【油價戰爭過去了嗎? 台灣會受到什麼影響?】
週一油價大漲,汽油漲2元,柴油漲2.2元,不知道大家是不是都排隊加完油了?
最近兩個月,大家加油應該很有感,但大家或許會有疑惑,為什麼聽說原油當期期貨都跌到負值,我加油卻沒跌這麼多呢?而在兩個月的低油價過後,油價會漲回來嗎? 對台灣有什麼影響呢? 要知道背後的故事,就要說從世界能源三大角力國:沙烏地阿拉伯、俄羅斯、美國之間的愛恨情仇說起。
1. 沙烏地、俄羅斯、美國三方角力形成的油價崩跌與金融危機
3月6日,武漢肺炎已從中國擴散席捲世界,全世界經濟急凍,油價需求大減,但OPEC (石油輸出國家組織)與世界第三大產油國俄羅斯,卻未能就延續減產達成協議,俄國堅持「我要增產」,引發沙烏地阿拉伯不滿。
於是在三天後,第二大產油國沙烏地阿拉伯發動了「油價戰爭」,大幅降低出口原油售價,並擴大增產,沙烏地阿拉伯聲稱這種七傷拳招式,是為了懲罰俄國拒絕配合減產。
那俄羅斯又為什麼不願配合減產呢?這就要說到美國的頁岩油。美國因為頁岩油,直追OPEC會員國產量,甚至「超俄趕沙」,重登世界最大石油生產國。俄羅斯認為,每次減產,都讓美國的頁岩油搶佔市場客戶,俄羅斯對此非常不爽。
因此,這看似沙烏地阿拉伯對俄羅斯的報復行為,衝擊最大的卻是美國頁岩油。 早在2014年時,產油國就曾經透過增產,想以破盤價打死頁岩油,但頁岩油最後靠著借貸生存了下來。
這次油價戰爭,雖說起因是俄羅斯不想減產,但沙烏地也跟進,除了是兩生產國角力,其實背後是順便想藉機打死頁岩油,也想逼各國重回談判桌。
2. 沙烏地阿拉伯、俄羅斯,選在武漢肺炎時機點出手
因武漢肺炎,全球石油需求明顯降低,航班不飛了、貨運減少了。沙烏地阿拉伯和俄羅斯,在此時大幅增產,讓油價暴跌態勢遠超過2014年,頁岩油因為需要技術與設備投資成本較高,對於許多靠著融資生存的中小型廠商,立刻造成壓力。 兩國在此時間出手,看似非常完美,可以讓美國頁岩油廠商壓力暴增。
但一個月後武漢肺炎疫情擴大,美國進入準戰爭狀態,政府權限擴大,聯準會丟出無限QE,美國並開始對沙烏地阿拉伯,運用外交、軍援等手段條件多方施壓。
美國政府注資能源業,甚至揚言最後不排除祭出「石油關稅」等手段。 而沙烏地阿拉伯和俄羅斯,只靠著外匯存底打石油戰爭,對照美國整體金融實力與外交影響力,這場油價戰爭,時間拖得越長,就越是捉襟見肘。沙烏地阿拉伯眼看自己收入大減又被施壓,俄羅斯境內的能源公司巨頭也群起不滿,因此兩國內部的壓力並不小。
於是,到了4月,在川普直接和俄、沙領導人聯繫與施壓下,4月12日OPEC+終於通過減產協議,在5、6月每日減產970萬桶原油。然而,由於在疫情肆虐下,全球原油需求量預計短缺,4月中油價繼續狂瀉,甚至西德州原油即期期貨一度跌到一桶-40美元的破天荒新低價。
要搶救這個危機,川普祭出擴大戰備儲油(SPR)、研擬政府入股原油產業等措施,甚至強硬表示不管國會通不通過都要買。但最後,挽救油價的還是從5月起疫情預料放緩,各州與歐洲國家研擬開始經濟解封。最終經濟復甦的態勢,才是決定油價的最大因素。
那麼,油價戰爭誰是贏家呢? 最近大家可能會看到一則新聞,台灣外匯存底超越沙烏地阿拉伯,躍居世界第四。原因之一就是油價戰中,沙國消耗大量外匯存底。同樣的,俄羅斯在油價戰中,也因油價快速下滑,嚴重影響其政府收入。對於石油業國有的沙、俄兩國,雖然開戰容易,但是收入短少的受傷也更直接。
相對的,美國的石油產業多半是民營,政府的角色在於如何拯救石油業,以挽救大量失業,避免石油公司失去償債能力爆發的經濟危機。雖然美國政府無法強硬要求減產,但頁岩油產業早已依市場機制「自動」減產200-300萬桶,更已有油商開始倒閉,頁岩油產業短期內難以恢復榮景。
但,這表示OPEC+勝利,頁岩油垮了嗎?這倒未必!
3. 美國頁岩油革命始末和未來趨勢
1970年代羅馬俱樂部認為石油即將在21世紀就耗盡,但諷刺的是,當時的專家學者萬萬沒想到,人類解決這件事的方式,不是透過節能減碳,而是升級挖油技術,讓石油潛在蘊藏量大增,其中開花結果的技術就是頁岩油(shale oil)。
其實世界上很多地方都蘊含頁岩油,但美國特殊的環境,才得以開花結果。
頁岩油開採技術,早已在1940年出現,理論上很簡單,挖一個很深的洞,直抵含有油氣的頁岩層,然後打進一種液體,造成足以打碎岩石的壓力,把石油和天然氣釋放出來。
然而,由於頁岩普遍深度較深,大多公司不願意嘗試,或是試了也失敗收場,直到一位叫做喬治.米契爾(George Mitchell)的仁兄出現。
米契爾活脫是個我們在《世界末日》之類電影看到的鑽油狂人,他擁有地質學與石油工程學位,就像傳統的德州牛仔一樣,他認定那些悲觀論者都錯了,他花了20年在德州東北部的頁岩層拼搏,但這些年鑽探的成本遠遠超越收益,到了1990年代,他已經年近80,患有前列腺癌,妻子得了阿茲海默症,公司也搖搖欲墜......
