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後石油時代–21世紀的能源新思維

「過去我父親騎駱駝,現在我開轎車。我兒子要駕飛機,然而他的兒子將回到騎駱駝的日子。」–沙烏地阿拉伯諺語
 
 
 
在閱讀本文前,請先花五分鐘觀察一下四周,能源在我們生活中扮演什麼樣的角色。也許你正舒服地坐在有空調設備的房間裡,點著一盞檯燈,從咖啡壺裡倒出一杯香濃的咖啡。空調設備、檯燈、咖啡壺都需要電力才能運作;檯燈,甚至是身邊所有的物品都由耗能的工業製程產出;熱帶地區的咖啡豆需透過航運配送至消費國。

由此可見,能源在日常生活中扮演十分重要的角色。我們需要能源滿足照明、空調、取暖、烹煮食物等需求;現代社會的人們也習慣了擁有電腦、電視、手機、網路等先進科技產品,若沒有能源提供動力,這些產品自然失去了用處。

除了日常生活外,能源在工、商業的發展上也占有舉足輕重的地位。沒有能源提供能量,便無法進行工業製造,沒有產品可供交易,商業體系也會隨之崩潰。此外,交通運輸也倚靠能源,不論是陸運、航空、海運,也不論是民用或工業用,缺少供應交通工具的油料,都會對人類社會的運作產生極大的衝擊。

此外,能源更牽動世界局勢,它可說是世界經濟和國際政治不可或缺的一環。根據《富比世》(Forbes)雜誌 2006 年發表的報告,全球的 10 大企業不是金融業就是能源業,另包含跨足金融、能源領域的美商奇異(GE)。其中艾克森石油(Exxon Mobil)更在公司市值、銷售額、盈餘等項目中排名第一。

能源業對經濟的影響力,可從 2001 年美國史上最大的安隆(Eron)破產事件得知。安隆起家於美國德州,短短數年一躍成為全球第7大企業,年營業額高達一千多億美元,也對許多政治家捐助政治獻金,在政商界權傾一時。就因為安隆是能源公司,因此擁有巨額籌碼操弄金融、政治。

安隆曾是加州最大能源交易商,壟斷該州三分之一的電力。在破產之前,安隆甚至串通其他能源公司操縱市場、哄抬能源價格,導致加州能源危機惡化,重創加州經濟,並使公共電力公司蒙受鉅額損失。2001 年安隆終於因為虧空 10 億多美元突然宣告破產,對美國經濟和金融市場造成莫大衝擊。

由於能源對國家經濟和安全極為重要,許多國家的政府獨占能源企業,例如沙烏地阿拉伯、伊朗、委內瑞拉等國的石油公司就是完全的國營事業,另外如俄羅斯天然氣公司的國家持股也高達 70%,足以看出能源往往是一國的經濟和政治命脈。基於穩定的能源是維繫國家命脈的重要因素,因能源而起的外交角力甚至戰爭也就不足為奇了。

據美國前中情局資深分析師 Stephen C. Pelletiere 表示,美國進攻伊拉克並非對調停阿拉伯世界的紛爭有興趣,而是無法坐視在兩伊戰爭中勝利的伊拉克逐漸壯大。有鑒於伊拉克是中東地區儲油量僅次於沙烏地阿拉伯的國家,美國必須找藉口介入並設法控制伊拉克。在伊拉克戰敗後,美國對伊實施石油禁運,等到油價上漲後,美國便以「人道」理由解除禁運,之後大部分伊拉克的石油都出口至美國。

1991年的第一次波灣戰爭只是一個開端,911 事件後對阿富汗的征討,以及最近的第二次波灣戰爭,仍看得到美國為爭奪能源而發動戰爭的影子。

阿富汗所處的中亞地區擁有豐富的油氣資源,是全世界第三大油氣資源區。冷戰結束後,包括中亞和高加索在內的裏海地區成為世界能源的新基地,據估計,中亞地區蘊藏 2 千億桶石油和 2 兆立方米天然氣。不論美國出兵阿富汗動機為何,美國的勢力終究成功進入過去被俄國掌控的中亞地區。由此看出,能源不僅對升斗小民的生活作息十分重要,世界經濟乃至於全球和平都緊繫於能源。

能源的古往今來
  
儘管今日石油對我們是如此不可或缺,但在人類數千年的歷史中,石油並非主角,在工業化時代之前,木材才是主要的能源。從遠古人類懂得鑽木或擊石取火開始,森林裡的木材便成為人類用來燃燒以烹煮和取暖的最適合物質。隨著文明逐漸演進,木材不但用於燃燒,更用作建材、運輸工具、手工具等,古代戰爭也常起因於爭奪森林資源。

