第六屆「國際海洋日」

明天6月8日, 是第六屆「國際海洋日」。

海洋佔地球的表面71%, 是一個龐大而神秘的生物體系。它對各國的經濟、社會、及環境 , 都 有很大的影響。海洋中的魚類, 長期是人類的食物的重要來源。海洋中有多種礦物、石油、化 學鹽、金屬等物資, 是工業原料的重要來源。在調節全球氣候方面, 海洋的作用更為重要。海 洋所釋放出的氧氣, 比全球的樹木、森林所釋出的總量還要多。在全球經濟上, 有90% 以上的 國際商品交易, 都是經由海路運送的。

「國際海洋日」, 是在1992年, 由加拿大在巴西的里約熱內盧舉行的聯合國 Earth Summit (地 球高峰會) 上首次提出, 之後由Ocean Project(海洋計畫) 和World Ocean Network(世界海洋網 絡) 兩大團體合力推動, 在每年的6月8日, 都舉行「非官方」的活動, 直至2008年12月, 才由聯 合國大會決議通過, 正式認可。

第一屆的「國際海洋日」, 是在2009年6月8日, 由聯合國秘書長潘基文主持開幕儀式, 當年的主題為 “Our Oceans, Our Responsibility”, 總共有超過240項有關的活動。潘基文在開幕致辭中提到, 「國際海洋日」令我們知道海洋對人類生活的重要性, 亦藉此讓我們認識到維持海洋的生態、安全等所要面對的挑戰, 包括過度開採海洋資源、污染、及罪惡活動等。當年的主題, 是要讓大家認識到, 海洋是大家的, 每人都有責任, 共同保護海洋。

在2010年第二屆的主題是“Our oceans: opportunities and challenges”, 參加的國家有45個, 有 超過300項有關的活動, 比第一屆增加了四分之一。

第三屆的主題是“Our oceans: greening our future” 。由於全世界對「國際海洋日」關注的人 仕增加, 主辦單位的互聯網站,  竟然因為點擊太多而出現故障。

第四屆的是"Youth: the Next Wave for Change"。參加的國家有55個, 有超過600項有關的活 動。汲取了上一屆的經驗, 主辦單位改善了網站的運作, 未再有出現類似的故障。

去年的第五屆與今屆是同一的主題 “Together we have the power to protect the ocean"。

在Ocean Project和World Ocean Network兩大團體統籌之下, 自2003年以來, 世界各地已有超 過1600個單位參與, 包括水族館、動物園、博物館、環保組織、政府機關、及民間個人等。

在香港, 我們能做到的, 是先從「沙灘清潔」開始, 避免沙灘上的垃圾轉移到海上, 成為海洋污 染物, 在旅行、遊船河時, 亦勿將垃圾拋入海中。

保護海洋, 人人有責。

又從「捕碳」到「貯碳」

前兩篇提到, 在可見的未來, 仍然需要使用化石能源, 所以還是「有排碳」, 而要解決二氧化碳 氣排放到大氣中, 比較實際的辦法, 就是「捕碳」了。

「捕碳」, 是從「排碳」的源頭着手, 主要是排放大量二氧化碳氣的企業, 如煉油廠、冶金、化 肥及發電廠等, 將所排放出的二氧化碳氣收集、壓縮、運送、及最終埋藏在地底下, 而不讓其 排放到大氣中, 造成污染。現時在使用中的「捕碳」技術有三種: 就是「產前」、「產後」、 和「氧化」。

在三種之中, 較多使用的是「產後」的方法。所謂「產後」, 就是在化石燃料燃燒之後, 在所排 放出的廢氣中, 「捕捉」二氧化碳氣。這種技術最通常是應用於發電廠的「捕碳」, 而且已是 頗成熟的技術。

至於「產前」, 是大都應用在化工業、化肥業等, 是在產生二氧化碳氣之前已做功夫。方法是 先將化石燃料通過「部份氧化」的過程而「氣化」, 成為「合成氣體」(Synthetic Gas), 其中主 要成份為一氧化碳氣及水蒸汽, 然後再經另一個程序, 進一步轉化為二氧化碳氣及氫氣, 二氧化 碳氣「被捕」後, 剩下的純氫氣就用作真正的燃料來燃燒, 燃燒後的廢氣中只有水蒸汽, 而沒有 二氧化碳氣。