這時候,米契爾能源公司裡面一名年輕工程師,想到用最簡單的方式來裂解頁岩:水。
在和其他獨立業者技術交流下,他們成功的用水沖裂頁岩,釋放巨量天然氣,而且源源不絕,勢頭不減。消息傳開後,眾多獨立業者紛紛跟進,不但鑽出天然氣,也開始鑽出原油。米契爾名利雙收,在2001年把公司以30多億美元賣掉,活到94歲的高壽才在2013年過世。
這個故事,體現了頁岩油技術會在美國開花結果的原因:一是美國的頁岩油離地表較淺,開採難度相對較低。二是美國政府對於開採頁岩油,多採取正面態度,且採油點多是私人產權土地,爭議小。三是美國能源市場競爭激烈,獨立業者眾多,形成頗富創意、大膽冒險與願意嘗試失敗的社群(甚至曾嘗試用核子裝置鑽油,相當成功,但鑽出的油有放射性不能用),孕育了全世界最先進的鑽油技術。種種因素,造就了美國頁岩油產業的一支獨秀。而這樣的特質,在俄羅斯、中國等同樣有頁岩層的國家並不存在。
過去 OPEC可輕鬆控制全球油價, 但自從美國有了頁岩油後,OPEC 對世界油價的掌控逐漸消退,OPEC會員國內部矛盾也不少,加入又退出的戲碼已不是新鮮事。
2007年以來,每年靠著能源產業,有一千億美元注入美國經濟,每年創造超過10萬的高薪工作機會,2016年,美國從油氣輸入國變成輸出國,大大影響地緣政治,其他能源輸出國,以能源影響、要脅其他地緣國家政治的程度開始鬆動,而頁岩油也成為美國「Make America Great Again」 的一大資本。
說到頁岩油,也要提一下頁岩氣。本來美國的傳統天然氣產量銳減,但技術突破後,有了頁岩氣這項生力軍,美國天然氣產量因此超越俄羅斯,成為世界第一,可說是「頁岩氣革命」。過去俄羅斯常藉著天然氣這項資源,掌控其周邊地緣政治,但頁岩氣革命後,俄羅斯牌桌上叫陣的聲量仍在,卻難免削弱了不少。因此,頁岩氣重要性絕不輸頁岩油。
能源就是國家安全、能源就是國家戰力、能源就是國家保障、能源就是國際政治籌碼,這點可從頁岩油革命、頁岩氣革命的故事上,充分感受這道理。雖然頁岩油產業在這波油價戰中受到重創,但美國作為能源出口國的地位,已經是OPEC+無法改變的了!
4. 世界能源供應重組,台灣戰略態勢調整
我們把話題回到台灣,去年,台灣的原油1/3來自沙烏地阿拉伯,而1/3來自其他海灣國家(大多是OPEC會員國),剩下1/3來自非洲和印尼等國。至於天然氣,1/3來自卡達,1/3來自澳大利亞,剩下1/3來自馬來西亞、巴布亞紐幾內亞、俄羅斯等國。
因為台灣沒什麼從美國買油,所以大家加油的油價,公式中也不是以西德州原油計算,最大宗的是以杜拜原油計算。
大體來說,台灣能源的命脈,仍然是從波斯灣->印度洋->麻六甲海峽->南海這條路線,這也是全球最大的「海上油路」,其中,8成的原油和98%的天然氣,都會經過南海,也是中國想要完全控制的水域。
2019年很微妙地,中國、俄羅斯、伊朗,以護油、打擊海盜為名,在印度洋和阿曼灣舉行聯合軍演。俄羅斯在中東向來活躍,中國也一直試圖深入中東,就是想控制這條「海上油路」。
而美國開始把突然暴增的頁岩氣半賣半強迫地,供應日本、南韓、英國與歐洲。也就是,這會削弱俄羅斯、中東的優勢,俄羅斯也不能再靠天然氣勒索歐洲,這會重新創造以美國為核心的能源供應網。
這也是為何,俄羅斯找到機會就要在石油戰上突襲美國的原因。也或許是,美國開始整肅親俄、親中勢力的一個引發點。
看似是能源戰,其實早已是戰爭。
目前看起來,這場戰還沒打完,減產量並不足夠,但已經能確定,「沙俄突襲珍珠港」,忘記炸掉珍珠港的油庫,或許這就是一個注定好的命運,終究無法打垮美國頁岩油氣的崛起。
這場頁岩油革命,應會成為美國對戰俄羅斯、甚至間接對付中國的籌碼。
此外,我們也觀察到,美國、中國,都趁油價跌落的此時,大量購買戰備儲油。台灣目前和石油以法律訂定的方式,儲備在民營機構,比如中油、台塑等油槽。
這些戰備儲油,除國防外,還可用於調節油價失衡的狀態。曾有報導這樣說,「要想成為一個現代超級大國,就必須擁有自己的石油儲備。」
美國靠戰備儲油渡過了幾次石油危機,中國則在2007成立了中國國家石油儲備中心,未來這些戰備儲油,能讓中國在能源戰中取得部分籌碼。相較於中國,美國有地理優勢,有先天地下鹽岩洞穴可儲油,中國則必須使用價格較高、很容易在空中辨識的地上儲油罐。
那台灣在這樣風雲詭譎的情勢下要如何調整戰略?