至於運輸或農業機械的動力,在工業革命前,主要倚賴人力和獸力;中世紀之後,開始懂得把風力或水力應用於農業,舉凡希臘、羅馬、中國等古文明,都有利用風車或水車的紀錄。

即使木材是會再生的自然資源,仍舊抵擋不了毫無節制的砍伐和利用。中世紀之後,人口快速成長,迫使人類砍伐樹木,把森林轉作農地,以餵養越來越多的人口和牲口。終於,森林逐漸消失,木材匱乏,這是造成人類進入燃煤時代的最主要動力。

根據考古資料,人類早在青銅器時代已開始使用煤炭,中國歷史中也有使用的記載,只是當時使用的規模較工業革命時期小得多。直到 13 世紀的歐洲,燃煤才逐漸變得重要,但由於燒煤十分骯髒,因此當時煤並不普遍。

17 世紀初期,由於木材缺乏,導致價格攀升,促使當時低價卻高污染的煤炭進入市場。另一個促成燃煤進入市場的原因,是鐵、銅、青銅、金、銀等金屬鑄造變得越來越普遍,而燃燒木材無法有效率地供給熔爐所需的高溫。相較於木材,燒煤的高溫對鑄鐵和鑄鋼很有幫助。

之後的 19 世紀初期至中期,以燃煤產生動力的蒸氣機席捲英國及世界其他地區,煤的地位逐漸變得舉足輕重。這時燃煤不僅限於金屬鑄造或家庭取暖,而是幾乎包辦所有的功能。

新大陸的美國大量使用煤的時間比歐洲稍晚,約從19世紀末期開始,這是因為美國擁有豐沛的森林和水力資源,當時多使用燃燒柴薪或水力提供各式動力,直到森林逐漸耗盡,才開始用煤取代木材運作蒸氣火車和船隻。煤的輝煌年代始自 18 世紀中,一直到 20 世紀中,燃煤一直是最重要的能源,尤其是 20 世紀初期,煤提供了超過全球 90% 的能源用量。直到 1960 年代,因為燒煤造成的嚴重污染促使人類轉向使用石油。儘管如此,燃煤仍提供了現今世界上大多數的電力。

石油的崛起和需求脫不了關係。19 世紀末期人類開始商業開採石油,當時的用途並非如今日般做為運輸燃料,而是用於煤油燈及馬達潤滑劑。過去油燈的主要燃料來自鯨魚油,然而隨著大量補殺鯨魚導致數量減少,鯨油價格飆漲,替代物應運而生,石油在當時是最適合的燈油。從那個時候起,美國本土興起了石油開採和提煉的風潮。

19 世紀末期,隨著美國石油大亨洛克斐勒運用高段的商業手法,把「標準石油公司」經營成世界第一個跨國大企業,並壟斷全美和幾乎全球的石油業,石油的重要性與日俱增。雖然石油曾因為愛迪生發明電燈,造成煤油燈需求大減而沉寂一段時間,但由於一次大戰來臨,以戰車取代馬匹的做法刺激了石油的發展,同時「標準石油公司」開始推廣燃油的熔爐和蒸氣鍋爐以取代燃煤,石油的時代再次於 20 世紀初降臨。

至 1909 年,全球提煉出的石油產品有一半以上用作燃料。隨著大型石油企業逐漸擴張勢力版圖,人類利用石油的方式也越來越多元化。1930 年代,煉油業的主要產物是汽油,飛機用油也逐漸占有重要地位。化工業也逐漸捨棄過去從煤產製的焦油,改從原油提煉化工原料,並合成尼龍、塑膠等廉價卻便利的物品,取代舊有的天然材質,如棉、木材、金屬等。至此,人類生活可說已正式被石油掌控,石油為人類文明開啟新的篇章。

能源使用現況

工業革命以來,人類生活在種種創新發明構成的社會中,開始懂得利用化石能源:煤炭、石油和天然氣。由於化石能源的大量發現和使用方便性,這些廉價普及的能源成為人類社會現代化的最大推動力。人類進入工業化時代後,能源消耗也隨之增加。目前世界能源消耗量是 1850 年的 20 倍、20 世紀初的 10 倍、1950 年代的 4 倍。這般倍數的成長令人驚歎!化石燃料中最早被利用的煤炭成長了 10 倍之多,而 20 世紀初期開始利用的石油和天然氣,成長幅度竟然超過 30 倍。

目前,全球有 80% 以上的能源來自化石燃料,其中最大宗的石油占 35%,煤炭占 23%、天然氣則占 21%。再生能源雖有 14%的比率,但多是傳統能源型態(如木材),而包括水力發電在內的現代化再生能源只約占 4%。核能則占全球能源用量的 6%。然而世界人口能源使用十分不平均,全球三分之一的人口(約 20 億人)僅依靠木材或其他類型的傳統能源過活,缺少電力、石油和天然氣是這些人貧窮的主因之一。

