世界末日之後，你必須成為會做工具的工具人！——《最後一個知識人》

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

當你走進一棟建築，是否能感受到它對環境的友善？或許不是每個人都意識到，但現今建築不只提供我們居住和工作的空間，更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生，正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題，確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染，同時提升我們的生活品質。然而，要成為綠建築並非易事，每一棟建築都需要通過層層關卡，才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境，政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立，旨在透過標準化的建築評估系統，鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時，為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法，自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止，已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品，涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築，不僅提升建築物的整體性能，也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多，你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程，要經歷哪些標準與挑戰？

綠建築標章	智慧建築標章	綠建材標章

第一招：依循 EEWH 標準，打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源，是綠建築（green building）的核心理念，但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單，而是涵蓋建築物的整個生命週期，也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內，都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準，讓我們先回到 1990 年，當時英國建築研究機構（BRE）首次發布有關「建築研究發展環境評估工具（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM®）」，是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後，於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED）這套評估系統，加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶，氣溫高，濕度也高，得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生，四個英文字母分別為 Ecology（生態）、Energy saving（節能）、Waste reduction（減廢）以及 Health（健康），分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級，設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例，看它如何躍過一道道指標，成為「鑽石級」綠建築的國家公園！

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園，也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時，還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築，其外觀採白色系列，從高空俯瞰，就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落；從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊，生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構，設計自然護岸，保留基地既有的雜木林和灌木草原，並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物，採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙，不僅強化了環境的保護力，也提供多樣的生物棲息環境，使這裡成為動植物共生的美好棲地。

第二招：想成綠建築，必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築，使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出，一路到今日，國際間對此一概念的共識主要包括再使用（reuse）、再循環（recycle）、廢棄物減量（reduce）和低污染（low emission materials）等特性，從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時，使用自然材料與低 VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）建材，亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後，內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度，以建材生命週期為主軸，提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說，為確保室內環境品質，建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件；為了防溫室效應的影響，須使用本土材料以節省資源和能源；使用高性能與再生建材，不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性，也強調材料本身的再利用性。

在台江國家公園內，綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念，更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設，並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料，為鳥類和小生物營造棲息空間，讓「蚵殼磚」不再只是建材，而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆，整體綠建材使用率為 52.8%。

在日常節能方面，台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如，引入樓板下的水面蒸散低溫外氣，屋頂下設置通風空氣層，高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出，廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地，創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企，如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流，不僅提升了隔熱效果，減少空調需求，讓建築如同「與海共舞」，在減廢與健康方面皆表現優異，展示出綠建築在地化的無限可能。

在綠建材的部分，另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程，其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材，比方提高高爐水泥（具高強度、耐久、緻密等特性，重點是發熱量低）的量，並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」，還用再生透水磚做人行道鋪面。

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區，首先，他們捨棄金屬建材，讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是，他們也將施工開挖的土方做回填，將有高地差的荒地恢復成平坦綠地，本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪，無痛轉綠。

等等，這樣看來建築夠不夠綠的命運，似乎在建材選擇跟設計環節就決定了，是這樣嗎？當然不是，建築是活的，需要持續管理–有智慧的管理。

第三招：智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率，除了從建築設計與建材的使用等角度介入，也須適度融入「智慧建築」（intelligent buildings）的概念，即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性，使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器，用於蒐集環境資料和使用行為，並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合，內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度，為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂，目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例，為了掌握建築物生命週期中的能耗，需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標，評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面，則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境，以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中，充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術，來達成兼顧環保和永續發展的理念，也是利用建築資訊模型（BIM）技術打造的指標性建築，受到國際矚目。

在興建階段，為了保留基地內 4 棵原有老樹，團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描，並將大小等比例匯入 BIM 模型中，讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離，確保施工過程不影響樹木健康。此外，在大樓啟用後，BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」，透過 3D 建築資訊模型，提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護，包括保養計畫、異常修繕及耗材管理，讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用，從建造設計擴展至施工和日常管理，使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management，簡稱 FM ) 為例，該系統可在雲端進行遠端控制，根據會議室的使用時段靈活調節空調風門，會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣，而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率，保持低頻運作，實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現，從源頭減少碳足跡；綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小，並保障居民的健康；智慧建築標章運用科技應用，實現能源的高效管理和室內環境的精準調控，增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用，讓建築不僅是滿足基本居住需求，更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

本文由 VOLVO 委託，泛科學企劃執行。

你知道嗎？光是鋼鐵產業就佔全球碳排放量的百分之九。據國際能源署（IEA）的報告，2019 年，鋼鐵業的直接碳排放量已超過水泥和化工產業，成為碳排放的大戶。更糟糕的是，在未來的 30 年中，全球對鋼鐵的需求量預計將增加 1.5 倍。

