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從炫技料理到可食用水球:食品科學中的晶球技術(下)

Sophia
・2019/08/10 ・2495字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

上一篇文章,我們介紹了在分子料理中被稱作晶球技術的「人工魚卵製造技術」,為了達到球化效果,各式膠體、乳化劑、安定劑與鹽類等食品添加物進入調理場中。身為主要添加物之一的「海藻酸鹽」凝膠與成膜的特性,可保留液體狀的中心,常應用於包裹或製作特色食品。接下來,就讓我們來揭曉這些技術在應用上有哪些變化吧!

哪些因素會影響晶球成品?

圖/pixabay

除了海藻酸鈉與鈣離子的濃度會影響產物,還有許多因素會影響晶球膠體成型的外觀、粒子強度,以及包覆性。

反應速率

各種鈣離子化合物與褐藻酸鈉溶液的反應速率不同,藉由使用不同種鈣離子化合物(如:氯化鈣,乳酸鈣與葡萄糖酸鈣)所造成反應速率的差異,可以製造適當厚薄與硬度的晶球膠膜。

溫度

高溫可以加快鈣鹽與海藻酸鈉的溶解速度,這時海藻酸鈉還不會與鈣離子產生反應,等到冷卻後反應生成「熱不可逆凝膠」,在高溫下依然能保持此物理型態。

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製作過程凝膠順序的差異

改變凝膠順序是另一種常見的手法,可以分成「基本球化」與「反轉球化」等兩大方向。

原圖參考資料 Tsai et al 2017
  1. 基本球化技術採用直接滲透,在食品(溶液,如果汁等)中加入海藻酸鈉,然後滴入含有鈣離子的溶液中。操作簡單,但成膠速度會受鈣離子擴散影響,長時間反應甚至會變成整顆球體凝膠,因此較適用於餐廳廚房快速製備上桌的分子料理。
  2. 「反轉球化技術」,利用食品本身含鈣的特性,或額外添加鈣的方式,滴入褐藻酸鈉溶液,讓周圍膠化形成膠膜,所形成的球殻厚度通常比基本球化的球殼再厚一點,較容易維持球形,但相對不脆且不易爆開,此方法可以預先製備球體,也能夠避免酸性、含酒精或本身含有大量鈣離子的液體無法適當溶解海藻酸鈉的問題。
  3. 「二次凝膠球化技術」,則是將反轉球化所形成的晶球,再放入鈣離子溶液中,形成更強的交聯反應,以提升膠膜穩定度,此種方法常用於保護與控制釋放機能性成分之晶球製作。

剪切力、流體方向與液滴形狀

在工廠大量製作時,為避免因生產速度過快,導致液滴無法呈現球狀,可利用控制剪切力,與控制流體方向等工程技術加以改善。綜合上述條件,再搭配射出力道與剪切刀片模具,就可以生成各式形狀與口感的海藻酸鈉凝膠,如:仿海藻脆絲、髮菜、素魚翅、素海蜇皮,以及仿魚子醬等多樣化食品。

除了料理,也來參一腳減塑行動

為了減少寶特瓶與塑膠的使用量所研發的 Ooho 可食用水球,也運用了晶球技術的原理。

每顆裝有 20-150ml 的水,包覆在雙層可食用膜中,雙層可食用膜的主要成分為氯化鈣及海藻酸鈉。為了盛裝較多水量,一開始會先將水冷凍後,沾附氯化鈣溶液,再與膠體溶液反應形成包覆膜,待解凍後,即可完成一個個方便攜帶,不用塑料包裝的水球了。其中,外層膜可防止汙染,食用方式可直接吞入,吸食裡面的水分,或是將外膜撥開後吞入。

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研發團隊目前與大型活動如博覽會,音樂祭,馬拉松等配合,減少寶特瓶與盛裝用的紙杯、塑膠杯的浪費;近期也應用於裝載果汁,醬料與雞尾酒等。雖然要完全替代塑膠包裝,還有許多像是保存期限、裝載量、在沒有額外包裝的情況下,是否堅固與方便攜帶,以及是否能夠大量運輸等問題尚待解決,但這只是個開端,期望未來能有更多的應用。

