淺析全球能源部門2050淨零排放

周麗芳*王彬墀 **  主筆

*政大綠色能源財經研究中心主任

**台灣永續能源研究基金會副執行長

　　永續發展（Sustainable Development）已蔚為國際風潮，淨零排放（Net Zero）順勢成為各國環境治理新趨勢，迄今已有138個國家承諾邁向淨零排放，這些國家的溫室氣體排放約占全球85.8%，而產業部門與企業機構亦紛紛響應，共同努力在2050年實現淨零排放，並將全球氣溫上升幅度控制在相較工業革命前的1.5°C以內。臺灣於2021年宣示加入2050淨零排放行列，並於2022年3月提出《2050淨零排放路徑及策略總說明》，期化危機為轉機，並積極掌握商機。

　　探究淨零排放，並不是不排放，而是一方面將人為造成的溫室氣體排放極小化，另方面運用負碳技術與自然碳匯加以抵消，在排放與吸收的平衡間，實質達成淨零目標。其中，在極小化人為造成的溫室氣體排放上，可減少能源排放：例如減少直接燃燒煤炭、石油與天然氣所產生的溫室氣體，亦可減少非能源排放：例如減少工業製程所產生的含氟氣體、農業與廢棄物所產生的甲烷氣體等。此外，亦可導入能資源再利用、低碳製程、綠建築、綠運輸、電網系統整合、儲能、氫能等永續低碳作法。在運用負碳技術上，則可採行碳捕捉、利用與封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS），使所減少的溫室氣體，超過所產生的溫室氣體。在自然碳匯上，則可藉由森林植物、海洋及土壤從大氣中吸收碳。換言之，2050淨零排放路徑的規劃，有賴工業、建築、運輸、電力與負碳技術等多元管道齊頭並進。

　　根據國際能源總署（International Energy Agency, IEA）統計，能源部門約占當前溫室氣體排放的四分之三，對抗氣候變遷，能源部門自當率先採取行動，扮演淨零排放先鋒角色。國際能源總署於2021年提出《全球能源部門2050年淨零排放路徑圖》，在眾多淨零排放路徑中，致力找出技術上最可行、成本效益最高、社會上最能接受的路徑。國際能源總署特別強調，在推動能源淨零轉型過程中，對於全球能源的生產、運輸與使用，須進行空前的轉變；同時，要兼顧三大能源淨零轉型原則：(1)能源供給安全與財務可負擔性，(2)公平轉型與社會包容，不遺落任何一人，(3)以人為本，公民參與。也就是說，能源系統轉型須兼顧供給永續穩定與民眾得以負擔；在創造轉型機會時，須考量不同族群與世代的公平性，並確保各經濟體獲得所需資金與技術知識，優化或建構其能源系統，俾提供適足潔淨能源；同時輔導原先化石能源產業的從業者，並鼓勵轉進潔淨能源領域，讓人人都是推動能源轉型的參與者。

　　國際能源總署歸納各項模擬結果得出，欲實現能源部門2050年淨零排放目標，需要強而有力的政策措施和技術工具。圖1揭露淨零排放情境下，2020-2050年不同減量措施所貢獻的減排量，從目前到2030年，太陽能、風能與能源效率，將貢獻約一半的減排量，爾後電氣化、CCUS、氫能與民眾行為改變的減排貢獻，將逐漸增加。由圖1亦可窺見全球能源系統脫碳的七大關鍵支柱（Key Pillars of Decarbonisation）：能源效率、行為改變、電氣化、再生能源、氫與氫基燃料、生質能與CCUS。

