國家科技政策關鍵議題研究::國家實驗研究院

國家科技政策關鍵議題研究::國家實驗研究院

新世代潔淨能源科技發展策略~能源科技關鍵議題研究~

文/圖：黃郁棻、陳彥豪、湯俊彥 科技政策研究中心

圖 1、NYMEX WTI原油期貨合約價格走勢 [2]

圖 2、人均二氧化碳排放量之國際比較 [3]

表1、台灣/德國/日本之能源結構比較[4-6]

圖3 、新世代能源科技發展策略主軸

圖 4、各部門排放二氧化碳比例(2005年)及重點策略

圖 5、永續鏈環再生能源(生質能源)

表 2、民國94 ~ 102年規劃更新或新增燃煤機組 (裝置容量)

圖 6、二氧化碳捕獲、封存及再利用技術體系 [13]

圖 7、發展能源科技的願景[14]

新世代潔淨能源科技發展策略
~能源科技關鍵議題研究~
文/圖：黃郁棻、陳彥豪、湯俊彥 科技政策研究中心

●前言
台灣為一自產能源不足且能源進口依存度高達97.9 %的海島國家，近幾年來國際能源價格持續飆漲，不但對穩定國內物價造成莫大的壓力，對經濟方面的衝擊也逐漸浮現。而台灣的產業結構中製造業佔比高，消耗大量化石能源，使得經濟成長與二氧化碳排放量無法脫勾，近十年來二氧化碳的總排放量每年以5.6 %的平均年成長率增加。溫室氣體排放所造成的全球氣候變遷，造成熱浪於各地肆虐與更多威力強大的颶風出現，對人類的危害與日劇增。在京都議定書於2005年生效之後，各國莫不積極尋求替代能源並發展新能源技術以降低溫室氣體排放量，我國雖非議定書締約國，但短期對外貿易需面對國際環保條款形成的貿易壁壘、長期則可能須承擔國際賦予發展中國家的實質減量責任，因此我國亟需通盤規劃的能源科技發展策略，重點且有效地投入研發資源，方能在能源安全、經濟發展及環境保護三方面取得平衡，以達成國家永續發展的願景。
有鑒於能源議題對於國家政策及整體運作的關鍵性及重要性，科技政策中心特別針對能源領域的關鍵課題，以國家總體的面向分析我國能源環境遭遇的困境，由策略面尋求通盤考量的解決方法，以謀求國家人民長遠的利益。現階段則從科技前瞻的角度規劃後京都時代的潔淨能源科技發展策略，建議台灣未來的能源科技發展方向。本文將分析我國能源環境的現況與面對的課題，建議我國能源科技發展的策略主軸，並概述該團隊推動酒精汽油及淨碳技術的階段性成果。本中心期望以長遠規劃的國家級能源科技發展計畫，逐步推升能源科技技術水準，達成我國經濟成長與二氧化碳排放脫勾的永續台灣願景。

●能源環境面對重大挑戰
近年來全球能源價格迅速飆升，且獲得全球141個國家支持的《京都議定書》於2005年2月16日生效，使得能源議題自1973年石油危機後再度成為全球關注的焦點。台灣自產能源嚴重缺乏，進口能源依存度從1985年的88.2 %上升至2005年的97.9 %，對進口石油依存度更高達99.9 %。進口石油來源多集中於政治與軍事不穩定的中東地區(約82.%)，使油源供應的穩定性潛藏許多風險 [1]。在國際能源價格方面，紐約商業期貨交易所（NYMEX）WTI原油期貨合約價格從1999年1月每桶12.34美元到2006年7月快速攀升至每桶77.03美元，七年半之間漲幅高達524.3 %(圖1)。原油價格上漲主因在於中東地區的衝突，中國、印度等新興國家的能源需求攀升與氣候變化所帶來的災難所導至。
目前國際能源價格持續看漲，並有國際能源專家預測短期內油價每桶上看100美元，常期而言油價約維持在每桶50~60美元。這對進口能源依存度特別高的台灣衝擊甚大。2005年我國支出新台幣9310億元從海外進口能源，而每位國民所負擔能源進口支出，從1995年的新台幣8,487元上升到2005年的38,964元。如果能運用新的科技有效的開發國內自產能源，則可減少對國外的能源採購支出。

