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選對產品,兼顧生活品質與環境保護——《如何避免氣候災難》

天下雜誌出版_96
・2021/03/20 ・2984字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

餐桌上的新口味——植物肉,不僅享受美味也減少碳排

全球大約飼養了 10 億頭牛,用於生產牛肉與乳製品,每年因牛群打嗝和放屁排出甲烷所造成的暖化效應,相當於 20 億噸二氧化碳,占全球總碳排的 4% 左右。 

打嗝放屁時釋出甲烷,是乳牛、綿羊、山羊、鹿與駱駝等反芻動物特有的問題。但還有另一個不分動物、造成溫室氣體排放的原因:糞便。

對於動物的排便、打嗝與放屁,我們有何對策呢?這個問題確實棘手。研究人員已想方設法來因應,譬如使用疫苗以減少牛腸道中甲烷生成菌的數量、培育產生較少碳排的牛隻、添加特殊飼料或藥物到牛的飲食。這些方法大多成效不彰。

不分動物、造成溫室氣體排放的原因:糞便。圖/Pexels

飲食力行純素的民眾,可能會提出另一項解決方案:我們根本不必嘗試這些減少碳排的方法,只要停止飼養牲畜就好。我能理解這項論點的吸引力,但不認為它符合現實。但我們可以在享受肉類美味的同時,減少吃動物肉的頻率。

選項之一是植物肉(plant-based meat),即經過各種方式加工以模仿肉味的植物產品。人造肉的品質相當不錯,只要調理得宜,完全可以取代牛絞肉。所有的人造肉都更為環保,因為所需的土地與用水少了很多,碳排放也能減量。此外,人造肉所需的穀物也較少,可以減少對食作物的壓力與肥料使用。一旦養在狹小籠子裡的牲畜數量減少,對於動物福利毋寧是一大助益。 

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然而,人造肉卻有高昂的綠色溢價。平均來說,牛絞肉的替代品成本高出 86%。隨著這些替代品的銷量增加,以及更多競爭對手進軍市場,我樂觀認為,它們最終會比動物肉來得便宜。

碗豆蛋白粉、水、葵花油,以及調合食用油(菜籽油、亞麻仁籽油、棕櫚油、葵花油、DHA海藻油)製成的植物肉。圖/Wikipedia

另一種方法類似植物肉,但不是將植物加工讓味道像牛肉,而是在實驗室中培養出肉類。名字有點不討喜,例如「細胞肉」、「培植肉」和「乾淨肉」,大約有二十多家新創公司正努力把人造肉引進市場,但產品可能要到 2020 年代中期才會出現在超市貨架上。 

記住,這並不是「假」肉。培植肉與任何兩條或四條腿的動物一樣,同樣具有脂肪、肌肉與肌腱,差別在於人造肉不是來自農場,而是在實驗室內所製造。科學家從活體動物身上取得部分細胞,先讓細胞自行繁殖,再催化成我們習慣食用的組織。整個過程幾乎不會排放溫室氣體,只需要提供實驗室所需的電力。這項方法的缺點是所費不貲,也不清楚究竟能降低多少成本。

最後,還有一種方法能減少糧食的碳排:減少浪費。在歐洲、工業化亞洲國家與撒哈拉沙漠以南的非洲國家,超過 20% 的糧食遭人丟棄、任其腐敗或單純被浪費。在美國,這個比例達到 40%。這對無法溫飽的人有失公平,更損害經濟與氣候。被浪費的食物腐敗後,會釋放的甲烷所導致的暖化相當於每年 33 億噸的二氧化碳。

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被浪費的食物腐敗後,會釋放的甲烷所導致的暖化相當於每年 33 億噸的二氧化碳。圖/Wikipedia

至關重要的解決之道是改變個人行為:珍惜現有的糧食。這件事我們可以藉助科技來幫忙。舉例來說,有兩家公司正在研發隱形的植物塗層,可以延長水果和蔬菜的保鮮期限;這類塗層不但可以食用,還完全不影響風味。另一家公司則開發出智能垃圾桶,利用影像識別技術來追蹤家戶或企業浪費了多少糧食,最後會產生一份報告,針對丟棄的糧食計算出成本與碳足跡。聽起來有侵犯穩私之虞,但確實能提供民眾更多資訊,做出更好的決策。

