能源技術

新能源–綠色能源（Green Energy）-下
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

太陽能為被受矚目的綠能之一。(圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Sustainable_energy)

因應全球暖化、氣候變遷及全球經濟綠色革命的挑戰，世界許多國家均積極發展綠色科技(green technology)，並以服務創新的精神來實現綠色成長。綠色科技是21世紀全球競爭力的關鍵，綠色經濟是帶動全球經濟復甦走出經濟蕭條的新動力。

新能源–綠色能源（Green Energy）–上
台中市雙十國中自然領域王淑卿老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

圖一、能源的分類。

綠色能源（綠能，green energy）又稱為清潔能源（clean energy），是指無污染的能量生產來源，能源獲得與使用都是較不會排放污染物的，對環境是零威脅是友善而尊重的，爲未來的下一代保留安全而完整的環境。綠能是指低碳燃料（Low Carbon Fuel），從燃料取得到利用都排放出較少的溫室氣體二氧化碳，可以減緩溫室效應的燃料。是指由太陽、水、風或生物質（biomass）等形式所產生的能 源，經科技處理再轉化為電力。

核反應爐（Nuclear Reactor）─冷卻 （Cooling）和反應率控制 (Reactivity control)
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 核反應爐與核武器最大的不同處？

2. 如何控制核反應速率？

核反應爐是一種啟動、控制並維持核裂變(Nuclear fission)或核融合(Nuclear fusion)反應的裝置。核反應爐與核武器最大的不同處是，核武爆炸瞬間所發生的是失控鏈式反應，但在反應爐之中，核變的速率可以得到精確的控制，其能量能夠以較慢的速度向外釋放，供人們利用。

核反應爐有許多用途，當前最重要的用途是產生熱能，用以代替其他燃料加熱水，產生蒸汽發電或驅動航空母艦等設施運轉。當前全部商業核反應爐都是來自核裂變的，其裂變產物可以生產核武器之中使用的鈽。

和傳統的熱電站一樣，核電廠也是通過蒸氣機驅動發電機發電 （圖1）。但是在核電廠裡，熱能是由核裂變的碎片的反衝能轉化而來的。核反應爐內因具有衰變熱，核能電廠停機後仍須保持冷卻。

圖1：和傳統的火力電站一樣，核電廠也是通過蒸氣機驅動發電機發電。因具有衰變熱，核能電廠停機後仍須保持冷卻。 （圖片來源：《核能發電概述》）

核反應爐分類（Classification of nuclear reactors）
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 比較常見的核反應爐是哪些？為什麼？

核反應爐有許多種不同的分類方法。

1. 按照核反應的類別
(1) 核裂變(Nuclear fission)：使用鈾和鈾的產品鈽作為燃料。其中又可分為：

• 使用熱中子（thermal neutrons）的熱反應爐（thermal reactors） ：幾乎所有的反應爐都是這個類型。使用控制中子反應速率的中子慢化劑（neutron moderator）。而慢化劑往往也是冷卻劑（coolant），通常是水（重水或輕水）。
• 快中子反應爐（Fast neutron reactors）， 快中子增殖反應爐/快滋生反應器（Fast breeder reactor）。使用快中子來引發燃料的核裂變。利用快中子被可孕材料（如鈾-235、鈽-239）吸收而變成可裂材料（鈾-238），而產生自行製造核燃料的效果，製造燃料多於消耗燃料的，就稱為快滋生反應器。目前使用並不普遍，可見於早期蘇聯的海軍動力設備。

(2) 核融合 (Nuclear fusion)：使用氫氣作為燃料。目前還在實驗階段。

2. 按照反應爐慢化劑 （neutron moderator）和冷卻劑 （coolant）不同：

挪威回收廢棄電子電氣產品：政策工具的靈活應用
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 挪威處理廢棄電子電氣產品的政策有哪些創新的地方？

