糧食、能源、水(一) 序論

作者：楊卓儒/編輯：歐陽孚、郭致廷

圖1 近代以來激增的人口數量
圖片來源：http://www.energyandcapital.com/articles/population-resources-and-investments-seven-million-people/1878

《前言》
2011年10月，聯合國人口基金會推測世界上的人口數來到了70億。1987年7月，地球上的「第50億人」誕生在前南斯拉夫，也就是說短短不到25年，地球上的人口已經增加了20億。在這同時，地球上的自然資源包括石油、土地和水的量卻是維持不變的，這意味著平均每人能夠使用的資源量會隨著人口的激增而愈來愈少。其中人們對於石油的消耗及土地資源的使用有較多的討論及研究，但水資源的部份則是到近期才逐漸引起重視。

除了自然資源，糧食的供給也逐漸成為問題。馬爾薩斯(Thomas Robert Marthus, 1766-1834)在一七九八年出版的人口論中曾提出警告：若是不限制人口的增長，它將以等比級數的方式增加，使得糧食的消耗量的增長速度大於產量的增加速度，除了導致糧食不足之外，還可能發生飢荒與戰爭。他的預言卻因為綠色革命的出現而並沒有發生。一九四零到一九七零年間，農業機械與耕種技術的進步使得稻米與小麥等主要糧食的產量有革命性的成長，讓糧食生產的增長率遠超過人口增加的速率。就在人們認為科技可以幫助我們擺脫馬爾薩斯《人口論》的威脅時，2007年底，由於該年的氣候異常，全球糧食儲存量只剩下遠低於安全量的57天(安全標準是70天)，導致了2008年春天所發生的糧食危機。關於糧食及水資源所面臨的問題，有許多值得重視的討論，同時，這兩者與能源(特別是生質能源)皆有著非常密切的關係。這個系列的專欄，生質能源趨勢首先將介紹能源、糧食與水資源之間的交互關係，再分別介紹糧食與水資源目前遭遇到的問題，期望透過這個專欄，能夠讓讀者對於這個切身的議題有初步的認識。



能源與水

現代社會中，能源供給與水資源的關係是密不可分的。舉例來說，火力發電與核能發電的反應器需要用到大量的冷卻水；開採非常規天然氣頁岩氣(Shale Gas)所使用的液壓壓裂法(Hydraulic Fracturing)需消耗非常大量的水資源，同時可能污染地下水源；煤炭在開採過程中有破壞地面下的含水層的風險。不同發電方式發電所消耗的水量比較請見下表。

表 1

看到這邊我想讀者會有疑問，傳統的火力發電與核能發電消耗大量的水，那麼再生能源呢？事實上，再生能源中的生質燃料或是太陽能都同樣地會消耗水資源。目前生質燃料的大宗仍然是生質乙醇。除了生物質原料(如玉米及甘蔗)生長所需要的灌溉用水之外，生產過程中的發酵程序也都需要大量的水。BET生質能源趨勢之前的文章《[新聞] 生質能源是水資源的競爭者》也有提到利用大型草本植物如芒草(miscanthus)或是柳枝稷(switchgrass)作為原料時，水資源的消耗是必須正視的問題。太陽能發電廠則依冷卻方法的不同，消耗的水量也不同。以集熱式太陽能發電廠為例，傳統的濕冷卻(Wet cooling)每年消耗的水量甚巨，而乾冷卻(Dry cooling)所需水量雖下降，卻會增加成本，降低電廠的利潤。

人們一方面利用水資源來產生能源，另一方面也需要消耗能源來取得水資源。首先，日常生活中水的輸送需要能源。同樣地，水資源的處理過程包括取得、淨化、配水以及污水處理也都需要消耗能源。另外，在水資源匱乏的地區，為了取得更多可供利用的淡水，人們興建的海水淡化設施也是高耗能的裝置。許多國家實行中的調水工程(中國的南水北調、美國加州的北水南調…等)所需要消耗的能源更是不在話下。下表是從不同的水源來產生日常用水所需消耗的電量比較。

表 2

根據台灣經濟部水利署節約用水資訊網的資料，台灣平均每人每日用水量達274公升，以人口2,300萬計算，台灣每日消耗的水量為166.5百萬加侖(一加侖約為3.785公升)。根據表2提供的數據，即使以最省電的來源計算，台灣每日需要消耗233,100度的電才足夠供給我們當日消耗的水量。

對於能源相關的議題，人們常聚焦於石化燃料枯竭或是其價格上揚，並致力於減少碳排放、加速替代能源的發展。然而誠如本文所介紹，事實上水資源的消耗也是談到能源問題時不應該被忽視的部份。


糧食與能源

在生質能源發展興起以前，糧食與能源的關係主要是人們利用能源，特別是石油來生產糧食。在糧食的生產過程中，無論是耕作、收穫以至加工及運輸都需要消耗能源。特別是糧食全球化後的近代，跨國越洋的糧食運輸使得糧食價格與石油價格關係非常密切。直至近年來由於美國與巴西分別致力於玉米酒精與甘蔗酒精的發展，使得更多人認識到糧食與能源不再是獨立的兩個議題。許多人甚至認為生質燃料產業的發展，間接造成了糧食價格上升進而導致糧食危機。這也是反對生質能源者攻擊生質能源產業的主要論點之一。現階段生質能源常被貼上『與糧爭地』的標籤，事實上除了土地資源之外，生質能源原料(玉米、甘蔗、芒草…等)同時也是與糧食爭取水資源的競爭者。然而另一方面，生質能源的擁護者也提出各種報告及數據來駁斥這些言論，他們認為生質燃料並不一定是造成糧食價格上漲的原因。我們之前的文章有提到相關消息，有興趣的讀者可以參考《[新聞] 生質酒精的發展未必是糧食價格上漲的主因》這篇文章。

糧食與水

糧食與水資源的密切關係可說是不言自明，栽培任何農作物如欲將收穫的質與量最大化，無不需要充足的水資源供應。也因此，討論糧食短缺問題的同時必定會討論水資源供給的狀況。前清大彭明輝教授所著的《糧食危機關鍵報告：台灣觀察》與日本丸紅研究所所長柴田明夫的《糧食爭奪戰》中，都至少以一個章節的篇幅來討論全球水資源的變化對於糧食產業的衝擊。後續的系列專欄將會針對糧食與水資源所面臨的問題作更進一步的介紹。


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