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德國的海洋研究與海洋能源之探勘

眾所皆知的是,德國現今的能源主要由再生能源(如太陽能、風力等)提供,又因日本311大地震引發的福島電廠事件,使各國開始重新檢討能源政策。德國自2000年開始推動能源轉型(Energiewende),2005年宣布逐漸走向廢核,亦在2011年福島核災後宣布關閉境內八座核電廠。

近年來,陸地上的能源利用已趨耗竭,伴隨著不斷上升的油價與累積的汙染,人類勢必開始尋找替代能源。此時,多發現於大陸棚的淺坡地區海洋可燃冰(甲烷水合物),在燃燒後僅產生二氧化碳及水,成為乾淨的能源選項。德國的海岸線僅現於北部沿海地區,全長約為2390公里,世界排名為52;相較於排名65的臺灣(約1570公里),比例上來說台灣遠優於德國,然而德國在海洋科技與海洋探勘上卻能居處於世界頂尖地位,與其對於海洋研究的重視與投資有關。且比較兩者之間的海洋資源,台灣西南海域擁有極豐富的可燃冰藏量,而德國相對稀少。除此之外,德國並無豐富的可燃冰賦存層,然而德國政府自2008年起堅持積極推動「SUGAR計畫」(Submarine Gas Hydrate Reservoirs),期許透國際合作方式,結合德國學術界與業界的技術與經驗,應用在可燃冰的開發上。

德國有三大著名的海洋研究機構,分別為隸屬於不萊梅大學海洋環境科學研究中心(Zentrum für Marine Umweltwissenschaften,Das Marum);位於基爾,前身為萊布尼茲海洋科學研究所(Leibniz-Institut für Meereswissenschaften)的海洋學研究中心(Zentrum für Ozeanforschung Kiel,簡稱IFM-GEOMAR,乃源自2004年合併兩大研究機構而成);以及位於不萊梅港(Bremenhaven)的艾弗列德-韋格納極地與海洋研究所(Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung)。在三大海洋研究所之外,亦有一些國際合作的單位分布於各大學或城市中。

不萊梅大學海洋環境科學研究中心的研究主要著重於海洋與氣候、地質圈與生物圈交互作用、以及沉積動力學的研究。因此,也與國際上許多知名海洋研究單位共同合作,例如美國的伍茲霍爾研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)與斯奎里普斯海洋學研究所(Scripps Institution of Oceanography)、英國南安普敦的國家海洋學中心。在國際間亦參與國際海洋發現計畫(International Ocean Discovery Program,IODP),此計畫成員眾多,台灣亦有多位科學家曾登上此船擔任主任科學家或是研究員。由於德國政府的大力推動,促成不來梅大學和基爾的海洋學研究中心兩單位與國內以台大、央大、成大為首的「能源型國家計畫」中的主軸計畫的共同合作。此計畫將邁入第二期,前一期的研究在於了解西南海域之天然氣水合物分布情形。對比日本已於南海海槽(Nankai Trough)採得天然氣水合物樣本,台灣勢必得加快進度,期許在此期計畫中,能夠開採第一份天然氣水合物樣本。德國所擁有的傑出研究船-太陽號,亦於2013年底前來台灣,其獲得德國政府支持與大量投資,並看好台灣西南海域天然氣水合物之開採潛能。太陽號具有德國唯二的深海視訊採樣器(TGV),可在6000米深海底同時進行觀測與取樣。

事實上,包括日本與美國(阿拉斯加地區)皆已採得天然氣水合物的現地樣本,然而德國所提出的SUGAR計畫並非僅著重開採能源,而是希望在開採天然氣水合物之後,能將人類活動產生的二氧化碳封存回海底。天然氣水合物雖為最乾淨的能源之一,然其燃燒後仍會產生二氧化碳,且開採過程中若有不慎,很可能造成甲烷氣大量溢漏。若仔細了解台灣的國家型能源計畫各項主軸,其中之一為天然氣水合物之開採,另外一項為二氧化碳封存計畫,此項計畫主要由成大與央大執行。但兩項計畫分別執行,天然氣水合物開採著重於西南海域,而二氧化碳封存計畫則在台灣西北部的舊氣田。對比德國所提出的SUGAR計畫內容之綜合性,值得國家型計畫多家參考與借鏡。