鋼鐵產業是高耗能產業，因此會產生大量的碳排放。此外，鋼鐵生產的「原料」中也包含大量的「碳」，這使得鋼鐵產業很難完全擺脫碳排放。

然而，難題也會成為契機。如果我們能找到新的製程，開發出低碳甚至零碳的煉鋼新技術，那麼我們不就能夠一口氣減少全球大量的碳排放了嗎？

傳統鋼鐵如何製成？為何會產生大量的「碳」？

在探討傳統鋼鐵如何改變製程、達到減碳的目標前，我們先簡單了解一下鋼鐵的煉製過程。從地殼中開採出來的鐵礦通常含有各種鐵的氧化物，而在氧化物被還原成鐵的過程中，需要加入焦炭來把氧化物的氧拿走。在高溫下，焦炭會先變成一氧化碳，接著與熔融鐵礦中的氧化鐵進行反應，形成二氧化碳和生鐵。生鐵中含有部分的碳成分和其他雜質，需要進入轉爐中進行高溫處理，才能煉成各種鋼材。

要達到煉鋼所需的高溫，還需要燃燒大量的化石燃料，排放大量二氧化碳。在氧化鐵的還原過程中，使用焦炭也會產生額外的二氧化碳。因此，平均每產出一公噸鋼就需要排放快兩公噸的二氧化碳，相當於鋼材自身重量的兩倍。

目前，鋼鐵工業的能源依賴性仍有 75% 是煤炭，這種依賴化石燃料的現狀絕非減碳目標的好消息。國際能源署估計，為達成目前設定的減碳目標，鋼鐵產業至少需要在 2050 年之前將碳排放量砍半。

但鋼鐵是許多基礎建設的基石，對鋼鐵的需求估計只有增加、不會減少。目前全球鋼材回收率已達 90%，仍無法滿足鋼鐵不斷增長的需求；傳統製程的能源效率經過不斷地改良，也已達到技術上的極限。這該如何解決呢？

近十年來，一些鋼鐵企業開始引進碳捕捉技術，利用特殊材料吸附二氧化碳並儲存，供化工產業作為原料，或冷卻後封存到地底。如此一來，就能避免排放到大氣中。

然而，因為煉鋼廢棄的組成非常複雜，目前的碳捕捉效率也無法做到百分之百。要實現 2050 年的碳中和目標，勢必就要去思考解決煉鋼技術的創新議題。阻止全球暖化腳步刻不容緩，歐洲有幾家企業想到了新方法，運用潔淨的氫氣來煉鋼。

零碳排煉鋼？氫氣的成本是挑戰

提到煉造零石化鋼鐵，就必須拋開傳統使用焦炭還原氧化鐵的方法。這種方法以氫取代焦炭作為還原劑，反應完成後，氫氣就會氧化成水蒸氣，完全不會產生二氧化碳，真正實現減低碳排的目的。

然而，氫氣要從哪裡來？目前工業上最廣泛使用的製氫方法就是從天然氣中提取，過程中不可避免的也會排出二氧化碳。因此，真正想要朝減低碳排邁進，就必須使用綠能來電解水，產出「綠氫」。

不過，綠氫煉鋼要面對的第一個現實問題就是資金投入的大量成本。由於電解水產氫的能源消耗差不多是固定的，因此綠氫的價格可以說和綠能的價格直接相關。根據歐洲議會的報告指出，現有綠氫的價格大約落在每公斤 3.6 到 5.3 歐元。相較之下，由天然氣提取氫氣的成本約每公斤 1.5 歐元。

雖然綠氫的價格高了兩三倍，但是在同一份報告中，歐洲議會也提到由於綠能的價格持續下修，綠氫價格已經在過去十年內已經下降了 60%，並且很有機會在未來持續下降。保守估計，綠氫價格有機會在 2030 年降至每公斤 1.8 歐元。到時候，綠氫煉鋼的成本只會比煤炭煉鋼高出不到 10%。

因此，相較於碳捕捉或其他新型態煉鋼技術，綠氫煉鋼的技術和成本皆較為樂觀，是各界目前較看好的零碳鋼鐵解決方案！而且也早就有企業著手開始設置生產計劃。

在 2016 年，位於瑞典的鋼鐵廠 SSAB、便和能源公司 Vattenfall 與鐵礦集團 LKAB 聯手開啟了 Hybrit 計畫，預計透過綠氫和綠能，完全排除化石燃料的使用，走向綠色鋼鐵的新挑戰，目標將瑞典全國的碳排放減少 10%。

在製程中，除了改用綠氫進行還原反應之外，煉鋼過程中也不再透過燃煤加熱，而是採用電弧爐，用綠能產生的電弧放電，來產生煉鋼所需的高溫。

2020 年，Hybrit 計畫設立了首間完全零化石燃料的試驗煉鋼廠，並在僅僅一年後產出了第一批零石化鋼鐵，預計在 2026 年開始進行商業規模的大量生產，可以說是領先全球的零石化程表。而且，Hybrit 計畫在 2021 年生產的首批零石化鋼鐵可不只是做出來展示用的，這批別具意義的鋼材已經交付給瑞典車廠 VOLVO，拿來打造未來的環保低碳汽車。

