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拯救地球暖化大作戰!英國如何利用「碳定價」翻身成為減碳國家先鋒?

Curious曉白_96
・2020/03/16 ・3428字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 599 ・九年級

18 世紀,英國是全球第一個發起工業革命的國家,由於大量使用煤炭,工廠煙囪排放的濃煙密布整個城市,天空不再湛藍,而是灰黑色,因此得名「霧都」、「黑城」。在此之後,隨著人類文明越趨發達,地球的健康狀況也一點一滴步入危機,臭氧層破洞、冰河消融、海平面上升、氣候異常等全球暖化跡象,開始受到各國關注。

聯合國政府氣候變遷專門委員會 (IPCC) 於 2018 年提出警告:地球剩下不到 12 年的時間來減少溫室氣體排放,避免災難性的全球暖化。

2015 年聯合國氣候峰會通過《巴黎協議》,訂定目標:「把全球平均氣溫升幅控制在工業革命前水準以上低於 2 ℃ 之內,並努力將氣溫升幅限制在工業化前水準以上 1.5 ℃ 之內」,協議第 6 條也提及:「可透過『市場機制』幫助各國達成減碳目標。」因此許多國家開始實行「碳定價」及「碳稅」,而其中最有成效、脫穎而出的則是英國的碳定價。

英國政府是如何做到這件事的呢 ?泛科學特別專訪英國碳定價專家,同時也是氣候變化與環境研究所的政策研究員 Josh Burke 來跟大家聊聊關於「碳定價」這回事!

因應全球暖化,各國紛紛發起減少碳排放的措施。圖\GIPHY

碳定價是什麼?

正如商場中擺放的商品都會制定一個價格,「碳定價」即「給碳一個價格」。而當碳有了標價,也隨之產生了幾種需要討論的議題。

其交易對象是誰呢?

正是二氧化碳廢氣的排放源,政府、企業或家庭,向他們收取費用,來達到減少碳排放、抑制全球暖化的目的。

如何收取費用?

碳定價又分為兩大體系,碳排放交易體系 (Emissions Trading System, ETS) 及碳稅 (Carbon Tax),這兩者有什麼差別呢?

  • 碳排放交易體系 (Emissions Trading System, ETS):也就是為碳排放量設定一個上限。依據供需法則,越稀有的商品(如鑽石、黃金),價格就越高,同理,碳排放量一旦受到限制,價格便會上漲(也就是將可以使用碳的權利,亦即「碳權」,變成一個稀有商品)。如此一來,對於碳排放有高需求的店家,就必須向相對較低需求的店家購買「碳權」,若要節省這樣的成本,則會進一步想辦法發展出低碳排放的商品,來達到限制的效果。
  • 碳稅 (Carbon Tax):相較於複雜的交易體系,碳稅較為單純,就是依據不同的碳含量來課稅,但是碳稅相較於 ETS ,就比較沒有碳排放總量的限制,所以成效上還是會有點落差。

提問:《自然》雜誌最近發表的一篇文章探討了公眾抵制碳稅的多種原因,提到人們認為低收入家庭的碳稅比例並不合理。碳稅是否會對低收入戶家庭的經濟狀況造成負面影響?

英國碳定價專家 Josh Burke 表示,若政策設計正確,碳稅不一定會對低收入戶產生負面影響。

將碳價納入市場交易,透過供需法則限制碳的使用量及排放量。圖\pixabay

工業強國大翻身-英國如何成功施行「碳定價」

因為每個國家不同的市場特性,加上商人、企業普遍不願接受再多收錢,各國對於碳定價機制的接受度並不相同。那麼英國,一個靠工業起家的大國,是如何卸下商業束縛,搖身變成一個低碳排放的國家呢?以下這幾點值得關注並學習。

政府積極制定政策

要達成減碳,必定要先設立目標,英國氣候變遷委員會 (Committee on Climate Change, CCC) 表示,英國必須於 2050 年實現「淨零」排放(意思是碳排放量不再增加大氣中的二氧化碳含量,簡單來說,如果想排放碳,就要想辦法回收大氣中的碳,而且回收量 = 碳排放量,使其達到平衡),而政府需要改革其碳定價方法。以下是英國政府的改革方案:

