發佈日期:2015-09-30

國際能源科技研發投入圓一個低碳轉型的夢?

作者:羅良慧

政策評析二氧化碳排放能源科技研發投入能源政策CO2 emissionsenergy technology RD&D budgetsenergy policy

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本文部份內容與圖表修正自「我國如何因應未來能源挑戰:從國際發展趨勢與研發投入觀點分析」一文,該篇論文已於2014台灣資訊社會研究學會年會暨學術研討會發表。

一、抑制全球升溫2°C的機會之窗即將關上

為探究人類活動與氣候變遷的關聯性,成立於1988年的政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)為聯合國之下的跨政府組織,提供有關氣候變化的科學技術、社會經濟、環境變遷等跨領域研究資訊,並提出潛在影響與應對策略的綜合評估報告。IPCC於2014年發佈的《氣候變遷2014:氣候變遷的减緩策略》(Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change) 報告,其中《給決策者摘要》(Summary for Policymakers, SPM) 提出關於各國政府二氧化碳減排量目標的設定,溫室氣體的排放與關鍵因子,以及在永續發展脈絡之下可採行的二氧化碳減排路徑與措施等內容,以評估全球能否達成抑制升溫程度低於2°C的目標。同時,SPM報告中亦以達成抑制升溫2°C的情境推估全球需努力達成的二氧化碳減排量:到2050年時,全球二氧化碳排放量相較2010年需減排41%~72%;若到2100年時,全球二氧化碳排放量相較2010年則需減排78%~118%(IPCC, 2014)。此外,就IPCC提出的整體評估而言,這是全球最後的機會之窗,各國政府若不在2030年前儘快轉型為低碳生活型態,抑制全球升溫2°C的可能性將大幅降低,人類只能面對與承受更為極端的氣候以及急遽變化的環境帶來的衝擊與威脅。

面對前述可能的未來情境,各國政府正積極尋求解決之道,若要達成兼具能源安全、經濟發展與環境保護的多重政策目標,國家能源政策的規劃就需要有效導引資源的配置,特別在能源科技研發的經費投入上,投入的配置須依循國家能源政策的重點內容進行調整。所以若國家能源政策的重點包含減少二氧化碳排放量以減緩氣候變遷與保護我們的生存環境時,是否可將國家整體能源研發投入的規模以及一國的二氧化碳排放量減少幅度作為探針,一探國家的能源政策是否推動國家朝向低碳轉型的路徑呢?該國政府的作為是否與國家能源政策目標有所連結呢?

二、各國能源科技研發投入是否減少了二氧化碳排放量?

本研究引用國際能源總署(International Energy Agency, IEA) 資料庫(energy technology RD&D budgets 2013)數據以及《二氧化碳排放量統計報告》(CO2 emissions from fuel combustion highlights 2014 edition) ,統計2000~2011年間各主要國家能源科技研發經費投入(註一)及各國的二氧化碳排放量,初步觀察各國對總體能源科技研發投入的佔比及二氧化碳排放量的變化趨勢,接續對各國2000年以後重要能源政策內容剖析,嘗試探究能源科技研發投入的資源配置與能源政策內容的關聯性,以探尋各國能源政策是否積極推動相關作法,達成低碳轉型的發展目標。

由圖一所呈現的主要國家能源科技研發投入與二氧化碳排放量關聯來看,就各主要國家對能源科技研發投入的佔比而言,本研究先整理與估算國家的總體能源科技研發投入佔該國的GDP比例(RD&D per thousand units of GDP),而本次觀察的6個國家於2011年的能源科技研發投入對GDP佔比值由高而低分別為:日本0.715‰、台灣0.640‰、韓國0.486‰、美國0.422‰、德國0.279‰及英國0.234‰,若與2000年的各國佔比值相較(韓國資料為2004年,說明同註1;另,台灣資料為2005年),英、德、台三國的佔比值呈現倍翻的情形外,美國亦呈現85%的正向高成長率,韓國為10%左右的小幅成長率,日本則下修18%,呈現負向的成長。另外,就各國GDP於2011年相較2000年(韓國資料為2004年,說明同註1;另,台灣資料為2005年)的變化率估算,除日本呈現負成長(-6.9%)外,英、美、韓的成長率超過50%,台灣與德國也有超過25%的成長率。因GDP的成長可反映國家的經濟發展,亦會連帶影響國家整體排碳量的增幅,就本次觀察的6個國家而言,至2011年各國的二氧化碳排放量(Mt of CO2,百萬公噸二氧化碳)由多而少的排序為:美國(5,288 Mt)、日本(1,183 Mt)、德國(742 Mt)、韓國(590 Mt)、英國(437 Mt)及台灣(264 Mt),再進一步估算各國自2000年以來的二氧化碳排放量變化,依二氧化碳排放量降低幅度由大而小排序,其順序為:英國(-17%)、德國(-10%)、美國(-7%)、日本(1%)、台灣(21%)及韓國(35%)。綜整前述可知,日本的GDP雖為負成長,但二氧化碳排放量仍微幅增加;其他各國的GDP皆為正成長,英、德、美的二氧化碳排放量仍有降低,惟台灣、韓國的二氧化碳排放量為增加的情形。