踏出世界的第一步：VOLVO 零石化鋼材車

在汽車生產過程中，鋼鐵是碳排放的主要來源之一。依據 2021 年的資料，製造一輛 VOLVO 汽車所需鋼材產生的碳排放量佔整體製程中的約 33%。

但目前 VOLVO 旗下車款都已開始著手使用零石化鋼材，成為全球首家運用零石化煉鋼製程的汽車製造商。雖然零石化鋼材的使用率尚未達到百分之百，但 VOLVO 已簽署 SteelZero 倡議計畫，支持無石化煉鋼的製程。並承諾在 2030 年達成這項協議中，對鋼鐵採購的嚴格要求，以在 2050 年前完成採購的鋼材皆要「乾淨、零碳」為目標。

此外，VOLVO 也計畫在 2030 年達到所有車款都百分之百不使用動物皮革，降低對畜牧業的需求，減少溫室氣體的排放。

除了在工藝選材上的用心，VOLVO 也透過供應商管理、生產製程、轉型電動化等各種方式貫徹友善環境與永續經營。像自 2008 年起，VOLVO 在歐洲的所有工廠都開始使用水力發電所提供的電力。到目前為止，全球工廠已使用超過 80% 的碳中和電力。

最關鍵的是，VOLVO 產品本身的全面電氣化目標，所有車款都有電動版本可供選擇，並目標在 2030 年成為純電動汽車品牌，以達到《歐洲綠色新政》設下的 2050 淨零排放目標。

總結而言，綠色鋼鐵是實現零石化的永續鋼鐵生產的關鍵。雖然面臨著一系列挑戰，但只要政府、企業和大眾共同努力，我們有信心打造一個更加環保、永續發展的未來。VOLVO 作為汽車行業的領頭羊，將繼續挑戰永續創新，成為更環保的典範。

掀起裝甲戰爭

美國南軍的裝甲船維吉尼亞號輕輕鬆鬆就撞進敵艦的木造外殼，成為海戰史上的轉捩點。「水面下的撞擊聲清晰可聞，」海軍將官回憶時談到敵艦北軍康勃蘭號：「她開始下沉，但是在火炮沉入水面之前，仍不停的勇敢還擊。」但是她的炮火打在維吉尼亞號無法穿透的鐵殼上，只能反彈。

1862 年 3 月，美國南北戰爭期間，南軍船艦維吉尼亞號在維吉尼亞州的漢普敦錨地攻擊北軍。北軍的康勃蘭號上有將近三分之一的士兵罹難，甲板上的一位軍官形容這景象是「水面上空前未有的大屠殺。」維吉尼亞號是用沉沒的木造船艦馬力馬克號（Merrimack）改裝而成，使用的是拼湊而成的配備、性能很差的引擎。但是她有一個很棒的優點：她有兩英寸厚的裝甲鋼板，對手用木造船根本撞不破。北軍十分恐慌，如果維吉尼亞號能突破北軍在漢普敦錨地的封鎖，就可以長驅直入波多馬克河，進而炮擊華盛頓市。當晚林肯總統「不停的走到窗邊，眺望波多馬克河（河面景觀在六十四公里範圍內毫無遮蔽），想確認維吉尼亞號沒有接近華盛頓。」

幸好，北軍也正在研發裝甲船監視者號，而且鋼板更厚，達11 英寸。聽到維吉尼亞號正在往前挺進，監視者號立刻趕往漢普敦錨地。第二天，發生了前所未有的裝甲船大對決。我的辦公室裡掛了一幅描繪這場戰役的版畫，是版畫印製廠卡瑞耳艾維士（Currier & Ives）印製的。因為喜歡這場戰役的場景，我在多年前買下這幅版畫，當時沒有體會出其中代表的意義。這幅畫的前景中，體積較小、噸位也較輕的監視者號衝向維吉尼亞號，兩船的大炮都噴出火花，甲板上有白煙和蒸氣翻騰而上。「在文明的世界裡，從沒有一場戰役曾造成這麼大的震撼。」在現場目擊的海軍軍官帕克（Willam Harwar Parker）寫道。

這是一場艱困的戰鬥：船艦近距離接戰四個小時以上。一開始維吉尼亞號發射了許多炮彈，監視者號也回報有力的還擊，但雙方的炮彈都遭船身彈開，「顯然沒有什麼效果，跟小孩子丟的石頭差不多。」他們很快就想出衝撞戰術，但是到了下午三、四點，在完全沒有死傷的情況下，這兩艘船開始脫離戰場。監視者號的船身只留下一些凹痕，在厚厚的鐵板隔離保護之下，士兵完全沒有傷亡。戰役結束後，監視者號的士兵終於可以坐下來吃飯，大家的士氣仍然很高昂。「嗯，各位，」助理部長福克斯（Gustavus Fox）稍後登船讚揚士兵時說：「你們看起來不像剛剛經歷了史上數一數二重大的海戰。」

