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糧食與能源的國家安全基石──水資源經濟
文章發表：2022/12/05
氣候變遷已為全球人類帶來嚴重生存危機，今年歐美各國更面臨歷史性的大旱，水資源基建缺乏的問題更影響人類未來用水的安全及穩定。飲水要思源，該如何開源節流來珍惜與安全、糧食和能源相關的水資源經濟，已成為迫切課題。
古人有云：「水能載舟，亦能覆舟」，但今年不論是德國的萊茵河（供運德國3成煤炭與石油）或美國中西部的密西西比河（美國最大的玉米和大豆出口渠道，占全球市場一半以上出貨量），皆面臨著歷史性的乾旱危機。其提早枯竭的程度不僅低於運輸船隻最低限度安全通行的臨界水位，以致運費再次漲聲響起與「無舟可行」的窘境，缺水更直接影響後續歐美農業灌溉的糧食生產問題。當烏俄戰爭所造成的能源市場混亂和新冠後疫情的持續高通膨已衝擊著今日的全球經濟，水資源匱乏彷彿成為這場完美風暴的最後一道氣旋。台灣雖然在今年幾場颱風擦邊球神助下，獲得充沛雨量而暫時無須擔心限水危機，但相信熱愛這塊土地的你我也無法忽視此國安經濟議題。
新冷戰的舊問題 水資源危機迫在眉睫
如果知道死亡即將在明日到來，我們將在今天做什麼呢？相信大多數讀者與我一樣無法預測命運終點到如此精準，但人性一般會想盡辦法避免死亡與危險。20世紀的美蘇冷戰即是一場瘋狂的軍備競賽，以互相保證絕對滅絕的核戰威懾，來保障世界相對的安全，也幸運地因為兩大強國持續的溝通與蘇聯解體，讓絕大多數人類在過去30年免於世界大戰的恐懼。讀者們可能沒有留意的是，這場從未轉化成熱戰的衝突，根據美國國防部統計，已讓美國在1948年至1991年間，每年支出約3千億美元，共13.1兆美元代價（以1996年物價衡量）。
在今日美中強權爭霸的地緣對峙中、烏俄區域戰爭持續下，不難想見在此新冷戰型態下，各國軍費暴漲的明顯理由。但帶給人類末日危機的究竟是民主與專制之爭，抑或是其他如水資源短缺引起的危機？筆者沒有水晶球，但不可否認的是氣候變遷、缺少長期投資的水資源基建，已影響人類未來用水的安全及穩定。
須知問題冰凍三尺，絕非一日之寒，全球水資源危機的挑戰亦是如此，只是我們一直沒有做出相對應政策改革與投資，筆者在此也整理過去統計觀察於此：
1.經濟合作暨發展組織（OECD）在2015年預估每年因不足的供水和水衛生問題會導致2,600億美元經濟損失（Sadoff et al），2050年前約需22.6兆美元水基礎建設投資（Winpenny），此金額尚未包含農業灌溉及能源開發之用水需求。
2.世界銀行在2016年報告提出水衛生問題已導致每年675,000人提早死亡，2050年前某些區域將因旱災與澇災而減少6%GDP。
3.世衛與聯合國國際兒童緊急救助基金會（WHO-UNICEF）在2017年預估約有21億人口缺乏安全的飲用水，及45億人用水安全未達到SDG6永續發展標準。
4.美國Drought Monitor觀測到美西95%土地進入乾旱期，這也是1,200年來最大的20年旱災。聯合國亦預估在2030年前，全球會短少40%淡水資源。
縱使如全球第一強權的美國在聯邦政府增加550億美元補助後，根據麥肯錫顧問公司（McKinsey & Company）在2021年研究，也依然有22%資金缺口在飲水與汙水處理基礎建設投資上。很顯然的，即使在過去20年通膨下調漲近3倍的水費〔圖1〕，我們依然可以看到供水公司在用戶可負擔水費及自身成本考量下〔圖2〕影響了投資意願。
政策、資料與科技的結合 精準投資管理水資源
