溫室效應 成功大學電機系通識教育 應用電學 授課老師 張天豪 何謂「溫室效應」 溫室效應，是指地球大氣層上的一種物理特性。 假若沒有大氣層，地球表面的平均溫度不會是現在合宜的 15℃，而是十分低的-18℃。這溫度上的差別是由於一類名為溫 室氣體所引致，這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的 能量平衡。 在現況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射後能平衡於釋 放紅外線輻射到太空外。但受到溫室氣體的影響，大氣層吸收 紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度 上升，此過程可稱為「天然的溫室效應」。 但由於人類活動釋放出大量的溫室氣體，結果讓更多紅外線輻 射被折返到地面上，加強了溫室效應的作用。 3 最主要的溫室氣體是二氧化碳 二氧化碳主要排放源來自於發電、工業生產及運輸。 – 發電：大部分電廠使用的能源是化石燃料，使用化石燃料發 電所排放的二氧化碳，約佔全球排放量的36%。 – 運輸：運輸工具使用化石燃料所排放的二氧化碳，約佔全球 排放量的24%，這些排放出來的二氧化碳大多來自汽車燃 油。 – 工業：若不包括電力的使用，電力的使用，工業在全球二氧 化碳排放量中約佔18%。過去這類二氧化碳的排放量主要來 自已開發國家，未來，開發中國家隨著經濟的成長，二氧化 碳的排放量也會大幅提升。 – 建築物：建築物使用電力和燃料來產生冷暖氣，照明和動 力，其中住宅二氧化碳排放量約佔地球的8%。 溫室效應所造成的影響 若是溫室效應氣體濃度不斷增加，則將使地表溫度增加，進而 導致氣候的變化，其影響包括 – 北半球冬季將縮短，並更冷更濕，而夏季則變長且更乾更熱，亞 熱帶地區則將更乾，而熱帶地區則更濕。 – 由於氣溫增高水汽蒸發加速。全球雨量每年將減少，各地區降水 型態將會改變。 – 改變植物、農作物之分佈及生長力，並加快生長速度，造成土壤 貧瘠，作物生長終將受限制，且間接破壞生態環境，改變生態平 衡。 – 海洋變暖、海平面將於2100年上升15至95公分，導致低窪地區海 水倒灌，全世界三分之一居住於海岸邊緣的人口將遭受威脅。 – 改變地區資源分佈，導致糧食、水源、漁獲量等的供應不平衡， 引發國際間之經濟、社會問題。 溫室氣體 何謂溫室氣體 溫室氣體是指大氣中能產生溫室效應的氣 體成分。 地球因為擁有其他星球所沒有的大氣層， 使他成為適合人類居住的地方。白天它會 吸收太陽的輻射, 使地球不致太熱，晚上反 而能阻擋地球散去輻射熱，使地球不致太 冷，日夜溫差因而不會太大，這些氣體我 們稱之為「溫室氣體 」。 溫室氣體的種類 大氣中最主要的溫室氣體是水氣 (H2O)，水氣所產生的溫室效應大 約佔整體溫室效應的60至70%。 其 次 是 二 氧 化 碳.
Download ReportTranscript 溫室效應 成功大學電機系通識教育 應用電學 授課老師 張天豪 何謂「溫室效應」 溫室效應，是指地球大氣層上的一種物理特性。 假若沒有大氣層，地球表面的平均溫度不會是現在合宜的 15℃，而是十分低的-18℃。這溫度上的差別是由於一類名為溫 室氣體所引致，這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的 能量平衡。 在現況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射後能平衡於釋 放紅外線輻射到太空外。