為瞭解本次觀察的6個國家的二氧化碳排放量對全球造成的影響,再以2011年34個OECD國家的二氧化碳總排放量為12,326 Mt之數值為參考,可發現各國家中,英、德、美的二氧化碳排放量雖呈現下降的趨勢,但就現況來看,美國二氧化碳排放量相對OECD國家總排碳量而言,其規模仍然相當巨大,佔比約達43%;日本的二氧化碳排放量雖增加幅度小,但二氧化碳排放量規模亦有相當程度,佔比約達10%;台灣、韓國的二氧化碳排放量為增加的趨勢,與OECD國家的總排碳量相比,台灣為2%,韓國為5%。

圖一、主要國家能源科技研發投入與二氧化碳排放量關聯圖 (2000年vs.2011年)

說明:國際資料取自IEA (2013 & 2014),台灣資料取自國研院政策中心(2014);本圖參考黃郁棻等(2014),並重新繪製

藉由較長的時間軸(2000年 vs. 2011年)呈現各國總體能源科技研發投入對國家GDP的佔比,以及與國家的二氧化碳排放量之相對變化趨勢後,可觀察到除日本外,其他各國在對本國總體能源科技研發經費投入上多有持續挹注的趨勢;因此,反映在對本國的GDP佔比時,除日本外,其他各國總體能源科技研發投入對本國的GDP佔比皆呈現上升的趨勢。但日本在能源科技研發經費未擴增的狀況下,其本國二氧化碳排放量並未明顯增加,反較韓國在經費增加的狀況下,該國的二氧化碳排放量仍為持續增加中;另外,英、德、美亦加大了對能源科技研發的投入,相對各國本身的二氧化碳排放量亦呈現減少的趨勢,尤其以美國的二氧化碳排放量減少幅度為最大,只是與其他國家的二氧化碳排放量現況相比較時,美國仍為主要的二氧化碳排放國家。

三、能源科技研發投入配置能否回應低碳轉型的政策目標?

基於對各國家的整體研發投入與二氧化碳排放量的趨勢觀察,本研究欲進一步探究,研發投入增加且二氧化碳排放量減少的國家,主要是針對那些能源科技項目給予經費的資助?這些受到經費資助的科技項目,是否回應國家能源政策的內容?因此,本研究依循國際能源總署資料庫之分類架構(IEA, 2013),分七大技術項群組(G1:能源效率科技、G2:化石燃料相關科技、G3:再生能源科技、G4:核能科技、G5:氫能與燃料電池、G6:其他電力及儲存技術、G7:跨領域科技研究),對國家能源科技研發投入配置作更進一步的細部分析,並與國家的能源政策目標與推動重點比對,探究是否對關聯性的能源技術項投入對應的資源配置以推動研發;另外,也從中發掘主要的技術投入項及分析各國能源研發投入趨勢,探討各國能源政策如何回應低碳轉型的目標。現依各國的能源政策重點,以及2000年(僅韓國為2004年)與2011年能源科技研發投入經費統計,就歐洲、美洲與亞洲三大洲主要觀察國家,分述研析內容如下。

(一)歐盟自2007年在歐盟各國領導人承諾下,共同提出2020年歐盟的氣候和能源目標,即為20-20-20目標;近年歐盟對2020及之後的願景目標進行討論,於2014年提出「歐盟2020至2030年的氣候與能源政策框架(Policy Framework for Climate and Energy in the period from 2020 to 2030)」 。就歐盟整體的能源政策而言,期達成經濟的競爭力、供給的安全及環境的永續三大目標,進而對應到歐洲各國的能源政策規劃,如英國新近自2013年起推動的重要能源計畫「綠色交易方案(Green Deal)」,即以提升能源效率為主並配合經濟型政策工具的使用。另一方面,英國政府規劃的方案重點也引導該國的能源科技研發投入(請參見圖二A),從研發經費的統計資料可看出以節能及再生能源的相關科技為主,因此,英國的二氧化碳排放量呈現減少趨勢,且科技研發投入回應政策重點,亦朝向低碳轉型的路徑前進。相似的取向也呈現在德國的能源政策引導科技研發投入的路徑上,德國2010年公佈2050年德國能源總體發展藍圖—「能源概念(Energy Concept)」,期藉由2050年國內能源供應願景的訂定,及早規劃長程的能源結構轉型路徑;之後2011年的「能源改革(Energy Reform)」與「能源系統轉型(transformation of the energy system)」政策帶動節能科技的研發,亦反映在經費的投入上(請參見圖二B),除支持再生能源科技研發投入外,亦關注節能科技的研發。此外,德國在核能相關科技上的研發投入雖多,但在日本2011年福島核災後,核能技術亦重新被加以評估。