值得注意的,中油也取得了美國頁岩氣的權益,去年以以4.75億美元(約142億台幣)購入美國路州海恩斯維爾(Haynesville)頁岩氣礦區三成油氣權益,每年約分得15億立方公尺天然氣;此案預計年底簽約,投資長達35年,預計總收入達57.6億美元(約1700億台幣)。
現實來說,台灣是能源淨輸入國,這短中期都很難改變。
但是,如果能源輸入方向從中東=>東南亞=>南海=>台灣,變成美國=>太平洋=>台灣,台灣的生命線就此劇變,也會改變台灣海上生命線的戰略。兩條路線風險不同、掌握該區域的海權勢力的國家不同,對於台灣的國防、外交、經貿傾向,從此就是滿舵迴轉的方向。這當然會影響我們的外交、國防路線,甚至海軍該買什麼武器,該做什麼演訓,其實都和台灣對外的生命線息息相關。
戰爭,從來就不只是拿槍拿砲,也不只是比誰的人多。
戰爭,早就在你我生活之間,就在柴米油鹽醬醋茶裡。
超前部署,就是台灣掌握命運的唯一法門,公衛醫療如此,國防外交亦是如此,資源經貿更是如此!
同時也有1部Youtube影片,追蹤數超過24萬的網紅神王TV,也在其Youtube影片中提到,緊急速報です! 中国の原発で、放射線が漏れた!? すでに放射性希ガスを大気中に放出する事態に 共同運営しているフランスのフラマトム社は、「脅威が差し迫っている」として、アメリカのバイデン政権に技術支援を求めている アメリカのCNNテレビの報道によると、中国の広東省にある台山原子力発電所で放射性物...
放射性定年法公式 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 的精選貼文
【推舊文】方程是永恆:愛因斯坦
今日係圓周率日、白色情人節,同時亦係愛因斯坦生日。
注:感謝讀者Ka Wa Tsang 指正,狹義相對論可以用於非慣性參考系。我曾在另一文章談及這錯誤,但忘了修改此文。在非慣性參考系使用狹義相對論的結果,是會出現不存在的「偽力」,情況如同離心力一樣。
//1879年,愛因斯坦出生於德國南部小鎮烏姆(Ulm)。1880年,他隨家人搬到慕尼黑(München)。與一般印象相反,愛因斯坦小時候因為鮮少說出完整句子,父母曾以為他有學習障礙。
愛因斯坦在慕尼讀中學。他非常討厭德國學校著重背誦的教育方式,課堂上總自己思考問題,不專注聽課,所以經常被老師趕出班房。1894年,愛因斯坦15歲,他父親赫爾曼・愛因斯坦(Hermann Einstein,1847-1902)在慕尼黑的工廠破產,迫使舉家遷往意大利帕維亞(Pavia),留下愛因斯坦在慕尼黑完成中學課程。同年12月,愛因斯坦以精神健康理由讓學校準許他離開,前往帕維亞會合家人。
這次出走改變了愛因斯坦的一生,甚至可說改變了人類文明的科學發展。
愛因斯坦不懂意大利語,不能在帕維亞上學。他早有準備,前往瑞士德語區蘇黎世(Zürich)投考蘇黎世聯邦理工學院(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich,通常簡稱ETH Zürich)。結果愛因斯坦數學和物理學都考得優異成績,但其他科目如文學、動物學、政治和法語等等卻全部不合格。
蘇黎世聯邦理工學院給予愛因斯坦一次機會,著他到附近小鎮阿勞(Aarau)去完成中學課程,明年再考。在這段期間,愛因斯坦暫住在斯特・溫特勒教授(Jost Winteler,1846-1929)家中。愛因斯坦很喜歡開明、自由的溫特勒教授一家,利用這一年溫習各科目,更與溫特勒的女兒瑪麗・溫特勒(Marie Winteler,1877-不詳)相戀。
瑞士的教育方式與德國的不相同,並不強調背誦。瑞士學校老師非常鼓勵學生發表意見,不會以權威自居,這一點與討厭權威的愛因斯坦非常合得來。愛因斯坦曾於寄給溫特勒的信中寫道:「對權威不經思索的尊重,是真理的最大敵人。」[1]他稱自己為世界主義者,不喜歡德國日漸升溫的國家主義。溫特勒教授就幫助愛因斯坦放棄德國國籍,愛因斯坦因而成為了無國籍人士,他很喜歡這個「世界公民」身份。
一年後,愛因斯坦再次投考蘇黎世理工學院。物理、數學當然成績優異,其他科目亦合格,愛因斯坦順利被取錄入讀物理學系。然而,他父親卻期望他進入工程學系,將來繼續家族工廠,因此他們大吵了一場。
愛因斯坦大學時繼續他我行我素的性格,經常逃課去上其他科目的課堂,所以都要他的同學們幫他抄筆記,他才知道考試範圍。加上愛因斯坦以刺激權威為樂,教授們都不喜歡這個又煩又懶的學生,不願意幫他寫好的推薦信,所以他畢業後一直找不到工作。
在學時,愛因斯坦與物理系唯一一個女同學米列娃・馬利奇(Mileva Marić,1875-1948)相戀。根據膠囊資料顯示,愛因斯坦與米列娃的書信中曾提到他們有個女兒叫麗瑟爾。不過後來他們就再沒提到她,歷史學家估計麗瑟爾出生不久就死於猩紅熱。愛因斯坦與米列娃在1903年結婚,之後他們生了兩個兒子——大子漢斯和二子愛德華。他們最終在1914年分居,1919年離婚。
愛因斯坦於1900年畢業,取得了教學文憑。可是,由於教授們都不喜歡愛因斯坦,他申請大學職位的申請信全都石沉大海。愛因斯坦非常沮喪,以致他父親於1901年寫信給威廉・奧斯特瓦爾德教授(Wilhelm Ostwald,1853-1932,1909年諾貝爾化學獎得主)請求他聘請愛因斯坦當助手,或者至少寫給愛因斯坦鼓勵說話。當愛因斯坦快要連奶粉錢也不夠的時候,他大學時的舊同學格羅斯曼・馬塞爾(Grossmann Marcell,1878-1936)[2]的岳父以人事關係幫他在瑞士專利局找到了一份二級專利員的工作,愛因斯坦才度過難關。
愛因斯坦喜歡在早上就把所有工作做完,利用整個下午在辦公桌上思考物理問題。一個從學生時代就已令他著迷的問題就是:如果他能夠跑得和光一樣快,會看到什麼?
