碳循環（Carbon Cycle）與碳足跡（Carbon Footprint）

碳循環（Carbon Cycle）與碳足跡（Carbon Footprint）
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

大氣層中二氧化碳佔有0.038%的體積，是含量排名第四高的氣體（氮氣78%，氧氣21%，氬氣0.9%），地球上並非每個地方二氧化碳的濃度都是一樣的。舉例來說，二氧化碳在常壓下是氣體，所以對水的溶解度是越低溫越大，在接近南北兩極的海域，海水就會吸收較多的二氧化碳，使得大氣中二氧化碳濃度較低。

生物圈的光合作用可說是地球上最重要的化學反應之一，植物透過光合作用可將水及二氧化碳轉換成氧氣以及葡萄糖，氧氣提供呼吸作用所需，葡萄糖則可當作生物熱量來源，可直接消耗或轉化成其他化合物儲藏（森林儲藏地表86%的碳）。當春天到來、枝葉欣欣向榮時，二氧化碳濃度因茂盛的光合作用會顯著的降低，由氣候學家進行的二氧化碳濃度監測，每年都會有相同的升降規律（見圖一，參考文獻二）。與光合作用相反的呼吸作用，則是動植物將體內儲存的化學能加以利用的化學反應，釋放的產物就是二氧化碳，例如平均每人每日呼吸都會產生900克的二氧化碳。

(圖一)

人類開發利用土地的方法就是砍伐森林，其影響不僅直接減少植物行光合作用，同時也會改變氣候，造成氣溫上升，使地表的水分蒸發加速，植被因此萎縮，甚至沙漠化。正回饋的結果會使溫室效應加劇。

除了生物體以外，人類活動產生二氧化碳的最大源頭首歸燃燒石化燃料，不論是燃煤、天然氣、汽油與柴油，因為這些燃料的成分中皆含有碳，所以燃燒都會產生二氧化碳，石化燃料又有一大部分是用在交通工具。也許有人問，如果我們的汽機車這麼不環保，為什麼不採用太陽能車或是電動車呢？這裡牽涉到隨著環保意識而抬頭－－碳足跡（carbon footprint）的概念。

碳足跡代表一件產物或事件，直接或間接產生的二氧化碳氣體。舉例來說，太陽能車與電動車雖然表面上不會釋放二氧化碳，但是生產太陽能矽晶板所需的高能量以及電動車驅動需要的電力都需要發電廠提供，而目前世界上發電的主流仍是火力發電（台灣至2000年底，水力發電佔15%，核能發電佔17%，火力發電佔68%，參考文獻三），火力發電所使用的都是石化燃料。因此乍看之下電動車利用插座充電即可，相當環保，不過這只是將二氧化碳釋放的位置轉移至發電廠，而且還要考量二次能源轉換效率的消耗。一般車輛燒汽柴油是將化學能轉變成動能；電動車則是發電廠燃油的化學能先轉變成電能，再轉變成動能。這代表著我們要了解事物是否環保不能只看耗能表面是否產生二氧化碳，還需要考量能源背後或能源相關物材生產的過程。

眼見溫室效應日趨嚴重，世界各國體認必須制訂條約限制溫室氣體的排放，因此有了1997年起始的京都議定書（Kyoto Protocol），主要內容除了規範溫室氣體排放量逐漸減少以外，尚有排放量交易的規則：若A國只排放協定量的80%，那剩餘的20%排放權便可以轉賣給其他國家。京都議定書至2005年已有156個國家簽訂並批准（見圖二，參考文獻四）。

（圖二，京都議定書簽訂的國家，綠色：簽署且批准，紅色：僅簽署而尚未批准，灰色：未簽署）

有趣的是世界上最大的二氧化碳排放國：美國，至今尚未批准京都議定書的內容，主要原因是擔心二氧化碳排放量的限制會嚴重阻礙美國的經濟發展。不過二氧化碳減量的成果已在數個歐洲國家顯著呈現，包括挪威、丹麥、英國、德國。危機的另一面正是轉機，許多國家趁機發展能源科技，尋找提升效率的生產方式或是替代能源的開發，開創下一世代的綠色產業。

參考文獻：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_cycle
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Keeling_curve
3. http://www.moeaboe.gov.tw/About/webpage/book4/page1.htm
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Kyoto_Protocol