  • 政策所制定的碳價需高於目前價格的「中等水平」:影子價格代表生產或消費不在一般市場中的財貨之機會成本,應用於成本效益分析中,也應用於對計畫經濟的數學規劃。要實現淨零目標,政府需要制定比英國商業、能源與工業戰略部 (BEIS) 當前的預測更高的影子價格。
政策所制定的碳價須高於商業、能源與工業戰略部 (BEIS) 當前的預測價格。圖\GRI-POLICY-BRIEF_How-to-price-carbon-to-reach-net-zero-emissions-in-the-UK
  • 碳價格的分級制度:為了政策可行性,碳排放者所需支付的碳價格必須低於影子價格,並且依照不同行業環境做出相對應措施,按行業區分碳價。英國自 2020 年起的碳價為每噸二氧化碳 40 英鎊左右,到了 2050 年將升至每噸二氧化碳 125 英鎊甚至更高。
英國政府依據各產業使用碳的重要性及可行性,訂定不同的價格分級。圖\GIPHY

提問:依賴煤炭產業的業者,是否反對推行淨零排放政策?

英國碳定價專家 Josh Burke 充滿自信回答:「沒有!」因為業者們也認為永續經營才能獲取最大效益,他們同樣意識到了煤炭資源總有一天會被開採耗盡,遲早需要新的替代能源來取代煤炭,所以他們也認同政府的作法。

  • 負排放激勵措施:為了確保完全去碳,政府須制訂關於技術支持和負排放激勵措施(從大氣中清除殘留的二氧化碳)等法規。對於實施負排放技術的企業,政府將予以補助該企業原需支付的碳價做為獎勵金。

提問:負排放技術 (如 CCS、種樹等) 主要目的是移除大氣中的溫室氣體。政策鼓勵企業推行負排放,但也有專家認為,例如「種樹」會因種植環境等變因,而無法達到預期的負排放效能。請問您對於這類爭議有什麼看法?

對此 Josh Burke 表示,種樹並無法有效達到負排放的效益,通常會把重心放在碳價及其他有效的負排放技術上。

提問:推行淨零溫室氣體排放政策過程中,遇過最大的瓶頸是什麼?

「並非英國國內的所有產業都能夠完全配合政策,如部分企業由於經濟效益,沒辦法落實減碳;另一方面是個人因素,每個人的環保意識都有差異。」Josh Burke 認為,政府可以成立推行該政策的專業部門,跟民間溝通以達成共識。

達成政府、人民與企業間的共識

一項新政策的施行,常常會因為訊息為傳達不完全,而造成人民陷入未知的恐慌。因此 Josh Burke 致力於協助政策制定者、政府官員、專家、學術界、非政府組織、議會和企業進行溝通與意見交流,使政策制定更加完整。此外,英國在野黨與執政黨也達成共識,一同推行淨零政策,並加強民間宣導,讓人民能更理解政策的細部內容。

再生能源可望成為英國往後的主要發電能源

2019 年,是英國自 1882 年以來第一次連續兩週沒有燃煤發電。英國國家電力供應公司發言人表示:「隨著越來越多再生能源被引進我們的能源系統,像這樣的週末供電模式將成為新常態。預計 2025 年,英國將可以零排碳運轉電力系統。」未來英國主要的電力來源將放在風力及核能發電。

提問:您認為最具潛力的再生能源是哪一種?

「就英國而言,由於面海,因此有足夠的風力可以發電。不過再生能源的選擇還是取決於不同國家的地理環境,各地適用的再生能源皆不同。」 Josh Burke 回答。

雖然現階段還不能完全取代火力發電,但面臨地球資源枯竭的未來,再生能源的發展潛能極高。圖\GIPHY

全球暖化議題是各國都需要面對的危機,英國的淨零排放政策是一個好榜樣,藉由市場的交易機制,讓人們在消費的同時意識到背後隱藏的問題,促進消費者購買低碳商品。現在,我國環保署也積極與 Josh Burke 探討關於碳稅的政策可行性,曾經的「霧都」英國都能做到有效減碳,且大大提升當地空氣品質,相信我們也能找到一條屬於自己的作戰路線!

參考資料

  1. 英國制定能源政策,2025年擺脫燃煤發電,2050年達到溫室氣體淨零排放目標
  2. How to price carbon to reach net-zero emissions in the UK – Grantham Research Institute on climate change and the environment
  3. 英國2050年淨零排放目標對臺英合作的啟示APEC能源國際合作資訊網
  4. 負排放技術是應付氣候危機的雙面刃?
  5. Negative emissions under a net zero target: navigating the controversies and pitfalls – Grantham Research Institute on climate change and the environment
  6. Explainer: 10 ways ‘negative emissions’ could slow climate change
  7. 氣候變遷委員會(CCC):到2050年英國應達淨零排放| 新聞News
  8. How Britain ended its coal addiction
  9. Josh Burke – Grantham Research Institute on climate change and the environment
  10. How to win public support for a global carbon tax

 

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Curious曉白_96
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對於科學新知充滿好奇心,對於一切新知都想通曉明白,期許自己有一天能成為有所貢獻於社會的曉曉科學家!