但受到溫室氣體的影響，大氣層吸收 紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度 上升，此過程可稱為「天然的溫室效應」。 但由於人類活動釋放出大量的溫室氣體，結果讓更多紅外線輻 射被折返到地面上，加強了溫室效應的作用。 3 最主要的溫室氣體是二氧化碳 二氧化碳主要排放源來自於發電、工業生產及運輸。 – 發電：大部分電廠使用的能源是化石燃料，使用化石燃料發 電所排放的二氧化碳，約佔全球排放量的36%。 – 運輸：運輸工具使用化石燃料所排放的二氧化碳，約佔全球 排放量的24%，這些排放出來的二氧化碳大多來自汽車燃 油。 – 工業：若不包括電力的使用，電力的使用，工業在全球二氧 化碳排放量中約佔18%。過去這類二氧化碳的排放量主要來 自已開發國家，未來，開發中國家隨著經濟的成長，二氧化 碳的排放量也會大幅提升。 – 建築物：建築物使用電力和燃料來產生冷暖氣，照明和動 力，其中住宅二氧化碳排放量約佔地球的8%。 溫室效應所造成的影響 若是溫室效應氣體濃度不斷增加，則將使地表溫度增加，進而 導致氣候的變化，其影響包括 – 北半球冬季將縮短，並更冷更濕，而夏季則變長且更乾更熱，亞 熱帶地區則將更乾，而熱帶地區則更濕。 – 由於氣溫增高水汽蒸發加速。全球雨量每年將減少，各地區降水 型態將會改變。 – 改變植物、農作物之分佈及生長力，並加快生長速度，造成土壤 貧瘠，作物生長終將受限制，且間接破壞生態環境，改變生態平 衡。 – 海洋變暖、海平面將於2100年上升15至95公分，導致低窪地區海 水倒灌，全世界三分之一居住於海岸邊緣的人口將遭受威脅。 – 改變地區資源分佈，導致糧食、水源、漁獲量等的供應不平衡， 引發國際間之經濟、社會問題。 溫室氣體 何謂溫室氣體 溫室氣體是指大氣中能產生溫室效應的氣 體成分。 地球因為擁有其他星球所沒有的大氣層， 使他成為適合人類居住的地方。白天它會 吸收太陽的輻射, 使地球不致太熱，晚上反 而能阻擋地球散去輻射熱，使地球不致太 冷，日夜溫差因而不會太大，這些氣體我 們稱之為「溫室氣體 」。 溫室氣體的種類 大氣中最主要的溫室氣體是水氣 (H2O)，水氣所產生的溫室效應大 約佔整體溫室效應的60至70%。 其 次 是 二 氧 化 碳.
溫室效應 成功大學電機系通識教育 應用電學 授課老師 張天豪 1 何謂「溫室效應」 溫室效應，是指地球大氣層上的一種物理特性。 假若沒有大氣層，地球表面的平均溫度不會是現在合宜的 15℃，而是十分低的-18℃。這溫度上的差別是由於一類名為溫 室氣體所引致，這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的 能量平衡。 在現況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射後能平衡於釋 放紅外線輻射到太空外。但受到溫室氣體的影響，大氣層吸收 紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度 上升，此過程可稱為「天然的溫室效應」。 但由於人類活動釋放出大量的溫室氣體，結果讓更多紅外線輻 射被折返到地面上，加強了溫室效應的作用。 2 3 最主要的溫室氣體是二氧化碳 二氧化碳主要排放源來自於發電、工業生產及運輸。 – 發電：大部分電廠使用的能源是化石燃料，使用化石燃料發 電所排放的二氧化碳，約佔全球排放量的36%。 – 運輸：運輸工具使用化石燃料所排放的二氧化碳，約佔全球 排放量的24%，這些排放出來的二氧化碳大多來自汽車燃 油。 – 工業：若不包括電力的使用，電力的使用，工業在全球二氧 化碳排放量中約佔18%。過去這類二氧化碳的排放量主要來 自已開發國家，未來，開發中國家隨著經濟的成長，二氧化 碳的排放量也會大幅提升。 – 建築物：建築物使用電力和燃料來產生冷暖氣，照明和動 力，其中住宅二氧化碳排放量約佔地球的8%。 4 溫室效應所造成的影響 若是溫室效應氣體濃度不斷增加，則將使地表溫度增加，進而 導致氣候的變化，其影響包括 – 北半球冬季將縮短，並更冷更濕，而夏季則變長且更乾更熱，亞 熱帶地區則將更乾，而熱帶地區則更濕。 – 由於氣溫增高水汽蒸發加速。全球雨量每年將減少，各地區降水 型態將會改變。 – 改變植物、農作物之分佈及生長力，並加快生長速度，造成土壤 貧瘠，作物生長終將受限制，且間接破壞生態環境，改變生態平 衡。 – 海洋變暖、海平面將於2100年上升15至95公分，導致低窪地區海 水倒灌，全世界三分之一居住於海岸邊緣的人口將遭受威脅。 – 改變地區資源分佈，導致糧食、水源、漁獲量等的供應不平衡， 引發國際間之經濟、社會問題。 5 溫室氣體 6 何謂溫室氣體 溫室氣體是指大氣中能產生溫室效應的氣 體成分。 地球因為擁有其他星球所沒有的大氣層， 使他成為適合人類居住的地方。白天它會 吸收太陽的輻射, 使地球不致太熱，晚上反 而能阻擋地球散去輻射熱，使地球不致太 冷，日夜溫差因而不會太大，這些氣體我 們稱之為「溫室氣體 」。 7 溫室氣體的種類 大氣中最主要的溫室氣體是水氣 (H2O)，水氣所產生的溫室效應大 約佔整體溫室效應的60至70%。 其 次 是 二 氧 化 碳 (CO2) 大 約 佔 26%。 其他還有臭氧(O3)、甲烷(CH4)、 一氧化二氮(又稱笑氣，N2O)、氟 氯 碳 化 物 (CFCs) 、 全 氟 碳 化 物 (PFCs)、氫氟碳化物(HFCs)，含 氯 氟 烴 (HCFCs) 、 全 氟 碳 化 物 (PFCs)及六氟化硫(SF6)等等。 8 溫室氣體的比例 二氧化碳（CO2） 55% 甲烷（CH4） 15% 氧化亞氮 氟氯碳化物（CFCs） 6% 24% 9 各種溫室氣體的增溫效應比較 各種溫室氣體的人為活動產生源 氣體 人類活動 二氧化碳(CO2) 增溫效應（以二氧 化碳作為基準） 1 甲烷(CH4) 121 氮氧化合物(N2O) 310 氟氯碳化物(CFCs) 140-11700 全氟碳化物(PFCs) 6500-9200 六氟化硫(SF6) 23900 產出氣體 石油、煤等石化原 二氧化碳(CO2) 料的燃燒 農業活動 甲烷(CH4)、 氧化亞氮(N2O) 工業製成品（如： 氟氯碳化物(CFCs) 冷媒） 物質燃燒 氧化亞氮(N2O) 工廠、汽車排放之 臭氧(O3) 氮氧化合物及碳水 化合物經過光化學 作用所合成 10 京都議定書 聯合國於1992年地球高峰會舉辦 之時，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。 為了落實溫室氣體排放管制工作 1997年12月於日本京都舉行聯合 國氣候變化綱要公約第三次締約 國大會，通過具有約束效力的京 都議定書（Kyoto Protocol），以 規範工業國家未來之溫室氣體減 量責任。 11 京都議定書的目的 – 防止溫室氣體造成的全球暖化和破壞現象。 京都議定書的實行方法 – 先定下溫室氣體排放的標準，然後各國減量到一定 的環保水準，若沒有達到此水準，會以貿易制裁或 是罰金來處理，而那些罰金就會用來幫助未開發國 家。 