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2019年5月,英國全國推動「無煤週」(Coal free week),燃煤發電暫停一星期。這是十九世紀第二次工業革命(以電力大規模應用為代表、電燈的發明為標誌)以來,首次出現一星期不靠燃煤發電,是英國走向低碳環保目標的第一步。今年4月,台灣總統蔡英文在公投通過「以核養綠」後,走上街頭參與「廢核大遊行」,跟著反核民眾一起嘶聲吶喊,表達支持「反核」(反對核能發電),並付諸行動,一旦通過環境評估,就拆除核一廠。

反其道而行的台灣

能源,是當今東、西方國家共同關心的焦點、現代人生活中最爭議的命題:全球在減碳、恢復核能發電;台灣則反其道而行,增加燃煤、廢止核電。各顯神通。

論及能源,以往統轄層面以經濟、社會、政治、生態或人權觀點為主,甚至聚焦於意識形態之攻防,很少有科學、理性的思辨,更遑論神學看法。事實上能源問題要考慮的面向,涵蓋物理意義(Physical significance)、哲學意義(Philosophical significance),還有神學意義(Theological significance)。

身為基督徒生命科學研究者,我總認為,任何議題都無法越過「上帝創造的心意」或聖經觀點:上帝讓人類管理祂所創造的世界(創世記一章26節),既然管理,但求物盡其用,否則辜負上帝的創造與用心。

台灣目前最常討論的能源有四種:油和煤、天然氣、核能與再生能源。再生能源以太陽能和風力為主。風力,正如聖經所說:「風隨著意思吹,你聽見風的響聲,卻不曉得從哪裡來,往哪裡去。」(約翰福音三章8節)想控制風力為人所用,恐怕不容易。太陽能,更因「太陽和星辰多日不顯露……,我們得救的指望就都絕了。」(使徒行傳二十七章20節)。如果想用再生能源發電得看天行儀,因為再生能源無法二十四小時持續產電,而且風力噪音、太陽能密度過低(太陽能板占土地面積大)、太陽能材料因陽光照射而漂白(Bleaching),壽命有限、耗損部分會產生毒素等等,造成生態干擾;再生能源之應用叫好不叫座,沒有想像中樂觀。

釋放二氧化碳的惡能源

 

↑風力發電。

↑太陽能發電。

↑美國懷俄明州的一處煤礦。
 

非再生能源包括油和煤、天然氣與核能,原物料都儲存於地底下,與再生能源取之於地面上,相異其趣。油和煤與天然氣是屬於化石燃料(Fossil fuel),是動植物經高壓、高溫壓榨液化、深埋地底形成的。它的儲存量有限,一旦使用將無法逆轉,故至為珍貴;所以,化石燃料當用在當用之處(如各種化工製品),若用於轉化率極低的火力發電,實在可惜;人類忝為萬物之靈,若寧取後者,結局是可以預料的。

地球的生命以碳為基礎。早期地球形成時,大氣中充滿二氧化碳(CO2),碳後來構成生物最重要的成分,二氧化碳又是生命新陳代謝後產生的廢物。當光合作用菌出現在地球上,它們行光合作用,釋出氧氣(O2),氧氣經日光照射,形成臭氧層(O3),以濾過太空中的紫外線(紫外線會破壞生物的DNA),保護各種陸上生物。當各種植物或光合作用菌行光合作用後,便將大氣中大部分的二氧化碳固定下來(CO2 fixation),形成碳水化合物,衍生各種生物所需的物質或代謝中間產物。

動植物經過地層變動、火山高壓深埋在地底下,形成化石燃料(石油或煤),於是,各種生物就可以在「舒適的」地球上生活──在臭氧層保護下,行有氧呼吸作用,呼出的廢氣就是二氧化碳,由植物行光合作用將二氧化碳固定、轉化為其他生物的養分,如此循環、生生不息。也有一些碳源是經過其他生物,例如貝殼類的代謝作用,形成的硬殼(90%是碳酸鈣CaCO3),將二氧化碳固化成碳酸鈣、儲存在海底。這是上帝創造的奧妙。