詹士・馬克士威(James Clerk Maxwell,1831-1879)的電磁學方程組說明光線就是電磁場的波動,而電磁波亦已被亨里希・赫茲(Heinrich Hertz, 1857-1894)的無線電實驗證明存在。科學家認為,既然光是波動,就跟所有其他波動一樣需要傳播媒介:聲波需要粒子、水波需要水份子,而光需要「以太」才能在宇宙直空中傳播。
愛因斯坦於1905年發表狹義相對論。在這之前牛頓的絕對時空觀早已令科學界困擾多年。著名的邁克遜—莫雷實驗結果與牛頓力學速度相加法則相違背[3]。無論地球公轉到軌道的哪個位置,無論實驗儀器轉向哪個方向,光線都相對以太以同樣秒速30萬公里前進,分毫不差。這就好像下雨時無論向哪個方向跑,雨點總是垂直落在我們的頭頂。難道雨點知道我們跑步方向,故意調整落下角度嗎?
光速不變概念非常革命性。因為光速不變,在我們眼中同時發生的兩件事,其他人看起來卻不一定同時。時間與空間有微妙關係,兩者結合在一起成為時空。當年大部分科學家都認為問題必然出在馬克士威電磁方程式,但愛因斯坦卻不這麼想。他認為,我們常識中對「同時」的理解根本有誤。不過,愛因斯坦並非以力學切入這個問題,而是思考一個著名的電磁現象:法拉第電磁感生效應。
法拉第電磁感應定律指出,移動的帶電粒子會同時產生電場與磁場,靜止的帶電粒子則只會產生電場,沒有磁場。但相對論說宇宙並沒有絕對空間,速度只有相對才有意義。而物理現象必須是唯一的,所以我們就有個問題:究竟有沒有磁場存在?把電磁鐵穿過線圈,我們可以做以下三個實驗:
(一)固定電磁鐵,移動線圈;
(二)固定線圈,移動電磁鐵;
(三)固定線圈及電磁鐵,改變磁場強度。
實驗結果:三個實驗之中都有電流通過線圈,而且數值完全一樣!
我們可以從實驗結果得出甚麼結論?基於完全不同的物理過程,實驗(一)與實驗(二)和(三)得到相同的電流。實驗(一)產生電流的是磁場,而實驗(二)和(三)產生電流的卻是改變的磁場所感生的電場。嚴格來說,實驗(一)的結果並非法拉第定律,因為法拉第定律所指的是磁場感生電場。正是這區別令愛因斯坦得到靈感,他在論文中說這個現象顯示無論是電動力學與力學,根本不存在絕對靜止這回事。
愛因斯坦預期相對論會在科學界引起廣泛討論,結果卻是異常安靜。愛因斯坦突然拋棄了物理「常識」,此舉令科學界摸不著頭腦。馬克斯・普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858-1947,1918 年諾貝爾物理奬得主)可能是唯一一個明白相對論重要性的人,他讀到論文後寫過信去問愛因斯坦解釋清楚一些理論細節,更派馬克斯・馮勞厄(Max von Laue,1879-1960,1914 年諾貝爾物理奬得主)去拜訪愛因斯坦。馮勞厄發現愛因斯坦竟然不是大學教授,而是瑞士專利局裡的小職員。回家路上,愛因斯坦送給馮勞厄一支雪茄,馮勞厄嫌品質太差,趁愛因斯坦不為意從橋上把雪茄丟了下去。
愛因斯坦導出那舉世聞名的質能關係方程式E=mc2,解釋了放射性同位素輻射能量來源和太陽能量來源。不過愛因斯坦後來在1921年獲頒的諾貝爾物理學獎並非因為相對論,而是因為他應用普朗克的量子論解釋了光電效應。
愛因斯坦並沒有滿足於狹義相對論。狹義相對論只適用於慣性坐標系,可是宇宙裡絕大部份坐標系都是非慣性的,例如地球就是個加速中的坐標系。愛因斯坦知道必須找出一個新理論去解釋加速坐標系中的運動定律。他幾乎是獨力地與新發展的數學分支「張量分析」在黑暗之中搏鬥了十年之久,最後才於1915年11月完成廣義相對論。我們已經觀賞過的宇宙大爆炸,都遵守廣義相對論的方程式。
愛因斯坦尋找正確的廣義相對論公式期間,米列娃與愛因斯坦的關已經變得非常惡劣,而且愛因斯坦的母親非常不喜歡他倆的婚姻,米列娃她就在1914年帶著兩個孩子離開他們的家柏林,到瑞士去了。與孩子分離使愛因斯坦非常傷心,因為他堅持留在德國做研究。不過,他與後來第二任妻子、表妹愛爾莎・愛因斯坦(Elsa Einstein,1876-1936)[4]的曖昧關係已經一發不可收拾。
我們穿越時間來到了1915年11月底,愛因斯坦就快發現能夠描述整個宇宙的新理論了。狹義相對論裡時空是平的,並且所有慣性坐標系都是等價的。廣義相對論描述的是更廣泛的彎曲時空,它能描述所有坐標系。只要指定一套時空度規、給定能量與物質密度分佈,就能夠計算出時空曲率如何隨時間改變。相對論大師約翰・惠勒(John Archibald Wheeler,1911-2008)曾說:「時空告訴物質如何運動;物質告訴時空如何彎曲。」[5]
狹義相對論改正了以往區分時間與空間的常識,而廣義相對論則把萬有引力描述成時空曲率,連光線也會被重力場彎曲,再次顛覆了常識。我們只需要把一組十式的愛因斯坦場方程式配合相應時空度規,任何宇宙的過去與未來都能夠計算出來。
