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圖1-1：近年來油價漲跌因素
2030年將成長20倍的行業，及在2100年會成長2,000倍的大黑馬又是什麼？
再生能源
林碧洲(抱歉寫得太長，沒空者只看形色部分即可。)
林碧洲(抱歉寫得太長，沒空者只看形色部分即可。)
礦物能源逐漸耗盡，根據美國能源部報告，目前全球石油資源預估只能再撐43年，核能發電的鈾大概只能供全球使用64年，天然氣儲藏量也僅剩62年，煤礦230年。 能源主要用於電力、交通工具和取暖。近年來，更由於中印俄巴金磚四國經濟起飛，一有錢就會買車吹冷氣，造成石油需求大增，油價由2001年每桶約20美元一路大漲到現在超過100美元(見圖1-1及1-2)，導致再生能源的開發成為當今最夯的行業。
圖1-2：西德州原油走勢圖(2001/5/1~2008/5/1)
再者，自工業革命至今兩百多年以來，科技進步為人類帶來舒適方便的生活，但同時也對地球生態造成嚴重的破壞，許多科學家大聲疾呼，要求正視地球暖化現象的警報，並預測至2100年前，海平面將上升15至95公分，屆時將有大量的都市或地勢低窪區均可能遭淹沒。基於永續發展的前提，1997年世界各國代表於日本京都會議上承諾要降低各國排放的二氧化碳CO2，並訂定長期以及短期的目標，希望在2012年將二氧化碳排放減到1990年的水準。
以2006年國際能源署IEA之統計，目前不能再生之石油、煤碳及天然氣係全球能源的前三名，如表1及圖2所示；而能源分類如表2所示：
以2006年國際能源署IEA之統計，目前不能再生之石油、煤碳及天然氣係全球能源的前三名，如表1及圖2所示；而能源分類如表2所示：
表1
圖2
表2
再生能源指的是來源無所匱乏的能源，人類要在地球上永續發展，再生能源是必須的。然而，單單使用再生能源並不能夠保證永續生存，這是因為再生能源仍會產生污染或是製造廢棄物(例如有些太陽能電池中所使用的重金屬)，只有當再生能源所產生的廢棄物能被處理時，人類才真的能夠永續生存。目前，人們所使用的再生能源技術包括太陽能、風能、地熱能、水力能、潮汐能、海洋熱能轉換、生質能(如表3所示)；而事實上，所有再生能源或直接、或間接地源自太陽能。
MTOE：million ton of oil equivalent百萬噸油當量=44億度*來源：EREC歐洲再生能源協會
*1噸油當量=11.667MWH 但熱電轉換効率只有38%，
故1噸油當量=4.4MWH=4,400度
*2005年全球能源消費量為463x1015BTU，總發電量為17.4兆度
1度=3413BTU/38%，故總發電量為156 x1015BTU，約佔34%。
1. 生質能
由表2可知生質能目前為全球第四大能源，僅次於不能再生的礦物能源-石油、煤碳和天然氣，供應10.4%全球能源需求，並佔世界所有再生能源的80%。如圖3所示，植物利用太陽能和二氧化碳CO2成長，再做為燃料，如此既可除去二氧化碳(可賣碳權)，又可循環不息。然而，在高油價時代，高盛公司預測石油價格可能在兩年內漲到每桶175美元，訴諸生質燃料已出現造成糧食暴漲的效應(印度財長：利用作物生產生質燃料太愚蠢 27Mar08)，因此，尋找其他再生能源已成大勢所趨。
1.1. 木質顆粒
木質顆粒的原料採自天然的乾燥廢木料，諸如鋸末、刨屑和森林裡自然死亡的樹木。不加任何化學黏著劑，以高壓方式壓縮時自然釋出黏結性物質所獲致規格一致的圓柱形顆粒，直徑為0.6公分，長度約2.3公分。其發熱能量為每公斤5 kWh，或大約等於半公升的暖氣油料。
木材燃燒後的產物是水蒸汽、二氧化碳及二氧化氮，硫化物極少。
它產生1 MWh的能量會淨釋放35公斤的二氧化碳，遠低於電能釋放的935公斤以及暖氣油料的375公斤。
德國從1999至2000年之間是木質顆粒(wood pellet)興起時期，直至2008年初，全德大約有8萬個家庭使用木質顆粒做為暖氣和熱水的能源來源。依2007年9月斯圖加特大學所公布的資料，以家庭單位來計算，使用木質顆粒的家庭年花費為398歐元，而使用液化瓦斯的年花費則高達915歐元，使用暖氣油料的年花費達683歐元。