遠在漢普敦錨地戰役之前，鐵就展現了強度及侵略性。因為鐵的強度，地球上才有生物。地球核心的主要成分是鐵。當固態的內核旋轉時，帶動液態的外核流動，生出電流，地球周圍因而產生磁場。地磁使太陽風無法靠近地球，太陽風是對生物有害的游離輻射。因為鐵太容易鏽蝕，人類首次使用的鐵器已經難以考證，也就是說，留存下來的古代鐵器比由耐用的金屬（如金或銀）製造的器具還稀少。  然而在西元前約 3500 年時，鐵器開始出現，通常製成珠寶、家庭器具，還有最重要的 —武器。在古代戰爭中，鐵被當成血腥的工具，通常製成鐵劍、盾牌及矛。

不過幾千年來，軍艦仍是用脆弱易燃的木材打造而成的。在卡瑞耳艾維士那幅版畫的背景中，遠處觀戰的木製船隻不僅處於劣勢，而且很快就會落伍。當時有幾萬名軍人在岸邊見證漢普敦錨地之役，都見識到了裝甲船的優異威力。美國工業時代之初，維吉尼亞號與監視者號展現了工業化鋼鐵裝甲的威力，這種力量將持續改造現代社會的政治與戰爭。

曾是和平的元素

在大西洋彼端，1860 年代的德國正要展開工業化後進步繁榮的時代。工業革命已經橫掃英國，而且跨海傳到歐洲大陸。位於魯爾河岸的埃森市是德國的工業中心。山坡邊小小的鼓風爐已經由巨大的工廠取代，這個一度成為中世紀市場的城市快速擴張。在數十年之間，埃森的人口增加了 150％。這座城市的成長與某個家族關係最密切。

1587 年，安德特．克魯伯（Arndt Krupp）加入埃森的商業公會。他是克魯伯王朝的開創者，這個王朝的國祚近四百年，成為德國超強工業和軍事產業的領導者。1866 年至 1870 年，在俾斯麥對奧地利與法國發動的戰爭中，安德特．克魯伯的子孫艾佛烈．克魯伯（Alfred Krupp）在兵工廠中負責製造大炮。普魯士軍隊使用的鑄鐵大炮與法國用青銅打造的大炮相比，射程是後者的兩倍，而且更為精準，擊發的數量也更多。1862 年，俾斯麥發表了著名的聲明，宣稱日耳曼帝國將不是建立在「演說與多數決」，而是建立在「鐵與血」之上。他相信，誰能駕馭鋼鐵，誰就能駕馭歐洲。

兩次世界大戰中都證明克魯伯的兵工廠十分重要。德軍有大量的武器可用，攻敵戰略才得以鞏固。第一次世界大戰之初，德軍在前往巴黎的途中使用克魯伯長程火炮，把比利時的碉堡轟成碎片。第二次世界大戰時，克魯伯的攻城加農炮可以發射重達 7噸的炮彈，射程達 40 公里。克魯伯煉鋼廠提供的軍火，讓德國有能力發動戰爭。人類不只靠鐵打仗，還為了搶奪鐵礦及煤而戰。用煤提煉鐵礦，會產生鐵及二氧化碳。工業革命期間，歐洲各國的當務之急是確保這些礦藏。沒人願意在這場空前的經濟成長中落後。

克魯伯王朝崛起之地的魯爾區，蘊藏大量的煤以及少量的鐵。在十九世紀末及二十世紀初，這些礦藏成為重大衝突的來源，在這段期間，法國與德國之間發生了三次戰爭。1870 年 7 月，法國對鄰國普魯士宣戰。普魯士是日耳曼邦聯的一員，也是該邦聯中最強大的國家，從之前十年以來，普魯士對法國的威脅愈來愈大。就在四年前，普魯士侵入了奧地利，帶頭成立了北日耳曼邦聯。普魯士過去是法國弱小而且友好的鄰居，如今不但擁有令人畏懼的軍隊，而且還在邊界採取了包圍的態勢。普魯士的人口快速成長，而且境內的重工業也愈來愈占優勢。到了 1867 年，普魯士和薩克森（北日耳曼邦聯的另一個成員）的煤礦生產量，與法國的煤礦產量相比，已經達到三比一。法國備感壓迫，決定宣戰。

但是法國完全低估普魯士的強大程度。只不過幾個星期，普魯士的軍隊已經推進到巴黎。巴黎受包圍數個月之後，於 1871 年 1月 28 日淪陷，戰爭就此結束。普魯士摧毀了法國的軍事武力，並在〈法蘭克福條約〉中要求法國割讓說德語的阿爾薩斯－洛林，而該地區擁有價值很高的鐵礦。短短四十年後，法國又會在第一次世界大戰中對抗已經統一的日耳曼帝國。法國將收回阿爾薩斯－洛林，再度取得該地區的鐵礦控制權。此時法國已有辦法增加鋼鐵的產量了，但卻因而更依賴煉鐵所需的焦炭和煤炭。當德國拖欠戰爭賠款時，法國便以侵入魯爾區做為報復。如此一來不但確保煤炭供應不缺，也同時癱瘓了德國的工業。為了反擊，希特勒開始派軍隊進入萊茵蘭（Rhineland），魯爾即在此區。為了避免引發另一次戰爭，法國沒有提出太大的抗議，使得希特勒信心大增，採取一系列侵略行動，終於導致第二次世界大戰。