當然很多人質疑廣義相對論的正確性,因為科學理論必須接受實驗驗證。終於在1919年,英國天文學家亞瑟・愛丁頓(Sir Arthur Stanley Eddington, 1882-1944)來到西非畿內亞灣普林要比島(Principe)以日全食觀測結果驗證了廣義相對論。1919年5月29日早晨,下著傾盆大雨。幸好到了下午1時30分雨停了,不過還有雲。愛丁頓努力拍攝了許多照片,希望能夠拍到太陽附近的星光偏折。最後結果出來了:在拍得的照片中,有一張與愛因斯坦的預測數值吻合。其實在科學裡,一個證據並不足以支持一個理論,但愛丁頓是個廣義相對論狂熱擁護者,他立即對外公佈廣義相對論已經被證實了。
廣義相對論場方程式顯示,宇宙若不是正在收縮就是正在膨脹。我們已經知道,當年愛因斯坦認為宇宙永遠存在,因此他在場方程式裡加入了宇宙常數,用來抵消重力,使宇宙變得平衡,不會擴張也不會收縮。但這樣的宇宙極不穩定,只要非常細微的擾動,宇宙就會膨脹或收縮。就好像把一個保齡球放在筆尖上,理論上保齡球可以停在筆尖上,但只要一點點風就能使保齡球滾下來。
不過,這個常被人說成是愛因斯坦一生最大錯誤的宇宙常數,其實的確存在。錯有錯著,歷史再次證明愛因斯坦正確,儘管這並非愛因斯坦的原意。1929年,愛德溫・哈勃(Edwin Hubble,1889-1953)發現星系正在遠離地球,而且越遙遠的星系後退的速度就越快。這只能有兩個解釋:要麼地球是宇宙的中心、要麼宇宙正在膨脹。當愛因斯坦知道哈勃的發現後,他後悔在廣義相對論方程式裡加入了人為的宇宙常數[6]。
今天,科學家已經發現宇宙不單正在膨脹,而且膨脹正在加速。暗能量、或者宇宙常數,因而在上世紀末重新復活。一個正在加速膨脹的宇宙,比一個靜止的宇宙需要更巨大的宇宙常數。而且事實上,即使有宇宙常數,宇宙亦不可能靜止。
愛因斯坦在第二次世界大戰時,因為擔心納粹德國會製造出原子彈,所以他曾寫信致羅斯福總統要求美國搶先研究製造原子彈。到戰後才發現,當時的德國根本無法造出原子彈,因為大多數的科學家已經被希特拉趕走了。那天早上,當愛因斯坦聽到原子彈已經把日本廣島夷為平地,他就呆坐在家,久久未能平復心情。從此以後,愛因斯坦極力主張廢除核武,導致他被50年代著名的FBI胡佛探長(John Edgar Hoover,1895-1972)認為他是共產黨間諜。理所當然,胡佛始終無法找到任何證據捉拿愛因斯坦。
愛因斯坦因以普朗克的光量子概念解釋了光電效應而獲得1921年諾貝爾物理獎。光電效應論文證明了光同時是波動和粒子,稱為光的波粒二象性,是量子力學的基本原理。不過,儘管量子力學和廣義相對論的所有預測都未曾出錯,兩者卻互不相容。現在的科學家十分清楚:要不是量子力學是錯的、或廣義相對論是錯的、或兩者都是錯的。
愛因斯坦於1923年7月11號在瑞典哥德堡舉行的Nordic Assembly of Naturalists會講上講了他的諾貝爾獎講座。雖然他得到的是1921年諾貝爾獎,可是因為諾貝爾奬委員會認為在1921年的提名名單中沒有人能夠得獎,跟據規則該年度之獎項順延至下一年頒發,所以愛因斯坦實際於1922年得到1921年的諾貝爾獎。而由於在1922年諾貝爾獎頒獎典禮舉行時愛因斯坦正在遠東旅行,直到1923年愛因斯坦才在哥德堡講出他的諾貝爾奬講座。順帶一提,愛因斯坦獲頒諾貝爾獎不久之前,他正在香港。
愛因斯坦雖然有份為量子力學打下基礎,後來卻變得不相信量子力學,例如他與兩個物理學家共同提出的愛因斯坦—波多爾斯基—羅森悖論[7]就是為了推翻量子力學的。可是,科學家後來發現愛因斯坦—波多爾斯基—羅森悖論的假設「局域性」是錯的。廣義相對論認為宇宙是「局域」的,只有無限接近的兩個點才能有因果關係,因此推翻了牛頓重力理論中的「超距作用」。但量子力學卻說,兩個相距非常遠的粒子也能夠互相影響,因此量子力學與廣義相對論的假設是不相容的。
愛因斯坦一生都在尋找量子力學的錯處,結果是一個都找不到。他晚年一直在研究統一場論,希望統一電磁力和重力。不過,在他死前,人類並不知道除電磁力和重力以外還有強核力和弱核力。所以愛因斯坦根本沒有足夠的資訊去進行統一場論的研究,歷史注定要他失敗。
愛因斯坦一生對金錢、物質、名譽等不感興趣,他喜愛的東西大概可說只有物理和女人。他希望找出大自然的終極奧秘,並以優美、永恆不變的數學方程式表達出來。愛因斯坦覺得「政治只是一時,方程式卻是永恆。」[8]愛因斯坦聲稱自己並不擅長政治,但他在一生中卻經常對種族平等、世界和平等政治大議題作公開演講。因此他也引來許多人對他的政治立場表達不滿。
當以色列的第一任總統哈伊姆・魏茲曼(Chaim Azriel Weizmann,1874-1952)於1952年逝世時,以色列官方曾邀請愛因斯坦擔任第二任總統。最後,愛因斯坦寫了一封回信感謝並婉拒。
