康寧光纖大變身！魚缸水質糾察隊與光劍般的夜釣釣竿 ─《康寧創星家》競賽報導2

過去十年是人類史上最熱的日子，且全球海平面上升速度加快至原來的近 3 倍 ^[1]，氣候變遷不是未來式，而是現正「熱」映中。

若地球再升溫攝氏 1.5 度，氣候的變化可能變得無法挽回，而且上升的海平面將會入侵沿海城市與人口稠密的平原區，人類生存將會面臨很大的挑戰，為了避免如此巨大的災難，IPCC 訂定了全球行動基準：2030 年前，全球碳排放量需減半^[2]，時限只有不到十年的時間。

可是人類的所有的活動，都會或多或少造成二氧化碳排放，難道真的要靠薩諾斯彈個手指消滅一半的人類嗎？粗暴的行為 duck 不必！我們只需要將「碳中和」的概念貫徹於生活中就可以了。

先談談什麼是「碳中和」

碳中和（carbon neutrality），是指通過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節能減排等方法，抵銷各種產品或活動造成的二氧化碳排放，實現正負抵消，達到相對「零排放」的做法。

一般常見的做法有兩種：

• 建立碳補償系統。例如：透過植樹造林、購買再生能源憑證^[註1] ，從大氣中移除因為某項產品或活動造成的碳排放量。
• 使用低碳或零碳排的技術。例如使用再生能源（如風能和太陽能），而非化石燃料，以避免因燃燒化石燃料而排放二氧化碳到大氣中。

但無論是碳補償系統或是再生能源產業，都還需要花很長的時間來建設，那麼，有什麼是我們在日常生活中可以落實的？——有的！那就是玻璃回收。

玻璃：完全可再生利用的材質

玻璃是將石英（SiO2，砂的主要成分）混合了定量的碳酸鈉與碳酸鉀後，在 1,500 °C 熔煉爐中燒製而成的，是一種透明、高硬度的材料，具有成分安定的特性，所以許多化學會使用玻璃瓶來盛裝。

但也是因為不易腐化的特性，如果將廢玻璃作為垃圾處理，無論是掩埋或是焚化，都無法很有效的處理廢玻璃，玻璃碎片將成為土壤中難以分解的物質。

但這也不是什麼難解的問題，因為玻璃是一種可以完全再利用及再生的材質，可以被再製成各類玻璃產品或玻璃原料，具有一定的回收價值。

玻璃主要回收方式有兩種：

• 原型利用：將使用過的玻璃容器或產品直接回收再利用，不經由粉碎等過程，常見於玻璃容器回收。
• 粉碎玻璃粒料再利用：將使用過的玻璃產品，回收後經由清洗、粉碎、去除雜質後，製成可供再次熔煉的玻璃粒料，常見於平板玻璃的回收。

其中「原型利用」是最簡單又最能有效減碳的再利用模式，像是台灣菸酒公司及台灣青島啤酒公司針對其所使用的啤酒瓶等容器，透過回收瓶費制度及逆向回收系統，將收回的玻璃酒瓶經清洗與高溫消毒處理後，就可以重複裝填啤酒等產品。

生產新玻璃，加熱原料「碳排量」極高

若是生產全新的玻璃瓶，在加熱原料時需要燃燒天然氣來達到高溫，這個步驟佔玻璃製造碳排放量的 75% 至 85%，其他的排放量大多是來自於原料之間化學反應的副產物^[3]。與之相比起來，「原型利用」幾乎是零碳排的作法，也是最節省成本與材料資源的好方法。

即使是難以直接再利用的平板玻璃，粉碎後重新煉製成玻璃也能大量減少碳排放量，因為融化碎玻璃所需要的溫度較低，能減少燃料的使用，而且碎玻璃融化時，不會像石英沙等原材料釋放二氧化碳，從而減少碳排放量。

根據歐洲容器玻璃聯盟 (FEVE) 的說法，與完全由原材料製造玻璃相比，熔爐中每使用 10% 的回收碎玻璃，可減少 5% 二氧化碳排放量^[3]，若再參照我國行政院環境保護署網站資訊，台灣的玻璃製造廠使用的原料中，回收碎玻璃約佔 50％^[4]，換算下來約能減少 25% 的碳排量。

除此之外，粉碎玻璃粒料還可以作為玻璃瀝青、透水磚等環保建材的材料。然而這種回收難度不高、用途又廣泛的材料，在大多數國家卻仍當作垃圾掩埋，為什麼？

美國玻璃回收率僅 31%，算是放牛班

歐洲是少數妥善回收玻璃的地區，也是全球回收玻璃的領頭羊，所有 27 個歐盟成員國以及英國，已經回收了境內四分之三的容器玻璃，並且每個新的玻璃製品使用了約 52% 的回收材料，而且他們還希望做到更好，當地的玻璃容器業有一個宏大的願景：希望能在 2030 年以前將容器玻璃收率達到 90%。