魯爾區的煤礦對歐洲鋼鐵業的發展十分重要。但是也因為這項資源，使得這地區約有八十年的時間都成了戰場。在戰爭期間，魯爾成為歐洲的工業中心，但這個地區的成功也導致了它的衰敗。1943 年 3 月，同盟國的空軍對埃森首次空襲，後來總共進行了 200 次重大的空襲，投擲超過 3 萬 6 千噸的燒夷彈及炸彈，大多落在面積 8 平方公里的克魯伯工廠上。戰後，埃森成為坑坑洞洞的荒涼廢墟。但不到五年的時間，魯爾又經過重建，並整合出一套新的政治制度，目的是讓鐵變成和平的工具，而不是戰爭的武器。

1950 年 5 月 9 日，法國外交部長舒曼（Robert Schuman）透過廣播發表了一項歷史性的聲明：法國準備與德國還有其他國家，合夥組成新的歐洲重工業共同體。歐洲煤鋼共同體（ECSC）在第二次世界大戰之後成立，希望能終結數十年來的經濟軍事競爭。經由煤與鋼的資源共享，舒曼希望創立一個謀求經濟發展的共同機構，他相信這個機構會使戰爭「不但在思想上不可思議，在材料上也不可能」。 「長期致力於製造戰爭武器，也是最常蒙受其害的」地區，現在應該利用鐵來發展工業，提升生活水準。舒曼相信，他簡單而大膽的計畫可以預告成長與繁榮的時代即將來臨。

ECSC 是形成歐盟的第一步，由二十八個會員國組成的歐盟現在是世界最大的經濟體。 18  ECSC 是歐洲第一個超國家主義的重大實驗，為形成更穩定、更團結的新實體打下基礎。為了彌補在國家主權上一定程度的損失，各會員國可以在經濟及政治上取得利益，特別是得到和平的承諾。

今天，埃森附近區域有非常明顯的改變，這座城市已經從魯爾區的「煉鋼爐」變成「辦公桌」了。埃森現在是一座舒適、現代化的城市，德國許多大公司的總部都設在此地，亞拉（英國石油公司在德國使用的品牌）也在其中。克魯伯家族結束了，但是名稱仍然保留在跨國集團蒂森克魯伯（Thyssenkrupp）中。「克魯伯帶」過去曾經擠滿了工廠，現在是許多公司現代化總部的所在地，僅留下一座博物館讓人緬懷當初工業鼎盛的舊日時光。

歐盟及其前身組織合力維持了一段空前未有的和平期。經由相互依賴的貿易和遵守共同法律，各國已經牢不可分。這一切都是由碳（煤炭中的元素）和鋼（用鐵冶煉成的）開始的。現在碳與鐵成了維持和平與繁榮的工具，主要是因為這兩種元素是現代社會的基礎。到處都看得到鐵，鐵可用來建築超高摩天大樓、飛機和風力發電機。而對我來說，有一個巨大的身影最能展現鋼的能力，也最能具體說明人類用鐵所能完成的事業。

六萬噸的鋼

2005 年 7 月 11 日：當天是英國石油公司旗下的海運公司創業十九週年紀念日，我們在國家海運博物館舉行宴會來慶祝，該館位於倫敦東南角的格林威治。我們在博物館的拱門下享用雞尾酒，賓客緩步參觀「納爾遜與拿破崙」展，那是為了紀念發生在兩百年前的特拉法加戰役。我們坐下來，在海神廳的圓形玻璃屋頂下吃晚餐，海運公司的負責人馬龍（Bob Malone）站起來發表演說。過去十九年來發生了很多事：例如，英國石油公司曾經一度擁有全世界最大的商業船隊，在第二次世界大戰期間，還為同盟國提供了一大部分的運輸用油。

馬龍講完後，我們舉杯祝公司生意興隆，但是我的思緒早已飄到其他地方了。當天下午在驅車前往餐會途中，我接到一通讓人極為憂心的電話，來電者是當時負責英國石油公司探索與生產活動的黑華（Tony Hayward）。「雷馬出事了，」他說：「它好像正在下沉。」他指的是我們在墨西哥灣最先進的離岸採油平台。

雷馬 PDQ 是全世界最大的半潛水式離岸生產平台，比原先紀錄保持者的挪威平台還要大 50％。雷馬單是外殼就有 6 萬噸，由厚鋼板打造而成，上面有由 50 公里長的管子及 250 公里長的纜線組成的複雜網路。這個空前未有的巨大結構是為了抽取雷馬油田所需，這是墨西哥灣最大的油田，預計每天可以生產 25 萬桶石油和 560 萬立方公尺的天然氣。唯有強硬、豐富又廉價的鋼才能在規模這麼大，而且海象如此惡劣的條件下承擔重責大任。