1.2. 生質酒精
汽油中摻入 10 % 酒精(E10)可取代會導致水汚染的甲基第三丁基醚(MTBE，本來用於取代四乙基鉛，以提升辛烷值而抗震爆，形成無鉛汽油)。在巴西，甘蔗酒精生產成本為每桶美金40元(NTD8/公升)，在印度為66美金/桶，在中國政府補貼下為56美金/桶；隨著醱酵技術提升，其成本可再下降(尤其在油價超出60 美元／桶時，汽油>90美元／桶，即頗有利潤)，屆時生質酒精即可商業化。2006年 7月 5日，美國的酒精售價漲至每加侖3.9757美元歷史新高(相當於$167/桶)，將巴西酒精運到美國賣可獲暴利。中央社於2008-04-10報導華人企業將在巴西新建10家乙醇(酒精)燃料廠。巴西2008年燃料乙醇產量將達264.5億升，相當於20.87百萬噸，創歷史新高。巴西又發現原油，怪不得股市近十年來上漲近5倍，去年黑奧升值30％。
有一天若石油及天然氣耗盡，用量最大的塑膠-聚乙烯(PE)是否會因沒乙烯原料而停產，答案是否定的，因為甘蔗等發酵得乙醇，而乙醇脫水可變成乙烯，故PE取之於再生能源，生生不息，永不會消失！只是乙醇脫水會損失37.5%的重量，目前用乙醇生產乙烯較不划算，不久的將來會黃金交差。
1.3. 生質柴油
使用一噸的生質柴油不但可減少一噸石油的進口需求，還可減少三噸CO2排放量，且可促進農業的發展，因此各國政府利用減稅、補助，推動生質柴油的發展。根據新興市場線上(Emerging Market Online)出版的全球生質柴油市場調查報告，2001年全球生質柴油的總產量為100萬公秉（88萬噸），2006年增加至600萬公秉（528萬噸），五年來提升五倍。但是傳統生質柴油的原料需要廣大的土地，並且可能造成與民爭食的窘境，目前國際食用油的價格不斷上漲，已經是一種警訊。
轉酯化反應是三酸甘油酯(油脂主要成分)與甲醇反應產出脂肪酸甲酯與甘油，將碳數降為柴油之範圍(如表4所示)其反應如下圖4所示。經過分離純化程序即可獲得符合國家標準的生質柴油。
圖4 轉酯化生產生質柴油之反應式
生質柴油性質與一般柴油非常接近，可以做為柴油引擎燃料，國外經驗顯示，混合B20以下的比例使用時，不需要對車輛引擎做任何調整修改。使用生質柴油不僅可以減少傳統化石能源的使用，更有保護環境的效益。
國內有家新公司發明固態觸媒，聲稱可節省洗涤步驟，投資0.75億元，土地需求面積在600坪以上，售價以每公升39元計算(柴油：27.37 元 / 公升)，年產量6,000公秉，預估每股盈餘2.3元。然而其原料沙拉油以每公升18元計算(事實上今年二月已漲到53.3元/kg=46.9元/升)，則平均每公升生質油總成本遠高於預期的約35元。(工研院技轉生質柴油給新日化、鴻潔，另世界生物能源公司的創辦人為張榮興博士，原為工研院能環所技術主管)。
1.4. 聚乳酸PLA
塑膠絕大部分來自於石油，而石油是需求最大的能源，故塑膠也是廣義的能源，屬於次級能源的應用，例如聚乙烯(PE)來自於乙烯，而乙烯是原油分餾所得之輕油或天然氣分餾所得之乙烷經裂解而得。現今全世界塑膠消耗量已經超過每年1.6億噸，其中35%使用於包裝材，廢料的處理對環境造成巨大衝擊，因此對於塑料的回收機制與可分解塑膠的研究日趨重要。
1987年美國專營玉米澱粉之Cargill公司開始投資研發新的聚乳酸(Polylactic acid, PLA)製程，原料為玉米等可再生性資源。Cargill隨後於2001年與Dow合資成Cargill-Dow公司進行商業化量產(每年14萬噸的聚乳酸為世界最大產量)，但Dow 於2005/1/20 退出，公司名更改為Nature-Works。
由於聚乳酸塑膠同時擁有生體相容性與生物可分解性，因此在所有可分解性塑膠中佔有42%的市場。除生物可分解特性之外，聚乳酸的主要優勢還包括良好的機械特性與其材料來源。聚乳酸的材料來源為澱粉，在今日原油價格上漲，石油儲存量下降的環境下，除具有環境保護優勢之外，也同時有能源經濟的效益。
