大家好，我是德瑞克，我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣，同時也抱著高度質疑。
在能源轉型路上，水會越來越珍貴。（資料來源：https://pixabay.com/）
陽光、空氣、水，是生命的三要素。平常我們扭開水龍頭就能取得，而且在台灣水的價格低廉（如下表各國水價比較），台灣一度水（也就是一千公升）平均只要台幣九塊錢。在全球主要國家中水費中，算是非常便宜，中國的水價是我們的兩倍，而美國水價是我們的五倍。
便宜的用水價格是便民的德政，讓所有人都能負荷這項民生必需品，但是也可能讓我們有時忘記了，水其實是一項極為稀缺的資源。
全球的平均水價。（資料來源：台灣自來水公司）
水，是一個問題嗎？
地球上的水看起來很多，但是其實能用的淡水非常少，屬於非常稀缺的資源。
地球上的水，有97% 是鹹鹹的海水，只有3%是淡水；而在這3%的淡水當中，又有69% 的水鎖在冰川中，另外30% 是地下水，只有不到 1%的水，位於人類取得方便的地方，像是湖泊、河流和沼澤中。
也就是地球上的水，可供人類使用的只有大約萬分之三（3%的淡水再乘以1%位於湖泊與河流），這麼珍貴的比例，是不是很難想像？
地球的水，只有萬分之三的淡水是人類容易取得的，（資料來源：https://www.e-education.psu.edu/earth103）
地球上的水還不只是稀有，而且分布還很不平均。下面的地圖是世界上淡水資源的分布，藍色代表有水，橘色代表缺水，顏色越深代表狀況越嚴峻。巴西、俄羅斯、加拿大、印亞、中國、哥倫比亞和美國擁有世界上大部分的地表淡水資源。反之，大約世界上五分之一的人口，則生活在橘紅色的缺水地區中。
而且，水不只稀有、分布不均之外，氣候變遷還導致全球性的水資源問題加劇，更多乾旱在發生，如我們在第三十五講提到，今年（2022年）世界各地遭遇的百年乾旱。另外，從下圖三十年間（1995 vs 2025）的水資源比較來看，很多地區的水資源都在減少，像是美國西部、非洲中南部、中亞跟歐洲，2025年（下圖）的黃紅色區塊都比1995年（上圖）明顯變大了。
世界淡水供應1995-2025變化，（資料來源：https://www.grida.no/resources/5829）
能源與水，關係密不可分
「能源和水資源是密不可分的。隨著對資源需求的增加，與氣候變化帶來的挑戰日益增加，水資源短缺可能會威脅能源項目的長期生存能力並阻礙發展」，世界銀行副總兼氣候變遷大使瑞秋凱特（Rachel Kyte）這樣說。
因此本篇文章的標題名稱「口渴的能源」，是取自於世界銀行的一項全球倡議「Thirsty Energy」。「Thirsty Energy」全球倡議希望能通過一些方式，協助政府們做好同時規劃能源發展與用水計畫的合作與權衡取捨。
Thirsty Energy協助能源與水的協同整合，（資料來源：https://www.worldbank.org/）
各式各樣的能源都需要用到水，不管是傳統能源或是可再生能源都是如此。
火力發電站與核電廠依賴水進行冷卻；水力發電需要有足夠的水量才有充裕的發電；生質燃料（目前主要從農作物提煉而來）需要非常大量的水灌溉；而綠色氫需要靠電解水來生產氫；太陽能與風力發電則相對用水較少。
下圖是各項能源的單位發電的用水量，請留意橫軸座標是對數座標，也就是橫軸多增加一個刻度，代表用水量多10倍。可以看出生質燃料（最上面灰色方塊Biomass）的單位能量消耗水量最大（中位數mdn=85100），幾乎是用水最省的風力（最下面綠色方塊Wind，中位數mdn=43）的2000倍用水量。這麼大的用水量，也讓生質燃料的發展未來，在糧食疑慮之下，又需要多了一層水用量的考量。
各種能源的單位能源生產用水量比較，（資料來源：https://www.powermag.com/）
稀缺的水資源，將對能源帶來巨大影響
既然能源生產離不開水，那麼前面提到的稀缺水資源，就有可能造成能源行業的危機。由於氣候變遷，水資源將會變得越來越稀缺，這樣不只會阻礙現行傳統化石燃料能源的生產，也可能阻礙綠色能源轉型的進展。
先讓我們看看世界各地的例子，因為水資源因素而造成電力能源短缺：
1. 美國：火力發電廠因為缺水或是水溫過高而導致發電量減少（因為無法冷卻）
2. 美國：用水力裂解去開採頁岩油，因為水資源稀缺或水價過高而受限
3. 巴西與委內瑞拉：因為水量比過往少而導致水力發電能源供應受限
美洲部分，（資料來源：https://www.worldbank.org/）
4. 法國：缺水而導致核電廠運作受影響，供電減少
5. 非洲（剛果與肯亞）：因為乾旱而導致水力發電受限
