白鹤滩水电站上个月全面投产发电，中国强调长江干流全面建成世界最大的清洁能源走廊，绿能背后却暗藏温室效应。
2022年夏天长江大旱，身为水电大省的四川也陷入电荒，极端气候考验供电的稳定性；不到半年光景，仅次于三峡大坝的白鹤滩水电站12月20日全面投产发电，绿色能源的标签背后却存在引发温室效应的诡辩。
白鹤滩水电站位在长江上游的金沙江，湍急江水在四川和云南交界切出V型河谷，白鹤滩以百万千瓦水轮发电机组被封为世界水电行业的“珠穆朗玛峰”，三峡集团宣称年平均发电量将达624.43亿度，每年可节约标准煤约1986万吨，减少排放二氧化碳5160万吨，不过，水电大坝的绿能到底有多“绿”？
打从2000年起，科学家陆续发表水库的温室气体排放研究，台湾中山大学海洋科学系特约研究讲座教授陈镇东是早期投入水库相关研究的学者之一，他曾提出“三峡大坝引发严重温室效应”观点，长期聚焦碳化学和全球变迁，并在最新全球海洋科学领域学者评比中荣获亚洲第一、世界第八的殊荣。
为什么水库会排放甲烷？
陈镇东指出，水库大坝是温室气体潜在的排放源，主要的理由是水库的水体很深，尤其是大坝，底下比较深的水会累积一些有机物，早期大坝修建的时候，没有把树木砍掉，这些淹没在水下的树木会慢慢分解，通常在有氧气的情况下会释放出二氧化碳，可是如果深水区缺氧，这些有机物分解时会释放出甲烷和氧化亚氮，相对于同等量的二氧化碳，甲烷的温室效应超过30倍，氧化亚氮则是超过300倍，所以甲烷和氧化亚氮产生的温室效应，也就抵消了水库发电省下来的二氧化碳排放量。
大量森林植被淹没在库区，水库释放的甲烷问题不可忽视。（路透社）
新建的水库大坝即使移除树木，也面临无法根除甲烷和氧化亚氮释出的难题。“树根的含碳量不亚于地面上的树木，我还没有听过哪个地方把树根移除的，这些树根在水库底下也会慢慢腐烂，可能维持数十年，所以还是不断产生温室效应气体。”陈镇东提醒，“另外，大部分的水库都是盖在人很少的地方，这就表示要修路去盖水库，修路的时候往往要砍伐大量的森林，通常这些砍下的树木就往斜坡底下倒，最后慢慢流到水库里，增加水库累积的有机物，同时也增加了水库潜在的温室气体排放的危险性。”
中国水电资源主要集中在西南地区，大江大河及其支流以“大跃进”的速度开发，目前发电量约占总量的60%，在中国的“双碳目标”下（2030年碳达峰和2060年碳中和），水电更被视为发展清洁能源的重要战略。随着白鹤滩水电站全面投产，中国强调长江干流上的三峡、葛洲坝、向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德共6座梯级水电站，全面建成世界最大清洁能源走廊，年均发电量可达3000亿千瓦时，每年可节约标煤约9045万吨，减少排放二氧化碳约2亿4840万吨。
不过，全球最大的清洁能源走廊并非“零碳排”，以总装机容量来看，全球10大水电站中，这个清洁能源走廊囊括了三峡、白鹤滩、溪洛渡、乌东德4座水电站，潜在的温室效应不容小觑。2021年发表在《Science Advances》的研究显示，全球第3大水电站、巴西的Belo Monte大坝在2019年开始营运，水坝兴建后温室气体排放量增加了3倍，研究团队认为，水坝兴建后导致水位上升，原本的植被会在水下腐烂，土壤中的有机物也会分解，因此产生大量的温室气体。
三峡库区成了温室气体产生器
陈镇东指出，长江干流上的水库建好之后，淹没的地方有很多小河川输入，这些支流进入水库之前会有一些狭湾，这些狭湾累积有机物的效果远大于干流，温室效应气体也相应而生；此外，三峡附近人口众多，生活污水直接把有机物质排放到水库里，慢慢变成温室效应气体排放出来，三峡大坝以上的几座水库尽管生活污水的影响较小，也无法避免森林被淹没和有机物质累积的影响。
三峡大坝附近人口众多，生活污水和网箱养殖造成污染隐患，也进一步加剧温室气体排放。（法新社）
近年来，三峡库区出现水体富营养化和藻类水华爆发问题，甲烷释出的风险也跟着升温。陈镇东表示，水华主要发生在三峡水库的支流库湾，由于水体的营养盐浓度高，造成藻类大量生长，当藻类死掉后沉入水底，藻类腐烂分解时会消耗氧气，让原本氧气较少的深水区变成缺氧，这时候也会产生甲烷或氧化亚氮，在水底累积够多的话，当然就会往上排放出来。