2. 「多方利益相關者參與」可能會產生哪些優缺點？

回顧過去20多年的經驗，聯合國環境規劃署策劃的《全球環境展望 4》報告指出，「永續（或稱可持續）發展」（sustainable development）的成效取決於科技，社會和決策的三個層面的密切互動的過程。尤其是政策工具的靈活應用是重要的關鍵。以下簡介挪威處理廢棄電子電氣產品的實例。

多方利益相關者（multiple stakeholders）的參與和協商
挪威有全球最成功的回收廢棄電子電氣產品的制度，實行10年的時間中，回收率從5％增長到98％ 。挪威廢棄電子電氣產品的管制規章（根據《污染控制法》(Pollution Control Act)和《生產控制法》(the Product Control Act) 制定），是一個既考慮到讓多方利益相關者參與，又同時創新而靈活的政策工具例子。資訊和通訊技術（ICT）部門的蓬勃發展也同時製造越來越多固體廢棄物，其中往往含有高成分的有害物質，如重金屬。為了應付這些污染源問題，歐盟也制定了WEEE (Waste Electric and Electronic Equipment)（廢棄電子電氣產品）和RoHS （Restriction of Hazardous Substances）（有害物質限制）法令。

圖1：挪威回收的廢棄電子電氣產品等待進一步處理。相關的管制規章於1999年7月1日開始生效。 （圖片來源：Climate and Pollution Agency, Norway。 http://www.miljostatus.no/en/Topics/Waste/Waste-electrical-and-electronic-equipment/）

車諾比核電廠事故對社會文化的衝擊：以德國為例
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 車諾比核災除了有形的衝擊之外，還有哪些無形的影響？

2. 德國社會用哪些方式來處理災變後的恐慌？

圖1：2003年車諾比核電廠附近Prypiat市的教室， 整座城市災變後居民緊急撤離成為廢成。（攝影：Rüdiger Lubrucht）

1986年車諾比核災除了輻射落塵導致短期和長期的生理傷害，經濟上的損失，也在國際社會間造成社會心理和政治體制上重大的衝擊。以德國社會為例，車諾比核災引發廣泛對核能安全的戒慎警覺態度，出現了「風險社會」的名詞和討論，也因此成立聯邦環境部來應付環境問題的挑戰。文化媒體界則呈現了科學數字無法傳達的，直接和間接受害者的驚恐和創痛。2011年在日本福島核災之後3個月內，德國朝野政黨在廣大民意支持之下，一致支持2022年前境內核能電廠全部除役的決定。這股廢核的決心和行動的起始點，就是25年前車諾比事故的震撼經歷。

核能電廠的安全防護體系：「深度防禦」（defense in depth）和「多重屏障」 (Multiple Barriers)
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 哪些安全性顧慮是目前核能電廠的安全防護設計的考量重點？

2. 安全防護設計的維持和監督需要哪些專業能力？

3. 核災發生的狀況複雜，除了核電廠的多重防護設備之外，還要注意些什麼？

2011年日本福島核災引發全球媒體和公眾對於核能電廠的安全高度的關切。核能電廠運轉時，反應器內不斷進行核分裂反應，並產生放射性分裂產物。如果這些放射性物質外釋，如日本福島第一核電廠，就會污染環境。雖然沸水式反應爐的設計比車諾比電廠安全，但是遇到嚴重天災（如14公尺高的海嘯）時，是否能有效防制輻射物質污染環境？日本福島核災的類似問題也會發生在台灣的核電廠？

本文介紹核電廠的基本安全防護系統。以下的資料說明取材於中華民國核能學會和World Nuclear Association的說明，可以說代表支持核電的立場。反核的環保人士很可能對於這樣的說明存疑。但是核能的安全問題必須是透過理性辯論和科技知識來面對，所以本文主要是說明當今核電廠安全設計的概念，作為公民辯論的知識基礎，並不是為核電廠的安全性背書。

圖1：核能電廠深度防禦和多重屏障為安全防護系統示意圖。 （圖片來源：http://www.aec.gov.tw/www/service/other/files/book_19.pdf）