與歐洲相比，美國的消費習慣與環保概念仍十分落後，根據美國國家環境保護局（Resources in Traditional Chinese Language）的數據，僅 2018 年美國就把 700 萬噸玻璃當作垃圾掩埋了，佔所有固體城市垃圾的 5.2%，僅有 31% 的玻璃容器被回收。

幸好，還是有部分區域自發性的在為玻璃回收做出貢獻，像是有美國維吉尼亞州阿靈頓郡的玻璃包裝協會，他們正努力趕在 2030 年前將玻璃容器回收比例提高到 50%；而南非的玻璃回收公司（Glass Recycling Company），成功將整個南非的玻璃回收率從 2005-06 年的 18% 提高到 2018-19 年的 42%。

但在其他開發中國家——例如在中國、巴西或印度，沒有公佈明確的回收現況報告或者未來的計畫，然而這些國家也有著巨大的生產力與消費力，環保永續的未來必須要大家一同參與，否則是對寶貴資源的巨大浪費。

玻璃是透明的，但不能視而不見地埋起來

從工業革命開始，人類不斷的使用石化燃料、排放溫室氣體，未來十年內，二氧化碳就會達到足以改變氣候的濃度，放縱的消費習慣是該懸崖勒馬了。

玻璃是必不可少的材料，我們當然可以繼續使用，只需要確保它被正確地回收再利用，而不是被埋進垃圾場裡，就能大大減少製造過程所產生的二氧化碳，邁向循環永續的綠色供應鏈。

就讓我們從玻璃回收再利用開始做起，讓回收玻璃成為「碳中合未來」的敲門磚！

註解

註 1：再生能源憑證是再生能源電力生產的證明，通常以度或千度電量為單位，在憑證上會紀錄這批電力的發電方式、生產地點及生產時間，並透過國家認可的第三方認證，證明你買到的是純綠電，也稱綠電憑證。造成碳排的一方可以購買再生能源憑證，等於是將自己產出的碳排放量交由再生能源業者回收。

參考資料

1. 聯合國氣候變遷最新報告顯示全球氣溫上升速度快過預期
2. 碳中和
3. Nature : Glass is the hidden gem in a carbon-neutral future
4. 行政院環境保護署 生活廢棄物質管理資訊系統
5. IPCC https://www.ipcc.ch/sr15/
6. 認識再生能源憑證
7. 永續發展從哪裡來能往哪裡去？減碳還不夠，下一站是「碳中和」
8. 資源回收網- 材質專區
9. 升溫逼近關鍵的1.5度，IPCC釋出最新氣候報告
10. 氣候變化：九張圖看懂全球變暖和你我的關係
11. 維基百科 玻璃

• 文／王齡敏，獸醫師，社團法人台灣猛禽研究會猛禽救傷站主任。

全球各地的大城市當中，因建築的玻璃與鏡子等設計，經常會發生鳥類飛行時錯認這些是可飛行的路徑，導致撞上而造成傷亡的「窗殺」事件。窗殺可歸納為日間撞擊與夜間撞擊，兩者成因不同。

窗殺事件層出不窮，臺灣也該正視此問題，並研擬出相關的預防措施。

世界各國的窗殺事件

有一種人為的無心傷害，造成每年上億隻野鳥死亡。

這種因撞擊玻璃或建物而導致的傷害稱為窗殺 (bird-building collisions 或 bird-window collisions)。世界各地每年都有多起窗殺案例，舉例來說，美國約有 3 億 6500 萬 ~ 9 億 8800 萬起案例、加拿大約 1600 ~ 4200 萬起及南韓每年約 800 多萬隻野鳥死亡。

雖然北美對野鳥窗殺議題已研究 30 多年，但在臺灣卻很少被提及與討論，相關的研究甚至付之闕如。

回歸到窗殺的發生原因，為何鳥類特別容易撞玻璃呢？

• 首先，鳥類（或大部分的動物）無法將玻璃辨識為隔離物或障礙物；
• 第二，鳥類雖具有翅膀可飛翔並來去自如，但也容易誤判如高樓的玻璃反射影像而撞上。

北美研究窗殺議題多年，美國明尼蘇達州奧杜邦學會 (Audubon Minnesota) 於 2010 年 5 月出版的《鳥類安全之建築指南》(Bird-Safe Building Guidelines)，大致將窗殺歸納為日間撞擊與夜間撞擊。