京都議定書參與國 – 歐盟及其15國（歐盟15國包括：奧地利、比利時、 丹麥、芬蘭、法國、德國、希臘、愛爾蘭、義大 利、盧森堡、荷蘭、葡萄牙、西班牙、瑞典、英 國）。 12 ■：既是締約國又批准了條約的國家 ■：締約國並即將批准條約的國家 ■：拒絕簽約國家 ■：態度未定 特別值得注意的是，澳大利亞和美國也是締約國，但是，他們最終拒絕批准該條約。 13 如何減少二氧化碳產生 14 自工業革命以來，化石燃料的使用導致了溫室 效應，並對環境產生了嚴重的影響，身為地球 村的一員，當然要減少二氧化碳的排放，最直 接的方法就是從日常生活做起。 在日常生活中，最能減少二氧化碳排放的方法 有很多，像是大家容易忽略而導致能源浪費的 地方，就是「待機電力」。如：電腦、電視、 洗衣機、床頭音響等，若不使用時應該把主電 源開關切掉或把插頭拔掉，以節省待機所消耗 的電力。 在交通方面，建議民眾儘量搭乘大眾運輸交通 工具，配合步行或自行車，或與親朋好友建立 汽車共乘制度，以減少汽、機車排放二氧化碳 的機會。 15 此外冷氣機要避免裝 設在日光直射的地 方，並應加裝遮陽棚 以防止日曬。使用時 溫 度 設 定 以 攝 氏 26 至 28 度 為 宜 ， 並 搭 配 電 風扇使用，可降低耗 電量並增加室內冷房 效果。 16 照明燈具的選購與使 用也是很重要，燈管 的選購訣竅在於「長 的比短的好，直得比 彎的省電」。其次， 以白色日光燈管替代 晝光燈色日光管，可 以省10%電力，還要養 成隨手關燈的習慣。 17 節能標章 台灣「節能標章」的標誌，標誌中 央圖案是可燃油料，外圍則以手及 電器插頭圍繞成心型，象徵用心節 約，用行動實踐省油、省電、已呼 籲國人響應節約能源從生活上的點 滴做起。 「節約能源」並不是意味不消費能 源，而是指更用心珍惜能源，當用 則用，當日益耗竭的能源。那麼在 日常生活中有什麼好方法可以節約 能源，以減少二氧化碳的排放呢？ 建議大家可從選購及使用「節能標 章」認證的產品，以及培養節能習 慣、落實節能行為等方面著手。 18 貼著「節能標章」的家電用品 19 還要加強開發替代能源來代替石化燃料，如：地 熱、力、風能、核能、太陽能、天然氣之取得及使 用。 除了上面所舉的一些例子之外，還有就是不減少紙 張用及重覆使用紙張，這樣才能減少樹木被砍伐。 此外還減少砍伐熱帶雨林，熱帶雨林有地球的肺的 稱呼，因為熱帶雨林會吸收二氧化碳，來產生氧 氣，佔地球上氧氣產量的40%，都是經由亞馬遜河 區的熱帶雨林產生。熱帶雨林雖僅佔地球表面的一 小部份，然而它對我們呼吸的空氣和世界上的氣候 影響極大。 20 下海入地，封裝儲存 以二氧化碳的儲存法而言，將排放之二氧 化碳經處理後封存不再排放至大氣中。依 儲存之地點可分為以下幾種方法 – 地質儲存法 – 海洋儲存法 – 其他儲存法 21 地質儲存法 將二氧化碳經濃縮、壓縮處理後，將之儲存於地質結構 中，如廢煤田、廢氣田、廢天然氣田和地下水層等，以 達到儲存的目的。 挪威國家石油公司（Statoil）於北海氣田所產之天然氣 含有過量的二氧化碳，為了規避支付為數相當龐大的碳 稅，Statoil於1996年首度嘗試將所排放之二氧化碳注入 位於該油氣層上方的地下水層。另美國能源部也會同其 他15個國家政府機構、大學與研究機構，探討將二氧化 碳經壓縮後，以管線輸送至油田進行二氧化碳掩埋計 畫，目前已打入19億立方公尺的二氧化碳。而丹麥、澳 洲、加拿大等國，也都有類似示範探討之案例。 22 海洋儲存法 將二氧化碳經濃縮、壓縮後，將之儲存於深海之中，以 達到儲存的目的。