給未來總統的能源課：頂尖物理學家眼中的能源真相

序
前言

I 能源災難
1 福島核災
2 墨西哥灣漏油事件
3 全球暖化與氣候變遷

II 能源面貌
4 天然氣－─意外之財
5 液態能源安全
6 頁岩油
7 能源生產力

III 替代能源
8 太陽能發電
9 風力發電
10 能源儲存    
11 蓬勃發展的核能發電
12 核融合
13 生質燃料
14 合成燃料與高科技化石燃料
15 替代能源中的替代能源：氫能、地熱、潮汐和波浪發電
16 電動車
17 天然氣車
18 燃料電池
19 潔淨煤

IV 什麼是能量？

V 給未來總統的建言

附注
 

前言

　　能源是當今世界上最重要的商品。國家財富與能源耗用量有顯著的正相關。許多國家為了爭搶能源而發動戰爭。我們對能源之敏感可以從一個只佔2%供應量的國家（利比亞）停止原油出口，卻造成石油價格勁揚10%而得知。
    
　　能源災害一個接著一個。墨西哥灣的大規模漏油事件可能會釀成美國歷史上最嚴重的生態災難。儘管有來自核能支持者的樂觀預測，但從三哩島（Three Miles Island）到車諾比，核能災害仍不斷地發生，然後就在一切看來都安全無虞時，又發生了福島核災。現今又出現了一項新的能源威脅：水力壓裂（fracking），一種可能會汙染整個水域的天然氣鑽採方法。而過度的能源消耗，可能會把我們帶向人類歷史上最大的災難：無法控制的全球暖化，以及伴隨而來的颶風、洪水，以及最為諷刺的乾旱。
    
　　近來美國在經濟上所嚐到的苦果，多半都是從能源衍生而來。每年500億美元的貿易逆差，有一半來自於石油進口，而且情況還可能變得更糟。中國正在和美國爭奪石油，其石油進口量以每年50%的速度增長。我們對石油的高度依賴對市場形成了巨大的壓力，特別是根據預測，石油供給量將在十年內達到（並越過）高峰。許多國家在能源安全上飽受威脅。2009年，俄羅斯為了教訓烏克蘭而將供油管路切斷一天，才令法國和德國驚覺自己在能源上的脆弱。

　　雖然問題這麼多，我們卻將能源視為理所當然。當家裡的電力中斷時，一定是某個蠢蛋犯了錯。如果價格上揚，一定是有人在裡面上下其手！在美國，便宜的能源是民生必需品，而不是奢侈品。對許多人來說，便宜的能源是一項基本人權。
    
　　我們都曾聽說能源正逐漸耗竭，但是又聽到很多人說到處都是能源，正等著我們開採。如果我們夠聰明，而且不被那些能源大公司愚弄的話，能源還是一項很棒的投資。陽光裡有能源，海水裡、風裡、從地球深處緩慢地釋放出來的地熱裡也都有能源。有人跟我們說，我們對化石燃料的依賴只是石油公司操弄下所形成的癮頭。

　　我們需要能源，卻對我們所擁有的能源揮霍無度。在柏克萊大學的大講堂（我授課的地方）裡，即使在大白天也使用人工照明。我們在冬天過度加熱建築，在夏天過度冷卻建築，這樣做讓我們感覺良好。節能讓人聯想到馬力不足的汽車、不舒服的日光燈和必須在自己的客廳裡穿著毛衣。
    
　　在軍事或經濟上，能源是國家安全的核心，而且在總統和人民所做的決策中位居要角。但是能源既抽象又神秘。物理課本裡對能源的定義是「作功的能力」，但除非你了解技術上如何定義同樣抽象的「能力」與「功」，否則只會感到困惑。我們被教導要節省（conserve）能源，但是物理學家又告訴我們，能源守恆（conservation）並不是個選擇，而是條自然定律。對未來的總統而言，到底他真正需要知道的是什麼？
    