降溫新技術,保持涼爽又不加劇全球暖化的新選擇

說來諷刺,我們為了在暖化氣候中生存而使用空調,卻可能會使氣候變遷更加嚴重。

畢竟空調是靠電力運轉,所以隨著我們安裝的空調愈來愈多,就需要更多電力來運轉。事實上,國際能源署預估,到了 2050 年,全球降溫用電需求將成長為現在的三倍,相當於中國與印度現在的總用電量。 

國際能源署預估,到了 2050 年,全球降溫用電需求將成長為現在的三倍,相當於中國與印度現在的總用電量。 圖/Pexels

這對飽受熱浪之苦的民眾來說是好事,對氣候來說卻是壞事。在世界大部分地區,發電仍然屬於碳密集的過程,因此大樓所使用的空調、電燈、電腦等等一切電力,貢獻了將近 14% 的溫室氣體。 

由於空調極度依賴電力,很容易計算出冷氣的綠色溢價。想要讓空調設備去碳化,就需要先把電網去碳化。這也是我們需要在發電與儲電上有所突破的另一項原因。否則,碳排放量只會不斷增加,於是陷入惡性循環:住宅與辦公室愈來愈涼爽,氣候卻愈來愈暖化。 

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幸好,我們不必苦等這些突破問世,現在就採取行動,減少空調所需電量,從而降低冷氣產生的碳排。此舉完全沒有技術上的障礙,多數人只是未購買市場上最節能的空調罷了。根據國際能源署的數據,目前市面上一般空調設備只發揮應有節能效果的一半,僅有最節能機型的三分之一。 

窗(壁)型及箱型冷氣機、電冰箱能源效率分級標示圖檔色碼。圖/節能標章全球資訊網

主要原因是,消費者在挑選空調時,無法獲得完全透明的資訊。舉例來說,一台效能較低的空調可能比較便宜,但從長遠來看,因為消耗更多的電力,所以持有成本其實較高。然而,如果空調設備沒有明確的標示,消費者選購時可能無從得知(美國政府要求貼出節能標籤,但並非各國都這麼做)。另外,許多國家沒有為空調的效能設定最低標準。國際能源署就發現,只要制定政策解決這類問題,全球就可以將空調設備平均效能提高一倍,同時將本世紀中的冷氣能源需求成長降低 45%。 

不幸的是,空調的耗電量並非問題的唯一根源。空調設備內含的冷媒,又稱為含氟氣體 (F-gases),時間一久,空調老化和故障時,冷煤會一點一點地洩漏出來。如果你曾更換過汽車空調的冷卻液,肯定注意過這一點。含氟氣體是造成氣候變遷的強大因素。一個世紀以來,這些氣體造成的暖化程度,相當於等量二氧化碳的數千倍。如果你未曾聽聞,那是因為它們在溫室氣體的占比不高,只占美國碳排放量的 3%。 

然而,含氟氣體並沒有遭到漠視。2016 年,197 個國家的代表承諾,要在 2045 年前將含氟氣體的生產與使用減少 80% 以上。他們之所以能做出這樣的承諾,是因為各家公司都在開發新的降溫方式,改用危害較小的冷卻液替代含氟氣體。這些想法仍處於發展的初期,距離定價還為時過早,不過正是我們所需要的創新,也就是不加劇全球暖化又能保持涼爽。

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本文摘自《如何避免氣候災難》,2021年3月,天下雜誌。
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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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跨越山海的電力之路:臺灣如何連成「全島一網」?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/10/26 ・2785字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自電業文物典藏網

一座島嶼上的電力,如何跨越山脈、串聯城市與鄉村,讓不同地區彼此支援?今日我們所依賴的「全島一網」,是歷經數十年建設逐步形成的輸電網絡。從日治時期西部幹線的建立、戰後東西聯絡線的開通,到超高壓系統升級與臺澎海纜併網,一條條輸電線路不只改變了電力傳送的距離,也讓原本分散的供電系統逐漸連成一體。

這段發展歷程,既是工程技術的演進,也記錄了工程人員如何克服地形與物資限制,讓電力送往更多地方。

全臺電網串聯的五大階段(製圖:故事 StoryStudio)

從日月潭出發的西部電網

1934 年,日月潭第一發電所(今大觀一廠)完工,成為當時臺灣最大的水力發電廠,為西部地區提供大量電力。為了將電力送往各地,臺灣電力株式會社技術部長後藤曠二率領團隊,建置北至基隆八堵、南至高雄的兩條 154kV 高壓輸電幹線,讓西部主要供電區域得以串聯。