沒有一艘現成的船隻大到可以把雷馬的外殼由南韓玉浦的建造場，運送到墨西哥灣。即使當時世上最大的兩艘重吊駁船之一的藍色馬林魚號（MV Blue Marlin），也必須加寬船殼，並增加一套新的推進系統，才堪使用。藍色馬林魚號雖然經過修改，雷馬還是突出重吊駁船的兩側各 20 公尺。由於寬度太大，船無法通過巴拿馬運河；而又因為高度太高，無法通過橫跨蘇伊士運河的公路橋；雷馬只能跨坐在藍色馬林魚號的後艙，繞過好望角，航行 3萬公里，在兩個月後抵達墨西哥灣。

2005 年 7 月，在英國石油公司發現油田之後六年，差不多開始要生產石油了。但是墨西哥灣除了以石油蘊藏量豐富聞名，每年也都很容易遭受颶風侵襲。丹尼斯颶風（Hurricane Dennis）是大西洋在 2005 年的第一個強烈颶風，也是有史以來威力最強的一個。由新聞中得知它的路徑直朝雷馬而來，英國石油公司立即疏散平台上的人員。在颶風逐漸靠近美國海岸線的過程中，它的威力逐漸增強，丹尼斯颶風在與雷馬相距僅 230 公里時擦身而過，當時風速達到每小時 220 公里。現在，暴風雨已經平息，但笨重的鋼架正往海裡傾斜。

回到國家海運博物館，馬龍結束演講坐下了。他的手機一直振動個不停，但是他沒辦法離開餐桌去弄清楚到底發生什麼事。我決定在晚餐結束前不透露我的所知。除非海面恢復平靜，而且我們可以靠近平台，否則救援工作不可能展開；耽擱兩、三個小時沒有什麼差別。我們走出大門時，我告訴他我和黑華的談話內容：「五十億美元的投資可能沉入海底。」馬龍答說：「我想事情大條了，我最好快點開始，還要打一通電話。」

一開始，我們都搞不清楚問題出在哪裡：雷馬的設計應該能承受「百年一遇」的暴風雨。但是現在 6 萬噸的鋼全都撐不住了，不過這可不能怪氣候。在颶風來襲之前，雷馬已經傾斜 16度，暴風巨浪只是讓情況更惡化。機械故障加上人為疏失，才會導致水力調控系統失效，這套系統本來可以在壓載艙之間調配水流，讓平台的巨大重量保持平衡。後來雷馬終於修復，而且自此歷經每年的颶風侵襲仍然屹立不搖，見證了鋼鐵的驚人強度，以及我們可以信任、並利用它到多大的規模。

本文摘自《改變世界的七種元素》，由天下文化出版

攸關生存的金屬

金屬具有完全不見於其他材料的種種特性。有些十分堅硬、強韌，適合用來製造工具，武器或結構零件，好比釘子或完整大梁。不過金屬也具有可塑性，不像陶瓷那麼酥脆——金屬受壓時會變形，不會碎裂，還可以拉成細絲，能用來固定、製造圍籬或傳導電力。多種金屬還能抗拒非常高的溫度，是打造高性能機器的理想材料。

你在「大墜落」過後，必須盡快重新養成的能力，不只是掌握用鐵，還得加上鐵碳合金：鋼。鋼含有鐵、碳混合原子，而且遠遠超過各部分的加總。把碳原子納入，大幅改變了金屬的特性，而且你可以因應不同用途，改變碳原子比例，從而控制鋼的強度和硬度。

我們到後面才會檢視，該如何從無到有，開始製造鐵和鋼，因為緊接災後，你肯定很容易就能撿到鋼鐵材料。只要重新學會鐵匠的傳統技能，這些撿來的品項，也就可以活化再利用：在平爐（編按：有蓄熱室的煉鋼爐）或鍛造爐上的砧板一邊處理作品，一邊讓它保持灼熱，同時也用鎚子和鐵砧改造外形。綜觀整段文明史，人類之所以有辦法利用堅硬的鐵，理由便在於，鐵受熱會暫時改變物理特性，質地軟化並具展延性，得以搥打塑造成形，輾軋成薄片或者抽成管、線。這很重要，因為這表示，你可以使用鐵製工具來處理鐵材，製造出更多工具。

如何加工鐵器

用鐵製造工具，最重要的知識就是有關於如何讓鐵硬化的原理——淬火和回火。要讓鐵硬化，可以把它加熱至火紅，好讓內部鐵碳晶體，轉化為硬組態的同素異形體（編按：同一元素因為分子式排列方式不同而有不同的物理形態，但化學生質相似）（它沒有磁性——這可以在加熱時檢測）。不過隨後若是讓它緩慢冷卻，這種晶體就會恢復原來形式，所以必須急速冷卻，才能得到你想要的。採淬火加工，再把高熱鐵件泡進水中或油中。然而堅硬的物質也會很脆——易碎裂的鋼鎚、劍或彈簧都毫無用處——所以製品淬火之後還必須回火。這種做法是再加熱，維持較低溫度一段時間，讓某個比例的分子結構鬆弛開來——刻意犧牲材料的部分強度，換回一些柔軟度。你可以經由回火來調節鐵的材料特性，而這就是因應功能來需求改造金屬的基本要點。