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如何從茫茫大海中,找到戰爭遺留的深水炸彈?——海底掃雷行動

Else Production
・2022/01/19 ・2597字 ・閱讀時間約 5 分鐘

對於年輕人來說,我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生,因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈,大家又有沒有想過我們如何找出來?

這些未爆炸的軍備,我們稱之為 Unexploded Ordnance(簡稱 UXO),有可能是水雷,有可能是深水炸彈,也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品,受到多年來沉積(即水流在流速減慢時,所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來)的影響,令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計,單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。

二戰期間,桑德蘭水上飛機掛載的深水炸彈,圖/維基百科

你也許會問,既然都已經埋藏了,何況我們仍然要處理他們?這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統,假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外,或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷,後果可真是不堪設想。因此,最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行,或是安排專家把他們處理。

真正的大海撈針:用磁場把 UXO 吸出來!

要找到這些 UXO,最容易的方法便是使用金屬探測的方法,但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的,我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行(這大大增加了磨損探測器的風險),因此我們會選擇較間接的方法:磁強計(Magnetometer)。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的,而鐵是對磁非常敏感的,因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作,我們會以兩個磁強計為一組去作探測,令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子:

圖 1:磁強計的探測結果

在圖 1 裡,假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置,上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線,下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見,當若果沒有任何金屬物件存在的話,兩個磁強計量度的數是相近的,亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近,我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值,燈色線代表右方,由於磁場強度會隨著距離而減少,因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線,亦即是航線的上方。

我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小,但為了確保其真實性,我們亦會在附近再次航行,假如也有磁場變異,這便是一個不會移動的金屬物品(撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性)。

排除法:用側掃聲納窺探看不見的海底!

正如上文提要,磁場變異所告訴我們的,只是金屬物品的位置,但它亦有可能不是炸彈,也有可能不是埋在海床下,因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納(Side Scan Sonar) ,透過聲波反射的原理,我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的,聲波傳送及接收的時間是一樣的,因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上,聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子:

圖2: 側掃聲納 圖片,紅色箭咀範圍代表沒有反射的區域,綠色箭頭範圖代表船與海底的距離 (圖片來源:Grothues et al., 2017)

看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面,中間白色的部份是船的航道,亦是側掃聲納的盲點,而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射,讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾,如車胎、單車等,而在上圖的左上方,我們相信是一些棄置的工業廢料。

當然你也可以爭論,在圖左上方的物件有機會不是死物,而是一種未知海洋生物,因此我們也會進行多次的側掃聲納,如果在同一位置並不能再看到它,那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件,這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方,我們也會透過黑影分析其大小是否吻合,並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。

此外,在看側掃聲納,我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕,因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方,有機會是漁船拖網的地點,也有機會是大船拋錨起錨的地方,而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO,產生危機。因此,這些地方都會是我們首要處理的地方。

筆者按:假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西,如沉船、飛機等,可以到這裡觀看

萬無一失:Mission Completed !

當然,在取得數據時,我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子,我們要確保磁強計遠離測量船,以免船上的儀器影響了磁強計。因此,我們並不會把磁強計綁在船底,而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。

另外,我們也要確保測量船要以均速航行,以確保所有數據都是一致的。最後,我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤,否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。

完成以上的工序後,我們便會製作磁梯度圖(Magnetic Gradient Map),把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來,正如圖 3,再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識,加上該海岸的戰爭歷史,對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。

要知道這些 UXO,單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命,因此這個科學命題可真是不容忽視!

圖 3:磁梯度圖。左邊是潛在 UXO 的位置而右邊則是它們的磁場強度的改變。(圖片來源:Salem et al., 2005)

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.  
  2. Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
  3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
  4. Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.

本文亦刊載於作者部落格 Else Production ,歡迎查閱及留言

 

Else Production
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馬朗生,見習地球物理工程師,英國材料與礦冶學會成員,主力擔任海上測量工作,包括海床勘探、泥土分析、聲波探測等。