比較聚乳酸與其他泛用塑膠的物性發現，聚乳酸的機械性質相當強韌，與聚苯乙烯、聚氯乙烯接近，韌度超過聚丙烯(參閱表5)，用於包裝材料、醫療與纖維的潛力相當好，唯一影響其進一步取代泛用塑膠包裝材料的障礙為其生產成本，依照製程與規模不同，聚乳酸的生產成本目前為40~70元/公斤，高於目前泛用塑膠的價格。
2006年4月聚乳酸PLA價格為1,800美元/噸，原油價格為70美元／桶，LDPE價格為1,150美元/噸。原本預期油價超出100 美元／桶時，可生物降解的玉米塑膠PLA會比PE便宜；然而， 2008年3月3日原油價格已超出100 美元／桶(為102.46美元／桶)，3月4日亞州的LDPE為1,760美元/噸，PLA却非停留在1,800美元/噸，而是飆漲到3,200美元/噸。主因是玉米價格在2006年飆漲八成， 2007年又漲近四成(一方面因為玉米增加了合成塑膠之新需求，另方面也由於最大的能源石油價格飆漲)。
2.風力
以裝機容量四十萬千瓦(400MW)的火力發電廠為例，每小時耗煤280噸，年排放二氧化碳6萬噸及煙塵28.5萬噸，其所帶來的環境污染可想而知。過去，環境污染的成本乃是由社會整體共同承擔，在德國，有三分之一的CO2排放是來自發電廠，在中國大陸亦然；而發電約佔能源消耗量之一半。反之，今若使用風力發電，既不必燒煤，也不會產生任何廢氣或廢物，對人類以及環境都不致造成任何損害。近年來，能源危機日益嚴重，風力能再度受到重視，歐美先進國家無不積極研究與利用。 尤其，拜科技進步之賜，現代風力機與已往的風車比較起來，無論在性能、構造及發電效益上，均有長足的進步。
2007年全球永續能源共產生242百萬瓩（GW, gigawatt）電力，占全球電力的5%，其中風力發電以73.9百萬瓩占第一位，占全球電力的1.5%，而一般耳熟能詳的太陽能僅3.7百萬瓩。全球風力能源委員會預測， 2030年風力發電將占全球電力的29%，約成長20倍。
就風力發電而言，西班牙是超級強國，西班牙的風力發電量2007年首度與水力發電量相當，總風力發電量可達1萬5000千瓩。在納瓦拉地區，高達70%的電力來自風力，石油價格飆漲對當地來說是別人的事。
風力發電量和葉片長度的平方成正比，例如，40公尺長葉片可發2MW(千瓩)的電量。目前世界最大的葉片長度80公尺長，可產生8 MW(千瓩)的電量，而非4 MW(千瓩)。如此大的葉片要輕又要能耐強風，則葉片材料非得由玻璃纖維強化塑膠(FRP)改成碳纖維不可。無論FRP或碳纖維，其主要原材料均為塑膠。例如碳纖維之原材料即聚丙烯腈(PAN)，為一種聚合物，也是廣義的塑膠。
另外，風力發電量和風速三次方成正比，大約是每秒三公尺(每時10公里)的微風速度，便可以開始發電（就風速而言，輕度颱風>每時60公里，中度颱風>每時120公里，強烈颱風>每時180公里）。台灣擁有得天獨厚的風力資源，風場發電容量率(Wind Energy Capacity Factor, CF)為30%，為全球第二，僅次於英國(參閱表6)。 (年平均發電率為全載發電小時數除以全年8,760小時，台灣30%表示全年累積有2,630全載發電小時)。尤其是，台灣海峽及海岸的平均風速分別高達每秒8公尺及4公尺以上，因為2~3千公尺高的台灣中央山脈與700多公尺高的福建武夷山似乎夾成一道風洞。
資料來源：丹麥BTM報導現代風力發電塔和傳統的風車簡直是天壤之別，風力發電塔基座高達125公尺，比美國國會山莊還高，葉片比空中巴士A380巨無霸客機的機翼還寬。也因為其如此龐然巨物，因而遭反對者以破壞自然景觀為由反對興建風電場。風力發電的另一障礙為無法不間斷供電，更無法準確預測有風的日子，而且目前風力發電的生產成本仍高於石化燃料發電，風電場造價頗高，每座達260萬歐元（約台幣1.2億元）。
儘管最受矚目的永續能源可能是太陽能，其實風力更便宜，太陽能每百萬度成本為450歐元，而風力僅50至100 歐元。