日間撞擊原因有二：

• 一為玻璃具有穿透性，因此玻璃帷幕或隔音牆等建物，若是位於鳥類可能穿越的路徑上，便會導致窗殺；
• 二為玻璃的鏡像反射效應，即使透明的玻璃也可能會產生鏡像的效果，更遑論貼有隔熱紙或特別設計為單向透視的鏡面玻璃。

甚至一些半戶外環境，如公廁或游泳池等設立的鏡子，鏡像效果導致鳥類無法分辨影像真偽，以為反射的遠景或山林影像可以飛過，因此一頭撞上，嗚呼哀哉。

夜間撞擊的原因則為燈塔效應 (beacon effect)，當夜間空氣濕度較高，或有霧氣或霧霾時，建築物的燈光會吸引遷徙中的鳥類，導致鳥類迷航而誤撞建物。

明尼蘇達的窗殺案例

筆者曾於 2013~2015 年間服務於美國明尼蘇達大學猛禽中心 (The Raptor Center, University of Minnesota)，當時聽聞明尼亞波利斯 (Minneapolis) 市中心將興建美國合眾銀行體育場 (U.S. Bank Stadium)，並計畫採用大面積的玻璃作為建築設計。

筆者在當地工作期間曾數次路過該體育館改建前的休伯特‧漢弗萊體育場 (Hubert H. Humphrey Metrodome)，由於當時對窗殺涉入不深，是無意間與一名猛禽中心的志工聊天而討論到此事，他表示很擔心這棟建築未來對於當地鳥類的衝擊。

而在筆者先前擔任野生動物獸醫師的職涯中，不時會接獲窗殺案例，但由於占傷病原因的比例並不高，所以過去筆者認為這只是不常見的偶發傷害。直到回國後，於 2017 年起在台灣猛禽研究會（以下簡稱猛禽會）進行猛禽救傷，發現為數不少的猛禽因撞窗而癱瘓，才逐漸意識到窗殺對於野鳥的衝擊。

後來明尼亞波利斯的新體育場於 2016 年落成，當地的研究人員蒐集並分析 2017 ~ 2018 年間的野鳥撞玻璃案例，他們除了合眾銀行體育場外，還監測當地其它 20 棟具窗殺風險的建築。

調查期間共蒐集 1000 多起的鳥類窗擊案例，發現合眾銀行體育場窗擊事件占所有 21 棟建築的第二高位（225 ~ 229 件），其中包括 42 種鳥類（該研究調查到的窗殺鳥種共 75 種）。

報告中指出窗殺會因季節不同而有所變化，秋季明顯高於春、夏二季（冬季因當地過去研究窗殺機率低，故此研究未將其納入），秋過境期的窗殺比率為春過境期四倍，而候鳥遭窗殺的數量則較高，前五名物種皆是候鳥，分別為白喉帶鵐 (Zonotrichia albicollis)、黃喉蟲森鶯 (Leiothlypis ruficapilla)、橙頂灶鶯 (Seiurus aurocapilla)、黃喉地鶯 (Geothlypis trichas) 與灰綠叢森鶯 (Leiothlypis peregrina)，占此研究窗殺比例近 50％。

臺灣也該正視鳥類窗殺事件！

北美許多地區都有類似的研究報告與長期監測活動，但臺灣對窗殺的系統性研究目前仍未開啟，頂多只有一些零星的撞玻璃傷亡鳥類的花邊新聞報導。

筆者於去 (2019) 年起設立臉書社群「野鳥撞玻璃回報」，希望藉由網友的力量蒐集國內關於野鳥窗殺資料。另外，猛禽會也於去年獲得聯華電子主辦的「綠獎」青睞，計畫今 (2020) 年於臺灣北部地區執行野鳥窗殺調查與友善鳥類玻璃教育推廣，希望引起社會大眾、企業與政府對於野鳥窗殺的重視。

該如何避免窗殺？

看到這裡，或許讀者會急著想知道到底如何防止野鳥窗殺。其實江湖一點訣，說破不值錢，原理就在於想辦法讓鳥能「看到」或「看懂」眼前的玻璃（無論窗戶、鏡子或隔音牆等）是無法通過的阻隔物。

因此，凡是改善玻璃材質，如霧面、雕花或蝕刻圖案等；玻璃上裝飾，如貼或畫上密集圖案或大面積圖案等；與玻璃外布置，如掛上許多垂墜物、植生牆、圍欄和隱形鐵窗等，都有防治效果。

