能源与资源管理.ppt

1,7.能源與資源管理,面對全球暖化，水形成的速度趕不上人口成長速度，加上全球總存水量為14億立方公里，但其中只有0.1至0.2是適合人類飲用的可用水，水資源危機成為未來世界最大的威脅之一。估計到2025年時，將有47的人口將面臨缺水危機。,摘自經濟日報2007.10.05,2,Lightofearth,FromNASA,USA,3,經濟系統與環境的關係,,經濟系統,,,投入,M,產出,P,環境,環境經濟領域,資源經濟領域,MP,4,做環保也是省錢,工廠,,,,,,,,消費者,,,,,,,,原料,M,產品,P,下腳料,RP,回收,RPr,,,垃圾,RC,回收,RCr,MRPrRCrPRPMPRP–RPr–RCr,5,環境資源,自然環境是人類生存與經濟發展的基礎，人類社會的活動所需的資源都取自於自然環境。生態體系必須持續不斷的運作，保持其再生能力，以循環生態圈中的物質，並分解人類活動所產生的污染，以提供人類活動所仰賴的環境條件。,6,資源resources,礦物資源，如金屬大量的資源，如砂、石頭、石灰能量資源，如化石燃料流體資源，如太陽能、水力環境資源，如土壤、水、空氣生物資源，如木材、魚、生物多樣性,7,資能源消耗,地球上的能源與資源分成兩部分，儲存量reserves和資源量resources。所謂的儲存量是指在目前發現及技術下有開採價值的能源與資源，至於資源量指的是除了儲存量外，還加上尚未發現或沒有開採價值的能源。,8,油源新希望─瀝青砂tarsands,係石油滲透入地球表面的多孔性砂中，砂中之石油可予萃取，其中含有1112％瀝青（bitumen）傳統生產方法首先把砂挖出來，和熱水及鹼混合，將瀝青釋放出來1920年KarlClark所發展的模式，然後以浮選法分出瀝青；現代法則先予壓碎後，混合熱水及蒸汽，分出後以輕油C4-C10之碳氫化合物稀釋，再以離心法分離。目前，利用蒸汽注入地下油礦開發。目前合成原油的費用已降至1012美元/桶，相當於20年前的三分之一；瀝青的回收率約92％。,9,範例剪報,加拿大開採更為積極，據亞伯達省Alberta能源局估計，其油砂含有原油約16,000億桶，其中3,000億桶可加以開採出來，2001年其生產量為645,000桶/天，預計於2010年可提高到1.72百萬桶/天，目前由加拿大合成原油公司SyncrudeCanadaLtd.生產，該公司為世界最大的油砂生產原油公司，產量達200,000桶/天。,10,一個美國人一年要用掉61桶石油,11,指數型的資源消耗模式,12,對稱型的資能源消耗的預測,對於能源的利用，不可能永無止境的揮霍。剛開始的時候，也許大家會因為某項能源如石油很多而且便宜，拼命使用能源，所以可能成指數成長；慢慢地能源減少，也變得貴了，使用量自然也會跟著遞減。整個過程中，能源的消耗速率會達到最高點，然後再往下遞減，如此的一個成長趨勢，通常可用數學上的常態分佈normaldistribution。,13,Hubbert模式,14,高斯模型,15,Gaussian模式,16,積分,17,18,人口增長的預測,S形曲線當一個族群進入一個生態系時，它需要一段適應期，所以族群成長緩慢；一旦族群建立，只要有適當的食物源，較少捕食者的威脅，及合適的生活環境，數量就會快速上昇；慢慢地生活條件不如原先優裕，或族群過於擁擠，增長率逐漸減少；最後趨於平衡。有時候如果控制不好，族群超出環境負載能力，則可能出現圓頂形dome-shaped。再不然，由於生態系的不平衡而引起的激烈上下變動，造成族群的突然死亡。,19,人口對環境的衝擊,人口數量population人口數，平均每人所使用的資源，開採資源之同時也會造成環境破壞和/或污染，如空氣、水、.。人類的生活風格如生活較富裕的社會一般對物質或資源的需求較貧窮的社會為高，其所產生的廢棄物量也較多。