1955年4月18號,愛因斯坦在撰寫祝賀以色列建國七週年的講稿中途逝世。他生前堅拒以人工方法勉強延長生命,他說:「當我想要離去的時候請讓我離去,一味地延長生命是毫無意義的。我已經完成了我該做的。現在是該離去的時候了,我要優雅地離去。」//
放射性定年法公式 在 說說能源 Talk That Energy Facebook 的精選貼文
【核廢棄物處置問題-確實瞭解,務實面對】
下方文字取自太專業的前輩臉書,感謝他開放提供轉載,我個人也頗有收穫,尤其是美國已經有高階廢料處置場那段。文長但也請耐心看完,近期來想辦法把他圖片化。在那之前,記得報名我們講座,和分享影片喔!講座剩下不到十個名額了。
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▋引言
自從2011年日本福島311核能事故發生以來,核能議題已經變成國內輿論的熱門。由於核能所牽涉的專業非常廣泛,而我國存在核廢棄物是一個既存的事實,不會因為擁核或反核有所改變,因此唯有確實瞭解與務實面對,才是應有的負責態度。以下試從專業的角度探討高階核廢棄物深層地質處置的可行性與安全性,目的在於說明事實,內容雖難免流於技術性,但對一般大眾瞭解事實或有幫助。
▋多層障蔽保障高階核廢棄物深層地質處置安全
坊間常以「處理」一詞涵蓋所有的核廢棄物管理活動,所謂「高階核廢棄物沒辦法處理」其實是「高階核廢棄物沒辦法處置」之意。沒辦法處置也就是處置無法確保安全,要做此評斷,必須先瞭解處置安全性如何確保。
早在美蘇展開核武競賽初期,美國國家科學院就在1956年推薦以深層地質進行高階核廢棄物(包括高放射性廢棄物與用過核燃料)的處置,後續在國際原子能總署(IAEA)、經濟合作與發展組織(OECD)以及歐、美、日等核能大國的推動研究下,已證明深層地質處置極為安全,並為國際所普遍接受。
深層地質處置是採取多重障蔽的安全防禦概念,以建立多重阻礙的方式,阻絕放射性物質移動到人類的生活圈。第一層障蔽就是高階核廢棄物的本體,例如將高放射性廢棄物做成堅固的玻璃體,用過核燃料的燃料丸則做成陶瓷體;第二層障蔽是廢料體的容器,例如將廢料玻璃體密封盛裝在不銹鋼容器中,用過核燃料的陶瓷質燃料丸則包封在鋯合金鞘套內;第三層障蔽是金屬的外包裝層,也就是金屬棺,例如用足夠厚度的銅或耐蝕性金屬作棺,以密封包覆廢料體容器;第四層障蔽是緩衝材料與回填材料,也就是在金屬棺的四周以壓實的膨潤土層圍繞密封,再以母岩碎粒和黏土或膨潤土等的混合物夯實填滿膨潤土密封層和處置坑之間的空隙;第五層障蔽就是地質障蔽,包括處置母岩與周圍的地層。
▋天賜絕佳的障蔽材料
五層障蔽的材料不論是金屬、礦土或地質岩層,其阻絕放射性物質移動的基本特性、加工方法與功能,都已經過現代實驗室的試驗研究與模擬計算加以驗證。
如大家熟知的,銅金屬腐蝕時會在表面生成一層保護膜,因此,即使在潮濕空氣,甚至非氧化性酸液存在的環境下,銅都具備很好的耐蝕性。深層地質是屬於無氧的還原環境,銅在此環境的腐蝕速率幾近可以忽略。芬蘭就是採用銅做為用過核燃料的外棺,並預期在深層地質以及層層障蔽的保護下,用過核燃料能安置於銅棺內100萬年。
膨潤土也是最終處置的關鍵性障蔽材料,它遇水會膨脹並阻塞水的通路,並對溶解在水中的超鈾元素具有強大的吸附力,能將超鈾元素吸附固定,阻絕其移動,是高階核廢棄物最終處置絕佳的障蔽材料。
母岩地質也是天然的障蔽材料,除了提供穩定與封閉的功能外,萬一放射性物質突破重重障蔽往人類生活圈移動時,處置場與人類生活圈之間的地質圈,就會發揮阻絕、稀釋與延時的效果,使放射性物質移動到人類生活圈時,其放射強度已衰變到可接受的程度。
▋以「天然類比」為師
一般而言,用過核燃料處置後,大約經過10萬年,放射性就會衰變到天然鈾礦的程度,如果是處置用過核燃料再處理產生的高放廢棄物,則僅需約8000年。多重障蔽的安全概念也使用在低階核廢棄物的最終處置,因其放射性衰變到背景值的時間僅需300年左右,因此,對障蔽結構與功能的要求遠低於高階核廢棄物的處置。
要證明最終處置場的功能歷經數千年甚至數十萬年仍能保證有效,僅靠現代實驗室的短期研究與測試是不夠的,需要有更長期的事證加以佐證,因此所謂「天然類比」也就派上用場。
所謂「天然類比」是指利用經過長期演變的天然情境,以比擬、評估人造系統長期演變的可能結果。例如,在芬蘭Hyrkkölä和Askola地方的花崗岩中,曾發現存在於含硫酸鹽的地下水和氧化環境下的金屬銅,雖然已經歷了5千萬年,但仍然保持原狀。這對瞭解銅在深層地質環境下的長期耐用性,就是很好的天然類比。
