作者：楊卓儒/編輯：歐陽孚、郭致廷
《前言》
提到生質能源與其他產業的資源競爭，許多人首先想到能源作物會與糧食競爭土地。但是除此之外，種植能源作物與生產生質能源的精煉廠都會使用大量的水資源，對於農業與工業用水造成很大的影響。近幾年，這個議題吸引許多專家的注意與討論，可以說，水資源管理對於生質能源產業的發展佔有關鍵的地位，水資源的短缺是個嚴重的問題。現代社會進步的自來水系統讓人們打開水龍頭就可以得到日常用水。然而這樣便利的系統讓人們遺忘了『水』是多麼珍貴的自然資源而缺乏節省的觀念。現代人對水的依賴程度仍然與千百年前的祖先們相同，但由於工業、農業等各類用水都出現了大幅度的成長，我們現在正以極快的速度消耗地球上可用的水資源。居住在台灣的各位可能無法相信，縱使我們平均每年都有2000多毫米的降雨量，台灣仍然是世界排名第十八的缺水地區。台灣尚且如此，現在，地球上正有將近1/3的人生活在缺水的地區，而根據聯合國教育科學與文化組織於2009年3月所發布的世界水資源開發報告(World Water Development Report, WWDR)(註1)：2030年，估計世界上將有47%的人口居住在用水高度緊張的地區。2030年距離現在也只剩下18年而已，可以說在不久的將來，『無水可用』不僅僅是惡夢，而有很大的可能變成現實。在危機如此迫切的情形下，水資源短缺這項事實卻相對較少受到關注。這篇文章將從讓各位瞭解地球上總水量的分布情形以及水的循環開始，接著討論影響水資源供給的因素。
地球上的總水量大約是14億立方公里，這麼大的體積若是一個正立方體，單邊的長度大約是1,120公里，其長度大約是台灣本島南北縱長的2.8倍。然而這麼多的水量中，除去海水所佔的95%，其餘的淡水資源（約3,600萬立方公里）尚須扣除難以利用的南北極冰山及高山的冰雪，其餘才是方便人們取用的湖水、河水及地下水，不到總水量的1.5%。
圖片來源
如下圖所示，中小學地理課本上提到水可以經由水文循環持續被利用。所謂的水文循環是：水蒸發到大氣層形成水氣，當水氣飽和會進一步形成雲層，雲層遇冷後會凝結成為降雨滲透地面形成地下水，再進一步成為地表水（河川與湖泊），最終供人使用。地表水遇熱再度蒸發至大氣層，開始新的一輪循環。水循環的週期依水體不同而有所不同，大氣中的水更新週期大約是8~9天。(註2)然而，聯合國資深水資源顧問Maude Barlow與Tony Clarke合著的水資源戰爭（Blue Gold: The Fight to Stop the Corporate Theft of the World’s Water）一書提到，全球只有34,000立方公里的雨水可以通過地下水及河流重新進入循環，而這不到總水量的0.024%。
在資源總量本就稀少的情況下，淡水資源的分佈並不是平均地分佈在全世界，會根據地理條件有不同的分佈情形（請參考下圖）。舉例來說，20%的淡水資源分佈於亞馬遜河流域，但整個澳洲卻只佔了1%。
簡而言之，淡水資源具有稀少但不可或缺、分佈不均且難以替代的特性。在未來，當人們對於水需求得不到基本的滿足，水資源的爭奪勢必引起爭端，地區間的衝突也將難以避免。我們可以說，眼下的水資源問題並不只是單一國家或是單一地區的問題，而是全球性的資源管理危機。
影響水資源供給的因素
人口成長是衝擊水資源管理的首要因素。2025年，世界上的五大爭水『熱點』（鹹海地區、恆河流域、約旦河流域、尼羅河流域以及底格里斯河－幼發拉底河流域）的人口預計將有45%-75%的成長。聯合國糧農組織認為世界農產必須要持續增加才能夠趕上人口成長的速度，而隨著農產品產量的增加，農業所需的灌溉用水必然將大幅上升。另一方面，隨著現代衛生系統的發展，民生用水有許多浪費之處仍待改進。舉例而言，一般抽水馬桶沖一次水大約需要消耗13公升的水，仍有改善的空間。另外，城市的自來水系統在管線品質不良的情況下，在輸送的過程中會白白洩漏掉可觀的水資源。以台灣為例，由於文氏管老舊(註3)，至2010年底為台灣自來水漏水率高達20.51%，高於世界平均的18%。