當人類發現可以使用化石燃料作為能源,就由地底下將二氧化碳再一次釋放出來。久埋在地底下的煤或石油含有其他雜質,如硫、氮、重金屬等。煤燃燒後的煤渣含有劇毒,須加以處置;而燃燒過程產生的黑煙、懸浮顆粒(如PM2.5)等,易誘發呼吸道障礙、肺部病變,甚至致癌。

硫經過氧化後形成氧化硫(SOX),氧化硫遇水變成硫酸,硫酸是酸雨主要成分,會造成海水酸化,使固化的碳酸鈣(貝殼)軟化,沉澱在海底幾千萬年的碳酸鈣因逆反應產生鈣離子與碳酸氫根離子,碳酸氫根離子就釋出二氧化碳回到大氣層。於是,無論是經燃燒化石燃料直接排放的二氧化碳,或因酸雨軟化碳酸鈣釋出的二氧化碳,終究增加大氣層中的二氧化碳含量,布滿大氣層,隔絕熱輻射,地球多餘的熱無法散發,以致溫度升高,造成「溫室效應」,改變地球氣候,影響生態環境。煤、石油等化石燃料自此惡名昭彰,成為惡毒的能源。

創造主花了數億年,好不容易把大氣潔淨,將二氧化碳固定於地底、海裡,使地球成為適合生物生活的樂園,人類卻為了一己之便,倒行逆施,使環境再度變遷,成了噩運連連之所,令人唏噓。正如化石燃料不可再生,唯有停止或降低使用石油和煤,或天然氣(減碳), 才是人類今後生存之道。那麼,維繫人類生活必須之能源,又當從何而來?

其實創造主早就為人類的能源留了一扇門──核能。

核能與核電故事

核能,是利用原子核崩裂過程產生的能量,作為發電之用。當放射性物質(鈾),受中子撞擊,便分裂、釋放能量。這些放射性原料如不加使用,也會自然衰變而耗盡,若經人們開發,作為核能電廠的動力原料去發電,有助於人類生活改善,非再生核能才是現代能源的主力。

威廉‧倫琴(Wilhelm Rontgen,1845~1923)最早發現輻射線,人類從此揭開走向核能時代的序幕。倫琴於1895年發現X─光線。隔年,亨利‧貝克勒爾 (Henri Becquerel,1852~1908)發現放射現象,接著居禮夫人(Marie Curie,1867~1934)找到放射性元素鐳,並把有關現象命名為「放射性」。1905年,當代最偉大的物理學家愛因斯坦(Albert Einstein,1879~1955)提出一套理論(E = mc2),認為非常少量的物質可被轉化為龐大的能量。1838年,奧圖‧哈恩(Otto Hahn,1879~1968)及弗里茨‧斯特拉斯曼 (Fritz Strassmann,1902~1980) 發現鈾原子的核分裂,恩利克‧費米(Enrico Fermi,1901~1954)便於1942年,在美國芝加哥建立全球第一個核分裂反應器。1951年,全球第一座發電用核反應器在美國愛達荷州(Idaho)啟用。三年後,俄羅斯緊追其後,在奧布寧斯克(Obninsk)啟用全球第一座核能發電機。

十年後,美國第一座商用反應器在麻薩諸塞州的洋基羅威(Yankee Rowe)鎮開始運作,代表新一代商用核能發電廠。1970年代,台灣也奮起直追,三座核電廠陸續建造、運轉,啟動台灣核能時代。廉價而充足的電力讓台灣經濟起飛,成為亞洲四小龍之首,創造中華民族有史以來最富饒的社會。八零年代底,台灣決定建立核四廠,可惜,近四十年來經過停建、復建、完成、封存,甚至公投以決定去留,如今依然懸宕其間,台灣國力空轉、落後其他周邊國家,墜成亞洲四小龍之尾;其原因乃在三件國際核安意外,一時逆轉全球核能風潮。