6. 南非：因為缺水，新蓋的發電廠被迫採取乾冷式降溫（Dry-cooling），而乾冷式與傳統的水冷式相比，成本較高但是效率卻較差。
歐洲與非洲的部分，圖片來源：https://www.worldbank.org/）
7. 印度與東南亞：超過半數的電廠設置在缺水的高風險地區，這在未來可能造成能源危機
8. 中國：缺水造成水力發電的危機，今年長江流域的缺水導致三峽大壩發電量較去年減少四成，造成四川大停電。
9. 澳洲：乾旱導致發電廠被迫減少發電，把水資源優先留給都會民生用水。
亞洲與澳洲的部分，圖片來源：https://www.worldbank.org/）
看完了水資源對現在主要能源來源的重要性，如果轉型到新能源時代，情況會更好一些嗎？ 我們來看看國際能源署（IEA）在2020年報告的分析。
國際能源署有一個野心勃勃的願景，叫「可持續發展場景（簡稱SDS）」，這是希望透過各種方式將全球平均氣溫控制在只升高1.5°C。在這麼理想且野心勃勃的願景下，換算出來2030的「取水量」會比2016年少兩成，但是「用水量」會多五成。
先說明一下甚麼是「取水量」跟「用水量」。「取水量」指從河流、湖泊、地下水等等獲得的水量。但是水取來之後有些會被使用掉了，像是灌溉或是電解，這部分被消耗掉不會再排回去的水，就稱為「用水量」；而其餘可能用來冷卻降溫、水力發電的水，則還會再排放回水系統中。所以一般來說「取水量」會大於「用水量」。
2016-2030 年可持續發展情景中能源部門的取水量與用水量。資料來源：國際能源署）
為什麼在能源總量增加的情況下，能源類別的取水量還可以減少兩成？因為可持續發展場景樂觀地假設，太陽能光伏發電與風力發電會有更多部署（這兩者屬於需水量較少的），以及發電與用水效率提高，導致未來的「取水量」會下降。
但是即使是在這麼樂觀的假設下，2030年能源類別的「用水量」還是會比現在多五成。最主要是因為生質燃料的增加以取代化石燃料，前面已經提過，生質燃料是非常消耗水的能源。另外聚光太陽能（CSP），也就是用太陽產生的熱能，去推動蒸氣輪機產生電力，因為跟火力發電依樣牽涉到熱能，就需要用水來冷卻，因此對用水的需求也很高。
另外值得一提的是，被認為是火力發電救星的CCUS（碳捕獲/使用/儲存）方法，因為CCUS能讓現在主力的燃煤電廠以幾乎零排放的方式，未來得以再繼續運行。但是，CCUS也是高度耗水的，根據美國能源部的研究，CCUS雖然可以將燃煤電廠的碳排放減少80%到90%，但是卻會導致電廠的用水量翻倍。
所以即使在最樂觀的假設前提下，轉型後的能源還是需要消耗掉更多的水，而能源類別的用水量增加，就代表其他需求的可用水量減少。別忘了水是一種生活必要資源，因此能源需求未來可能與民生需求、農業糧食需求、都會清潔需求甚至生態環境，發生強烈的水資源競爭。
「Energy Needs Water, Water Needs Energy」
除了前面已經闡述的「能源需要水」之外，其實「水也需要能源」。
從取水、供水到廢水處理，整個水循環都需要能源。事實上，隨著世界上人口增加，對水資源與能源的需求都將日益增加，而這兩者之間的交互關係將會更加深化。
為了取得更多的可用淡水資源，海水淡化項目將會越來越多，而海水需要很多能源才能淡化成可用水。在缺水的中東沙漠，到了2040年預估全國將有16%的電力是用在水部門（當中最主要就是海水淡化）。
因此未來的趨勢就是，能源會越來越依賴水，水也會越來越依賴能源，兩者在規劃時需要一併做考慮。如下圖所示，已經有研究用多目標優化的方式，在配置能源時，把水資源也考慮進去，試圖找出衡量各種權重之後的折衷方案。
基於多目標優化的能源規劃，圖片來源：https://pubs.acs.org/）
水的商品金融化
除了多目標優化之外，另一個減少水消耗的方式，就是商品化。就像現在的碳排放權一樣，使用者付費，讓付得起的企業使用，而付不起的企業受到市場壓力而必須省水。
水是人類生活的基本必需品之一。所有的生命都離不開水。出於這個簡單的原因，水可能是地球上最有價值的商品。但也恰恰因為是生命必需品，人權專家認為水不應該是可供開發的商品與金融資產，因為這將會危害享有飲水與衛生的人權。
不過現實是，在能源轉型下水的珍貴性更加重了，水正越來越被視為一種商品與金融資產，這是個值得研究的議題，我們將於後續專文討論之。
下一講，我們將順著此講的軌跡，來談談一個被遺忘的清潔能源，水力發電的愛恨情仇。
水力發電，圖片來源：https://pixabay.com/）
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