏複雜化。其實,各個階層的英國民眾所要的是在兩者之間:準確性與現代性,沒問題,但是也必須簡單直接。

計時方式必須兼具準確性與簡單性。圖/envato.elements

計時的社會影響不僅是在報紙的趣味版,時間與其測量同時也與政治、經濟,以及社會運動相關,例如爭取勞工權益就往往會和時間掛鉤。

湯姆.曼(Tom Mann)在一八八六年的宣傳小冊《一天八小時的工作日對勞工的意義》幫助「八小時運動」的發起,在該運動中,費邊社、社會民主聯盟、工會與其他勞工、社會組織聯合推動立法縮短工作日的工時。他們不是將勞工的福利與工作環境或是薪資掛鉤,而是勞工的工作時數。

雖然此一運動遭到挫敗,並沒有帶動減少工時的立法,不過也成功地將時間與工作之間的關聯帶入一八八○年代的公共意識之中,類似一八四○年代的工廠法規定婦女與兒童工作日的工時不得超過十小時。時間的測量在那個年代對政治與經濟都帶來重大影響,尤其是在英國充滿改革氣氛的一八四○與八○年代。

——本文摘自《時鐘在說謊》,2022 年 10 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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將陽光轉變成電能的太陽能電池:太陽能電池不是電池——《圖解半導體》
台灣東販
・2022/11/23 ・2778字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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備受關注的再生能源

近年來,以太陽能發電的再生能源備受關注。

近年來,以太陽能發電的再生能源備受關注。圖/pexels

太陽能電池是太陽能發電的關鍵裝置,這是用半導體將陽光的能量直接轉變成電能的裝置。雖然有「電池」這個名稱,但不像乾電池那樣可以儲存電能。所以「太陽能電池」這個稱呼其實並不洽當,應該稱其為「太陽光發電元件」才對。

太陽能電池會利用到第 1 章 1-2 節提到的半導體光電效應(將光轉變成電能的現象)。不過,僅僅只透過照光,並不能從半導體中抽取出電能。要將光能轉變成電能,必須使用 pn 接面二極體(參考第 1 章 1-8 節)才行。

pn 接面二極體。圖/東販

圖 5-1(a) 為 pn 接面二極體,p 型半導體有許多電洞做為載子,n 型半導體內則有許多電子做為載子。這個 p 型與 n 型半導體接合後,接合面附近的電洞會往 n 型移動擴散,電子則會往 p 型移動擴散,如圖 5-1(b) 所示。

移動擴散之後,接面附近的電子與電洞會彼此結合,使載子消滅,這個過程稱為複合。結果會得到圖 5-1(c) 般,沒有任何載子存在的區域,這個區域就稱為空乏層。

接面附近的空乏層中,n 型半導體的帶負電電子不足,故會帶正電;另一方面,p 型半導體的帶正電電洞不足,故會帶負電(圖 5-1(d))。

因此,n 型與 p 型半導體之間的空乏層會產生名為內建電位的電位差,在接面部分形成電場。這個電場可以阻擋從 n 型半導體流出的電子,與電子從 n 型流向 p 型的力達到平衡,故可保持穩定狀態。

這種狀態為熱平衡狀態,放著不管也不會發生任何事。也就是說,接面上有內建電位差之壁,不管是電子還是電洞,都無法穿過這道牆壁。

用光發電的機制。圖/東販

在這種狀態下,如果陽光照入空乏層,半導體就會在光能下產生新的電子與電洞,如圖 5-2 所示。此時,新的電子會因為內建電場所產生的力而往 n 型半導體移動,新的電洞則往 p 型半導體移動(圖 5-2(a))。於是,電子便會在外部電路產生推動電流的力,稱為電動勢。

在光照射半導體的同時,電動勢會一直持續發生,愈來愈多電子被擠入外部電路,於外部電路供應電力。被擠出至外部電路的電子會再回到 p 型半導體,與電洞結合(圖 5-2(b))。我們可以觀察到這個過程所產生的電流。

太陽能電池的結構。圖/東販

目前太陽能電池的大部分都是由 Si 半導體製成。以 Si 結晶製成的太陽能電池結構如圖 5-3 所示。

為方便理解,前面的示意圖中,都是以細長型的 pn 接面半導體為例。但實際上,太陽能電池所產生的電流大小,與 pn 接面二極體的接面面積成正比。所以 pn 接面的面積做得愈廣愈好,就像圖 5-3 那樣呈薄型平板狀。

前面的說明提到,陽光可產生新的載子,這裡讓我們再進一步說明其原理。

pn 接面二極體的電子狀態。圖/東販

圖 5-4 為 Si 原子之電子組態的示意圖(亦可參考第 38 頁圖 1-11)。Si 原子最外層的軌道與相鄰 Si 原子以共價鍵結合,故 Si 結晶的軌道填滿了電子,沒有空位(圖 5-4(a))。

若摻雜雜質磷(P)或砷(As)等 15 族(Ⅴ族)元素,形成 n 型半導體,便會多出 1 個電子。這個電子會填入最外層電子殼層的最外側軌道(圖 5-4(b)),與共價鍵無關,故能以自由電子的狀態在結晶內自由移動。

