2016年7月9日星期六

从马来西亚的太阳能学校和美国的太阳能公路说起

根据《东方日报》报导,我国从2011年12月开始落实电力回购制(Feed-in-tariff),获得民众民及机构的踊跃支持。其中最受欢迎的是太阳能电力回购制,「太阳能养校」除了环保也让华校有新收入,一举两得。

图片摘自:《东方日报》
而本校八打灵育才华小及麻坡中化独中是我国率先落实「太阳能养校」的学校。本校董事长张发龙先生在接受《东方日报》电访时说,育才每月从太阳能发电所获得的收入有1万令吉,安装太阳能发电板的成本大约是60万令吉,但只要5年就能回本。

实际上,在我看来,这笔成本费用可说是没有回本的问题,因是育才的老师们和三机构成员付出人力和脑力资本,合力办嘉年华和筹款晚宴,家长和三机构成员慷慨解囊所得。换句话说,只要有安装好了,就能把阳光转化成资金,比较烦心的是维修的问题而已。

董事长形容,从这个数额来看,有关收入可以完全抵销学校电费,而这笔资金要如何使用,决定权在於校方。「学生补习、贫寒学生等等,我们都可以用这笔钱来帮助他们。」

根据《东方日报》的报导,麻坡中化独中校长彭进財指出,该校总共为此投资120万令吉,资金是来自学校董事部的发展基金。他透露,如果进展顺利,该校能在6年左右就能回收成本,届时校方每个月可获得1万令吉,这些收入会进入发展基金。「独中必须自行筹措资金,包括出租学校大礼堂等,这对校方来说是多一个收入管道。」

询及会否鼓励其他独中跟进,他则回应说,「当然,大马永续能源机构有开放让学校申请,各校可以考虑以此做为筹措资金的管道。」

图片摘自:《东方日报》
与此同时,太阳能养校除了能协助华校筹措资金,更能以实际例子让学生了解再生能源的重要性。张发龙指出,日本、德国、瑞典、芬兰等国家都是再生能源佔国家发电莫大比例,煤炭发电及油气发电未来相信都会被取代,如果过度仰来我国原有的石油及天然气,未来將是死路一条。他说:「只要再生能源持续发展,石油总有一天会被取代。我希望学生们能从这里开始做好准备,面对这样的新时代。」

彭进財也表示,太阳能养校的设施同时也会成为教学场地,教师教导太阳能、环保等概念时,学生就能亲眼目睹这些设施並了解其运作。

目前为止,我国共有10所政府学校落实太阳能养校,包括四所华小,就是除了本校外,还有雪兰莪州双溪比力华联华小和巴生港口青年华小,以及彭亨州的姚贞媛华小。截至2015年,太阳能占了再生能源发电比例的三分之二,是马来西亚这个赤道国家得天独厚的资源。

美国虽然不在赤道上,太阳辐射的平均量也比赤道国家少,不过他们也要善用太阳能。

根据engadget中文版报导,可以将距离远且面积大的道路化为太阳能板来发电的「太阳能道路(Solar Road)」,将在美国正式开始进行初步的尝试了。美国密苏里州的交通部现已规划要在美国历史悠久的国道 Route 66 的游客中心的人行道上铺设这样的太阳能砖。虽说暂时还仅是前导测试阶段而已,但他们希望能在年底前开始实测此技术的可行性与安全性,再考虑铺设在一般道路之上。

每块採用 Solar Roadway 技术的太阳能砖,其六角型砖片里都内嵌了 LED 灯与太阳能板,并且都被保护在具备特殊纹理的特制玻璃之下,号称承受的了卡车碾压。更炫的是,Solar Roadway 还提供了感压的技术,所以假若道路上突然有动物或落石的话,也可以透过路面灯号通知前后的驾驶减速。而对於时常会下雪的国家而言,这块路砖还可以提供加热的功能,藉此免去清除道路积雪的开销——所以他们才想赶在年底的第一场雪之前完工啊。

图片摘自:截图自youtube视频Solar FREAKIN' Roadways!
其实这个技术还满有意思的,因为它在运动场地上还能提供瞬间切换运动用标示线的机能(还能让小孩玩跳房子呢)。在最理想的状况下,他们预期这样的建设将可让道路发电来「支付自己的费用」,配合比起一般柏油道路要更加安全且更易维护的特性,感觉真的没有什么坏处。不过,这样的建设大家应该都能预期它的费用绝对是所费不貲——据 The Verge 的资讯是估计要在全美铺设将耗资 56 兆美元(USD 56,000,000,000,000),而在太阳能板铺设价格下降的当下,是否真的能大规模的铺设显然仍有很多变数存在。

是说,追求更纯净能源之路本来就是个充满未知的事情(毕竟没太多前例),而好好利用道路这个在城市之间的长距离「平面」至少真的是个好主意,至于要在什麼时间点还有怎样更合理地实现,就真的要看各国政府的做法咯。

看看相关视频:


然而,太阳能真的是一个环保的可更新能源(Renewable Energy)吗?