3. 太陽能
陽光照射地球40分鐘帶來的能量，相當於全球一年能源總消耗量。美國《紅腓魚》（Red Herring）雜誌指出，「石油儲量可能只剩三十年，但太陽還會在那裡三十億年」。
太陽能光電自1990年開始從日本、德國萌芽，隨後開始擴展到全球；到2007年，全球太陽能發電量以達到37億瓦(3.7GW)，假設每天平均日照為10小時，則年日照為12小時/天x365天/年=4,380小時/年，全球每年可產生3.7GW=3700MWx4,380小時/年=16,206,000MWHx1 TOE/4.4MWH=3.68MTOE。一座晶圓廠動輒以十億美元為單位，一座太陽能電池工廠僅需千萬美元。「這是台灣和大陸有機會的原因，在德國和日本做組裝的成本太高」。
這個行業的關鍵在能源轉換效率，至於組裝則沒有太多秘密。就能源轉換效率而言，單晶矽(像沒收費站之高速公路)為24%、多晶矽(像許多收費站之高速公路) 為17%~18.6%(三菱電機在今年3月24日技術在線(http://big5.nikkeibp.co.jp/)發表18.6%為目前全球最高的多晶矽能源轉換效率)、非晶薄膜(像婉轉鄉村小路)為10%。目前全球最大的太陽能電池公司是德國Q-Cells， 2007年產量398MW，今年將擴建為 620MW(將使用3,000公噸多晶矽 )。第二大公司是日本Sharp, 第三是中國的尚德太陽能。目前太陽能電池價格約相當於油價200 美元／桶。
由於原先以為積體電路用矽晶IC大發，2002年矽晶產能由2萬MTA(需求1.8萬MTA)擴建為3萬MTA，但IC線幅微小化，130nm縮到90nm(台積電現在更進步到45nm奈米)，矽晶用量不增，矽晶7家(Hemlock、Wacker、ASiMI、MEMC、日本德山、三菱材料及加拿大BSI)大虧，因此過去幾年對矽晶較沒擴建。如今太陽能電池的瓶頸却在於上游之多晶矽產量供不應求。多晶矽合約價格， 2005年第四季每公斤約五十美元上下，之後現貨即持續狂飆，繼2007年底現貨市場每公斤報價上漲至400美元後，近期再衝上每公斤500美元大關的「天價」。台灣跨入多晶矽的兩家廠商-台聚及福聚本業均為塑膠(參閱表7)。2008年4月9日，山西潞安集團也在長治屯留舉行了5,000噸高純度多晶矽項目開工奠基儀式。
美國紐約知名設計公司METROPOLIS，將非晶矽薄膜太陽能板(以可撓式不銹鋼為基材)結合在PVC布膜上，成為Cooper-Hewitt的花園的景觀之一，並應用於美國國家設計博物館(National Design Museum)。
如下列圖5所示，太陽能電池包夾矽晶之封裝膜材料為EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)，台聚已率先開發封裝用EVA樹脂，該太陽能電池用EVA封裝膜市場量在2007年為 20,500美元/噸，售價為18美元/公斤)。最底層為PVF(聚氟乙烯)，也是台灣尚未生產之塑膠。今年4月，日本東麗軟片(film)加工公司開發出具有優異品質與優勢價格的太陽電池用背板(back sheet)，並將正式推出市場。新產品是採用該公司獨自的複合技術產品化的PET(聚酯)軟片製成多層材料，厚度為以往材料的2/3左右，即可承受1,000V的放電電壓，實現高阻隔性(水蒸氣透過率為0.3g/m2)，並且與EVA樹脂有良好的接著性以及具有優異耐久性的特徵。新產品在歐洲已經開始被採用，準備以其高性能與價格優勢取代既有氟系背板。這些皆是塑膠在再生能源的應用。
此外，2008年4月美國Sandia國家實驗室已提出S2P(陽光變汽油Shineshine to petrol)之計劃。希望在2020年以太陽能將CO2轉換成CO，以其製造H2，甚至合成甲醇及塑膠。
