遏止暖化加劇!日本燃煤電廠封裝「超臨界二氧化碳流體」打入地底
遏止暖化加劇!日本燃煤電廠封裝「超臨界二氧化碳流體」打入地底

美國總統川普宣布退出阻止全球暖化加劇的「巴黎氣候協議」,是於2015年底聯合國氣候變化綱要公約第21次締約國大會(COP21)中所通過的協議。各締約國協議,未來將一起努力讓地球氣溫的上升幅度,控制在與前工業時代相比最多攝氏二度以內的範圍,且應努力追求革新的溫室氣體削減技術。

為了達成COP21的「二度目標」,在2050年前必須將全球溫室氣體的排放量,控制在240億噸左右。但世界各國向聯合國提出的2030年溫室氣體排放量,總計約570億噸。想要達成目標,排放量還要再減少300億噸以上。

編按:持續進化的科技,將如何改變我們的生活和產業發展?日本最具規模的產經媒體「日經BP社」編著的《推動世界的100種新技術》一書,由30位專業雜誌和網站的總編輯分別撰寫,讀者能透過此書快速了解當前正夯,以及即將開始熱門的新技術,進一步掌握未來十年的關鍵產業趨勢。

不過,國際能源總署(IEA)表示,燃煤發電占全球總發電量約4成,這樣的趨勢仍將持續至2040年。發展中國家需要便宜的煤炭支撐其經濟成長和電力需求,因此也不能無視這樣的事實。

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必須減少300億噸碳排放量才能達成「2℃目標」。
圖/ 旗標出版

日本也有很多與環境、能源開發相關的技術。現在正是日本展現技術力,為達成 COP21的「二度目標」,或為了世界更好而貢獻己力的時候。

2016年6月日本內閣通過「日本再興戰略2016」,以名目GDP(當年度的產值)600兆日圓為目標擬定成長戰略,2030年度的能源相關投資金額,將增加至28兆日圓。

捕集、封存CO2,削減排放量

國際能源組織表示,想在2050年前控制全球溫室氣體的排放,達成COP21的「二度目標」,最有效的方法就是「碳捕集與封存」(CCS),這是指收集從污染源產生的二氧化碳,運輸至儲存地點並長期與空氣隔離封存的技術。

國際能源組織認為,收集和封存燃煤發電等發電設備的二氧化碳,可貢獻31%的碳削減量。聯合國政府間氣候變遷小組(IPCC)則表示,如果不捕集、封存二氧化碳,達成二度C目標的成本就會增加29~297%。

在日本瀨戶內海的小島上,已經開始試行減少燃煤發電的二氧化碳排放。

由日本的「中國電力公司」和「日本電源開發公司」(J-POWER)共同出資創設的「大崎CoolGen」公司,於日本廣島縣大崎上島町蓋了火力發電廠,在日本經濟產業省和NEDO(日本新能源產業技術開發機構)的支援下,試行減少二氧化碳排放的技術。

該公司採用使用兩種渦輪機的煤氣化聯合循環發電技術(IGCC),燃燒淨化過的氣體,驅動燃氣輪機,用燃燒時的熱能生成蒸氣,推動蒸汽輪機產生電能。由於在驅動燃氣輪機前就從高壓燃燒氣體中收集二氧化碳,因此可提升回收效率。

大崎CoolGen的燃煤發電廠
大崎CoolGen的燃煤發電廠(廣島縣大崎上島町)。
圖/ 旗標出版

另外,「東芝」(TOSHIBA)也開始捕集燃煤發電的二氧化碳。東芝旗下子公司「SIGMA POWER有明」所有的「三川發電所」,發電功率4萬9千瓩(kW),自2009年起就每天回收10噸二氧化碳。這是日本唯一收集現役火力發電廠二氧化碳的例子。

自2016年起,日本環境省與「瑞穗情報綜合研究所」等單位就共同研擬試驗計畫,希望回收達到日排放量一半的500噸二氧化碳。此計畫預計將於2020年以前達成目標。

傳統的燃煤發電廠只使用蒸汽輪機,從蒸汽輪機運轉過後的低壓氣體中可以回收二氧化碳,因此電力和發電所需的熱能,都消耗在收集二氧化碳上。為了降低耗損,「SIGMA POWER有明」建置了更有效率的二氧化碳收集系統。

儘管「大崎 CoolGen」和「SIGMA POWER有明」都已著手回收二氧化碳,但尚未將之封存於地底。必須將之封存,才能真正達到削減的目的。

2016年4月,日本經濟省在北海道苫小牧市沿岸,試行大規模的封存。由日本「CCS 調查公司」將二氧化碳注入地底深層。封存的方式是在與沿岸「出光興產煉油廠」相鄰的場址,挖掘兩口將二氧化碳注入地底的「井」。

其中一口深達海底約1,100至1,200公尺,另一口約2,400至3千公尺,鑽探角度與地面傾斜。從井口注入特性界於液體及氣體間的高壓「超臨界二氧化碳流體」,沙層就會吸收二氧化碳。2016年4月到5月,總計注入約7,200噸二氧化碳。未來計畫每年封存10萬噸。