人口成長同時影響能源的消耗，而能源更是水資源消耗的大宗。如上圖，美國地質調查局（United States Geological Survey, USGS）提供的2005年美國每日用水分佈圖顯示，一天合計410,600百萬加侖的水中，有201,000百萬加侖用於熱電（Thermoeletric），相當於48.9%的水都用於能源供給。除了現行的火力電廠及核能電廠之外，我們在系列專欄中及之前的文章都有提到，再生能源同樣會消耗水資源。以生質燃料為例，種植能源作物所需要的灌溉用水及製造過程中的用水相當驚人。下圖是生質乙醇和其他燃料車輛每跑100英哩需消耗水量的比較，與其他燃料相比，生質燃料所消耗的水量大約是18~886倍不等。許多專家認為生質能源發展應著重於農業或都市廢棄物的處理，藉由廢棄物處理過程中獲取生質燃料。例如我們之前提過的“廢棄稻稈變燃料 綠能柴油車上路”或是“利用藻類淨化農業廢水的新系統”都是結合廢棄物處理及生質燃料生產的例子。利用廢棄物轉化為生質燃料雖然仍需在製程中消耗水資源，卻不需要消耗灌溉用水，大大降低整個生產生質燃料過程中所需的水資源總量
農業用水增加除了受到人口成長的影響而增加之外，生產型態的轉變也是農業用水成長的因素之一。在拉丁美洲與亞洲，過去小而精的農業逐漸被以出口為導向的農業企業化經營所取代。這種生產方式需要大量的灌溉用水，進而加速水資源的消耗。除了『量』，大規模的農業生產也影響了水資源的『質』－生產時所施用的肥料與農藥滲進土壤污染了地下水、湖泊與河川，讓水資源系統愈來愈脆弱。水資源的另一個污染源是工業廢水中的有毒溶劑和有機物。Maude Barlow與Tony Clarke在書中指出，電子業等高科技產業並不如想像中的『乾淨』，美國環保數的『有害污染源』名單中，位於矽谷的公司比美國其他地區都還要多，矽谷同時有超過150處的地下水源，可能都與高科技生產有關係。
除了上述原因，都市化、森林的濫墾濫伐與水庫水壩的興建也會減少全球的淡水總量，這類情形稱為地表的『硬殼化』。一開始我們在水文循環中提到，水蒸發到大氣中遇冷會形成雨落到地面。當雨水落到森林、草地或是農田裡時，容易被吸進土讓，繼續參與自然的水循環。反之，當雨落在公路表面或是水泥建築物上時，它將無法循上述途徑，而是另外經過其他方式歸入海洋。這意味著地表水的減少，當然蒸發量也隨之減少，進而影響內陸國家的降雨量。
《小結》
總結以上，水資源的『質』與『量』除了是維持民生及經濟的命脈之外，事實上也是確保國家安全的首要課題。稍早有提到台灣在缺水排行榜上名列世界第十八，但環顧四周，『節約用水』仍然只是口號而缺乏實際作為。以台北市為例，台北市每人每日的用水量達342公升，比新加坡、首爾、大阪甚至東京都還要高，這或許與台灣水價相對低廉有些關係(註4)，但我認為這顯示國人沒有節約資源的自覺。雖然是老生常談，仍然期待讀者在閱讀完這篇文章後，能夠重新省視自己在生活中對於自然資源的態度。最後，文中提到的水資源戰爭（Blue Gold: The Fight to Stop the Corporate Theft of the World’s Water）這本書在2008年有被翻拍成紀錄片，台灣的譯名是《水資源大作戰》，點這裡可以看到此紀錄片的預告。
註1. 聯合國教育科學與文化組織的全名是United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, UNESCO。文中提到的世界水資源開發報告是該組織每三年針對全球淡水資源進行評估的報告，相當具有權威性。最近的一份報告於2009年3月提出。
註2. 各種淡水的更新週期差異非常大，文中提到大氣中的水循環週期約是8-9天，但其他淡水資源如河流則是16天、湖泊更是長達17年。更多的資訊請參考這裡。
註3. 漏水率數字偏高除了供水管線老舊之外，文氏管老舊也是原因之一。文氏管是測量出水量的流量計，老舊的文氏管可能會高估出水數字進而影響漏水率的評估。事實上，世界主要大城市都已經不使用這類流量計，更多資訊請參考這裡。
註4. 國際衛生組織認為水價應該佔家庭開銷的2~4%，在台灣，水價僅佔家庭開銷的0.23%，此數據顯示台灣的水價較各國明顯有偏低的現象。更多的資訊請參考這裡。
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作者：郭致廷