水库是中国淡水养殖基地之一，根据《中国渔业统计年鉴》，2020年水库养殖面积为1420.87公顷，占养殖总面积的28.19%。三峡工程兴建成库后，不少渔民在库区内从事网箱养殖，大量的网箱和持续投放饵料，衍生水域污染问题。陈镇东以台湾水库为例，“早期很多水库养鱼，投放的饵料往往远高于这些鱼能吃的，多出来的饵料沉到水库底下，这些有机质会进一步分解、消耗氧气，也就产生温室效应气体。”
清洁能源吹破牛皮
水电行业大肆吹鼓“清洁能源”的牛皮，却接二连三被科学家戳破。2016年一篇发表在《BioScience》的研究分析全球267个水库的温室效应，研究团队得出结论，全球水库每年排放的温室气体相当于全球排放总量的1.3%，其中甲烷占了79%，二氧化碳和氧化亚氮分别占17%和4%。水库对再生能源的效力占有一席之地，不过，水库对全球暖化的“贡献”也不可忽视。
陈镇东在台湾和东南亚的跨国研究结果也呼应了这篇研究，他指出，东南亚的森林茂密，水库拦截大量的有机质，在底部缺氧的状况下就有助于产生温室效应气体，而台湾的水库蓄水量较小，水库通常不是为了发电，而是为了灌溉，或是供应民生和工业用水，水库的水不会即时泄放，因此有较多的时间累积在水库中，底部的有机质也有较长的时间可以腐烂分解，所以台湾水库的温室气体排放量相对于所发出来的电是相当可观的。
事实上，水库大坝的温室气体产生和排放受到各种因素的影响，而且存在明显的时空异质性。陈镇东表示，以热带和亚热带地区来说，由于森林密集且土壤中的有机质含量高，水库相对容易排放出温室效应气体，小水库的问题更加突出，因为发电量小，往往发电省下的碳排量还比不上水库所排放的温室气体，此外，水库运行方式也有绝对性的影响，早期水库是从表层放水，底水就不断累积温室气体，现在新建水坝已注意到这个问题，底部设计排水口，把缺氧的底水先排出去，有助于减缓甲烷或氧化亚氮的累积，不过，下方的水库也就接收上面排放出来的有机物，等于是把问题丢给下一个水库。
水坝的排水设计攸关暖化，从表层放水，底水就不断累积温室气体。（路透社）
老水库要降低甲烷排放，得要付出高成本。陈镇东说，目前有些水库尝试把底水抽上来曝气，或是把氧气、空气打入水库深处，但基本上这些都只是治标的办法。
甲烷排放大国身陷危机
甲烷是全球第二大温室效应来源，中国是全球最大的甲烷排放国，排放量大约是第二大排放国印度的两倍，2022年联合国气候大会COP27中加入“全球甲烷承诺”（Global Methane Pledge）的国家累计达到150多个国家，不过，中印两国均未跟进，专家认为，要达到2030年前减少30%甲烷排放（相较于2020年水准），没有中国的积极参与，这个目标将更具挑战。
中国除了面临采煤过程产生的甲烷难题外，陈镇东认为，中国和印度没有签署“全球甲烷承诺”，原因之一是两国甲烷排放很大的来源为水稻田，水稻田的有机质含量非常高，所以底下产生大量的甲烷，中国和印度正在研究试验降低水稻田的甲烷排放，不过，现阶段可以减少的量还不是那么多。
水库的甲烷排放如同水稻田，中国正致力解决水稻田衍生的甲烷问题。（法新社）
不妙的是，去年10月世界气象组织（WMO）公布最新报告，2021年大气中的甲烷浓度创下新高点1908ppb，比起工业化前水准增加162%，同时写下有记录以来最大年度增幅（18ppb），科学家推估可能是生物和人为因素导致。
随着全球升温加剧，从水库到水稻田，甲烷排放率可能跟着攀升。陈镇东表示，温度愈高，有机物分解更快，产生甲烷的机率也愈高，而且几乎所有的气体在温度愈高的时候，它的溶解度就愈低，更容易从水体中排放出来。
陈镇东提醒，日后甲烷可能有一个非常大的来源是“甲烷水合物”（又称可燃冰），因为甲烷在温度够低、高压够大的环境下，它会跟水结合形成类似冰晶的化合物，从西伯利亚的鄂霍次克海到南海底下都有许多可燃冰，由于全球暖化，水温也跟着上升，有些可燃冰已经开始分解，释放到海水的甲烷，很快就会进入大气。
“我们发现南海，尤其是北南海，现在有非常高的甲烷，怀疑可能有些可燃冰开始分解，快速把甲烷释放到海水中。”他忧心说，“南海离我们非常近，台湾西南海域也有可燃冰存在，释放出来不只产生温室效应气体，如果大量释放的话，航运也会受到影响，当大量气泡产生，船会沉的，这是我们要关注的问题。”