由於電子軌道離原子核愈遠,電子的能量愈高,所以位於最外側軌道的電子擁有最高的能量(參考第 57 頁,第 1 章的專欄)。最外側軌道與最外層電子殼層的能量差,稱為能隙。

另一方面,如果是摻雜鎵(Ga)或銦(In)等 13 族(Ⅲ族)元素的 p 型半導體,會少 1 個電子,形成電洞。這個電洞位於最外層電子殼層,能量比自由電子還要低(圖 5-4(c))。

空乏層不存在自由電子或電洞等載子,此處原子的電子組態皆如圖 5-4(a) 所示。

陽光照進這個狀態下的空乏層區域時,原子的電子會獲得光能飛出,轉移到能量較高的外側軌道(圖 5-4(d))。此時的重點在於,電子從光那裡獲得的能量必須大於能隙。如果光能比能隙小的話,電子就無法移動到外側軌道。

光的能量由波長決定,波長愈短,光的能量愈高(參考第 217 頁,第 5 章專欄)。光能 E(單位為電子伏特eV)與波長 λ(單位為 nm)有以下關係。

E[eV]=1240/λ[nm]

抵達地表的陽光光譜。圖/東販

另一方面,抵達地表的陽光由許多種波長的光組成,各個波長的光強度如圖 5-5 所示。

由圖可以看出,可見光範圍內的陽光強度很強。陽光中約有52%的能量由可見光貢獻,紅外線約佔 42%,剩下的 5~6% 則是紫外線。

若能吸收所有波長的光,將它們全部轉換成電能的話,轉換效率可達到最高。不過半導體可吸收的光波長是固定的,無法吸收所有波長的光。

Si結晶的能隙為 1.12eV,對應光波長約為 1100nm,位於紅外線區域。也就是說,用 Si 結晶製造的太陽能電池,只能吸收波長小於 1100nm 的光,並將其轉換成電能。

不過,就像我們在圖 5-5 中看到的,就算只吸收波長比 1100nm 還短的光,也能吸收到幾乎所有的陽光能量。

光是看以上說明,可能會讓人覺得,如果半導體的能隙較小,應該有利於吸收波長較長的光才對。不過,並不只有能隙會影響到發電效率,圖 5-6 提到的光的吸收係數也會大幅影響發電效率。光的吸收係數代表半導體能吸收多少光,可以產生多少載子。

有幾種材料的光吸收係數特別高,譬如 Ⅲ—Ⅴ 族的砷化鎵(GaAs)。GaAs 的能隙為 1.42eV,轉換成光波長後為 870nm,可吸收的光波長範圍比 Si 還要狹窄。但因為吸收係數較高,所以用砷化鎵製作的太陽能電池的效率也比較高。

總之,GaAs 是效率相當高的太陽能電池材料。然而成本較高是它的缺點,只能用於人造衛星等特殊用途上。即使如此,研究人員們仍在努力開發出成本更低、效率更好,以化合物半導體製成的太陽能電池。

——本文摘自《圖解半導體:從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》,2022 年 11 月,台灣東販出版,未經同意請勿轉載。

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有可能透過節能,提高低碳電力的比例嗎?全球有一個國家做到了
低碳力LowCarbonPower_96
・2022/11/04 ・2684字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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為了達成 2050 淨零排放的目標,各國必須想辦法提高低碳電力的比例,逐步淘汰化石燃料。各式各樣提高低碳電力的方法出現,其中就有個我們從小就耳熟能詳的方法:節能省電。

但這個方法可行嗎?我們觀察了世界各國的發電結構,還真的找到實現了這個方法的國家:北韓。

北韓的電力結構在 1989 年間發生反轉。 圖/lowcarbonpower

在 1990 年以前,北韓的發電結構是以化石燃料為主(57.1%),水力發電為輔(42.9%)運作。1990 年後,水力發電的佔比瞬間飆升至 56.3%,截至 2020 年,低碳電力佔比已經達到了 85.53% 的亮眼成績。

同時,北韓的用電量從 35TWh(1989 年)減少至 14.6TWh(2020 年),可以推測出北韓低碳電力佔比提高的原因很可能就是因為用電量減少所致。

用電量降低,低碳電力提高,這聽起來是件好事對吧?但這恐怕不是北韓(人民)願意看見的結果。

到底北韓發生了什麼事?為什麼會出現這樣的情況?