還有一項重要技術到比較晚近才發展成形，那就是銲接，用已融金屬來膠合金屬。乙炔能產生的熱度，凌駕所有可燃氣體，在氧氣流中的燃燒溫度超過攝氏三千二百度。要產生銲接氣炬，可以經由一支點燃的噴嘴，分別控制加壓氧和乙炔氣流。純氧可以藉由電解水取得，或者往後將液化氣體分餾後來取得。乙炔可以取水與碳化鈣塊相互反應後釋出，而碳化鈣本身，則是取生石灰和木炭（或焦炭）一起擺進火爐加熱生成，這兩種物質我們已經介紹過了。除了膠合金屬，氧乙炔火燄還能做為鋼鐵的切割氣炬，產生氧氣噴流來燒熱金屬，再切出整齊的線條。

電弧銲機所產生的溫度還更高，約可達到攝氏六千度——如舞動閃電的威力。串接一批電池或使用一台發電機，就能產生充足電壓，持續觸發火花（或電弧），躍過目標金屬和碳電極的間隙，讓電極在金屬表面移動，就能銲熔或切割。這種臨時湊合的氧乙炔氣炬或電弧切割機，是拾荒小組奉派進入死寂城市時不可或缺的設備，可以用來拆解廢棄殘骸，拾回最有用的物資。使用電弧爐是熔解廢鋼料，回收再利用的有效做法。電熔爐基本上就是台巨型電弧銲機，電力從大型碳電極湧現，通過金屬並熔解，裡面還有石灰岩助銲劑，用來去除雜質，表面化為熔渣，熔鋼則如水壺倒水般傾倒出來。使用可再生電源來運作的電弧爐是一門必須掌握的重要技術，這樣才能紓解末日後世界對熱能燃料的需求。

不過取得金屬物資的能力，只做對一半，你還必須能夠熟練處理這類材料，依你所需樣式打造成形。假使你找不到還能操作的工具機，那麼你有多少機會，可以從頭製造出新機具？

製作小型工作室

一九八○年代，一位機械師提出了一項優雅的例證，他打造出一個支具齊備的五金工作坊——包括車床、金屬成型機、直立鑽床和銑床等一應俱全——材料不過就是黏土、沙、木炭和幾塊廢金屬。鋁是個不錯的選擇，因為鋁熔點低，方便鑄造，而且非常不容易腐蝕，因此就算在末日災變過後許久，依然可以找到。

這項出色計畫的核心是個小型鑄造設備，撿來的金屬桶，裡面鋪了一層黏土耐火內襯，使用木炭焙燒，並從桶側導入氣流來強化燃燒作用。用這台火爐熔化撿來的鋁，已經綽綽有餘，接著就可以把熔融金屬倒入模範裡，鑄造出五花八門的機具零件。外範的製造原料可以採用細沙混入黏土（做為黏著劑）並添點水，接著讓它緊緊包覆內模，外框則是個兩件式木盒。

以下影片，示範了如何用生活中可見的器具製作一個小型鑄造廠，並在融化鋁罐後，用沙範創造出五花八門的器具。

要打造的第一台機器是車床。簡單的車床含一件平坦長梁，稱為床座，頭座固定於一端，另一端則是尾座，能鬆開鎖具並沿著床軌左右滑動。工件裝置於頭座上的心軸——或栓在面板上，或以可動爪夾頭鉗住——接著整個工件由一套滑輪或齒輪系統帶動，繞著這個中心軸旋轉，至於原動力就看你已經駕馭了哪些類型（水車、蒸汽機或馬達）。尾座可以用來支撐工件的另一端，並能因應不同長度沿著床座滑動，也可以裝上鑽頭等工具，於是你就可以旋轉工件並沿著中心軸線鑽孔。車床還有個刀座，上面安裝切削工具，同樣能沿著床座滑動，由於採用橫滑台，能精準調校工件位置，邊轉動邊切削，雕琢出合宜的剖面。最令人稱奇的是，這台車床不只能夠複製出它本身的所有零組件，打造出更多車床，而且當你憑空徒手製造這第一台車床，還在初步階段之時，已經可以利用它來打造出其餘必要零件，完成這項設備。

為了能在工件上切出精確螺紋，你必須沿著床座方向安裝一根長條導螺桿，就能順暢移動刀座，而且最好是與頭座、心軸的齒輪耦合，讓雙方動作完美協調。你在末日後世界真正得期盼能撿到已經做好的長條導螺桿，因為要切削出螺距固定的螺紋，可說難如登天。依我們的歷史經驗，第一道精密的金屬螺紋是歷經反覆改良，走過漫長進程，才終於打造成形，接著才以此製造出其他眾多成品，你肯定希望不必再次走過這趟路程。