專家預估如此高耗能的消費型態仍會持續下去。在石油部分,基於開發中國家的大量消耗,國際能源總署預估,石油需求將強勢上漲,至 2010 年需求量平均每年將增長 180 ~ 200 萬 bpd(桶/日)。專家更預估 2025 年全球能源需求會是 1990 年的兩倍,2050 年更將成長為 3 倍。人類習以為常的這種高成長、化石燃料密集的能源使用型態,已造成資源耗竭、環境污染、社會不公等,持續下去會對社會和文明產生嚴重威脅。

近年來油價攀升,除了偶爾颶風造成主要煉油廠關閉、中東情勢不穩、產油國動亂等旁枝末節的因素外,最主要的原因還是「物以稀為貴」。現有油田的產量逐漸下滑,加上缺乏新油田的發現,都在傳達人類石油資源逐漸稀少的警訊。石油本是儲藏在地底下的自然資源,但人類使用太過快速,不可能以相同速率形成並補充回地底。有限資源隱含的意義便是,石油終有用盡的一天。到底這一天何時來臨?數十年來許多專家有不同的結論。

20 世紀中,一位權威的地質學家哈柏(M.K. Hubbert)發表了石油高峰理論(oil peak theory),他表示任何地區(包括全球)的產油量會逐漸達到高峰值,之後由於資源用盡產量將逐漸下滑。哈柏的重要性不單因為他是油峰理論的始祖,更由於他對美國油峰時機點預測的準確。他曾預測美國的油峰會在 1966 至 1972 年之間來臨,當時這個預測被石油公司、經濟學家和美國政府嗤之以鼻,但美國的油峰的確在 1970 年來臨,讓人不得不對他的研究和估算懾服。

哈柏當年預估全球石油產量將在 2000 年達到最大值,雖然之後眾多學者加入其他變數(包括科技進步、非傳統石油的開採等)後估算這個時間點過早,但根據不同的來源估計,全球油峰會在 2006 年至 2015 年之間來臨。換句話說,從現在起不到 10 年之內,人類社會將正式進入後石油時代,能使用的石油越來越少。據估計,達到石油高峰後,每年產油量會以 3%的速率遞減,除非找到適合的替代能源,否則油價會飆漲,也會導致世界經濟動盪。

不僅資源逐漸匱乏,大量使用化石燃料的能源型態也造成嚴重的環境問題,包括空氣污染、生態系破壞、溫室效應等,這些污染對健康和生態的健全都造成十分嚴重的威脅。在空污方面,絕大部分的人為污染物(如二氧化硫、粒子物質、鉛、碳氫化合物、一氧化氮)是由能源活動產生,例如人為二氧化硫排放量的 85%就是因為燃燒化石燃料產生的。這些大氣中的有害物質進一步轉變成酸雨、都市煙霧、有害煤煙等。空污不但提高了人類罹癌的機率,更造成森林侵蝕、土壤和湖泊酸化等生態危機。

在開發中國家,由於缺乏有效的污染控制,和燃燒效率的低落,污染物濃度都高過世界衛生組織公布標準的好幾倍。空氣污染在都市中更為嚴重,每年全球約有 50 萬人的死因與嚴重的空氣污染有關。燃燒化石能源產生的空污不是開發中國家的特例,在歐洲,電廠排放的空氣污染每年對人類健康、建築物和農作物造成的損失估計有 700 億美元(約兩兆三千餘億臺幣),大約是歐盟國民生產毛額的 1%。這個龐大的數字令人深刻體認到,化石燃料發電產生的外部成本十分高昂。

除了室外空氣污染之外,開發中國家許多家庭燃燒木材、農作廢棄物和煤炭來烹煮或取暖,產生的室內空污更是健康的殺手。以非洲南部為例,農村人家因燃燒木材產生的室內粒子物質濃度,超過世衛組織建議標準的 13 倍,在這種情況下,罹患呼吸道疾病的機率是一般人的 5 倍之多。據估計,室內空污每年造成全球 180 萬人口死亡,其中大多是女人和兒童。

傳統的能源使用也造成其他環境衝擊。化石燃料的挖掘和開採通常會破壞當地的地景生態,輸油管侵蝕、破裂則會造成當地土壤和水源的污染。層出不窮的船隻油污外漏事件,也使得許多脆弱的海洋生態系嚴重受害。