「氧化」是三種方法之中最昂貴的, 供應化石燃料燃燒的不是空氣, 而是純氧氣, 這樣化石燃料 就會燃燒得更完全、產生的熱量更多、溫度也更高。但為了不讓溫度太高, 把燃燒後產生的廢 氣重新注入燃燒室中來降低溫度；這樣循環燃燒最終所產生的廢氣, 就只有水蒸汽和二氧化碳 氣, 水蒸汽可以通過凝結而清除, 餘下的純二氧化碳氣就更易被「捕捉」了。這個方法雖然較 昂貴, 但差不多可以做到「零排放」, 唯一可能的漏洞, 是凝結了的水蒸汽中還可能含有些微的 二氧化碳氣, 但只要將之處理一下, 就可做到真正的「零排放」了。

無論用甚麼方法來「捕捉」到的二氧化碳氣, 最終都是要把它貯存或埋藏在地下, 或更理想的 是, 就在附近把它循環再造成其他有用的產品, 如塑膠、甲醇等工業產品。由「捕捉」地點到 任何處理地點, 中間都必然經過「運送」的過程, 最經濟的「運送」方法, 當然就是通過管道 了。在2008年, 美國就有接近6,000公里的管道用來「運送」二氧化碳氣。那些二氧化碳氣主 要是被「運送」到油田, 然後泵下那些產量在下降中的油井, 利用泵下的壓力, 來重新增加該油 井的產油量, 同時, 就把二氧化碳氣困在油井中, 完成埋藏「貯碳」的最後程序。

並不是世界各處都有類似的油井可以用來埋藏二氧化碳氣, 那就需要找尋另外的適當的地質構 造了。其中一種就是已廢棄的天然氣井, 因為井下有大量現成的不透氣的空間, 無需再花時間 和金錢來鑽井。另一類適合的地質結構是「鹽田」, 因為環境不適合人類居住, 又可以利用鹽 田中各種的金屬鹽, 與二氧化碳氣化合, 形成性質穩定的碳酸鹽, 達到「貯存」的效果。

另外, 可以將二氧化碳氣「埋藏」在沒有開採價值的煤層中，其理論基礎是: 煤會把二氧化碳 氣吸付在其表面, 而同時, 又會把本來已經吸付在表面的甲烷氣釋放出來。甲烷氣可以被收集 及出售作為燃料, 以抵消一部份「貯碳」的成本。

「捕碳」到最終「貯碳」, 都是希望減少在大氣中的二氧化碳氣的份量, 但如油田及煤層的 「貯碳」技術, 反而從另一方面增加了二氧化碳氣的產量, 實在是矛盾。此外, 被「貯碳」的二 氧化碳氣, 會有泄漏的風險, 造成另類環境污染。所以, 還是循環再造成 有用的物料, 來得比較 合理。

另篇再續。

「捕碳」新能手

APEC的消息傳來, 今屆會議其中一項重要成果: 在組織成員國之間, 有關「環保」的產品, 進口關稅會減低至5%, 這無疑對一項「捕碳」新技術, 是一個大好消息。

現時在使用中的「捕碳」技術, 不外是三種: 「產前」、「產後」、和「氧化」。前兩種是在 二氧化碳氣產生前、或後做功夫, 而「氧化」則是讓化石燃料在純氧氣中燃燒。不論那種方法, 成本都是相當高。而在前兩種方法, 更加會消耗大量的能源, 舉例如發電廠, 在「捕碳」時所消耗的電力, 可以達到該發電廠所生產的電力的30%之高! 在經濟上是十分不化算的的。