但依筆者經驗，最常見的錯誤防治法就是在面積不小的玻璃上只貼一張猛禽貼紙或鷹眼貼紙，認為鷹的形象可以嚇阻鳥兒不接近，但最後卻發現效果不彰。

其實，這就如同在農田設立稻草人，鳥類會判斷環境中的威脅者，當牠發現貼在玻璃的飛鷹不會動，會判定沒有威脅，自然不當一回事，反而想從沒貼貼紙的玻璃處飛去而導致窗殺。

因此美國奧杜邦學會曾做過研究，想知道到底要布置多密，野鳥才不會飛撞玻璃。實驗結果顯示，寬 5 公分 × 長 10 公分（約 2 英寸 × 4 英寸）的布置間隔可以防止 90％ 以上的窗殺，或許讀者們可以參考，做為野鳥窗擊風險玻璃的改善準則。

延伸閱讀

1. Bird-Safe Building Guidelines
2. 野鳥撞玻璃回報 （Reports on Bird-Glass Collisions）
3. Birds Striking Building Windows Final 032014

〈本文選自《科學月刊》2020 年 3 月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

本文由台灣康寧贊助，泛科學策畫執行

面對一場限定「使用材料」而非「主題」的競賽，參賽團隊該怎麼處理？

康寧公司秉持「由發明到創新」的哲學，結合教育與創新，針對大專院校以上之青年舉辦「康寧創星家 ─  創新應用競賽」，鼓勵參賽者從日常生活中發想，運用康寧的玻璃、光纖、陶瓷等特殊材料進行設計，鍛鍊團隊解決問題與實作的能力。特別的是，康寧創星家並未設定競賽主題。每組參賽團隊選擇一種康寧特殊材料，以其為出發點，設計能夠展現創意與付諸實踐的創新應用。

自由報名的參賽團隊外，康寧創星家還分別與臺灣科技大學和大同大學合作，邀請四組示範團隊，接受康寧科學家的技術輔導，以及取得康寧玻璃或光纖材料的使用，將創意實實在在地做出來。

這次泛科學訪問到指定示範組中以「玻璃」為題材的兩組大同大學團隊，請他們聊聊如何運用超薄、可彎曲且耐高溫的「Willow可撓式玻璃」和抗刮耐損的「Gorilla大猩猩玻璃」 構思出兩款概念產品：AERO智能收納行李箱 與 Full Vision全視角？以及他們希望藉此解決生活中的哪些問題？

你需要的不是那永遠缺少的一件衣服，而是有人告訴你穿什麼

「我們觀察到人們出國時，常花很多時間在整理行李，因此從收納衣服這點做設計主題，試想怎麼為行李箱加值，讓人們在旅程中能更便利。」AERO 團隊說。

AERO利用 Willow 可撓式玻璃可彎曲、易保存且可作為軟性顯示屏幕的特性，將玻璃面板放在行李箱內側底部，面板一端連接彈簧拉伸機構，另一端加裝磁條，當行李箱打開時，手動控制拉出玻璃並可利用磁力吸附在行李箱兩側，不需使用時將磁條分離即可自動收回行李箱底部（如下圖示）。設計機構的過程中 AERO 也遇到了一些困難，例如最初使用三條彈簧拉伸，但是拉力過大使磁鐵無法固定玻璃面板，改成一條後又因拉力過小而無法順利收回，經過各種測試，最後以兩條彈簧互相平衡。並且團隊採特殊設計處理，運用「磁鐵」使玻璃在拉開的狀態下不會彈回底層，也讓使用者能自由選擇吸附在行李箱其中一側，將更易於整理其另一側之內容物。

這款智能行李箱套入物聯網思維，其系統有三大主要功能：收納（Storage）、天氣（Weather）與行程（Schedule）。「我們假設每件衣服在購買時都已附上鈕扣大小的晶片（市面上已經有類似產品），行李箱會自動掃描衣服，得知重量、材質等資訊，並依照行李箱的儲存空間，以圖像模擬，建議使用者如何擺放收納。」AERO 團隊向我們說明，「只要設定旅遊地點，系統就能依照當地天氣和使用者所擁有的衣物，告訴他們可以怎麼搭配穿著、或是提醒應該多帶什麼衣服。」另外，行程部分也內建各地的景點、交通資訊，不但能推薦使用者適合的行程，還能事先幫忙訂位。

「我們希望Aero行李箱能成為人們的旅行小幫手，所以我們的設計理念圍繞著『讓整個旅程更方便和輕鬆』。」AERO 行李箱設計為無線充電，在方圓三公尺內偵測到無線充電系統便能連接充電，電磁波的影響則和一般 wifi 差不多。該團隊並表示，玻璃顯色效果比塑膠纖維好，且耐高溫，使用期限比較長，符合行李箱託運、風吹日曬的需求。