位於基爾的海洋學研究中心(GEOMAR)為德國黑姆霍茲德國研究中心協會(Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren)成員之一,研究主題廣泛,包括海洋循環與氣候動力系統、海洋地球化學、海洋生態學與海床動力學。2012年與哈佛大學共同發表研究成果,過去一般觀點認為火山活動影響氣候系統,然而其成果顯示,氣候系統亦有可能影響火山活動。這些研究成果得力於德國廣泛參與國際大洋鑽探計畫(IODP),對整個太平洋地區的岩芯分析後所得到的成果。在近日發生的馬航班機失聯事件,全球共有三台水下自動機器人出動救援,這三台機器人分別來自德國基爾海洋學研究所(GEOMAR)以及美國的伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole),其能潛入六千米深的海底進行觀測。2009年法航失事,於2011年藉此機器人之助,最後終於在4000米深的海底發現飛機殘骸。此類三維機器人亦可進行海底三維模型建立,藉由側掃聲納系統與三個機器人共同合作,便可提高搜索的效率,聲納的功能不僅可掃描海底地形,亦可探測海底物體密度,進而提高辨識率。

同樣位於不萊梅的艾弗列德-韋格納極地與海洋研究所,奠基於1980年,以提出大陸飄移說的著名德國大氣學家韋格納為名,主要進行極地地區與北海地區的地質與海洋研究,亦為德國黑姆霍茲德國研究中心協會成員之一,其90%的研究資金由聯邦政府提供,其餘由邦政府負擔。

世界各國皆將極區視為最後一片未定主權的區域。事實上,於納粹德國時期,因1939年期探測船(MS Schwabenland)發現南極大陸一新地區,因此借船名將此地區命名為新許瓦本(Neuschwabenland),亦提出對南極的領土宣告;而1961年時有12個國家簽訂南極條約,強調南極大陸所有的領土宣告皆被凍結,且不得提出新的領土要求。即使各國領土宣告皆已受凍結,但通過南極條約仍允許各國進行科學考察與研究,因此德國政府大力支持極地研究的進行,並設一專司研究機構,即為艾弗列德-韋格納極地與海洋研究所。

台灣為海洋島嶼國家,海洋研究與軍事研究皆為國力的象徵,亦為國家經濟後盾的展現。台灣迄今亦因與中國間的複雜情勢,無法加入國際大洋鑽探計畫(IODP);且若IODP補助台灣提出之鑽探計畫,相關成果與資料皆須公開,政府鑒於敏感地區與複雜情勢,IODP的加入與參與的聲音因而顯弱,是故藉由德國政府提出SUGAR計畫的契機,與國內各海洋研究單位(中研院、台大、中山等單位)結合海洋研究船(一到五號),與德國進行探勘合作以及技術交流。

除了海洋學研究與能源探勘,德國近年來對海嘯研究進行大量的投資。雖然德國海岸線與其近海海底地形發生海嘯之機會微乎其微。然而在2004年因印度洋大地震引發海嘯後,德國便開始重視相關研究;又因2011年東日本大地震引發的泛太平洋海嘯事件,德國開始與台灣、日本、美國等環太平洋國家進行進一步的合作,而此一合作,德方機構為位於波昂的聯合國大學內的環境與人類安全研究所(Institute for Environment and
Human Security - United Nations University,UNU-EHS)。此一單位乃為建立聯合國與學術聯絡系統的橋梁,目的為研究如何達成人類永續發展,並解決人類現今所面臨的環境問題。現今主要進行海嘯預警系統研究者皆為環太平洋國家,包含台灣、日本、美國等,然而德國憑藉其頂尖機械技術,在印度洋大地震後,也加入建立海嘯預警系統的研究團隊中。

德國國家海洋研究單位(MARUM)近年來在深海探勘及海洋探測方面的研究已與美國木洞海洋研究所(Woodshole)、日本JAMESTEC,並列三大海洋研究機構。MARUM亦與台灣進行密切合作,在可燃冰探勘上勢必多有助益。值得一提的是,台灣在此合作中提供國內最新的海洋研究船-海研五號支援技術與經驗。此艘研究船為台灣自造,隸屬於國家實驗研究院海洋中心,母港位於高雄興達港,亦處地利之便前往西南海域調查天然氣水合物賦存區。

雖然未來可燃冰不太可能成為主要能源,且現今距離商業化的開採仍有一大段的距離,但德國著手研究天然氣水合物的前瞻眼光值得探討與學習。而太陽號也將屆齡退休,但之後將有新的研究船下水加入德國海洋研究之列,期許德國與台灣之間的海洋研究能夠持續並互相交流。(波昂大學 / 慕尼黑大學的地質學系所博士生楊子睿)

更新日期 : 2014/08/13