《科技新报》(TechNews)的专题报导,从 2008 年开始,太阳能制造业从原本的产地欧洲、日本、美国,转移至中国、马来西亚、菲律宾与台湾,如今将近一半的太阳能电池都在中国生产,虽然带动了当地产业的兴起,却也让这些地区饱受污染之苦,并让从事相关工作者身处危险的环境。

我把《科技新报》的专题要点摘录如下:

污染要从头说起——从挖掘到精炼

太阳能电池的制造大部分都是从石英砂开始,从矿山中挖取石英砂,就是从古至今对健康危害最深的职业之一,会让矿工染上硅肺病(silicosis)

图片摘自:Zach Boumeester CC BY 2.0
冶金级的硅精炼涉及除去内部杂质,让硅的纯度更高的过程最多有25%的三氯氢硅会转化为多晶硅(polysilicon),同时产生非常毒的副产品四氯化硅(silicon tetrachloride),估计每生产一吨(就是一千公斤)的多晶硅,会产生约3至4吨的四氯化硅。

大部分制造商会将四氯化硅回收再利用,但所使用的设备需要花费超过千万美元,因此有些业者会将四氯化硅排放掉。当这种具强腐蚀性的有毒液体遇到潮湿空气,马上分解成硅酸和剧毒气体氯化氢,会刺激人体眼睛、皮肤与呼吸道刺激,遇上星火则会爆炸,用於倾倒或掩埋四氯化硅的土地将变成不毛之地,树木和草都无法生长。

所幸的是在中国,这类问题逐渐在改善,而美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)正寻找以乙醇代替氯基化合物的方法,以避免产生四氯化硅。

但污染并非只到多晶硅就停止,从多晶硅到真正的太阳能电池还需要透过长晶炉生成晶棒,再切割成晶圆或晶片,这些过程都需要危险的化学物质来处理,例如制造商需要用氢氟酸(hydrofluoric acid)来清洗晶圆,除去因锯切所受到的伤害,或是磨平晶圆表面,以增加聚光能力。但氢氟酸是一种具有强烈腐蚀性的物质,就如武侠小说中的「化骨水」,若接触到未受保护的工人,会破坏人体组织并侵蚀骨头,因此必须妥善处理。

图片摘自:SolarWorld USA CC BY 2.0
薄膜太阳电池可以用来代替多晶矽太阳电池,不过还是会带来污染问题。两种主要的薄膜太阳电池都使用重金属鎘(Cadmium)的化合物,它是恶名昭彰的致癌物质,长期暴露可能导致肾脏疾病、肺损伤与骨骼脆弱

另外弃置的太阳能电池也是问题,若没有妥善的回收机制,会增加鎘暴露的风险,对此许多大厂都做的不错,如 First Solar 的预付回收系统(prefunded take-back system),但回收计画并没有提供给全部的使用者,甚至许多人根本没意识到太阳能电池需要回收

有毒并非是唯一的问题,制造太阳能需要大量的能源,幸运的是,因为电池能产生电力,可回收原本投资的能源,大部分的电池运作两年后就可以打平,有些电池甚至能缩短至半年,但能源回收与资金回收的时程不能混为一谈,两者有时间差距。

除了能源回收是否符合效益,碳足跡也是个问题,通常以碳排放强度(carbon-intensity)為计算单位,也就是生产每千瓦小时的能量会排放多少公斤的二氧化碳,其中较依赖煤炭供电的碳排放强度最高,例如中国,电力生产的碳排放强度是美国的两倍,这个数据与阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)和西北大学(Northwestern University)在 2013 年发表的报告相似,报告指出中国制造的太阳能板其碳足跡是欧洲制造的两倍
中国制造的太阳能板其碳足跡是欧洲制造的两倍。
(图片来源:Argonne National Laboratory/Fengqi You et al.)
水则是另一个问题,在太阳能电池制造的过程中,必须用到很多水,包括冷却、化学处理和空污防治,最大的需求来自安装与使用时的清洗,公共事业规模在230~550百万瓦(megawatt)范围内的能源计画,在施工期时每年需耗费 15 亿升的水来进行粉尘控制,运转时每年需要 2,600 万升的水来清洗太阳能板但这些用水量仍远低於冷却火力和核能发电厂所需要的用水

美国太阳能产业协会(Solar Energy Industries Association)与美国国家贸易组织提出新的工业指南,目的是减少职业伤害、防止污染与降低自然资源的使用;硅谷毒物联盟(Silicon Valley Toxics Coalition)定期调查与评估各国企业的环境绩效,目前中国的天合光能(Trina Solar)与英利绿色能源(Yingli)长期稳居世界前三大最环保的公司,夏普(Sharp)、SolarWorld 和 SunPower 也对自家排放的温室气体与化学物质,进行长期追踪。

硅谷毒物联盟对太阳能电池制造商环境绩效评比,其中中国的天合光能(Trina)与英利绿色能源(Yingli)长期稳居世界前三名,此图是 2013 年的评比结果。(图片来源:Silicon Valley Toxics Coalition)
许多人将太阳能视为未来的能源救星,却忽视在光鲜亮丽的外表下,隐藏著如此多的问题,身为消费者的我们不能视而不见,而应该以群体的力量要求厂商做到真正的节能、减碳、零污染,不然我们所追求的绿色能源,也不过是个包裹着糖衣的毒药罢了


文章摘自:
1. 《东方日报》—— 太阳能养校 育才月入1万
2. 《东方日报》—— 【太阳能养校】学校冀教育部支持 让申请更顺
3. 《科技新报》—— 太陽能真的夠「綠」嗎?還是包裹著糖衣的毒藥
4. 《Engadget中文版》—— 美國 66 號公路將嘗試鋪設太陽能道路

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