日益精進的微膠囊技術:除了褐藻酸鈉以外,還有……

除了上述所說的分子料理與食品外,這種凝膠特性在食品業還有更多發展空間。「微膠囊」可以當作一種微粒包裝技術,藉由不同的高分子聚合物當壁膜,包覆著固體、液體或氣體之核心材料。根據不同壁膜的厚度與性質,能夠改變溶解度與分散性、讓液體形式的食品可以轉變為固體、降低揮發性、保護機能活性、防止營養物質損失,以及增加吸收效率等功能,廣泛應用於醫學,食品,藥品與化妝品工業中。

食品中常見的壁膜材料除了褐藻酸鈉外,可依照材質特性分為:

  • 水溶性膠體:洋菜、紅藻膠、卡拉膠、三仙膠等
  • 纖維素衍生物:羧甲基纖維素
  • 蛋白質類:吉利丁、膠原蛋白等

有些微膠囊技術(如:微流道技術)雖然在實驗室或中間型工廠開發成功,卻因製造成本過高而難以在食品業界量產,不過在生醫藥領域仍有持續開發的優勢。目前多應用於製作固化香料、酸味劑、天然色素、營養劑、益生菌,與風味調味料等。

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分子料理與食品科學的相輔相成

圖/pixabay

分子美食學——用科學的方式,理解食材分子經過烹調的科學原理,運用所得的經驗和數據進行再創造,除去料理迷思,事半功倍做出的料理。

分子美食學最開始的發起者並非職業廚師,而是由化學家 Herve This 和物理學學者 Nicholas Kurti 所創立。雖然料理說白了,就是一連串的物理反應和化學作用,但是美好的飲食饗宴,卻來自料理者對於美味的執著。

在食品業,因為「假魚子」遭受抨擊的晶球技術,用於分子料理卻廣受歡迎,亞德里亞公開食譜的方式,或許也是另一種讓民眾接受度提高的原因之一。即使在科學家眼中,分子料理屬於食品科學的一部分,但往往食品工廠誕生的食品卻常止於製造出來而已,對於建立與消費者溝通的橋梁,與了解消費者需求這部分,不可否認,分子料理提供了更好的五感體驗,這也是食品科學可持續進步的新方向。

  • 黃玉鈴, 蔡豐富, 張修銘, 王文良, & 江伯源. (2012). 海藻酸-“鈣鹽”-微膠囊成型性及粒子品質比較. 農林學報, 61(2), 185-202.
  • 詹現璞, & 吳廣輝. (2011). 海藻酸鈉的特性及其在食品中的應用. 食品工程, 1(7).
  • Ahirrao, S. P., Gide, P. S., Shrivastav, B., & Sharma, P. (2014). Ionotropic gelation: a promising cross linking technique for hydrogels. Res Rev J Pharm Nanotechnol, 2, 1-6.
  • Fu, S., Thacker, A., Sperger, D. M., Boni, R. L., Buckner, I. S., Velankar, S., … & Block, L. H. (2011). Relevance of rheological properties of sodium alginate in solution to calcium alginate gel properties. Aaps Pharmscitech, 12(2), 453-460.
  • Lee, P., & Rogers, M. A. (2012). Effect of calcium source and exposure-time on basic caviar spherification using sodium alginate. International Journal of Gastronomy and Food Science, 1(2), 96-100.
  • Tsai, F. H., Chiang, P. Y., Kitamura, Y., Kokawa, M., & Islam, M. Z. (2017). Producing liquid-core hydrogel beads by reverse spherification: Effect of secondary gelation on physical properties and release characteristics. Food Hydrocolloids, 62, 140-148.
  • The Making of Sodium Alginate and Its Surprising Uses, Alginic Acid
  • Spherification
  • 利用微流道操控技術生成褐藻酸鈣微粒子作為奈米金載體之研究
  • Notpla
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Sophia
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與許多食品人一樣誤打誤撞,只因為愛吃進入了這個領域,一腳踏入後發現這坑太大,不多拉些人進來那怎麼可以!