另一方面，台灣的能源結構重度依賴煤炭、石油等化石燃料，2005年排放二氧化碳已達2.7億公噸，人均排放量12噸/人，全球排名已進入前二十名，若就人均二氧化碳排放量與日本、德國及韓國比較，我國排放量快速攀升之勢更勝各國(見圖 2)。 (註：根據IEA-OECD於2005年最新出版的報告，排放量最新數據僅更新到2003年)
依據經濟部能源局對於能源結構的規劃(表 1)，將來由於全球石油蘊藏量逐漸枯竭及油源不易取得而必須降低石油依存度，且考量非核家園之政策，初級能源結構中煤炭的比例可能由2004年的32.5%上升至2025年的41.1%，相較於宣示逐步放棄使用核能的德國以及自主能源不足的海島國家日本，我國使用煤炭的比例呈現明顯的上升趨勢。現階段的燃煤技術將大量二氧化碳排放至大氣中，導致全球嚴重的氣候變遷。但因煤的蘊藏量尚可供使用164年，在可預見的未來煤炭在能源及電力供應上仍將扮演重要角色，因此開發潔淨且環保的煤炭利用技術為當今要面對的重要課題。

●加強能源科技研發為最佳對策
世界各國面對京都議定書的壓力及高油價時代的挑戰，多尋求發展潔淨能源新技術的解決途徑。例如經美、澳、中、日、韓、印等六國協議組成的「亞太潔淨發展與氣候合作夥伴」(APPCDC)於2005年7月的ASEAN區域會議中強調，解決氣候變遷問題的關鍵最終必須訴諸科技。此六國都是快速成長的大經濟體，擁有世界上近50 %的人口、國內生產總值(GDP)、能源消耗和溫室氣體排放量，故其成立備受國際矚目。其積極透過合作機制促進夥伴國發展和進行溫室氣體減量技術的轉讓，成功地解開已開發及開發中國家在聯合國氣候變化綱要公約(UNFCCC)及京都議定書中的僵局，同時可以解決使用化石燃料衍生的問題並促進經濟成長 [9]。此外，美國布希政府於「美國能源自主計畫」 (America Energy Independence)提出以能源科技為中心的積極策略，以降低美國對進口能源的依存度 [10]。德國面對京都議定書之減量責任，規劃二氧化碳減量策略以新技術為核心，並努力開發新能源技術，協助國家建立永續能源供應體系。日本國家能源政策短中期希望能促成新能源技術之普及，長期則將新能源技術視為實現能源、經濟與環境問題3E平衡之對策。分析我國與國際間能源現況可了解，我國應致力於降低石油依存度、開發自主能源，並針對煤炭等化石燃料的使用開發潔淨且環保的利用技術以降低溫室氣體排放。因此唯有加強投入科技研發、提昇技術層次，方能在研發能源科技、兼顧產業發展及經濟成長的條件下，達成溫室氣體減量及環境永續的目標。
本中心能源研究團隊藉由檢視過去政府投入能源科技研發的資源分配、評估我國新能源產業長期發展利基及國內自然環境潛能，建議在開源、節流、能源新利用及環保四個面向，以再生能源科技、節約能源技術、氫能/燃料電池技術、淨碳技術等技術為我國重點投入之能源科技研發項目(如圖 3)，以開發多元化的自主能源，有效降低溫室氣體排放。
能源科技的發展除了科學研究外，尚需通盤規劃之能源政策與科技發展策略。因此本中心能源研究團隊正從事建立產官學研密切合作之機制及資訊交換平台，用以垂直及水平整合研發能量，避免資源浪費，並將規劃短中長期之整體科技發展策略與細部執行藍圖，以培植能源技術能量、提昇能源產業競爭力，同時也將整合具體推動技術研發的工作團隊，結合各領域專家的專業知識，規劃整體配套措施。期望未來能夠藉由研發能量整合，協助建立永續、安全的能源供應體系，促使國內能源產業與世界接軌，並發展具國際競爭力的能源產業，促進經濟發展。
●篩選重點技術，具體落實跨領域工作團隊推動
在能源科技發展的整體架構之下，本中心能源研究團隊亦階段性篩選數項重點技術發展項目，在短期內具體落實跨領域工作團隊的推動工作，舉辦多次專家座談會進行產官學研的意見交流與整合。以下就篩選原則、重點策略及具體推動成果作簡要介紹。
根據工研院能源與環境研究所的統計，台灣於2005年的二氧化碳總排放量達2.7億公噸，其中60 %來自能源部門、21 %來自工業部門、14%來自運輸部門，此三個部門的排放量就佔了總排放量的95 %，其中最主要因素在於能源及工業部門倚重煤炭的使用，運輸部門使用大量石油而衍生二氧化碳排放的嚴重問題。為有效解決二氧化碳排放問題，建議利用淨碳技術開發解決能源部門及工業部門的二氧化碳排放問題，並開發生質酒精替代石油的使用，同時可提升自主能源的比例(如圖 4)。
以下將針對本中心推動酒精汽油、淨碳技術的階段性成果作簡要介紹。