今年二月的科學人月刊報導指出，假設一戶30坪公寓，其樓層面積約100平方公尺，樓頂全部鋪設太陽能光電池，如果採市面上最先進的Sanyo HIP太陽能光電池（效率為17%、200瓦∕1.17平方公尺），意味單位面積可安裝容量為170瓦，因此屋頂可裝設的總容量為17千瓦（目前裝設成本高達400萬元左右）。以台灣日照量，每千瓦太陽能光電池裝置容量每年可以發電900~1300度(瓩٠小時KWH)來估計（南北部不同），每月發電量約1,275~1,841度電，每月可省電費2,678~3,866元（以平均每度電價2.1元計算），這是一般中等住家的平均電費 (年投資收益只有 0.9%，比目前定期存款利率2.5%低，投資額太大，收益又低，若非政府補助恐難盛行。例如，美國政府即提供補助，鼓勵民間鋪設太陽能光電池)。也就是說，即使頂樓全部鋪滿太陽能光電池，也只能提供一戶人家的電能需求，而台灣建築物的平均樓層約4.4層，換句話說，因裝設面積不足的緣故，有77%的用戶無法利用太陽能光電池提供替代能源。
然而，在同期月刋〈太陽能，美國夢〉一文中，言及美國科學家提出的太陽能發電廠計畫包括兩種發電技術：太陽能光電池與集光型太陽熱能發電（CSP）。太陽能光電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光發電，集光型太陽熱能發電是利用集光技術來加熱鍋爐產生蒸汽發電。太陽能光電池可到處鋪設，最為便利，只要有陽光的地方就可利用。該計劃預估，屆 2050年太陽能可望替代美國69%的電力(只用0.8%的土地)及35%的能源。2007年台灣尖峰用電37GW(百萬瓩)發電總裝置容量為43GW，若如美國在2050年之科技，台灣只需4%土地，即可提供應全島所需的電力；因此太陽能為未來最可靠可用的再生能源，且將於2040年發電量超越風力發電，而約佔全球能源消費量之10%。如下列圖6所示，黃色部分為太陽能光電池與集光型太陽熱能發電，現在僅提供全球約0.035%能源，預料在2100年將提供全世界67%能源而成為全球最大的能源，約成長2,000倍。
圖6.未來是太陽能之世紀
最後，以表8能源比較做總結，以發電成本而言，核能似乎最便宜，又無CO2排放問題，唯一的大問題是截至目前為止核廢料無法處理，若加上核廢料處理費，核能絕非最便宜；故當今最便宜且環保的是大水力發電，然而水力發電可遇不可求，例如美濃水庫也因當地居民反對，而蓋不成；第二便宜的表面上看起來是火力發電，但若再加碳稅0.82元/KWH，則每度(KWH)2元以上，況且煤炭現貨價格由2007年年初 FOB每噸51.2美元，今年3月已漲到每噸132美元，在日本年底可能會飆漲到每噸300美元；因此，第二便宜的應該是風力發電，尤其是在台灣海岸發展風力發電(目前風力發電機供不應求，全球最大供應商丹麥Vestas訂單均排到2009年才能交貨，其癥結在上游之碳纖維缺貨)；而40年後的冠軍寶座則非太陽能莫屬。
1. 2007年美國電價=6~10₡/KWH，台灣平均電價6.6₡/KWH (2.05元/KWH)。KWH(瓩小時=度)
2. 長江三峽大壩工程資兩百四十五億美元，發電18GW，故每瓦之建造成本為1.36美元。
3. 風力發電岸置式為*離岸式建造成本之1/2，故在海岸陸地上設置葉片發電機座成本只需$1.2~1.65/W，和水力發電建造成本相似，且發電成本和未加碳稅之火力相當，已頗具競爭力。
4.台灣火力發電平均成本**1.13元/KWH(若再加碳稅0.82元/KWH，則高達2.01元/KWH)。況且澳洲煤炭現貨價格由2007年年初 FOB每噸51.2美元一路大漲，年底突破每噸90美元價位，一年就漲了76%。礦務局表示，今年澳洲煤炭現貨價格屢創新高，現已飆漲到每噸131.55美元，年初迄4月漲幅已達 46%。故火力發電平均成本並非1.13元/KWH，台電平均售價 2.05元/KWH，已造成巨額虧損，和汽油一樣520之後勢必調升。日本2008年發電用等煤碳價格將上漲為去年的2.3倍 [2008/4/9]
5.核四發電成本#未計核廢料處理費。
來源：1.科學人月刊(Feb08) 2.台電 3.IEK(工研院) 4. 全球再生能源報告(Renewable 2005 Global Report)。