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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環保從今天開始、從 i 開始,和家樂福一起減塑、減廢,愛地球!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/09/12 ・1851字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • 文/陳彥諺

環保行動從源頭出發

說到「環保」,許多人第一時間想到的關鍵字就是「減塑」、「限塑」,在現代社會中,大量塑膠製品、塑膠袋充斥在生活中,而一次性使用的塑膠製品就是環保行動的最大敵人。不過,你知道嗎?發明塑膠袋的初衷,其實是為了拯救地球。
在塑膠袋發明以前,紙袋、布袋是主流的包裝用品。為了讓人們能有好看、方便、低成本的包裝材料運輸物品,1959 年,瑞典工程師斯坦・圖林發明了塑膠袋,其輕便、價格低廉、耐用、可重複使用,也可以取代紙袋以減少伐木量。

圖一、1959年,瑞典工程師斯坦・圖林發明了塑膠袋,其輕便、價格低廉、耐用、可重複使用,也可以取代紙袋以減少伐木量。

卻沒想到,這麼好用又便宜的塑膠袋問世後,在20 世紀末以前,紙袋、布袋幾乎被塑膠袋取代了,但是,人們並沒有如圖林發明當時所設想的,將耐用的塑膠袋重複利用,以減少地球負擔,反而衍生出單次使用後便丟棄的習慣,時至今日,塑膠垃圾更造成了嚴重的環境污染。

然而,地球是大家的,是每一個人的,也是家樂福所關心的。

家樂福十多年來,響應聯合國永續發展目標 SDGs,除了推行友善農業關懷土地,也以透明系列商品支持動物福利,2019 年,更設立影響力概念店,鼓勵消費者自備購物袋,同時把家中不需要的紙袋,帶到店中分享給需要的民眾,家樂福以具體行動響應 SDG 12 責任消費與生產,希望改變從 i 開始。

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圖二、家樂福響應 SDGs,改變從 i 開始

家樂福賣場實際響應環保行動

(A) 生活區:瓶身再生塑膠的環保洗護產品

日常生活中,洗澡洗髮使用的盥洗用品,是塑膠瓶罐的一大來源。家樂福攜手台鹽生技、台灣設計研究院、點睛設計,從原料到包裝,皆秉持著永續再生、環境友善、天然純淨的原則,推出Re系列永續商品。

Re代表減量(Reduce)、再利用(Reuse)、回收(Recycle),更代表著這項產品的永續再生(Power of Regeneration)。落實的行動包含,瓶身、瓶蓋採用 100% 再生塑料,運輸紙箱採用 FSC 森林環保紙箱等。

(B)食品區:可回收包裝減少食物浪費

食品的包裝,也是生活廢棄物的一大來源。家樂福除了停止使用保麗龍外,更在食品的包裝方法上,採用「貼體包裝」。

以往常見的食材包裝,是將食材放在保麗龍盒上,再以保鮮膜覆蓋,因為保鮮膜並無法完全密合食材本身,保鮮效果有限。而家樂福採用 APET/PE 材質的貼體包裝,結合抽真空原理與加熱技術,讓包材可以貼合食材,形成食材的第二層皮膚,減少與氧氣、微生物的接觸外,更能有效保存食材,減少食物浪費,同時減少保麗龍使用,一年可少用3百萬個保麗龍。

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(C) 收納區:減塑收納寶物,再生塑料一級棒

在收納部分,家樂福提供了消費者環保折疊購物袋的新選擇,樣式活潑可愛的環保折疊購物袋,材質為 RPET,是回收寶特瓶材質,每 2.8 個寶特瓶可做 1 個折疊購物袋,不只可供消費者重複使用,且產品本身便已達到循環利用。

另外,居家生活不可或缺的垃圾袋,家樂福也有新實踐!家樂福環保清潔袋,是回收家樂福或各通路的PE膠膜,經過工廠處理、回收篩選、製作成 100% 再生塑膠粒子後添加美國香氛除臭精油製袋,讓以往丟棄的回收膜,經過處理後有了新生命,而且不需添加新塑膠,就能製成接近新料等級的優質產品。

圖三、家樂福賣場的實際行動,以「再生塑膠」的回收再利用達成減塑目標

從今天開始、從 i 開始,和家樂福一起減塑、減廢,愛地球!