鑿井將CO2注入地底的兩大難題

如前所述,「碳捕集和封存」的效果顯著,不過實際上進行封存時還是會面臨幾個難題。

第一,對封存場址所在地的環境影響。萬一注入地層中的二氧化碳洩漏,會不會影響到地層和海洋?與地震有無關聯?針對居民的諸多擔憂,都還必須進行深入溝通。全球各地已經有將二氧化碳注入地層的案例,目前狀況顯示外漏並不會影響環境,也不會引發地震。

日本「CCS調查公司」在井的四周設置多個地震感應器,監測微小震動、溫度及壓力變化。結果顯示,開始注入後並沒有監測到微小震動。同公司也在網站和苫小牧市公所架設數位螢幕,公開微小震動等監測記錄。

為了獲得居民的理解,日本環境省也在研究其他方法,例如避開沿岸漁場,轉而在偏遠的海上封存二氧化碳,在海上挖掘垂直井直達海底,以船隻運送二氧化碳。此計畫由「瑞穗情報綜合研究所」等檢討環境省支援的「SIGMA POWER有明」試驗計畫,評估海上封存的影響。

碳封存的另一個難題是成本。根據「地球環境產業技術研究機構」(RITE)的調查顯示,從收集到封存,每噸二氧化碳的成本約7,300至12,400日圓。雖然成本會隨科技進步下降,但資材等費用卻會變高。

日本「CCS調查公司」也基於試行計畫算出封存成本,並向日本經產省等單位報告。日本經產省和環境省正在委託「CCS調查公司」,在日本境內尋找3個可以封存1億噸以上的地層。未來或許要在政府單位帶領下,指導發電業者投入成本來封存二氧化碳。

目前世界各國都在發展「提高石油採收率技術」(EOR)和「二氧化碳捕集和利用」(CCU)等技術,前者是將二氧化碳注入油田和天然氣田,增加石油、天然氣的產量;後者是不封存二氧化碳,將之轉化為合成燃料原料和化學原料。這些技術的發展,都必須仰賴碳捕集和封存技術的進步。

本文摘錄、整理自《推動世界的 100 種新技術》,原作者《日經ESG》雜誌總編輯 田中太郎,〈將發電效能發揮到極致,遏止地球暖化〉P.122-P.128,旗標出版

責任編輯:張庭銉

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新北首間 AI 科技高中!錦和高中導入羅技電子 Rally Board 65 打造「移動任意門」,讓世界走進教室!
新北首間 AI 科技高中!錦和高中導入羅技電子 Rally Board 65 打造「移動任意門」,讓世界走進教室!

深夜11點,多數高中生可能已經準備熄燈就寢,但新北市錦和高中的 AI 基地教室卻燈火通明。原來,錦和的老師、學生,正利用 Logitech 的會議室解決方案 Rally Board 65,和遠在美國科羅拉多州、有 17 小時時差的 Kent Denver School進行視訊。兩校學生在螢幕上熱切分享文化習俗與校園趣事,教室氣氛熱絡。

在錦和,這樣跨越時區和國界的「深夜國際教室」,並非偶一為之的特殊活動,而是透過台美教師討論規劃,有系統制度的國際交流日常。

事實上,作為新北市政府教育局認可的全新北市首間「AI科技高中」,近年來,錦和在數位轉型、科技教育上多有著墨。從生生用平板、建置全校數位互動軟體,到引進被師生譽為「移動任意門」的 Logitech Rally Board 65,錦和正以活潑、彈性的數位學習策略,重新定義未來教室的模樣。

注入數位學習DNA,翻轉傳統教學模式

但錦和的數位轉型並非一蹴可幾。早在疫情期間,錦和高中校長張純寧就意識到,數位教學不是選擇題,「因應數位浪潮、社會趨勢,我們一定得這麼做!」當時,她大刀闊斧將行政人員分組,手把手協助全校老師跨越科技門檻、熟悉線上教學,成功將「數位 DNA 」注入錦和。

如今,走進錦和的課堂,會看到生物老師利用平板搭配 AR 擴增實境技術,將圖像化為立體,讓學生直觀地觀察昆蟲解剖構造和心臟血液的流動;數學老師則透過 VR 虛擬實境,設計「密室逃脫」遊戲,讓學生在解謎中,學著邏輯推演;公民老師更帶著學生投入田野調查,將時事探討結合數位資訊,提升學習興趣。

「錦和的老師,幾乎都已經完成 AI 的增能研習。」張純寧透露,學校在將數位工具融入教學之餘,更和淡江大學合作開發專屬的「AI 倫理素養手冊」,並列為校定必修課程,目的是確保學生在擁抱 AI 的同時,也能建立正確的價值觀。