中國大陸有很多千年的古墓,墓穴內的屍體與陪葬物仍然保持不爛,主要是因為「槨室的四周用木炭隔潮,又用白膏泥填塞」。木炭能吸水分,白膏泥就是高嶺土,能密封隔絕水份與空氣,因此埋在地下十幾公尺墓穴中的陪葬物,能長久保持下來。另外,在匈牙利的一個礦場,也發現了一座埋在黏土地層下的柏樹林,雖已埋藏800萬年之久,但樹幹態樣仍然完整保持。這些對以礦土做為處置障蔽材料都是很好的天然類比。因此,比高嶺土和黏土的水密封性以及離子吸附性更佳的膨潤土,即被廣泛當做現代高階核廢棄物處置的障蔽材料。
▋遠古的天然核反應爐遺跡佐證地質處置的安全性
除了以上的「天然類比」可供參考外,世界上還有一個發生在20億年前的天然核反應爐遺跡,能更貼切地佐證高階核廢棄物最終處置的安全性。
這個遺跡在1972年被發現,地點在中非加彭共和國的Oklo鈾礦區,是一個經過科學檢驗的天然核反應爐遺跡。在這個遺跡被發現之前,美國阿肯色大學(U. of Arkansas)化學系教授P. K. Kuroda,在1956年化學物理期刊(The Journal of Chemical Physics)發表了《鈾礦物的核子物理安定性探討》的論文,以核子反應爐理論公式,推測在早於20億年之前的時期,地球上一定厚度的瀝青鈾礦有發生「天然核反應爐」的可能性。發生此種「天然核反應爐」的主要關鍵是,該時期的天然鈾所含有的鈾-235濃度高於3%,亦即高於現代核反應爐的濃縮鈾核燃料中的鈾-235濃度;現在天然鈾所含的鈾-235濃度已衰減為0.7%。
根據Oklo遺跡的核反應產物所進行核種分析與比對結果得知,這個天然核子反應爐曾持續進行了幾十萬年的核分裂反應,釋出的能量功率平均約100千瓦,估計約消耗了5噸的鈾-235,並產生了5.4噸分裂產物以及1.5噸的鈽和其它超鈾元素。調查研究還發現,現場遺留的分裂產物和錒系元素,在20億年期間只移動了幾公分。這個天然核子反應爐遺跡是一個時間夠長、規模夠大的高階核廢棄物地質處置的天然類比事證,大自然以此向人類證明「深層地質可以有效拘限高階核廢棄物的核種移動」。
Oklo天然核反應爐遺跡的地點是砂岩地質,砂岩屬於多孔性沉積岩,透水性比較高,拘限核種移動的能力並不算好,但它仍然有效拘限了分裂產物和錒系元素的移動。因此,國際上已經普遍認同,以深度在300~1000公尺,拘限核種移動的能力比砂岩更佳的花崗岩、泥岩、中生代基盤岩等做為最終處置的母岩,並採用銅、膨潤土等長期耐久的封閉性材料,以現代工程技術建構多層人工障蔽,足以確保高階核廢棄物最終處置的安全。
▋美國已經有高階核廢棄物的處置場
有一個流傳坊間的說法是,現在國際上還沒有高階核廢棄物的最終處置場,並以此為例,認為高階核廢棄物沒有辦法處置。但這並不是真實情況!國際上第一個高階核廢棄物最終處置場,已於公元2000年在美國建成並開始營運。
這個處置場在新墨西哥州卡爾斯貝(Carlsbad)鎮,是專為美國發展核武所產生的超鈾高階核廢棄物最終處置而建造的。它之所以不廣被知曉,主要是因美國政府承諾只用以處置國防超鈾核廢棄物,不做為核電高階核廢棄物處置之用;在美國人不落人後的愛國心驅使下,沒費太多周折就選定了場址,並刻意稱為「廢棄物隔離先導場(Waste Isolation Pilot Plant,WIPP)」。
這個處置場的地質是岩鹽,也就是氯化鈉岩體。氯化鈉很容易溶解於水,但是在水份稀少的環境下,它會緩慢地重新結晶,時間一久,晶粒接合在一起就會形成大顆的鹽塊,如果有異物存在,就會被包封在鹽塊內,連水也會被包封住。2003年筆者曾到該處置場參觀,友人旅美核能專家吳全富博士當時擔任該場的營運長,安排筆者進入處置坑道內參觀,有一位地下坑道工程師送筆者一顆雞蛋大小的鹽塊,裡面有一個約兩三顆米粒大小的水泡,陪同參觀的人解說,那水泡是一億兩千萬年前的水。水在那種地質環境下,也會被永遠包封住,更不用說是固態的高階核廢棄物了。
卡爾斯貝超鈾高階核廢棄物處置場已運轉了10多年,使美國清理核武發展基地產生的高階核廢棄物得以最終處置。該處置場雖以「廢棄物隔離先導場」為名,但其實是一個坐落在橫跨數州、廣大無邊的岩鹽地盤上的處置場,以之容納處置全世界的高階核廢棄物都綽綽有餘。2012年12月,筆者應邀參加廈門大學主辦的「核能與核燃料循環論壇」,一同應邀參加的美國民用放射性廢棄物管理署(OCRWM)前署長Margaret S. Y. Chu女士(華裔)曾告訴筆者:WIPP為卡爾斯貝鎮民所歡迎,也帶來不少建設與發展,因此當美國核電用過核燃料最終處置的亞卡山計畫被擱置後,該鎮派代表到國會和能源部遊說,爭取把核電用過核燃料送到WIPP處置。
因此,我們可以說:核電高階核廢棄物最終處置之所以進展遲緩,主要是政治、社會與經濟等利益糾葛的關係,亦即英國核電政策白皮書(2008)中核廢棄物政策諮商的公民意見所言,是一項政治意願的問題,而不是安全與技術方面的問題。
▋高階核廢棄物不是不能處置,只是需要時間循序漸進!
