新世紀的化學工程:國際間減碳相關產業之發展狀況 / 顧 洋

星期一 , 12, 九月 2016 Leave a comment

新世紀的化學工程:
國際間減碳相關產業之發展狀況

 

國立臺灣科技大學化學工程系
ku508@mail.ntust.edu.tw

摘要:由於溫室效應對於全球氣候變化的影響已經相當顯著,因此許多國家與產業都將投入大量資源以努力降低全球氣候變化的影響,其中當然隱現著未來全球減碳領域的龐大新商機,各項減碳相關創新技術因而相繼發展。減碳產業是藉由能源開發、材料、設備、製程以及產品之改善,以達成減碳目的之產業,其產業範疇目前可略分為再生能源、節能材料、節能設備及產品、系統能源整合、節能減碳認驗證等。面對未來之挑戰,我國應確實評估減碳相關產業之發展潛力,擘劃適合因應減碳之產業發展策略及措施。

n  前言

對於人為溫室氣體的排放所引發的全球暖化及氣候變遷現象,似乎比過去的預估發生的更快、更顯著。由於全球平均溫度(約為攝氏14.5度)據估計已經超過工業革命前(全球平均溫度約為攝氏13.7度)約攝氏0.8度,而已經累積在大氣中的溫室氣體預計仍將提高全球平均溫度約攝氏0.50.7度,因此全球氣候暖化問題自1980年代開始受到注意。1992年各國簽署通過聯合國氣候變化綱要公約(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC),承諾全球合作共同努力減少全球溫室氣體的排放量,其後並於1997年通過京都議定書(Kyoto Protocol),明訂管制之溫室氣體種類,且依據公平與歷史責任(自1850年以來全球人為溫室氣體排放累積總量,約有76%是由已開發國家所排放),訂定明確之溫室氣體排放目標和減量責任。

京都議定書於2005年正式生效,迄今實施已超過十年,全球已開發國家之溫室氣體排放總量仍然維持在約每年160億公噸二氧化碳當量,但是其中許多已開發國家(包括美國、日本、加拿大、澳洲等)並無法達到京都議定書原規定之溫室氣體排放目標。而且由於京都議定書對於開發中國家並無溫室氣體排放目標之限制,1990年全球開發中國家排放總量約為150億公噸二氧化碳當量,至2013年則大幅增加一倍,達到約300億公噸左右。京都議定書原訂於2012年完成階段性任務功成身退,但由於國際間對於後續溫室氣體排放減量管制一直無法達成共識,迫使京都議定書不得不延續實施至2020年。除了美國自始一直堅持拒絕簽署加入京都議定書,更有部分原京都議定書締約方(包括日本、俄羅斯、加拿大、及紐西蘭等)拒絕繼續加入京都議定書第二承諾期(20122020年),再再使得京都議定書對於溫室氣體排放管制之成效受限。

去年(2015年)在巴黎舉辦的第二十一屆聯合國氣候變化綱要公約締約方大會完成通過巴黎協定(Paris Agreement),若各國順利簽署,將於2020年取代京都議定書,成為全球面對全球暖化及溫室氣體排放管制的主要規範。雖仍有部份看法認為巴黎協定為了建立各國共識與參與,僅是將過去公約締約方會議討論提出的多項重要原則納入協定條文,避開尚未有共識之分歧爭議,尤其是並未確實建立對於締約方具體且實質之管制目標及機制(如明確規範強制執行溫室氣體減量義務之懲罰性條文),因此對於未來各機制之實際運作方式,留下許多具爭議性議題仍待後續會議深入討論。但一般仍然認為巴黎協定為爭取最大參與,考量締約方對於經濟繁榮、社會公義之發展期望,因此條文內容極具包容性,確定全球減碳之長期目標,建立能力建置、資金、以及技術機制協助締約方氣候行動,強調定期稽核通報強化締約方推動氣候行動,並歡迎所有非締約方(包括城市、機構、民間團體、企業等)共同參與因應全球氣候變化相關活動,巴黎協定確立了未來全球邁向零碳社會轉型之架構規範。

