 近年來，全球氣候變遷的迅速加劇引起國際社會高度關注。不僅氣溫創下歷史新高，而且海洋、極地冰層或氣象異常等現象更是頻繁發生，不僅讓我們見證氣候變遷所帶來的環境衝擊，更面臨著前所未有的巨大挑戰。 氣候變遷:極端事件的環境衝擊在地球的兩端，南極和北極的冰層正持續出現異常現象，海洋表面溫度達到歷史新高，這些現象不僅影響了海洋生態系統，還對全球氣候模式產生極大影響。 全球最大冰山A23a，在被困於南極海底30年後，被發現於2023年11月底脫離，開始向北漂流(如圖一)。A23a約含有一兆噸淡水，預測會逐漸融入南極繞極流中，沿著冰山巷(Iceberg alley)的路徑流向南大西洋，最後融化消失。同時也可能往北漂流到南大西洋的南喬治亞島，將對島上數百萬的海豹、企鵝及其他各種海鳥的覓食與繁殖產生不利影響。  圖一、A23a於2023年10月19日至2023年11月24日之移動路徑。圖片來源: European Union, Copernicus Sentinel-1A imagery。 此外，根據發表於「自然」(Nature)期刊的研究，學者彙整過去近40年(1985年至2022年)的236,328筆冰川終點位置觀測數據，發現格陵蘭冰原(Greenland Ice Sheet)的實際融冰量比先前的估計量還多20%，約超過1兆噸。這項研究利用衛星影像，追蹤格陵蘭冰川的倒退情況，顯示冰原的消失速度遠超過過去的估算。且作者提到因格陵蘭邊緣的冰已在水中，雖然可能對海平面上升的直接衝擊極小，但恐會影響大西洋經向翻轉環流（Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC），進而影響全球海洋循環和熱能分佈。 而在今年初(2024年)，根據歐盟氣候監測機構哥白尼氣候變遷服務(Copernicus Climate Change Service, C3S)的監測數據，證實2023年全球年平均氣溫創下有史以來最高記錄。此外，也提到這年的每一天都比工業化(1850年至1900年)前高1°C以上，且約有一半的天數超過1.5°C，11月甚至有兩次首度超過2°C的紀錄，整體下來的年平均氣溫比起工業化前高出1.48°C。若是藉由對照樹木年輪和冰川氣泡等古氣候數據，2023年也「很可能」是10萬年來溫度最高的年份。  圖二、全球年平均氣溫相對於1850-1900年工業時代前的升溫幅度，自1850年的5年平均值(左圖)和自1967年的年平均值(右圖)。圖片來源:C3S/ECMWF。  圖三、2023年每日全球地表氣溫相對於1850-1900年工業時代前的升溫幅度。升溫幅度:1–1.5°C(橙色)、1.5–2°C(紅色)和2°C以上(深紅色)。資料來源:ERA5。圖片來源:C3S/ECMWF。 同樣根據C3S的數據，2023年溫室氣體濃度同樣達到有史以來的最高值。2023年之二氧化碳濃度相比2022年增加2.4 ppm，甲烷濃度增加 11 ppb。2023 年，大氣中二氧化碳濃度的年估計值為419 ppm，甲烷濃度為1902 ppb。各種跡象表明，溫室氣體的排放仍然是全球變暖的關鍵因素。  圖四、2003年至2023年間每月全球大氣中CO2(左)和CH4(右)之平均濃度，灰色曲線為原始數據，紅色曲線為12個月平均。資料來源: C3S/CAMS/ECMWF/布萊梅大學/SRON。 儘管2023年已發生如此多的氣溫攀升現象和極端氣候事件，但這不僅是單一年度的現象，更是全球氣溫逐漸上升趨勢的體現。在今年初，世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)示警，受到聖嬰現象(El Niño)的影響，2024年可能會比2023年更加炎熱，這將影響各個方面的永續發展，並破壞世界各國為解決貧困、飢餓、健康不良、流離失所或環境退化等問題的努力，最後逐漸陷入了致命的循環。 二氧化碳捕捉技術:挑戰與發展面對氣候變遷所造成的環境衝擊，而各國政府持續制定多項應對計畫，包括發展再生能源或提高城市抗災能力等措施，企業也積極投資綠色能源和環保科技以減少碳排放。 然而，單純的減少碳排可能不足以完全解決氣候變遷問題，原因在於已經排放到大氣中的溫室氣體，將繼續對氣候系統產生影響。因此，如何實現負排放逐漸受到廣泛的討論。