使用在發電廠的, 是屬於「產後」的「捕碳」技術, 是利用金屬氧化物, 來吸收排放出的廢氣中 的二氧化碳氣。但是現時所用於吸收的物質、及令其再釋放出已吸收的二氧化碳氣, 都是成本 最大的部份。最近, 澳洲的一位科學家, Dr. Matthew Hill, 發明了一種新的、晶體狀、 而內裡有大量空隙的物質, 名為 Metal Organic Frameworks, MOF (姑且譯作「金屬有機框架」), 是用十分輕的原子所合成, 可以比現在用於「捕碳」的金屬氧化物, 多吸收三倍的二氧化 碳氣, 如果把它用在「捕碳」方面, 可以大大節省成本。

MOF 之所以有此特性, 是因為其內部結構有如「棚架」, 因而大大增加其表面面積, 其內部的 表面面積, 可以是外部的表面面積的100倍! 舉一個簡單例子: 一個10厘米(cm) 直徑的象牙球, 外部的表面面積是314平方厘米, 如果它是完全空心的, 內部的表面面積亦是314平方厘米。但 若果這象牙球雕刻成有10層的, 理論上,  內部的表面面積亦增加了9個空心球的面積了, 如果象 牙球雕刻了「通花」, 內部的表面面積就增加得更多, 亦即象牙球的層數越多、「通花」越細 緻, 則內部的表面面積就越多了。一克(gram) 重的MOF, 即大約一茶匙的份量, 其總表面面積 就有7,000平方米! 即等於一個足球場的面積的80%了。如此巨大的表面面積, 可以吸收、並壓 縮大量的二氧化碳氣在其中, 節省「捕碳」、及之後運送的成本。

不過, 要真正可以成經濟而有效的「捕碳」方法, MOF 必須可以重覆循環使用, 否則制造MOF 的成本仍然是高。MOF 的另一特性是: 只要利用陽光所提供的能量, 就可以令其重新釋放70% 所吸收的二氧化碳氣, 所以只需較少的電能就可釋放餘下的30%了。

如果可以就地利用所「捕獲」的二氧化 碳氣作另外的用途, 減少了運送及貯存, 成本將更低呢! 所以在研究的同時, Dr. Hill 亦正在研究如何將「捕獲」的二氧化 碳氣用於制造塑膠之類的產 品。如此經濟又有效的「捕碳」新技術, 希望可以借乘APEC的「東風」, 廣泛利用於成員國的環保工作中。

從「排碳」到「捕碳」

兩則有趣的澳洲的政治新聞: 澳洲的反對黨前領袖, 批評現任的領袖, 在過去兩年的國會辯論中, 差不多只集中在「人蛇」及「碳稅」這兩個題目上。另一則是:  澳洲政府放棄關閉五座舊式 發電廠。

這裡所指的「碳」, 並非我們在BBQ時所燒的「炭」, 而是「二氧化碳氣體」中的「碳」, 是一 個化學元素; 而「碳稅」, 則是澳洲從今年七月一日新財政年度開始, 對向大氣排放「二氧化碳 氣」而造成大氣污染的五百間大企業, 所徵收的一種「環保稅」。目前, 全世界有二十個國家 有直接的、或間接的「碳稅」項目。在不同的國家中, 有不同的計算「碳稅」的方法。例如歐 盟的國家, 是根據會產生二氧化碳氣的燃料, 如石油、煤、及天然氣等, 其中的「碳」元素的含 量來計算, 另一些國家, 如澳洲等, 則是根據該企業所實際排放的二氧化碳氣的重量來計算。無 論那種計算方法, 最終的目的, 是希望通過徵收「碳稅」,「鼓勵」企業減少排放二氧化碳氣(多 排多交稅, 少排少交稅是也); 另一方面, 政府就以所收到的「碳稅」, 用來資助發展新的、較少 污染的能源、或新的環保技術的研究。

差不多同一時間, 澳洲政府的資源部長宣佈, 有關關閉五座用碣煤為能源的舊式發電廠, 在賠償 (或收購)價錢上談判失敗。原因是在過去的一年談判期間, 碣煤的價錢大跌, 而政府實施的「碳 稅」稅率, 又比一年前的所估計的為低, 令至該五座發電廠的資產值比一年前不跌反升, 政府惟 有放棄收購及關閉計劃, 這無疑是拖慢了澳洲的「減排計劃」的進度。