由於全球暖化議題影響涵蓋的層面相當廣泛,與能源供需、產業發展之關連性相當高,因此溫室氣體排放的管制,應採取符合經濟效益的排放減量技術,包括推動能源節約、發展低碳能源、調整產業結構、二氧化碳的碳捕存技術(Carbon Capture and Storage, CCS)等措施,以降低溫室氣體之直接排放。因應全球暖化議題的急迫性,許多國家都投入大量資源以積極推動減碳相關產業的發展,依據各國提出之預期減量計畫內容,估計全球能源部門在20152030年間,因應暖化將可能需要約達13.5兆美元之投資,亦即未來平均全球每年需要投資8,400億美元以上的資金投入,隱現著未來在減碳領域的龐大新商機,因此國際間各種減碳科技及產業的發展快速,使相關產品的產能大幅增加;但近年來連連遭逢國際金融危機及經濟發展遲緩的衝擊,許多國家無法持續提供足夠支持,造成許多科技及產品之產能過剩、供需失調,對於全球減碳相關產業的結構、投資都面臨嚴重挑戰,未來發展前景、方向及速度受到明顯衝擊。但整體而言,減碳相關技術應用與產業發展仍被認為是因應全球暖化的主要對策,未來長期發展前景仍被看好。

n  國際間減碳相關產業之發展趨勢

國際間為了因應全球氣候變遷衝擊及能源供應匱乏之發展趨勢,已經積極開展各項減碳相關創新技術、產品、系統之研發、應用及推廣。有關減碳產業範疇,目前大致區分為再生能源、節能材料、節能設備及產品、系統能源整合、及節能減碳驗認證等,以下將分別略做說明。

再生能源相關產業

目前全球所使用的能源,仍然有80%以上來自化石燃料(石油、煤、天然氣為主),造成溫室氣體持續大量排放。根據國際能源署(International Energy Agency, IEA)的預測,未來全球能源需求仍將持續增加,將對自然資源和環境帶來無法承受的巨大壓力。未來國際能源供應匱乏情況,將可能因為化石能源枯竭、國際政經局勢不穩定等因素持續惡化,而能源使用標的間(包括國家、產業等)之競爭與衝突,未來也勢必將會更嚴重,而能源使用引發環境品質劣化的現象也將會更受關切。

再生能源是指「可從持續不斷補充的自然過程中,得到的能量來源」。可再生能源泛指多種來自大自然、取之不竭的能源,例如:太陽能、風力、水力、地熱等。惟現今人類實際使用之再生能源遠遠低於其可被開發的潛力,目前全球使用能源約有20%來自再生能源,其中約14%為傳統生質能(主要為木柴、廢棄物等),約3%是來自大水力,來自創新再生能源(小水力、生質能、風能、太陽、地熱等)則只約有3%。為因應節能減碳的風潮,開發具有自主、低碳特性的再生能源,已成為世界各國積極推動的重要目標。根據統計全球在2015年再生能源投資金額超過2,800億美元(包含小水力),而且開發中國家對於再生能源的投資金額總和第一次超過已開發國家總和。以電力供應而言,全球在2015年再生能源投資之裝置電力容量約為785 GW(不包含水力),佔全球新增裝置電力容量約54%;而其中以風能(約433 GW)、太陽能(約232 GW)、生質能(約106 GW)、與地熱(約13 GW)為主。再生能源除了供應電力之外,太陽能熱水裝置容量又提供約435 GWth的熱能,生質能源提供約12千萬公秉的燃料。目前全球至少有超過40個國家訂定具體之再生能源發展目標,超過170個國家訂定再生能源發展之相關政策,其中大多是以再生能源占能源供應的10~30%作為中期努力發展目標(20202030年間),預估再生能源發電占全球總發電量比例在2050年將可能提升至40%。更有些專家樂觀表示,如果得到足夠的政策支持,再生能源的發展到2050年有望滿足全球50%以上的能源需求。

節能材料相關產業

隨著節能減碳意識的高漲,許多產業紛紛投入節能、絕熱、及高導熱材料的研發。節能建築材料為節能材料產業中重要的一環,目前建築外殼材料之發展應用重點包括:輕質隔熱外牆板、隔熱塗料、玻璃透光隔熱塗層以及調光薄膜等建材。除此之外,高散熱材料以及高效能元件材料亦需隨之研發,高散熱材料是用來替換製程中各項設備之散熱材料,以增進散熱效率,而高效能元件材料則可以增加各項元件之能源使用效率,以達到節能的效果。除了進行因應全球暖化之材料研發測試外,並應加強推廣各項材料之運用,配合各項節能技術之發展,以達到節能的目的。