引進 Logitech Rally Board 65,打造無縫國際交流體驗

而隨著數位學習的版圖不斷擴張,近來,錦和面對的新挑戰,是為學生創造「無縫的國際交流體驗」。

為了讓學生有機會開口說外語、和世界接軌,錦和申請校園雙語計畫子計畫三,採購Logitech Rally Board 65,方便與美國、法國等國的姐妹校線上交流。但過去,要進行高規格的遠距教學,學校必須斥資打造一間固定的遠距教室,裡頭還得裝設投影機、追蹤攝影機和收音設備,不僅空間受限,設備盤點、維護也是行政人員的夢魘。

錦和高中圖書館主任吳孟仁解釋,如果讓學生一人用一台筆電視訊,只要有一位學生的設備出狀況,或是網路連線有問題,老師就必須先中斷課程,接著再像個工程師般,協助學生一一排除障礙;若採用多人在同一鏡頭前發言的模式,傳統的視訊鏡頭又無法照顧到每一個人,導致交流缺乏臨場感。

#1 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
吳孟仁表示,學生為參與跨國交流,常於夜間上線,展現高度投入與國際視野。隨著數位工具融入學習,學生更主動表達、協作與創造,培養面向未來的關鍵能力。
圖/ 數位時代

「我們要的,是一款將使用門檻降到最低、讓老師容易上手的數位工具。」張純寧指出,本學年藉由校園雙語化計畫與參與教育部高中優質化數位前導學校計畫的契機下,錦和偶然接觸到 Logitech Rally Board 65,結果意外發現,Rally Board 65 能徹底解決跨國交流的痛點。

#2 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
Logitech Rally Board 65 結合 65 吋觸控螢幕與 AI 視訊技術,搭配移動式腳架,有效解決跨國交流溝通挑戰。透過 AI 與數位工具導入,學生培養跨域協作與問題解決能力,學習成果不再侷限於考試。
圖/ 數位時代

Rally Board 65 作為專為新世代協作而生的全功能,配有 65 吋的 4K 超高畫質觸控螢幕,還有兩支無須配對、充電的隨插即用數位筆,讓師生能輕鬆在白板上書寫、共編討論。鏡頭、麥克風和揚聲器一體成型的配置,打破了過往需要拼拼湊湊各項硬體的限制;內建的「RightSight 2」智慧取景技術,不僅能自動追蹤並清晰框選正在發言的師生,學生不再需要擠在一個小小的筆電鏡頭前,也不用傳麥克風,只要像平常聊天般自然發言即可;另外,「RightSound 2」智慧調音技術則能透過 AI 回音抑制技術,過濾背景噪音,確保討論過程不受環境音干擾,讓跨國溝通有如面對面交流般清晰。

#3 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
錦和高中透過視訊設備,與長期有往來的美國肯特丹佛學校進行即時交流,科技賦能教育場景,讓跨國學習成為日常。
圖/ 數位時代

張純寧特別提到,Rally Board 65 擺脫傳統需固定於牆面的限制,只要裝上專屬推車腳架,就能任意移動,「Rally Board 65 最大的優點,是『可攜』!讓我們隨時隨地都能在學校的任何一個地方,創造『教學角』。」她笑稱,要是學校裡多幾台這樣的設備,等於多蓋了幾間多功能教室。不僅具備高度機動性,Rally Board 65 在安裝與視角上也同樣靈活,支援桌面、壁掛等多元配置,螢幕亦可雙向翻轉,根據需求調整上下視角,輕鬆融入各種教學情境。

同時,Rally Board 65 還有「免學習」的特性,「插電就能用,老師完全不用特別學習。」吳孟仁分享,現在的台美跨國連線,即便安排在夜間11點,學校也不必指派資訊人員留守,老師自己就能輕鬆開機、主持課程,大幅提升設備的使用率與教學彈性。

軟、硬體設備的升級,最終仍要回歸學生的成長。張純寧表示,當學生具備強大的數位協作能力,並習慣在虛實整合的環境中表達自我時,「你會明顯發現,沒有學生再躲在角落了!每個人都必須、也樂於站出來展現自己。」比方說,在自然科探究與實作的全年級發表會裡,學生是以「線上共編」模式,繳出成果;原先對寫程式一竅不通的社會組學生,經過 AI 課程上的學習,現在竟然能運用 AI 工具,協助弱勢團體、公益組織開發出線上的「記帳系統」。

#4 羅技_第一篇(錦和高中)_115126
張純寧表示,穩定且符合使用習慣的數位工具,是支撐長時間教學與行政工作的關鍵。透過羅技鍵盤滑鼠符合人體工學的設計,在高工時及高強度的辦公室工作下,保持舒適與效率。
圖/ 數位時代

從最初克服線上教學的陣痛,到成為新北市首間 AI 科技高中,以及引進 Rally Board 65,錦和用實際行動證明,只要具創新教育思維、善用多元數位工具,就能打破空間、時間限制,為孩子們打造一座與世界無縫接軌的未來校園。

從理念到實踐,打造未來教學場域。歡迎教職員夥伴預約參觀 Logitech 展示中心,了解更多 AI 教育解決方案:https://360theredmarker.com/vt/logitech-taipei/

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