1970年代後期起，科學家即著手研究 將二氧化碳注入海中之可行性，二氧化碳海洋之儲存技 術可以區分為兩大類 – 以「湖泊」的方式將二氧化碳儲存於深海中。 – 以「稀釋儲存」的方式概念，將二氧化碳溶解於海水中。 但是對於海洋儲存法可能發生之環境衝擊，仍然值得關 注，包括：以乾冰的形式儲存在深海中之二氧化碳，可 能會因地球溫度上升而外洩；以及由於二氧化碳之溶 解，增加海水之酸值。這些衝擊的發生，對全球生態的 影響都將無法估計。 23 其他儲存法 將二氧化碳以其他的形式儲存，如將二氧 化碳與陽離子反應成為固態碳酸鹽；或與 水泥、飛灰、混凝土等反應，可做為建築 之材料等。 24 以光合作用固定 以二氧化碳之生物固定技術法來說，將排放之二氧化碳 經生物固定後不再排放至大氣中。依生物生長之地點， 亦可分為以下兩種方法 – 海洋生物固定法：由海洋生物利用光合作用達到固定二氧化 碳的目的。學者發現對海水中的浮游微生物營養源的需求， 用硫酸鐵「施肥」可使單細胞浮游藻類大量繁殖，然而投入 海水之肥料可能成為另一種環境污染。 – 植物固定法：利用陸生植物進行光合作用達到固定二氧化碳 的目的。但影響陸生植物光合作用的因素甚多，如二氧化碳 濃度、光、溫度及水分、可用土地、樹種及樹齡等，都是甚 為重要的影響因素。 25 新技術的發展考量 另外，就儲存及生物固定相關條件來探討時，以儲存及 生物固定方式處理二氧化碳時，應該考慮以下相關技術 的發展，包括： – 探勘技術：主要為討論探勘可儲存及生物固定之環境結構的 技術，來探測儲存及生物固定空間；並探測地質與海洋的化 學環境，藉以評估其對二氧化碳溶解及沉澱的能力。 – 監測技術：討論儲存及生物固定二氧化碳之監測技術，並觀 察其是否有逸散之現象、以及儲存與生物固定之二氧化碳 量。 – 二氧化碳濃縮、壓縮運輸條件：討論濃縮、壓縮運輸過程 中，二氧化碳的壓力、溫度及運輸工具等。 26 學者們提出了七種解決辦法 – 其一是掩埋二氧化碳。人們可以將二氧化碳氣體壓縮成液 體，然後將其儲藏到地下或海底。人們已在美國得克薩斯州 改作他用的油井裏做過嘗試，挪威和德國目前正在修建配有 掩埋設施的熱電站。每噸二氧化碳的儲藏成本估計為十幾歐 元，但儲藏容器的密封性目前還無法得到確保。 – 其次是植樹。植物天生吸收二氧化碳，擴大森林面積還能降 低太陽對地球表面輻射的反射影響。 – 其三是培養海洋浮游生物。和植物一樣，海洋浮游生物也吸 收二氧化碳。一些實驗室在太平洋地區為刺激其生長進行了 嘗試。 – 其四是將二氧化碳變成碳氫燃料。義大利化學家從２００４ 年以來一直致力於有關研究計劃，其目標是研製出一種依據 光合作用原則發揮作用的催化劑，它可以利用太陽能使二氧 化碳變成碳氫化合物。 27 – 其五是圍繞地球建起一個熱保護罩。１９９５年諾貝 爾化學獎得主、荷蘭人保羅·克魯岑因研究破壞臭氧層 而知名。他建議圍繞地球建起一個熱保護罩，同時散 播數百萬噸在同溫層經過硫處理的微粒。 – 其六是將地球置於陰影中。美國航太局的研究人員想 像向太空發射一面大鏡子，通過製造黑點切斷地球和 太陽之間的聯繫，從而起到降溫的作用。 – 其七是減少動物的脹氣 。澳大利亞進行的一項研究 稱，飼養動物排放的氣體大約佔溫室效應的近一成。 牲畜排泄物中所含的甲烷具有比二氧化碳高出２０倍 的熱能。僅一隻羊每年就產出７公斤的熱能；一頭牛 產出的熱能則為１１４公斤。澳大利亞雪梨的一個研 究小組已著手研製一種通過腸內菌群微生物防止體內 氣體產生的疫苗。最初在羊身上做的試驗更證明，此 舉還能促使羊體重增加和羊毛產量增多。 28