不過,西部電網的形成,還不代表全島已經連通。中央山脈另一側的東部,仍依靠各地的發電設施供電。花蓮利用木瓜溪與立霧溪的水力,供應花蓮港及日本鋁業所需電力;臺東、成功等地則仰賴小型柴油發電機。東、西部各自運作,尚無法透過輸電線路相互支援。

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剛完工的日月潭第一發電所。(圖片來源:臺灣電氣協會會報,1934)

翻越中央山脈的電力之路

戰後,西部面臨電力短缺,東部的水力資源卻仍有餘裕。要讓兩地互通有無,台電必須將輸電線路架過中央山脈。於是,東西聯絡線的興建,成為串聯全島電網的重要工程。

這項工程由工程處主任蔡瑞唐帶領,並獲得美援經費與美籍顧問狄卜賽(Valery S. de Beausset)的技術協助。然而,陡峭的山勢讓施工與運輸格外困難,韓戰爆發後,鐵塔所需的鋼鐵材料也無法如期到貨。為了推進工程,團隊先以注油木桿替代鐵塔架設線路;面對無法以機械運送的重型導線,數十名工人組成「蜈蚣隊」,合力扛起器材,沿山路一步步搬運上山。

1951 年底,第一回線通電,東、西部電網首度跨越中央山脈相連。1953 年,第二回線完成,東部電力得以輸往西部,為戰後的供電需求提供支援,也讓全島連網向前邁出關鍵一步。

正在搬運鐵塔構件的東西輸電線工程團隊。(圖片來源:《台電勵進月刊》第58期)

當恆春與臺東接上主電網

東西聯絡線打通後,臺灣本島仍有部分地區依賴獨立的發電設備。要讓更多地方共享電力,輸電網絡還必須繼續延伸。

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1960 年,枋寮至恆春的 66kV 輸電線與恆春變電所完工,讓恆春半島擺脫長期依賴柴油發電的供電方式。兩年後,花蓮至臺東的 66kV 高壓輸電線全線貫通,臺東也接入全臺主電網。隨著線路串聯,富里、關山、成功等地的小型柴油發電機組陸續退出日常供電,部分設備則轉移至離島使用。

至此,臺灣本島的區域電網連成一體,「全島一網」逐步實現。各地不再只能依靠鄰近的發電設施,而能透過共同的輸電系統調度電力,在供需變化時相互支援。

枋寮至恆春的 66kV 輸電線及恆春變電所完工,讓恆春半島正式告別長期依賴柴油發電的年代。(圖片來源:江城張,授權為CC BY-NC-SA 2.0)

從連得起來到送得更多

完成本島連網後,新的挑戰隨之而來。隨著經濟成長與產業發展,用電需求持續增加,電網不僅要將各地連接起來,也必須具備更大的輸送能力,以及在災害發生時支援復電的彈性。

1970 年代起,台電逐步升級輸電系統,一次輸電電壓由 154kV 提升至 161kV,並於 1974 年與 1985 年,先後完成第一路與第二路 345kV 南北超高壓輸電幹線,擴大長距離、大容量的電力傳輸能力。

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1998 年,「345kV 新東西線」通電,接下東西部電力輸送的主要任務,早期的東西聯絡線則轉為備援。1999 年九二一大地震後,舊線路再次發揮作用,支援西部電網復電。這也顯示,電網建設除了增加輸送容量,保留不同路徑的支援能力同樣重要。

2002 年,第三路超高壓幹線全線通電,臺灣「三路六迴」的骨幹電網成形。從早年的區域串聯,到多路輸電幹線共同運作,電網逐漸具備更靈活的調度與備援能力。

新東西線 345kV 通電後,成為東西電力輸送的新主力。(圖片來源:台電)

跨越海峽的臺澎電力串聯

本島電網持續發展的同時,隔著臺灣海峽的澎湖,長年仍以獨立電網供電。直到 2021 年 10 月 30 日,臺灣第一條跨越本島與離島的特高壓海底電纜「臺澎海纜」正式併網,臺灣與澎湖的電力系統才首度相連。