GreenPlain是目前美國酒精主要的生產者之一，注重產業垂直整合，從上游的原料供應、中游的酒精轉化、以及下游的副產品通路都有投資，目前在全美有九座酒精轉化廠，年產量約740百萬加侖 (280萬公秉)。BioProcess Algae是著重於提供附著式藻類養殖系統的公司，然而與我們之前提過的AlgaeWheel廢水處理系統不同，BioProcess Algae的系統以吸收二氧化碳為目的，分為立體與水平式反應器，可根據不同需求使用。更詳細的公司敘述，可以觀看在官方網站的介紹影片。
合資公司(Joint Venture)的成立，通常是由兩家企業針對一項計畫共同投資，共享利潤以及風險，讓兩家企業能透過合資公司的方式互補不足，滿足企業發展策略。最近介紹的兩個跨企業合作的案例，都是針對碳捕捉技術所成立的合資公司。加上今年一月開始歐盟強徵航空碳稅以及近年來各國紛紛提出課徵碳稅的法案，很難不讓人聯想這是科瑞集團或是Green Plans在為未來課徵碳稅之後所做的佈局。而提供技術的公司也能藉由合資公司的方式讓公司加速發展，例如Algae.Tec經由科瑞集團進入中國市場、BioProcess Algae借助了Green Plains在生質酒精的經驗與資源。
也許有些讀者會覺得碳捕捉市場過度仰賴政府政策，不穩定性太高，然而即使沒有碳稅，對大部份工廠而言，二氧化碳原本只是如廢氣一般排至空氣中，如今若能利用藻類將廢氣轉化為資源，那麼這項技術對一般工廠來說仍具吸引力。相較於其他碳捕捉與封存技術來說，藻類碳捕捉技術其實是相對保險的投資。
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原文為〈Ethanol plant produces first batch of bio-fuel〉於2012年2月6日發佈於《Viet Nam News》網站，摘要如下：
1. 這座位於越南廣義省(Quang Ngai)榕桔(Dung Quat)工業區的生質酒精廠，歷經33個月的建造以及試運轉，終於在上週正式生產出第一批次的E100生質酒精。穩定營運後，預計將能夠消化1萬7千公頃的木薯(cassava)，有效協助農村經濟成長；此外，目前工廠的237名員工中有80%是當地居民。
2. 這座工廠的年產量為1億公升(100 million liters)，預計10%的產品會用來供應越南國內的E5酒精市場(強制添加)，另外的90%則是外銷至東南亞國協(Association of Southeast Asian Nations, ASEAN)會員國，其中又以菲律賓為最重要的市場。
3. 待工廠一切上軌道後，下個月工廠將移交給主要同資人Central Petroleum Bio-ethanol Joint Stock Company。
評論：
1. 雖然美國和巴西是生質酒精的主要市場以及技術大國，有許多值得台灣借鏡之處，然而它們的市場規模與農業生態和台灣有顯著差異，一味地複製其發展策略未必能獲得成功。台灣要走出自己的路，或許可以多觀察氣候條件與我們相近的東南亞國家，尋求合作機會；東南亞多華僑與台商，有利於商業上的合作與交流。然而可能的缺點是台灣並非東協(Asean)成員，未來推動的「東亞自由貿易區」會讓無法加入的台灣在貿易上更處於劣勢。
2. 雖然生質能源的發展受到天然資源影響甚鉅，土地面積、氣候條件、水資源多寡…等在先天上就限制了台灣不可能走美國與巴西的路，然而換個角度思考，帶著台灣領先的農業與工業技術前進東南亞，運用當地天然資源進行生產；讓台灣成為技術中心，東南亞成為生產基地，或許是企業發展生質能源的另一條道路。
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上個月日本JNC公司宣布他們完成一個以竹子建造纖維素酒精的示範工廠，即將開始試運轉。這間工廠位於日本九州熊本縣的水俁市(Minamata)，是由日本環境省在2010年委託，由JCN公司設計、建造、營運。