生態上的考量ecologicalregard我們週遭的生態環境是否供應得起人類如此的揮霍無度,20,S型成長模式,K稱為環境負荷量carryingcapacity；1-N/K則稱為環境阻力environ-mentalresistance。前者是指一個環境所能供養的最大族群數量；而後者是抑制族群持續增加的因子。t*是在NK/2時所需的時間。,21,決定t*與r值,22,最大穩定產量maximumsustainableyield,23,合理的資源的利用,24,資源量預測面臨的問題,人類的使用速度與科技的發展替代物料，如鐵被塑膠取代物料回收政治面的影響，如OPEC配額資源所在地,25,範例鋁金屬的能源消耗,在19912000十年間，技術進步讓生產每公噸的鋁金屬，能源消耗量降低10。但在同一時期，全球對鋁金屬的消耗卻增加了40以上。可想而知，這個時期的能源消耗也是增加的。,資料來源Braungart,2007,26,範例資源的利用,,,資源例水資源,時間,,,,永續利用,不永續利用,27,範例環境壓力,,,時間,環境壓力例CO2,,,,永續的,不永續的,28,能源科技的發展,,技術層次,29,能源與環境,,,高,低,低,高,傳統空氣污染物,溫室氣體,生質能,核能,風,現有的燃煤技術新的燃煤技術,天然氣,30,能源科技供應鏈,2021/3/20,30,資料來源CarbonTrust,2006,31,93年中鋼之資源投入與產出,32,範例全球Zn的永續使用量,據1999年的估計，全球Zn的蘊藏量約為4301012g430Tg；若以50年約兩個世代的使用估算，每年只能消耗430Tg/50yr8.6Tg/yr.未來50年的人口可能由現在的60億增加到90億，取平均值75億人口估算，則每人每年可消耗的Zn為8.6Tg/yr∕7.51091.15kg/capita-yr.,33,再加入回收率，以30計，則每人每年可用的Zn為1.31.151.5kg/capita-yr.根據統計，美國在1999年人口為260百萬人，用掉1.6Tg的Zn，則其用量為6.2kg/capita-yr.明顯高出世界之平均值即1.5kg/capita-yr.再看荷蘭，1990年Zn用量28.5Gg，人口15百萬人，其Zn用量為1.9kg/capita-yr.比較接近世界平均值.,34,現代人生活中的Zn,鍍鋅鋼板─汽車底盤和車體，約佔總車重的34；假設一輛車總重900kg，鋅就用掉了約32kg，相當於每人32kg/1.5kg/yr21yr的用量。是否意謂每人只能在21年才能買一部車美國人換車的頻率是每8年換一部車。如果他還要裝鍍鋅門把或欄杆，那又另當別論了。可替換性。,35,尋求可替換的材料,考慮因素技術上是否可行經濟上是否可行社會的接受度如道德、倫理、..消費者能不能接受如美觀、感覺、風格、風險適當的替代材料是否存在替代材料是否會帶來其他的問題供應、環境、能源消耗、時間上來不來得及,36,不可替換性的材料─鍺,應用於光學元件。隨著光纖和太陽能的發展，其用量有增加的趨勢。1999年美國鍺蘊藏量為500106gor500Mg，未來50年，每年只能用500Mg/50yr10Mg.假設美國未來50年的平均人口為340百萬人，則每人的限制用量為10Mg/340M29mg/capita-yr.,37,,樂觀一點，鍺的回收率為25，則每人可消耗的鍺用量增為1.252936mg/capita-yr.1999年美國就用掉了28Mg的鍺，則其消耗為28Mg/260M108mg/capita-yr.註其他的不可替換材料如超導體中的鉈,38,日常生活中的鍺,光纖的組成份5molGeO2;0.5molP2O5;94.5molSiO2.8.4wtGeO2.一條直徑10m的芯線其密度大約為2.2g/cm3.換算成重量為14mgGe/km.一條光纖需要36條芯線，亦即504mg/km.,39,,如果全美國的公路都要裝設光纖網路，全美國的公路總長約為3,830,000km.所以約需2Mg的鍺。或8mg/capita-yr.開發中國家是否該考慮一開始就裝光纖網路,