排碳大戶減碳解方!盤點最具潛力4大技術,助重工、航空、畜牧業跟上零碳腳步
排碳大戶減碳解方!盤點最具潛力4大技術,助重工、航空、畜牧業跟上零碳腳步

從節能減碳到淨零排放,除了仰賴生產方式、使用行為的改變之外,加大對於新技術、特別是潔淨技術(clean technology)的發展與投資,才是更根本的解決方案。根據投資網站investopedia定義,清潔技術泛指改善環境永續的創新技術與應用,常見如再生能源、新的回收方法與環保做法。

當2050年淨零排放已成為國際共識與目標,為了減少二氧化碳排放,各國除了發展再生能源外,也積極協助排碳大戶石化、鋼鐵、水泥、貨運、航空與海運產業「脫碳」,包括綠色氫能(green hydrogen),碳捕集、利用與封存( Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)等技術,都是備受矚目的減碳解方。

全球氫能源投資,未來10年逾3,000億美元

在全球極力「減碳」的同時,各國從政府到企業,近年來也將資源投注到另一項化學元素上:氫。根據國際氫能委員會(Hydrogen Council)今年2月發布的報告,未來10年全球氫能源投資將超過3,000億美元,約占能源產業總投資的1.4%。

氫是地球上最豐富的元素之一,廣泛應用在工業、交通活動,如製作甲醇、氨等化學藥劑時的原料、汽車上的氫燃料電池,就連半導體晶圓製造、鋼鐵業煉鋼也需要使用氫氣。

Toyota MIRAI
Toyota最具代表性的氫燃料電池車款Mirai,2020年底新版Mirai續航力宣稱達850公里,且因為補充能源方式是「加氣」,加氣速度比電動車電池充電速度快得多,加滿氣只要10分鐘。

各界之所以對氫寄予厚望,是因為氫氣也可以當燃料使用。然而,目前製造氫氣的方式,主要是使用甲烷、石油等化石燃料,被稱作是骯髒的「灰氫」;一旦改採太陽能或風力等再生能源電力,將水電解後產生氫,這種用綠電產生的氫氣,就稱為「綠氫」。 而運用綠氫製造的氫燃料電池,再用於發電,就可大幅減少碳排量。

也因此,開發綠氫已被視為邁向淨零排放不可或缺的環節。只不過目前使用再生能源生產氫氣的數量仍非常有限。一方面是價格偏高,國際再生能源機構(IRENA)的《綠氫:政策制定指南》指出,綠氫價格仍比灰氫高2~3倍。另一方面是缺少專用基礎設施,相較全球天然氣輸送管道超過300萬公里,氫氣輸送管道僅約5,000公里,仍有待擴大規模。

中研院院長廖俊智
未來,人類應該思考如何從大氣取得二氧化碳,而不是去挖石油。

為了減少二氧化碳排放,各國積極投入CCUS技術。根據國際能源總署(IEA)4月的統計,全球共有22個商轉的CCUS設施,每年可捕獲4,000萬噸二氧化碳。

CCUS技術簡單來說,就是從工廠的煙囪捕捉二氧化碳,再將其封存到乾枯的油田井,不排放到大氣中,或再利用,製作燃料或化學品等。

為何二氧化碳可以封存到油田井?專研碳管理技術多年的中研院院長廖俊智指出,「在美國德州產油的地區,本來就是用二氧化碳把油擠出來,現在只是再把二氧化碳壓下去,把岩石的縫隙填滿。」

表
圖/ 數位時代

近年來,二氧化碳捕捉出現了新方法,不同於從工廠的煙道捕捉二氧化碳,而是從空氣中直接捕獲碳,又稱為 「直接空氣捕獲(Direct Air Capture, DAC)」,捕捉方式是運用像大型空氣清淨機的設備,去除空氣裡的二氧化碳,將是未來高耗能製造業的減碳救星。

廖俊智認為,未來20年內,人類應該思考如何「從大氣取得二氧化碳,而不是去挖石油,這些二氧化碳還可作為燃料、化學品、建材等。」

延伸閱讀: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

減碳最好解方?提早將碳、氫分離

不過,他進一步表示,比起工廠捕碳、空氣中捕碳,最好的方法還是從源頭解決——避免二氧化碳形成。舉例來說,天然氣是由甲烷(CH4)組成的氣態化石燃料,中研院正在研究如何在天然氣燃燒發電前,就先把碳(C)、氫氣(H2)分開,提早阻絕二氧化碳的生成。

具體作法是在發電廠、石油、鋼鐵業旁蓋一座甲烷分解爐,分解的氫氣可以用來發電,碳則可混合在土壤改善土質,或應用於高級碳材。

這項技術預估最快3~5年內就可做大規模測試,希望10年內落地。不過廖俊智也坦承,該方式的缺點是會讓能源效率降到原來的60%,因此將需要更多天然氣來發電,「但這是二氧化碳捕捉最簡潔的方法,沒有比這個更好的做法了。」

CO2,暖化
圖/ shutterstock

然而,不只化石燃料排放大量的二氧化碳,耕種、養殖占全球溫室氣體排放高達19%,超越交通運輸,特別是牛群排放的甲烷,造成暖化程度更是二氧化碳的28倍,蔚為風潮的人造肉技術,將有機會壓低畜牧業排碳問題。

為了讓人類減少吃動物肉的頻率、達到減少碳排的效益,目前市面上有兩大替代方案。第一種是由美國Beyond Meat、Impossible Foods等新創企業帶動的植物性肉品風潮,另一種是在實驗室培養出的肉類,科學家從活體動物身上取得部分細胞,讓細胞自行繁殖,製成食用肉品。

以色列食品新創Aleph Farms指出,相較傳統畜牧生產的牛肉須耗時2年,實驗室製造的牛肉僅需3個月。2020年12月,新加坡更成為全球首個批准販售實驗室培養肉的國家,加快商業化腳步。

不管是哪一種人造肉,不只降低了土地與水的使用,碳排放也能減量,被視為能取代農牧業的未來技術。不過,人造肉平均成本較牛絞肉高出86%,要等到更多業者投入市場,價格才可能降低,食用率才會更普及。

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責任編輯:郭昱彣、張庭銉

關鍵字: #節能 #能源科技
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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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