●推動酒精汽油，提升能源安全，活絡農村經濟
臺灣擁有完整的農業技術發展經驗，但在2002年加入世界貿易組織(WTO)後衍生對農業的衝擊及休耕地、農民生計問題，在目前農業所處的困境當中，種植能源作物、生產生質燃料為一非常可行且重要的解決途徑(如圖 5)，其中又以種植適合我國氣候的甘蔗、甘藷等能源作物生產生質酒精最具有競爭力。由於生質酒精可作為石油的替代燃料，有助於提高自主能源比例、確保國家能源安全；同時車輛使用酒精汽油可降低溫室氣體的排放，協助解決運輸部門的環境污染問題；且本土種植生產生質酒精可解決我國24萬公頃休耕地問題，活絡農村經濟、增加農村就業機會，亦可結合榮邦政策至友邦種植以促進海外投資與農經外交，對於能源安全、產業發展、環境保護及科技外交等均有所裨益。
針對酒精汽油的發展策略，本中心協調環保署、農委會、中油公司、台塑公司、台糖公司、核能研究所、台灣經濟研究院、車輛公會、車輛測試中心等相關單位與組成國內酒精汽油推動團隊，針對研發與推動時程、車輛測試規劃等多項議題進行可行性評估與跨領域協調，規劃內容業已受行政院重視，目前正進行相關規劃協調工作與生質能源燃料科技發展規劃。