蘇聯解體,重創北韓經濟

北韓過去在蘇聯的資助下,積極發展重工業,甚至在 1970 年成功讓供電網覆蓋全北韓境內的村子和家庭。然而蘇聯解體後,北韓經濟受到重大打擊,失去了從蘇聯進口的石油,導致北韓發電量急遽減少,水力發電因此成為北韓最主要的發電能源。

另外,根據南韓公共媒體 KBS 報導,北韓的火力發電廠設備老舊,經常發生故障,能源效率和發電量都很低。相較之下,北韓更看好水力發電不用燃料的優勢,進而提高了水力發電的佔比。

缺電的北韓

目前北韓人均用電量只有 658 度,對比台灣的人均用電量(11,933 度),相差 18 倍!這不是因為北韓人民超會省電,而是沒電可用。

根據數據統計,北韓將近一半的人沒電可用。由於北韓電網年久失修,以及冬天河川凍結無法使用水力發電,即使在較多精英階層居住的平壤也經常停電。因此北韓的有錢家庭通常會設置太陽能板,以滿足自家用電需求。

低碳電力比例高,所以北韓其實很環保?

答案是,其實不然。

首先,經常斷電導致人民尋求其他的方法,像是太陽能板、柴油發電機,或是自製油燈滿足照明需求,而這些方法往往能源效率極低,還會造成其他威脅(像是更不環保或是對人體有害等);其次,電力只是眾多能源的一種,對電力的需求很可能轉嫁到其他非電力能源上(例如,沒電使用電燈,因此改用油燈)。

但北韓的確證實了一種可能性:減少用電量可以提高低碳電力比例。只是其他國家有可能利用這種方法減碳嗎?

回答這個問題之前,不知道大家有沒有聽過「卡爾達肖夫指數(Kardashev Scale)」。

卡爾達肖夫指數是根據一個文明能夠利用的能源量級,來為該文明劃分等級的分級法,像是:第一型是能夠利用整個行星的能源;第二型是可以駕馭整顆恆星能源的文明……。

美國物理學家弗里曼.戴森(Freeman John Dyson)也認為任何科技文明對能源的需求會穩定增長,只要存活夠久,總有一天會需要利用到其母恆星「全部」的能量輸出,因此有必要建立一個可以收集母恆星所發出的全部能量的裝置——戴森球。

也就是說,隨著文明的科技進步程度越高,需要消耗的能源就越多。

事實上,自工業革命(1760)以來,我們對能源的需求就不斷地增長,想要僅依靠省電減碳就意味著我們需要在科技進步和節能減碳之間做出選擇,但我們仍然可以試著去估計,人類是否可能在不犧牲科技進步下依靠省電減碳?

以台灣為例,1980 年台灣相繼成立竹科、南科、中科等科學園區,從此走向 IT 大國之路,每年用電量也在快速增長。2021 年台灣總用電量高達 2830 億度,是近 10 年來最高,工業用電量和成長幅度也創下新高,佔總用電量的 57.1%。其中台積電用電就佔了近 6%。

當然,「護國神山」不能倒,科技發展不能停。那我們試試看計算個人節省用電是否能夠提高低碳電力的比例。

台積電位於新竹科學園區的晶圓十二廠。圖/維基百科

一個人可以省多少的電?對台灣有幫助嗎?

一樣採用台灣 2021 年的用電量來看,假設去年是因為疫情進入三級緊戒,所以家庭住宅用電量比 2020 年多了 5%,佔總用電量的 18.6%。也就是說,在扣除非民生用電之下,去年台灣每戶家庭的年均用電量約為 5846 度。

採用國際能源署(IEA)的對每戶家庭最低供電程度的簡單定義,即每戶家庭有足夠的電力來為每天打開 5 小時的四個燈泡、一個冰箱、一個每天運轉 6 小時的風扇、一個手機充電器和一台每天使用 4 小時的電視供電,相當於每戶每年用電量為 1250 度。

如果台灣每戶家庭都超省,堅持一年只使用最低限度的電,可以為台灣省下 413.8 億度電,相當於總用電量的 14.6%,似乎就能達到目的。

但是,如果要是我們將科技進步納入考量後,就會發現這不是一個合理的策略了。

用於製造世界最先進半導體的機器「極紫外光微影」(EUVs)每台的耗電量高達 1 百萬瓦,目前台積電約有 80 幾台,預計 2025 年台積電用電量就會佔全台用電量的 12.5%。

試著想想,當你為了省電費勁心思,犧牲生活品質所打出的成績卻是「效果甚微」,心裡該有多累。

但減碳從來都不只有一種方法。像是丹麥、法國等國家就投資低碳技術取代化石燃料,也可以選擇電動車取代汽油車等,減少碳排放。我們只有更積極的思考永續發展的解方,人類文明才有可能繼續延續下去。

參考資料

  1. 北韓低碳電力比例
  2. 用電再破紀錄!住宅用電攀升,去年工業用電更達「史上新高」
  3. 護國神山變吃電怪獸?台積電用電量恐占全台12% 再生能源發展迫在眉睫
  4. 北韩的电力状况
  5. 1990年代數十萬人死於饑荒,北韓再度出現糧食危機!
  6. 供電不足 北韓人民嚴冬中過日
  7. Defining energy access: 2020 methodology
  8. North Korea: Energy Country Profile
  9. https://zh.wikipedia.org/zh-tw/戴森球
  10. https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/卡尔达肖夫指数
  11. https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/中華民國科技
  12. https://www.hk01.com/港學堂/85673/這一秒的歷史-北韓危機的根源-蘇聯解體