這座工廠的技術基礎是建立在熊本大學(Kumamoto University)與崇城大學(Sojo University)兩間學校的研究成果上，而原料則是產於水俁市當地的竹子。雖然它們在公司的聲明稿上對製程的敘述不多，但應該不脫把原料斬斷成極小的碎片後，將其糖解(saccharification)最後發酵成酒精的方式，關鍵技術會在於他們使用的酵母(yeast)為何，這對製程效率有決定性的影響力。關於使用竹子製造纖維素酒精，我的另一大疑問在於如何收穫。因為竹子是相當有韌性的植物，要利用機械化收穫在設備上勢必要有所創新，如果不能夠有效率地進行栽種與收穫的循環，那麼即便轉化的製程有競爭力也是枉然。這項計畫在製程與後勤系統的發展值得我們持續關注。
另外，談一件不是全然相關，但也並非無關的故事。JNC是一間歷史悠久的化學公司，它的原名叫做CHISSO，中譯為「智索」，涉及電子材料(特別是液晶)及其他化學原料的製造，在台灣有專攻液晶的分公司台灣捷恩智股份有限公司(JNC Taiwan Co., Ltd)，於美國、中國、韓國…等也都有據點經營不同的事業，對日本的化學工業有重要貢獻，卻也有段充滿風雨、極具爭議的過去，因為他們讓水俁市聞名全世界。水俁讓世人皆知的原因並不是因為竹藝手工業，而是因為在1950年代由於智索公司將甲基汞排入當地水域，而引發魚貝、海鳥、貓狗大量暴斃，最後終至毒害居民健康的大規模污染事件，使得這種原本非常罕見的甲基汞中毒被稱為「水俁病」。日本政府與JNC花費數十年的時間努力彌補當初的錯誤，至今仍未能卸下這個沉重的包袱。
提這件往事主要是要提醒各位讀者，任何科技的發展都一定會對環境與人類產生衝擊，生質能源雖然對環境沒有什麼毒性，然而在土地與水資源的競爭卻很顯著，環境永續經營依賴的不只是技術上的突破，還有更周全的審查與評估方式，值得我們深思。當然我們也祝福JNC以竹子製造纖維素酒精的事業，能幫助它們與水俁市的居民永續發展。
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作者：歐陽孚
我們常說發展生質能源有兩個主要目標：第一是追求能源自主，也就是取代石油；第二是環境保護，簡言之就是減少溫室氣體排放。舉例來說，假設美國減少了10%的石化燃料使用，那麼全球的石化燃料使用就應該隨之減少10％，全球溫室氣體的排放也相應降低。但是，這是理想的情況，如果實際施行的結果造成石油使用量上升或是溫室氣體排放增加，這種現象就被稱為「反彈效應(Rebound Effect)」。
試想，當美國顯著地減少石油使用後，全球油價會跟著下跌，因為需求減少造成供應商必須降價求售，這使得原本消費能力次一級的國家能夠購買這些被節省下來的石油，因此整體而言溫室氣體排放並沒有減少，因為石油的全球使用量並沒有減少；尤有甚者，還可能增加整體的溫室氣體排放，因為較落後國家在燃料的提煉以及運用上可能對環境更不友善。另一方面，由於政府對於生質燃料有所補助，因此每一單位的生質燃料(如：E10酒精汽油)比純粹的石化燃料更為便宜，增加了消費者開車的意願，反而促進了石化燃料的消耗，也會增加溫室氣體排放。而此處提及的美國可以替換成任何一個生質能源發展程度較高的國家。
不過，反彈效應在能源界並不是新議題，最早在19世紀就有經濟學家討論更有效率的蒸汽機使煤炭的用途更廣，最終導致煤炭的消耗增加。而近年來最常被拿出來討論的是更省油的汽車導致車輛行駛里程增加，反而無益於節約能源。我認為反彈效應是一個必然發生的現象，人們為了追求更好的生活，讓技術水準提高、讓經濟條件進步，而這樣的進步永遠伴隨著能源消耗的成長。其中能源消耗的成長有多少是某一項特定技術造成的反彈效應，其實並不容易界定清楚。
但是讓我們回到發展替代能源的初衷，我們能不能夠既追求能源自主，又同時減少溫室氣體排放呢？要對抗反彈效應，一個可行的辦法是徵收碳稅。二氧化碳排放越多，消費者就要繳出相應的稅金，使得環境成本直接轉移在消費者上，成為消費者開車時的考量。這是目前全球的趨勢，台灣目前也正在研擬相關規範，然而首當其衝的一般消費者與工業界石化燃料大戶們勢必會反對，政府要如何推動將是一大考驗。此外，溫室氣體排放是全球性的問題，碳稅要在各國都推動才能有明顯效用，否則只會像前面說的由其他國家承接節省下來的石化燃料。國際間的斡旋是否成功，將會有重要的影響。
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