　　以下簡述能源系統脫碳的七大關鍵支柱。（1）提高能源效率。提高能效對減少能源需求帶來重要貢獻，尤其在淨零排放實施初期，舉凡工業製造、建築物、電器與交通運輸等，皆可藉由改善能效快速展現減排效益。在淨零排放情境下，如果沒有提高能效、行為改變與電氣化措施，2050年的最終能源消費量將高出約90%。（2）行為改變。民眾行為改變係淨零政策成敗的關鍵，如何與民眾溝通，進而內化到其日常生活，從低碳交通、節能產品、低碳生活、裝設太陽能板、採購電動車等行為，皆有賴民眾的自我覺醒與自主行動；在淨零排放情境中，由目前到2050年，行為改變將使能源相關活動每年平均減少約10-15%。（3）電氣化。從目前到2050年，全球電力需求將增加一倍以上，最大增幅落在產氫與工業部門。電氣化直接使用低排放電力取代化石能源，是驅動淨零排放的重要動力，電氣化的減排占2050年總減排量約20%。（4）再生能源。再生能源技術的純熟與突破，是減少電力供應排放的關鍵，風能和太陽能的擴張，將發揮引領效果。在淨零排放情境下，再生能源發電量到2030年將增加約2倍，到2050年將增加約7倍以上。而再生能源、儲能技術與強韌電網，對於維護電力安全至為關鍵。（5）氫與氫基燃料。氫與氫基燃料最初關注的重點，在於可從既有化石能源轉向低碳氫能，無需建立新的傳輸與配送基礎設施，不僅在工業、精煉廠和發電廠中使用，亦可將氫氣混合到天然氣中配送給終端使用者。在淨零排放情境下，2030年起所有部門都將迅速擴大低碳氫的使用。在電力部門，氫和氫基燃料為電力系統靈活提供低碳能源，燃氣發電進行天然氣混氫發電，與燃煤電廠進行燃煤混氨發電，也是發展趨勢。此外，至2050年，在交通運輸方面，氫能將滿足卡車燃料消費量近三分之一，氫基燃料則將滿足航運燃料消費量約60%以上。（6）生質能。在淨零排放情境中，到2030年固態生質能的傳統使用量將下降為零，液態生質能的消費量則大幅擴增，從2020年的160萬桶油當量/日，上升到2030年的600萬桶油當量/日，主要用於公路交通運輸，至2050年，將擴增至700萬桶油當量/日，主要用途則轉向航運與航空。此外，至2050年，將有約10%的生質能在配備有CCUS設施中使用。（7）CCUS。CCUS廣被重視，在於其淨零轉型路徑多元，包括為現有設備解決排放問題、為減排困難部門解決排放問題、為低碳產氫提供成本效益模式、使用配備碳捕捉和封存設備的生質能（Bio-Energy with Carbon Capture and Storage, BECCS）以及直接空氣捕捉(Direct-Air Capture, DAC)的碳捕捉和封存。2050年二氧化碳捕獲量近20%將來自電力部門（其中約45%來自燃煤電廠，40%來自生質能電廠，15%來自燃氣電廠）。到2050年，每年從不同來源捕獲的二氧化碳將高達7.6 Gt，2.4 Gt捕獲的二氧化碳來自生質能的使用和直接空氣捕捉，其中1.9 Gt將永久封存。

　　此外，國際能源總署推估，發電占能源相關排放總量的36%，是能源相關二氧化碳排放的最大來源，電力部門轉型成敗，攸關2050年全球能源部門淨零排放的實現。在淨零排放情境下，至2050年化石燃料的需求量將大幅下降，而電力需求量則迅速攀升。隨著經濟活動增加、使用快速電氣化以及電解產氫擴大，全球電力需求量從2020年至2030年將增加約40%，到2050年將增加約1.5倍以上。根據國際能源總署預測，全球來自發電的排放量，將於2040年全面達到淨零，電力部門將是最早實現淨零排放的部門，主要原因包括成本低、政策支持度廣，以及成熟的再生能源技術。而再生能源是推動電力部門淨零轉型的最大功臣。由圖2得知，再生能源在發電量占比急速擴增，從2020年的29%上升到2030年的60%，到2050年將趨近約90%，與核能、氫能和CCUS相輔相成。其中，太陽能與風能又是再生能源的火車頭，引領再生能源快速成長，到2050年，太陽能與風能的發電量將各自超過23,000 TWh。此外，為提高電力系統的靈活性並維持電力安全，太陽能和風能發電將普遍配備電池等儲能系統。再者，搭配水力或氫能發電，則可維持連續多日或多個季節的發電備載彈性。

　　綜觀臺灣目前能源部門的淨零排放，係由經濟部能源局主責，任務聚焦在能源系統淨零轉型與打造無碳電力系統，主要推動策略計有：（1）最大化再生能源設置，包括擴大太陽光電、風電設置，評估地熱、海洋能前瞻應用技術；（2）建置無碳火力發電，包括電力系統搭配儲能系統，進口碳中和天然氣、燃氣發電加氫混燒，發展碳捕存與再利用技術；（3）氫能之未來創新潔淨技術應用。在臺灣能源轉型過程，如何打造零碳能源系統，提升能源系統韌性，並開創綠能產業生態圈與國際投資，將是當務之急。另一方面，能源需求成長趨緩，但臺灣電力需求卻呈現成長趨勢，肇因於電氣化為淨零趨勢，加上民生產業、資通訊產業蓬勃發展，驅動電力需求持續成長。電力淨零排放現由台灣電力股份有限公司主責推動，主要推動策略計有：電源端、電網端與需求端。（1）電源端：強調能源結構綠色轉型，低碳能源替代高碳，碳捕集、儲存之固碳技術。（2）電網端：強調再生能源併網極大化，智慧電網及AMI智慧電表基礎建設，搭配儲能穩定供電。（3）需求端：強調推動需量反應，節約能源措施。在電力部門淨零排放上，再生能源持續加大力道，發展新能源科技、儲能設備以及電網升級，為當前關鍵作法。參考國外經驗，臺灣能源部門亟需提出2050年淨零排放具體路徑與細部藍圖，方能面對及因應未來諸多嚴峻挑戰。

參考文獻：

1.行政院國發會，2022，臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明。https://www.ndc.gov.tw/Content_List.aspx?n=FD76ECBAE77D9811

2.經濟部，2050淨零排放。https://go-moea.tw/

3.IEA (2021), Net Zero by 2050, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050