圖二A 英國能源科技研發投入經費統計圖
圖表資料來源:IEA (2013)

圖二B 德國能源科技研發投入經費統計圖
圖表資料來源:IEA (2013)

(二)美國自2009年起提出的能源政策以優先發展潔淨能源,期積極面對氣候變遷為內容,並在後續的「安全能源未來藍圖(Blueprint for a Secure Energy Future, 2011)」與All-of-the-Above Energy Strategy,提出發展清潔能源及節能減碳等多重目標,若配合經費投入的統計資料來看(請參見圖三),除跨領域技術的投入仍佔有相當比例外,在再生能源與氫能燃料電池上反映政策的關注,亦即達成減少溫室氣體排放的目標;同時持續投入研發電池科技推動汽車的清潔能源相關技術,從而達成減少石油進口的依賴度。此外,在清潔能源發展目標下,核能相關科技是否仍維持一定程度的研發投資比例,值得繼續觀察。就美國的二氧化碳排放量相對於全球的比重來看,美國在發展清潔能源相關作為上若更加積極,如同新近政策的目標與內容所述,未來在減碳的成效上將對全球更具貢獻。

圖三、美國能源科技研發投入經費統計圖

圖表資料來源:IEA (2013)

(三)亞洲的日本自1970年代石油危機後,以節能科技為國家能源政策主要的研發投入項目。整體而言,日本能源政策過往以實現3 E為目標,3E分別為能源安全,經濟成長和環境保護(Energy security, Economic growth and Environmental protection),因此依研發投入經費統計所示(請參見圖四A),核能科技研發為日本研發經費的重大投入項目,期確保日本的能源供給無虞。但在2011年福島核災後,能源政策的基本觀點調整為3E+S,即在安全(Safety)的前提上,實現3 E的目標;因此,核能科技投入的佔比是否調整?逐漸提高投入佔比的再生能源項目,是否成為日本能源政策的推動重點?將是日本能源政策後續的關注重點。韓國過往則是以核能科技研發投入為主(請參見圖四B),自2008年提出「低碳綠色成長(Low Carbon, Green Growth)」為韓國新願景後,再生能源科技的研發經費投入超越核能科技,但政策與研發投入配置的調整,尚未促使韓國總體的碳排放量減少。換言之,期達成低碳綠色的成長願景,政策的力道似乎得加強以推動國家朝向低碳轉型之路。

圖四A 日本能源科技研發投入經費統計圖
圖表資料來源:IEA (2013)

圖四B 韓國能源科技研發投入經費統計圖
圖表資料來源:IEA (2013)

四、能源科技研發創新來得及改變我們的未來嗎?

藉由前述觀察各主要國家的能源政策及研析能源科技研發投入的配置,本研究以國家整體二氧化碳排放量的減排趨勢,綜整各國在能源科技研發投入上,是採用與規劃哪些技術項目為主要的研發重點,以減少二氧化碳排放量,進而推動低碳轉型。整體而言,在各國能源政策的制定上,除包含節流(提升能源使用效率)與開源(增加能源供給安全)二大主軸以減少化石燃料之消耗,更希望可藉此有效減緩因化石燃料使用造成二氧化碳的大量排放而引發的全球暖化,因此回應政策制定的目標,近十餘年來,節能科技與再生能源科技成為各國研發投資重點。而進一步在回應全球暖化對策上,各國作法不一,英國、美國輔以減碳淨煤相關科技,日本、德國原以投資核能為主, 但在面臨福島核災形成科技安全的隱憂,以及頁岩革命造成能源產業的衝擊等整體環境趨勢的變化之下,各國政府能源政策重點方向亦將隨之再次調整,也將再次帶動能源科技研發投入的配置。台灣為保護我國能源供給安全與環境永續,並促進經濟與能源產業發展,自2014年起持續推動第二期能源國家型科技計畫(NEP-II,民國103年~107年),在計畫經費配置上,呈現節能與替代能源各占約1/3,其他科技(智慧電網、離岸風力及海洋能源、地熱及天然氣水合物,以及減碳淨煤技術)共占1/3的概況(國研院政策中心, 2014)。相較全球各主要國家的研發投入配置,台灣的科技研發投入重點與全球是一致的,反映在台灣的二氧化碳排放量上,政策推動的成效可望持續加強。

因此,能源科技的研發重點除節能減碳、再生與清潔能源的個別技術項目創新之外,各國政府亦該進一步思考如何擴大以系統性的技術整合,全面性地推動能源供需型態的轉型,促使能源科技研發投入更有效地減少全球的二氧化碳排放量,並持續推動各國朝向低碳發展之路邁進。在全球各國共同努力能源科技研發創新之下,願我們來得及在抑制全球升溫2°C的機會之窗關上前,改變共同的未來。

附註:

註一:受限資料來源的統計年份,僅韓國的研發經費資料起始為2004年。至2015年6月初,IEA尚在統計更新近二年資料,為求完整性,各國研發經費資料本研究皆統計至2011年止。

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