溫室效應是另一個因大量使用化石燃料造成的環境問題。從 1750 年代以來,大氣中二氧化碳濃度由原來的 280 ppm 提高到 367 ppm,幅度達 30%,甲烷的濃度更是比工業革命前增加 1.5 倍。化石能源的燃燒產生了四分之三的人為二氧化碳總量、四分之一的人為甲烷總量。由於溫室氣體不斷增加,過去一百年,大氣均溫增加了攝氏 0.6 度,每年的年均溫也頻破紀錄。2005 年是一世紀以來最熱的一年,1998 年次之,而 2002 ~ 2004 年也位居世紀高溫排行榜的第 3 至 5 名。

全球暖化已造成許多負面衝擊,產生越來越頻繁的劇烈氣候,包括颶風、水患、乾旱、暴風雪和熱浪。這些天災造成了人類死傷、疾病、財產損失、農作欠收等,間接地造成社會經濟問題。

由於溫度上升導致兩極冰山和永久凍土溶化、海平面逐漸上升,因此許多島國和海岸地區面臨著被淹沒的危機。也因為鹹水逐漸淹過淡水層,侵蝕了淡水資源和土壤,導致人類生存仰賴的淡水和農作物受到威脅。連年升高的氣溫也使得熱帶地區大氣對流增強,形成颶風的次數增多,以至於熱帶和亞熱帶地區的國家不斷受到風災侵襲,且威力一次比一次強烈。高溫也會助長許多傳染病(如瘧疾、登革熱)的滋長,對人類健康更顯威脅。

倘若使用化石燃料的型態不變,本世紀中大氣二氧化碳濃度將成長 2 至 2.5 倍,世紀末二氧化碳濃度將成長 2.5 至 3.5 倍,屆時海洋和大氣循環更為異常,人類將無法適應失去平衡的氣候。為了抑制人為溫室氣體的排放,防制氣候變遷,聯合國於 1992 年地球高峰會通過「聯合國氣候變化綱要公約」,對人為溫室氣體排放做出全球性管制的宣示。

1997 年,聯合國進一步在日本京都舉行氣候變化綱要公約第三次締約國大會,通過具有約束力的京都議定書,以規範工業國家溫室氣體減量責任。2004 年底俄國簽署京都議定書後,這個公約正式於 2005 年 2 月生效,也把全球的外交和環境焦點重新凝聚在「溫室氣體減量」上。京都議定書不僅對工業化國家的減量目標做出規定,也設計了一套國際合作和排放交易的機制,協助開發中國家對減量工作負責。

目前的能源型態更存在著社會不公,資源大多集中在已開發國家,舉例來說,經濟合作暨發展組織成員國每人平均耗能量是開發中國家的 6 倍,北美人民平均耗能量更是亞洲和非洲的 10 倍之多。這樣的差異不但存在於國與國之間,也存在於已開發或開發中國家的國內。在美國,較富有的家庭平均耗能量比較貧窮的家庭多上四分之三,中國最富有的沿海四省,每戶人家能源消耗是內陸省份的 2.5 倍。

若以電力消耗量來看,資源不均的情形更驚人。經濟合作暨發展組織會員國每人平均耗電量是東亞國家的 13 倍、南亞國家的 26 倍、撒哈拉沙漠以南國家(除南非外)的 65 倍。這樣的不公也反映在溫室氣體排放量上。全球人均耗能量前五分之一的人口貢獻了 69% 的人為溫室氣體,而人均耗能量後五分之一的人口,僅占人為溫室氣體排放的 2%。

然而,溫室效應沒有國界,世界每一個角落都會受到全球暖化的影響,發展中國家往往因資源不足,較已開發國家更難因應因全球變遷帶來的環境和社會災害。過去的能源政策著重在因應世上較富有族群與日遽增的能源需求,而輕忽對貧困族群提供現代化能源並改善現有的能源服務。鄉村電力化和燃料配送的政策多採集中式,常常因為成本過高使得人們無法負擔現代化的能源系統。

因應之道

人類習以為常的廉價化石能源正逐漸減少,但我們對能源的規畫和使用卻缺乏完整思維。目前的能源型態不但造成資源耗竭、環境破壞,也產生社會不公,更形成劍拔弩張的能源外交和隨之而來的戰爭。因此,如果不積極思考開闢一條新的能源途徑,人類社會和文明將岌岌可危。

邁入 21 世紀後,人類必須發展新思維以面對後石油時代的「能源危機」。不同於 1970 年代的能源危機,這個危機不僅是能源、經濟面的,更包括自然環境、社會公義和人類發展的危機。

深度閱讀
  1. Geller, H. (2001) Energy Revolution: Policies For A Sustainable Future, Island Press.
  2. Nakicenovic, N.,  A. Grubler, and A. McDonald (1998) Global Energy Perspectives, Cambridge University Press.
  3. Heinberg, R. (2003) The Party's Over: Oil, War and the Fate of Industrial Societies, New Society Publisher.
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