一旦車床到手，你就可以運用它來製造組件，完成其他遠遠更為複雜的工具機，好比銑床。車床的用途是利用車刀來處理在夾頭上旋轉的工件，銑床則是用轉動車刀，切削固定在夾頭上的工件，具有十分廣泛的功能——有了銑床之後，你大致就能打造出其他零件。所以這項示範，也就相當於技術史的縮影：簡單的工具製造出比較複雜的工具，包括自己的進化版，並反覆這個循環，一步步向上推展。

從礦石中分離金屬

不過萬一你找不到純化金屬供鍛造或鑄造，或者你能撿到的都已經用光了呢？你該怎樣從岩石煉出金屬？冶煉的原則是去除礦石中金屬化合物的氧、硫或其他元素。這必須消耗一種燃料來達到高溫，還要一種還原劑和一種助熔劑。木炭（或焦炭）是發揮頭兩樣功能的極佳用料，它能燒出猛烈火燄，在熔爐中燃燒時，還會釋出一氧化碳，這種強效還原劑能去除氧氣，留下純金屬。簡陋煉鐵爐的藍圖，看來就像燒製石灰的窯爐設計。爐內裝填了一層層木炭燃料和粉碎的鐵礦石。礦石混入一些石灰岩，做為助熔劑來降低耐火脈石（無利用價值的固體礦物）的熔點，讓它在爐內化為液體並吸收金屬雜質。助熔劑形成熔渣並流掉，於是你就可以從爐中提取純金屬珍寶。

倘若熔爐的運作溫度，達不到足以熔鐵的高溫，那麼你就必須取出海綿團狀固體金屬，擺在鐵砧上搥打，讓鐵融合在一起並打出殘留熔渣。這種純熟鐵還不夠堅硬，不能用來製造工具，必須再次用木炭猛烈加熱，吸出一些碳並形成鋼材，接著又一次擺上鐵砧處理。這樣反覆摺疊、打扁，基本上就是在攪拌固態材料，產生出均勻的鋼材，最後便可以拿來鍛造成最後形式。這是會令鐵匠腰酸背痛的苦工，而且鋼材產量也嚴重受限。發展出現代文明的關鍵，是養成有效大量製鋼的產能。底下就告訴你該怎麼做。

解決之道是強力鼓風讓空氣向上流過層疊爐料，增強燃燒。中國人在公元前五世紀就發明了鼓風爐（比歐洲早了一千五百多年），隨後並改良設計，使用水車驅動活塞風箱。為達到更高效能，加熱到更高溫度，可以使用從熔爐煙道逸出的高熱燃燒廢氣來預熱空氣，鼓風入爐。鼓風爐中剛熔煉完成的鐵材吸收了許多碳原子，於是熔點便降到攝氏一千二百度。金屬液化從爐底流出，沿著地面的溝渠，再注入一列鑄範。最終成品就是生鐵（pig iron，直譯為「豬鐵」）——起這個名字是由於，中世紀鑄造工匠認為，那一個個鑄範，看來就像一窩新生小豬依附著母豬吸奶。

這種含碳量高的鐵，熔點降低了，必要時可以重新熔解，像熱蠟一般倒入範中。因此鑄鐵工序變得非常便利，能快速鑄造出種種品項，如鍋子、管路或機械組件等，維多利亞時代的人，還製造出許多鑄鐵大梁。不過鑄鐵有一項嚴重缺陷：由於含碳量高，質地很脆，舉例來說，鑄鐵橋梁有個缺點，一旦結構元件受力彎折或拉伸，整座橋梁往往就會崩塌。

後來是一項革新發明，才真正使工業革命後期不斷發展下去，採這種做法，就能把鼓風爐所煉出的生鐵，輕鬆變換成鋼材。就碳含量而言，鋼的比例介於純熟鐵和酥脆的生鐵或鑄鐵（3–4％）之間，從約含0.2％碳，用來打造機器齒輪或結構鋼材的堅韌鋼料，到約含1.2％碳，用來打造滾珠軸承和車床切削工具的堅硬鋼料。所以你該怎樣脫除含碳生鐵？

貝塞麥煉鋼轉爐（Bessemer converter）是個梨狀巨桶，內襯耐火磚，安裝在支軸上，因此桶子可以傾倒。先熔融生鐵，注入容器，隨後從桶底幾個開孔把空氣打進桶內，和冒出氣泡的水族箱幫浦增氧機相似。額外的碳原子和氧反應，化為二氧化碳逸出，其他雜質也經氧化，合成熔渣後清出。這裡有個很幸運的現象，碳原子燃燒時會釋出充分熱量，讓鐵裡外都保持熔融狀態。

這時會遇上難題，因為熔煉時必須把碳原子成分幾乎全部去除，卻仍得留下將近百分之一，實際操作時，很難準確判斷。掌握最後成分的訣竅，要靠事後反溯法，先進行轉化，直到你有十足把握，肯定所有碳原子都已經去除，接著就把你想放回純鐵裡面的最後碳原子依比例混入。這種貝塞麥煉鋼法是史上頭一種廉價的大量煉鋼法，你最好是盡快蛙跳返回這個時間點。

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