除了前述民生用水的基建投資挑戰外，事實上農業灌溉才是水資源最大的消費者，美國地質調查局（USGS）報告顯示，全球約7成淡水皆被取為糧食生產使用，如果水資源分配或管理不當，將直接衝擊世界糧食安全供應的穩定度。因此，如何針對水資源的儲存、處理／回收、管線運送等設施進行合適的投資以期達到最高經濟及安全效益，筆者認為還是要回歸到3個基本面向來討論水經濟的循環投資〔圖3〕。
A.政策導引與教育推廣
水資源相當重要，但往往因偏低的收費而被使用者與投資人低估其價值。相繼而來的就是無意的浪費使用與低落的投資意願，其基礎建設亦有高資本支出和長時間投資回收等特性，不如其他項目可以更快速得到規模回報。另外許多水資源的公共利益或因此可以降低的公衛風險，也不易被投資財務量化。
面對此類問題，政府必須有相對應的政策來：1、提供投資方足夠誘因（稅務或補助）來加速參加建設或新節水科技應用；2、動態審視水資源收費以避免使用者過度浪費或提供誘因節水；3、適時發行綠色債券投資重大水資源項目（當企業財務無法量化公共利益）；4、推廣公眾教育以形成全民對水資源重視的價值意識。
B.水資源運用資料收集與即時反饋
水資源運用及投資的另一挑戰，即是我們傳統上缺乏相關數據與分析工具而只能依經驗推估，此情境尤其在農業灌溉上易形成水資源管理不易及過度使用，也增加了投資水資源項目之不確定性和財務風險，大幅降低了機構投資意願。
因此，如何運用先進的感應器即時監控、追蹤收集水運用成效，透過雲端傳輸反饋大數據分享，我們才有機會更精確主動的了解、模擬不同情境後，精準化後續投資項目、優化管理需求並減少不必要的水分配損耗點。
C.新興科技投資運用
因為糧食生產最消耗全球水源，在可見未來如果淡水資源持續減少，各國勢必得思考如何節約農業用水。傳統水道式漫灌（Flood Irrigation）除了考量如何進入滴水灌溉（Drip Irrigation）以降低用水量，更需思考如何應用新科技在派送水源。
我們可以觀察到美國在農業生產轉型中，已有新興科技公司應用物聯網外加太陽能來進行永續自動化滴水灌溉，也有進行室內機器人自動化水培法來栽培農作物，以增加生產速度和水資源回收再利用率。另外，學術界也投入人工智慧應用來分析土地生產情境，以提出優化農業精準灌溉的方案。因為此方面發想進展快速，筆者也在此呈列以下幾家公司，讓有興趣的讀者可以後續參考研究。
1. 智慧灌溉：Jain Irrigation、Lumo、Netafim
2. 室內農業：IronOx、Square Roots
綠色能源的藍海 太陽風電是推力
全球除了農業用水為主外，另一大宗用水產業為石化能源產業，而身處台灣四面環海的我們，一樣需要思考水資源跟能源的連結。海水透過高耗能方式可以轉化為淡水，也可以思考再轉化為氫能儲存可行性。在美國化學期刊《American Chemistry Society》中，已有學者提出應用相對不耗水的綠能來驅動電解水轉氫，雖然取水量相對較低〔圖4〕，也有增加台灣能源獨立性的優點，但相關淡化海水、驅動電解及安全儲藏使用氫能之營運成本還是一長期研究議題。
投資如人飲水 成果冷暖自知
在今天高度市場不確定性中，我們同時面臨著全球高通膨風險、新美中競爭下的去全球化合作與巨大氣候變遷危機，這些情境以往從未同步發生，相信無人可以預知後續發展對國際經濟與和平秩序的影響。回想華人武打巨星李小龍曾說過：「Be water, my friend」，或許我們更需學習水的剛柔並濟，以最大彈性思考因應長期的風險規劃。飲水思源，除對親人、朋友報以感念，更應提醒我們該如何開源節流來珍惜與我們安全、糧食和能源相關的水資源經濟。
資料來源
- 台灣銀行家，2022年11月號