節能設備及產品相關產業

為積極協助產業節約能源,節能設備及產品可提昇能源使用效率,其中又以轉動馬達耗電量最大,用於幫浦、空壓機、風機等多種轉動機械設備,用電約占總用電量之六成以上,據估計馬達效率之改善,可節能潛力達20%以上。

冷凍空調設備及產品用電佔總用電量達兩成以上,所涵蓋的範圍包括從冷凍空調設備製造、建築與工業通風及空調系統設計施工等,因此各項新穎節能技術亦相應開發。根據統計全球照明用電佔總用電量將近兩成,全球照明節約能源潛力約為37-57%。白光LED技術運用於一般照明可有效省電且使用壽命長,取代白熾燈和螢光燈,已成為照明市場主流。

系統能源整合相關服務業

1970年代能源危機後,整合型的能源技術服務業(Energy Service Company, ESCO)在歐美國家開始應運而生,目前全世界已有超過40個以上國家積極推動能源技術服務業,提供各種能源用戶節能改善診斷諮詢、策略分析及系統工程規劃評估,針對設備系統規格之選擇、系統之監控、維護及調整、以及供電品質之改善等,整合冷凍空調、熱能與燃燒、電力及照明、遠端監控與預知維護保養等技術,協助有效提昇能源用戶設備系統之能源效率,並對節能績效給予保證、量測與驗證。

節能減碳驗認證相關服務業

溫室氣體排放之盤查登錄是推動溫室氣體管理的基礎,依據氣候變化綱要公約及巴黎協定的原則,推動溫室氣體減量策略之基線及績效,都需要依據係參考包括政府部門之法規規範、聯合國氣候變化綱要公約相關指引、ISO 1406414065等國際標準,以進行完整的溫室氣體盤查認證程序。因此節能減碳驗認證相關服務業需熟悉相關規範內容,以提供產業溫室氣體之登錄、盤查、查證以及各項減量方法論擬定及撰寫之協助,作為產業進行溫室氣體排放量盤查、減量計畫與提出相關報告之參考。

國際間也積極推動各類能源或碳排放效率標章制度,包括:認證標章(Endorsement Labels)、以及比較性標章(Comparative Labels)等。認證標章係設定較佳的能源或碳排放效率標準(通常以市場效率前15%~20%之產品為門檻),針對符合此標準之產品授與標章;比較性標章通常為法規強制性之規範,是指提供相關資訊,以利消費者進行同類產品能源或碳排放效率之相對比較。有些國家已啟動綠色電力認證,區隔再生能源與其他來源發出的電力。產業未來進行相關能源或碳排放效率之查證及標章之申請等,都需要相關服務業的協助。

n  結論

有鑑於溫室效應對於全球各地氣候變化的影響已經相當明顯,唯有確保環境生態資源的穩定,才能維持人類社會經濟的永續發展,因此必須同時考量並選擇採取積極的應對措施。目前國際間節能減碳各項技術的發展方向大致明確,但由於節能減碳相關產業多屬新興產業,對於技術發展里程及標的、已成熟科技之商業化應用、先進科技之開發示範、科技政策之配合規劃及國際間科技之合作開發、擴散及轉移部分則仍待加強。特別是對於節能減碳相關科技的發展,應強調社會認知之重要性,以避免不必要之投資及浪費。建議主管機關應確實評估節能減碳相關新產業之發展潛力,確定發展對象,擘劃出我國因應節能減碳議題之產業發展策略及措施。

n  參考文獻

1.        國家標準CNS14064-1溫室氣體─第1部:組織層級溫室氣體排放與移除之量化及報告附指引之規範。

2.        國家標準CNS14064-2溫室氣體─第2部:計畫層級溫室氣體排放減量與移除增量之量化及報告附指引之規範。

3.        國家標準CNS14064-3溫室氣體─第3部:溫室氣體主張之確證與查證附指引之規範。

4.        International Energy Agency, 2016, Energy Technology Perspectives 2016.

5.        International Energy Agency, 2016, World Energy Outlook 2016.

6.        International Renewable Energy Agency, 2016, Renewable Energy Statistics 2016.

7.        ISO 14067, Greenhouse Gases – Carbon Footprint of Products – Requirements and Guidelines for Quantification and Communication.

8.        REN21, 2016, Renewables 2016 Global Status Report.

9.        United Nations Framework Convention on Climate Change, 2015, The Paris Agreement.

 

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