從這兩則新聞向前望遠一些, 估計在未來的五十年, 現時正在使用中的所謂「綠色能源」, 或 「環保能源」, 將仍無法代替傳統的化石能源。現時的「綠色能源」, 如太陽能電池、風力發 電等, 不但佔地多、投資價格高, 而且要「睇天做人」, 發電量不穩定、不夠可靠。反之傳統的 化石能源, 特別是石油, 差不可以靈活地用在上天、落地、入水、甚至上太空等任何環境。雖 然在過去的三、四十年, 人們都擔心石油會有耗盡的一天, 要急切找出代替它的新能源。可是, 在過去的日子中, 反而尋找到更多新的化石能源, 如頁岩石油、煤層氣、及可提練出大量天然 氣的「可燃冰」, 就是新發現的天然氣縕藏量, 所能提供的總能源, 比石油還要多 。所以, 要完 全沒有排放二氧化碳氣, 看來在可見的未來, 還是不大可能, 亦即是我們還是「有排碳」。

在減低排放二氧化碳氣的技術發展方面, 除了「斬腳趾、避沙蟲」不用化石能源之外, 就是如 何不讓所產生的二氧化碳氣排放到大氣中, 那就是 Carbon Capture (姑且譯作「捕碳」) 的技 術了。

「捕碳」, 是防止企業所產生的二氧化碳氣, 直接排放到大氣中, 這不單只是「留住」二氧化碳 氣, 還需要進一步的壓縮、運送、最終把它「貯存」、埋藏在大地深處, 或深海底裡, 這又是 另一門技術了: 「貯碳」。

如何「捕碳」和「貯碳」? 另篇再續。

「大力菜」太陽能電池

「大力菜」與太陽能電池, 兩者實屬「九唔搭八」, 想不出可以有甚麼關係。這其實是一篇略 為「花邊」的新聞標題(筆者姑且意譯而已), 但內容頗值得知道一下。大概是: 利用 Popeye (卡通片中的「大力水手」) 所食的「大力菜」(實為波菜), 提練出的一種植物性蛋白, 可以造出 更平、更高效率的太陽能電池。

美國田納西州的一間大學 Vanderbilt University 的一組研究人員, 在本週發表了一份研究報告, 講述他們發現, 一種植物性蛋白可以將光能轉化成為電子化學能, 如將之塗在一種特別處理過 的石英太陽能電池板上, 會令其產生更多的電能。如果研究成功, 這就是一種全新的 Biohybrid (姑且譯作「混合生物」) 太陽能電池了。

這種新品種的電池之所以能夠很便宜, 是因為所用的植物性蛋白有大量供應, 而且還可以循環 再用, 也十分環保。

研究人員所利用的植物性蛋白名為PS-1, 是從「大力菜」(波菜)提練出來的, PS-1 差不多能將 100%的太陽能轉化為電能, 雖然效率十分高, 但是對比起現時的石英太陽能電池板, 每單位面 積所產生的電能, 仍然是比較少。為了解決這一點, 研究人員在現時的石英太陽能電池板, 「殖 入」一種帶電苛的原子, 然後再在電池板上, 塗上一層PS-1, 經過這種特別處理之後, 電子就只 會從石英流向PS-1, 而不會倒流回去。

現時研究人員所造出來的新太陽能電池板, 能夠產生0.28伏特(Volt)的電壓, 是現時的太陽能電 池板0.35伏特的80%。

到現時為止, 這種新太陽能電池板仍是在研究階段, 還未能超越現時的太陽能電池板, 但是, 這 項發明的前景樂觀, 因為PS-1的來源是植物, 在生產時可以利用各種「野草」類的植物作為提 練來源, 而無需一定要用「大力菜」, 就會大大減低成本, 而且未來更可能幫助第三世界的發展 中國家, 加強使用太陽能來解決能源供應, 及減少使用化石能源發電所造成的污染呢!