徹底了解材質才能做出好設計

Willow 可撓式玻璃和傳統玻璃性質不太一樣，對於AERO 團隊中曾做過玻璃器皿的同學而言差異更明顯，「傳統玻璃通常就是手工藝方面的應用，Willow 可撓式玻璃則是一場全新的體驗，它的運用層面更多、更廣，例如可以捲曲的特色就能讓玻璃應用於不平整的表面，甚至是需要伸縮的關節處，突破了以往對玻璃的想像。」

對於第一次參加以特殊材料為規則的創新競賽，AERO團隊也表示，「和以往先想好產品才選材質不同，設計過程中，我們必須更透徹地了解 Willow 可撓式玻璃的特色和優勢。發想過程中，我們也考慮過很多其他運用，幾乎涵蓋整個食衣住行，例如可以記錄夜跑的穿戴式裝置、盆栽容器或一般室內用品等，但最後完整評估後，我們還是覺得行李箱最能發揮這次材料的優點，再加上搭載旅遊資訊app，讓這款AERO智能收納行李箱解決旅客外出打包行李的種種不便。」

突破交通肇事原因 「視覺死角」，把轉角樑柱變透明

另一組團隊 Full Vision 全視角則將可撓式玻璃和Gorilla大猩猩玻璃運用在交通安全的領域，該團隊表示，「我們居住在交通十分複雜的城市，希望以解決交通事故作為切入點。」而根據統計數據，「轉向不當」在肇事原因中占了極高比例，許多事故來自人們視覺的死角，他們決定從這點下手。

一開始決定交通安全議題時，Full Vision團隊想到的是在 A 柱（即一般車身擋風玻璃與左前車門間的立柱）上做優化，以玻璃取代原本的金屬材質，將擋風玻璃延伸到左側車窗。但在康寧科學家的解釋建議後，他們了解金屬 A 柱能撐起車蓋並在遭受撞擊時承受力道、保護駕駛，若改為玻璃，除衝擊時碎裂的危險性，也會增加車身重量。

於是該團隊從第一人角度觀察一天的交通狀況，經過使用者情境研究，決定將應用從車內移到車外，將 玻璃結構加裝在各種容易造成視覺死角的樑柱、牆面上，搭配攝影機的使用，將攝影機捕捉到死角遮蔽的畫面呈現於玻璃上，形成類似透視的效果，拓寬駕駛人的可視範圍。Full Vision團隊經分析後提出三大常發生交通事故的場景：停車場、巷弄街角的死角與山路盲彎，並針對此三地點進行Full Vision全視角的模擬應用。

Full Vision表示，「停車場裡面有很多樑柱，除了會擋到左右來車外，也造成車輛進出車位的困難。我們在柱子外圍加上一圈圓弧的 Willow 玻璃，不只可讓樑柱因投影的影像達到『透明』效果，還能藉由 Willow 玻璃的彈性形成保護，由於玻璃和樑柱之間留有一段距離，玻璃也會在車子觸碰時提前警示駕駛，避免真正刮到柱子造成車身損傷。」

其他兩種場景則是台灣常見的狹窄巷弄，以及容易光線不足、過彎角度又大的山路盲彎，Full Vision 在各處轉角處包覆Willow玻璃和加裝攝影機，讓人們在到達死角前就能先看見對向來車，實踐無視覺障礙的行車環境，讓行車更加安全。

來自不同科系的夥伴為設計磨出更多火花

Full Vision 的團隊組成多元，除了設計系，還有機械、資訊背景的同學，擁有不同專業，因此大家的想法和關注的細節自然也不同，這是最有趣的地方。「有時候設計做久了，會被訓練出來的東西束縛，例如設計的時候會考慮這個圖畫得出來嗎？完成度高嗎？實作的可行性呢？」一名設計系的同學笑著說，「反而是我們其他沒經歷過設計過程的成員能更天馬行空，創造更多可能性。」

另外他們也提到，比起決定主題，更大的挑戰是需配合競賽，在短時間內完成最高效能的產品，為此他們須比一般的合作更密切，甚至住在學校、工廠，也因而形成更好的團隊默契。Full Vision團隊表示，「我們一開始分為四小組各自發想，後來逐漸整併為一個大團隊，最後決定採用交通安全為議題是因為我們自己平常行車時也有這些困擾，加上時常在網路上看到交通問題相關新聞，做得時候很有感覺。另外，在大團隊內，大家的協調與溝通經驗非常難能可貴，也是在這個比賽當中最大的收穫。」

參考資料：

• 薄型且具可撓性的玻璃基板   打造出超薄顯示器