●推動淨碳技術，針對二氧化碳大型排放源提出解決方案
除發展再生能源提高自主能源比例之外，針對二氧化碳的大型排放源直接採用淨碳技術進行減量亦是非常重要。挪威國際氣候與環境研究中心（CICERO）[11]及荷蘭環境評估局[12]等國際級的研究機構也預言我國於2020年左右可能受國際規範必須設定減量目標、共同分擔二氧化碳減量責任，且目前國際環保貿易制裁及壁壘對出口貿易的衝擊不容忽視。因此，我國亟須針對二氧化碳大型排放源提出立即有效的解決方案，可直接進行減量的淨碳技術即是重要選項。
根據民國94 ~ 102年之全國長期電源開發方案，國內未來將擴大燃煤與天然氣等化石燃料使用，陸續進行燃煤與燃氣電廠興建及機組更新(表 2、表 3)，預計燃煤電廠的興建及機組更新容量為7.8 GW，燃氣電廠則為6.4 GW。在二氧化碳排放方面，依據經濟部能源局的規劃，希望將每單位能源之二氧化碳排放從民國94 年的2.45公噸/KLOE至民國114年降為2.36公噸/KLOE。因此協助國內燃煤與天然氣電廠更新的過程，追求高效能之電廠效率外，須將二氧化碳分離技術併納入。
目前潔淨且高效率的煤炭利用技術、二氧化碳的捕獲與封存等淨碳技術均是各國的發展重點，APPCDC亦將二氧化碳的收集與封存、煤炭淨化處理等技術的開發與用列為「行動計畫」的重點。為擘畫我國發展淨碳技術的方向，本中心能源研究團隊目前正進行「淨碳技術研發策略之規劃」，已完成淨碳技術分類架構(圖 6)，正積極著手進行國內技術地圖及策略之擘畫與研擬，同時以實務面的分析為基點，倡議各界應重視淨碳技術之開發，目前已提高經濟部、工研院及台電公司等相關單位對此項技術的關注與重視，將其列為將來的重點發展項目。

●結語
綜觀許多先進國家的經濟發展歷程，前期多努力追求高經濟成長，而後才重新省思人與環境的關係。與我國相鄰之中國目前正為經濟發展的初期階段，大量開發運用各種資源而忽略對環境的影響；積極推動再生能源的德國則在歷經過去大規模之工業污染後，才漸漸體認到人類與環境需找到共同之平衡點，才能永續生存的道理。我國過去由於追求經濟成長，對環境資源過度利用，著實對天然環境造成相當程度之衝擊；而在資源缺乏的先天條件下，經濟發展是台灣生存與保持國際競爭力之命脈。現在許多國家重大的投資案如彰工火力發電廠、三大鋼廠與八輕石化廠等，都因為環保因素考量，而在推動上遭遇許多阻力，台灣目前正處於經濟發展與環境保護的十字路口。如何在兼顧經濟發展、能源安全及環境保護三方面，使得經濟成長、能源需求與溫室氣體排放脫勾，為現階段刻不容緩的重要課題。而重點投入能源科技研發，發展能源產業持續帶動經濟成長，提高自主能源比例，同時降低溫室氣體的排放，將為一個最重要的解決途徑，能夠帶領臺灣走向永續潔淨的未來(圖 7)。

●參考資料
1.經濟部能源局，中華民國94年臺灣能源統計手冊， 95年5月
2.http://www.eia.doe.gov/oil_gas/petroleum/data_publications/weekly_petroleum_status_report/wpsr.html
3.IEA/OECD, CO2 Emissions from Fuel Combustion Vol.2005
4.經濟部能源局，我國能源結構規劃，2005年全國能源會議簡報資料
5.經濟農業省，能源白皮書2005
6.Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit, Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahr 2030, 2005
7.BP Statistical Review of World Energy 2005, 14 June 2005
8.Nuclear Energy Agency, OECD, Uranium 2005: Resources, Production and Demand, 2005
9.APPCDC, 亞太潔淨發展與氣候合作夥伴http://en.wikipedia.org/wiki/Asia_Pacific_Partnership_on_Clean_Development_and_Climate#Aims
10.“Remarks by the president at the Small Business Administration’s national small business week conference”, 17 April, 2005
11.Torvanger, G. Bang, H. H. Kolshus and J. Vevatne, “Broadening the Climate Regime---Design and feasibility of multi-stage climate agreements”, CICERO Report 2005:02, May 2005.
12.M.G.J. den Elzen, “Countries’ climate mitigation commitments under the South-North Dialogue Proposal”, Report 728001032/2005, Netherlands Environment Assessment Agency and RIVM, Dec. 8, 2005.
13.經濟農業省，技術戰略圖2006，平成18年4月
14.核能研究所，台灣能源政策的檢討與建議，2006年4月