這條 161kV 電纜由雲林口湖延伸至澎湖湖西的尖山發電廠,全長 67.9 公里,其中近 59 公里位於海底,最大輸電容量達 40 萬瓩。透過海纜,臺灣本島可以支援澎湖用電,澎湖生產的綠電也能反向送回本島,形成「臺電澎用、澎電臺用」的雙向電力融通。

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臺澎海纜也為澎湖降低柴油發電需求、發展風力與太陽光電創造條件。依原先評估,每年預估可減少約 21.2 萬公噸碳排放量,為澎湖邁向低碳島嶼提供更多可能。

從西部平原到中央山脈,再到臺灣海峽,電網的延伸持續改變各地取得電力的方式。「全島一網」的誕生,讓不同地區得以共享電力;後續的系統升級與跨海串聯,則讓這張網絡能因應更多元的供電需求。

臺澎海底電纜施工照。(圖片來源:台電)

電業文物典藏網現正舉辦「知識有電讚」活動!只要閱讀指定文章內容,完成測驗拿到滿分,就有機會獲得「限定系列盲盒」!

知識有⚡️讚!電業文物測驗 2026 第三彈💥現正開跑中:https://forms.gle/8E5vWcxydt7xRDad7

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第三彈活動期間限定舉辦即日起至 2026.11.24 止


台灣電力公司基於歷史傳承責任與永續經營理念,期待透過爬梳臺灣電力產業發展脈絡為社會注入多元內涵。

「電業文物典藏」分享台灣電力公司清查與保存的成果,我們期待以兼具知識與趣味的調性,轉譯電業文化資產相關故事,讓大眾得以多元視角看待電力產業發展歷史,也讓臺灣電業發展的故事可以繼續地流傳下去。

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美國將玉米乙醇列入 SAF 前瞻政策,它真的能拯救燃料業的高碳排處境嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/06 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美國穀物協會 委託,泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎?

2007 年,從台北的八座加油站開始,民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3,指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示,則代表不同濃度,最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10,巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

圖片來源:Hanskeuken / Wikipedia

為什麼要加酒精呢?

單論玉米乙醇來說,碳排放趨近於零。為什麼呢?因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟,接著被採收,發酵成為玉米乙醇,最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環,淨排放都是 0,是個零碳的好燃料來源。

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圖片來源:shutterstock

當然,我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此,美國農業部經過評估分析,2017 發表的報告指出,玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF(永續航空燃料)前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%,而根據國際民用航空組織(ICAO)的預測,這個數字還會成長,2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF,開始成為航空業減碳的關鍵,及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續,都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高,以食用油為原料進行氫化的 HEFA,以及酒精航空燃料 ATJ(alcohol-to-jet)。

圖片來源:shutterstock

每種燃料的原料都不相同,因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料,因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油,再進行「氫化」。

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就引擎來說,我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵,以氫原子佔據這些鍵結,讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高,不易氧化,適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯,接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵,成為長鏈烷烴,性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化,但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外,HEFA 取用的油品來源來自餐廳,雖然是幫助廢油循環使用的好方法,但供應多少比較不穩定。相對的,因為 ATJ 來源是玉米等穀物,通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產,因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF,都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息,例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100% 的 SAF 燃料完成飛行,締下創舉。

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圖片來源:shutterstock

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析,在所有交通工具的碳排放中,航空業佔了其中的 12%,而公路交通則占了 77%。沒錯,航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%,但真正最大宗的碳排來源,還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢?有人擔心,酒精可能會吸收空氣中的水氣,對機械設備造成影響?

其實也不用那麼擔心,畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅,來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說,酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑,當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查,結果發現,由於 E10 汽油摻雜的比例非常低,和傳統汽油的化學性質差異非常小,這 50 年來的車輛,只要符合國際標準製造,都與 E10 汽油完全相容。

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解惑:這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎?

在環保議題裡,這種原本以為是一片好心,最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範,例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明,生質乙醇等生物燃料確實有持續性,但必須符合「永續」的標準,並且因為使用的原料是穀物,因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是,隨著目標變明確,專門生產生質酒精的玉米需求增加,這也帶動品種的改良。在美國,玉米產量連年提高,種植總面積卻緩步下降,避開了與糧爭地的問題。

另外,單位面積產量增加,也進一步降低收穫與運輸的複雜度,總碳排量也觀察到下降的趨勢,讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭,低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外,生質燃料車,是否也是個值得加碼投資的方向?

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參考資料

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