高階核廢棄物最終處置除了選址需要冗長的溝通外,即使有了預定場址,還需要進一步的詳細地質調查與水文調查,並且要建立地下實驗室進行地下實驗。一般而言,溝通、選址、地質調查、地下實驗室實驗等工作,需時短則二、三十年,長則四、五十年,處置設施的建造通常只需要10年左右。因此,除了芬蘭與瑞典正在建造,預定在2022年與2027年建成運轉外,其他國家最快的也僅進行到地下實驗室階段,尚未進入設施建造階段。
就高放廢棄物與用過核燃料等兩種高階核廢棄物最終處置所需的放射性衰變時間做比較,前者約需8,000年,後者為10萬年,後者是前者的12倍左右;前者的體積約為後者的20~25%,但兩者總衰變熱差異不大,因此兩者所需的處置面積相差不多。用過核燃料再處理可以提煉出鈽和鈾再利用,對資源的善用有利,但再處理的成本很高,採取用過核燃料再處理的所謂「封閉循環」路徑,總成本要比將用過核燃料直接處置的「開放循環」多出1~2倍。
另外,用過核燃料再處理提煉出的鈽,只要少量就可以製造成核子彈,事關核子擴散的敏感問題,因此如何發展成本較低、能防止核子擴散的再處理技術,目前仍在研究中。因此,在多方的權衡考量之下,近年來遂有所謂「百年長期貯存」的用過核燃料管理選項;荷蘭早就建好設施實施百年期的長期貯存,美國則正在計議中。畢竟將用過核燃料貯存百年並不是難事,在對社會、經濟與核武擴散等問題尚未有最好的答案之前,重新計議,事緩則圓,把事情做得更好,這也是需要時間的原因之一,但這不能解釋為沒有辦法處置。
▋尋求核廢棄物處置之道才是我國的議題!
我國擁有核廢棄物是既存的事實,政府現行的政策是:優先考量境內處置,不排除境外處置。但有很多聲音反對在國境內做處置,對境內有沒有適合的母岩進行處置也排斥調查研究。但如果我們是負責任的世代,對核廢棄物的何去何從,應該要有一個明確的交代!尋求核廢棄物的解決之道才是該探討的議題,否則只會更陷入困境。
境內處置既然是現行的優先政策,調查有無適合的母岩應是首要之務。有反對者以「台灣地質的齡期太短,長期穩定性不佳」,認為不適合做高階核廢棄物處置。事實上,母岩齡期之長短不能與有無長期穩定性畫等號。依據國際選擇高階核廢棄物處置場址的基本條件,一是地質的長期穩定性:從岩層的抬升率、侵蝕率,以及岩層的地球化學與水文地質環境是否會因地質及氣候變化而發生靈敏變化等做研判;二是長期穩定性必須是可預測的:經濟合作與發展組織(OECD)核能署(Nuclear Energy Agency,NEA)專家對此的建議是,以最近100萬年的地質變動情況做為研判的依據。
根據目前所獲得的資料,台灣東部的岩層包括花崗岩、花崗片麻岩等,齡期約在8000萬至9000萬年;金門、馬祖、烏坵等外島的齡期較長,約在1億至1億4000萬年之間,與法國Meuse地下實驗室的泥岩齡期約1億5000萬年,相去不遠。要確定境內處置是否可行,應先把地質的長期穩定性調查清楚才是正辦,否則徒然陷在空轉的困境。
▋總結
我國有核廢棄物存在是既成的事實,不論低階核廢棄物或高階核廢棄物的最終處置,雖有政策,但常見反對與排斥之聲,少見理性與務實的探討,政策的執行已陷入困境。就現今的情況而言,核廢棄物處置問題的解決誠屬不易,但解決的途徑也有多端。基本上,應以理性與負責的態度務實面對,執行單位應擬定境內與境外,短程與長程的解決策略,確實執行;社會大眾則應以共謀解決國家重大問題的態度面對。這才是應行之道,否則將陷入無法自拔的空轉困境。
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