目前各種減碳技術包括直接空氣捕捉(Direct air capture)、碳捕捉與封存(Carbon Capture and Storage, CCS)等多種方法，被視為是能有效減少碳排的手段。 直接空氣捕捉是使用吸附劑或溶劑來吸收和分離二氧化碳，再將捕捉的二氧化碳封存或用於合成其他物質。其特點為可以在不需要大規模改變現有能源基礎設施的情況下來去除二氧化碳。另一方面，CCS則是一種在發電廠或工廠等工業設施中捕捉二氧化碳，然後將其儲存在深層地質的技術，目前共分為3種主要的捕捉方法，分別是燃燒後捕捉、燃燒前捕捉和富氧燃燒。  燃燒後捕捉是目前相對成熟的二氧化碳捕捉方法。在這種技術中，燃料燃燒後，液態溶劑被用來從產生的煙氣中吸收二氧化碳。這種方法的主要優勢在於可以與現有的發電製程相結合，僅需對現有基礎設施升級而無需大規模改變。然而，這種方法也面臨著能耗較高和捕捉效率有限的挑戰。同時，液態溶劑的選擇、再生和儲存都需要進一步的研究和技術改進。 燃燒前捕捉是在燃燒之前，先將燃料轉化為二氧化碳和氫氣的混合氣體。然後，將混合氣體分離，氫氣用於能源，而二氧化碳進行捕捉。這種方法的優勢在於可以生成高純度的二氧化碳，適合用於後續儲存或進行其他利用。雖然這種技術的確有潛力提高捕捉效率，但其複雜的操作過程和高成本仍然是制約其應用的主要挑戰。 富氧燃燒則是通過以氧氣取代空氣進行燃燒，產生以水氣和二氧化碳為主的煙氣。而藉由冷卻和壓縮，可以有效地清除水氣，然後捕捉煙氣中的二氧化碳。這種方法的好處在於可以生成高濃度的二氧化碳，有利於後續處理。然而，使用氧氣進行燃燒的耗能相對較高，同時對設備和基礎設施的要求也更為嚴格，這使得其應用受到一定限制。 三種二氧化碳捕捉技術都在不斷進行技術改進和創新。此外，二氧化碳的後續處理和儲存技術也需要更完善。地下儲存、碳利用等方面的研究都是相當重要的。CCS已經在一些地區進行實際應用，但面臨成本高昂、技術風險以及社會接受度等挑戰。然而，全球氣候變遷已成為我們共同面對的危機，隨著技術的不斷成熟和碳價格的上升，CCS的應用也將成為我們達到淨零碳排的一項重要利器。 參考資料 1. Increased variability in Greenland Ice Sheet runoff from satellite observations. Thomas S., Andrew S., Malcolm M., Amber L., Lin G., Alan M., Peter Kuipers M., Brice N., Xavier F., Michiel van den B. & Kate B. Nature Communications volume 12, Article number: 6069 (2021) 2. Ubiquitous acceleration in Greenland Ice Sheet calving from 1985 to 2022. Chad A. Greene, Alex S. Gardner, Michael Wood & Joshua K. Cuzzone. Nature volume 625, pages523–528 (2024). 3. The world's largest iceberg is moving towards the South Atlantic Ocean. 4. RRS Sir David Attenborough samples A23a iceberg during climate science mission. 5. A23a: World's biggest iceberg on the move after 30 years. 6. Copernicus: 2023 is the hottest year on record, with global temperatures close to the 1.5°C limit. 7. Direct air capture: our technology to capture CO₂. 作者介紹
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十月 2024
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