　　當你成為總統，你可以放心把能源議題全部留給你的能源部長或是科學顧問去處理嗎？如果有這麼簡單就好了！讓我們想像一下底下兩個假設的情境：

　　▪ 你的科學顧問向你大力讚揚太陽能的優點，同時間你的經濟顧問正在擔憂美國汽車工業的衰退，而你的國務卿則對發生於沙烏地阿拉伯或伊朗等產油國的革命風潮感到束手無策。與能源有關的知識，對處理這些問題至關重要。

　　▪ 你的能源部長認為福島核災的後果太可怕，應該要停止使用核能，但是你的科學顧問說，美國並不會受到海嘯的威脅，而且沒有人因為福島核災中外洩的輻射而喪命，反而證明核能是可靠的。你必須權衡這些建議並做出決策，但這兩者間似乎毫無交集。

　　當你的顧問彼此之間意見相左時，你該如何得出正確的結論？結論當然是，你不只需要了解他們的結論，而且還必須了解他們是基於那些事實和邏輯而形成他們的結論。我們生活在一個高科技的世界裡，因此你無法像過去的總統一樣，只靠著經濟、政治、外交與軍事上的資訊來治理國家。你必須知道且了解能源。更困難的是，你還必須要帶領民眾與國會。你不能只靠民調來做事，因為大眾並不欣賞折衷與妥協。你責無旁貸。

　　這本書的目的並非在於提供建言，而是在傳授知識。有時我也會提供自己的看法，但是請注意，那只是個科學家的意見。當你當上總統，我並不會因為你採用了另外一種方法而感到驚訝或失望。至少你知道你自己在做什麼。

　　我盡量使這本書更精簡，而不是更完整。我把重點放在那些總統必須知道的事，那些進一步了解各項議題時所需的基礎科學與資訊。

　　這本書的開頭會回顧一下近年來所發生的一些能源災難。這些事件佔據了報紙頭版標題，而且往往會影響民眾對能源的態度，但這些標題大多不夠精確或產生誤導。常常在經過災害的幾個月或幾年後，我們才發現我們的第一印象是錯誤的。福島核災和墨西哥灣漏油事件都是這類的實例，甚至大眾印象中化石燃料對全球暖化的影響也是如此。

　　這本書的第二部分涵蓋了以驚人的速度改變中的能源「地景」。我們所有的運輸方式──汽車、卡車、飛機，都仰賴液態能源（石油、柴油、汽油），然而我們的自給能力卻低得可憐。我們擁有豐富的天然氣儲量，但是車子能以此為動力嗎？而開採天然氣的新方法──水力壓裂法，對環境的破壞有多嚴重？如果把這項技術應用在巨大的油頁岩蘊藏量時能帶來多大的效用？節能真的會像許多人認為的不舒適，並造成生活品質的下降嗎？或其實是不需要犧牲什麼就可以達成的目標？會不會節能其實是一項很好的投資，只有笨蛋才會忽略？

　　這本書的第三部分會重新檢視一下重要的「新」科技，有些科技其實十分古老，但是再度受到重視。一到夜晚就無法供電的太陽能為何值得投資？核能真的走到盡頭了嗎？還是會像鳳凰一樣從福島的灰燼中再度升起？氫經濟發生了什麼事？我們的孩子未來開的都會是電動車？這些都是會受到媒體下的大標和企業家的誇大而遭到扭曲的議題。

　　第四部分，我們會碰到一個可以晚點再來討論的問題：什麼是能源？科學家對能源定下絕佳的定義，但是對於主要關心能源政策的總統來說沒什麼幫助。所以我們使用體驗法，在定義能源之前先學習關於能源的各種知識。事實上，這個部分也可以跳過。你不見得要能定義能源，只要在你看到時知道它就是能源就可以了。

　　最後一部分，我會假設你需要我的意見，而提供我的看法。這一章是本書中最不重要的部分，因為的我的看法只是來自於科學家有限的視界。你才是那個需要在技術可行性與經濟、國家安全及國際外交的限制下取得平衡的人。

　　一個好的總統必須要是個領導者，這表示他除了做出正確的決定之外，還必須是國家的指導者。科學顧問或能源部長都無法說服大眾，一般的認知不見得是正確的。這項任務只有民眾最信任的人才能辦得到，就是他們所選出來的總統。