1979年,美國三哩島核電廠發生事故,造成反應器嚴重損毀而棄置。1986年,烏克蘭車諾比核電廠也發生意外,導致核洩漏(核反應器裡的放射性物質外洩),影響數百公里,成為核工業史上最嚴重的事故。由於蘇聯將核電廠與軍事目的結合,採取開放式電廠設計,同時在電廠附近為工作人員建立社區,損失沒有擴及外部社區,但是車諾比的悲劇到底歸屬軍事設施意外、還是一般工安事件,成了一時之謎。這兩起事件,主要是人員操作不當引起。至於第三次核電廠事故發生於 2011年,當時日本遭逢芮氏九級地震,引發大規模海嘯 (高達十五公尺),導致福島核電廠電力中斷,無法進行冷卻,反應器中芯在高溫下熔解,誘發場內氫氣爆炸,部分輻射洩漏至空氣中,或經地下水流入海洋。意外中有三名員工因非輻射原因死亡,電廠附近居民需要疏散。福島事件屬於「複合災害」──多重意外,人為與天災同時併發。這些意外,實際肇因於人類過於自信而疏失,以為可以駕馭大自然所致。

這三件重大核安事件發生後,全球爆發核災恐慌,反核運動達到空前高峰。就在核能發電即將成為夕陽產業之際,即發現利用油和煤發電所造成的細懸浮微粒(Particulate matter,PM2.5)霾害會危及健康,溫室效應將誘發氣候變遷、酸雨加速碳排等等,傷害更為嚴重,地球生物不但面臨滅絕威脅,也影響再生能源的發電量,產生的高額費用,會使人民難以負荷,生活更加艱困。專家發現核能發電相對乾淨、少汙染也環保,是最經濟的能源。於是,各國再思恢復核能利用、增建核電廠,企圖從核能安全與管理、新一代核能發展,以新科技處理核廢料等三方面著手改進。其中一項是,發展新能源──核融合(人造太陽)技術。

↑核融合──人造太陽;太陽本身就是一座規模極大的核融合反應器。

新興的能源:核融合

能源明日之星,核融合(Nuclear Fusion)是人類能源的最終解決方案、最友善環境的永續能源。太陽本身即是一座規模極大的核融合反應器,人類向太陽學習。核融合反應,是氘(2H)和氚(3H)經融合後釋放出氦、中子,以及巨大能量。它的優點在於燃料都是氣體,其中,氘是穩定同位素、可以由海水提取,氚的半衰期短、可用中子撞擊鋰-6(6Li)來獲得 ,產物為氦-4(4He),是無放射性、無毒害的惰性氣體、清潔的「垃圾」。綜言之,核融合是最有效能、乾淨、環保的能源。近期,日本成功完成超高溫的核融合試驗,溫度達到一億五千萬度。

今年1月,中國大陸宣稱,成功實現溫度超過五千萬度、持續一百零二秒的超高溫長脈衝放電,預計在2050年前,興建一座全面運轉的設施。歐洲則早已進行核融合反應器建造,將在2025年測試,預計2040年完成商轉(商業運轉)。核融合的進展相當樂觀,一旦達成,將淘汰現有核分裂(Nuclear Fission)的核電廠,進入核融合(Nuclear Fusion)世代──「核去、核從」(From Nuclear Fission to Nuclear Fusion)。

在這願景實現之前、在減碳時代,傳統(現行)的核分裂核電,可以作為能源典範轉移(Paradigm shift)過渡期之暫代品,「以核養核」,待核融合技術成熟,作為未來世代的能源,似乎是一條最可行的道路──可謂,天無絕人之路啊,兩顆最輕的氫原子碰撞、融合,居然可以釋出巨大能量,為人安心使用,這是何等美麗的畫面。創造主把這樣的奧祕隱藏在太陽裡,讓人體認與開發,上帝是何等偉大啊!

……(文未完,請見2019年9月雜誌)