為了地球,家樂福不遺餘力。從友善農業、動物福利開始,再從減廢減塑著力。當家樂福自有品牌取消了飲料組裝的收縮膜包裝,策略從賣場及商品包裝減塑,每年約減少 340 噸塑膠,1067 噸的碳排。

塑膠產品的誕生初衷,是為了讓地球、讓人們的生活更好。雖然在過去的消費習慣下,對地球造成了嚴重影響,但是,要愛地球,永遠不嫌晚。從今天開始、從i開始,和家樂福一起減塑、減廢,愛地球吧。

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圖四、從 i 開始,和家樂福一起減塑、減廢,用消費發揮影響力
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塑膠汙染不能只靠回收解決!「全面減少塑膠生產」為何如此重要?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/05/13 ・2615字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 作者/張凱婷

作者簡介
綠色和平減塑專案負責人。都市與社區規劃背景,從事環境倡議工作六年,致力支持全球與在地的永續與環境保護行動。

  • Take Home Message
    • 塑膠廢棄物的汙染愈加嚴重,特別是一次性塑膠包裝。據統計,2040 年全球塑膠廢棄物將會累積至6.46 億公噸。
    • 分析報告指出「源頭控制、減量」比「回收」或「替代材質」更適合作為塑膠汙染的解決方案。
    • 正進行談判協商的全球塑膠公約須以零廢棄為原則限制生產與使用,優先淘汰一次性塑膠,以終結塑膠汙染世代。

自人類開始使用各種形態、材質的塑膠,只花了不到一個世紀的時間,就讓塑膠汙染成為全球性、最緊急的環境挑戰之一,影響著我們的健康、自然生態及氣候。

即使全球統一的回收標誌已運行了 40 年之久,但所有被產生出來的塑膠垃圾只有 9% 進入回收利用。塑膠廢棄物的末端處理成效令人沮喪,但塑膠用量仍年年升高。根據統計,全球自 1950 年代至今已累積製造了 83 億噸的塑膠,2021 年的塑膠產量更已達到 3.9 億公噸,與半個世紀前 1964 年的 1500 萬噸相比,相差了 20 倍。

根據世界經濟論壇(World Economic Forum,WEF)估計,一次性塑膠包裝占所有塑膠產量的 40%,為塑膠產業的最大宗,相當於每年有 1.61 億噸的塑膠包裝在市面上僅用一次就被丟棄。塑膠包裝也因此成為海洋及全球淨灘統計中最大量的垃圾。

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塑膠演變成環境汙染的原因在於它幾乎無法完全被分解,而且會隨著陽光長期照射,脆化、分解、破碎成更小的碎片或顆粒,形成塑膠微粒。由於塑膠微粒的尺寸小、重量輕,透過大氣可以使它的傳播距離更遙遠,不僅漂浮在我們呼吸的空氣中,甚至可以進入並積聚在我們的器官、組織、血液中。

單靠回收無法解決問題 「減量、控制」才是最具吸引力的解決方案

皮尤慈善信托基金會(The Pew Charitable Trusts)2020 年出版的海洋塑膠分析報告書——《打破塑膠浪潮》(Breaking the Plastic Wave)指出,全球塑膠汙染的情形會愈來愈嚴重,若沒有系統性的轉變,到了 2040 年全球每年產生的塑膠廢棄物將會倍增,累積在海洋中的塑膠垃圾會比現在多出四倍,來到6.46 億公噸(圖一)。

圖一|未來20年塑膠汙染影響推估
如果一切情況都跟現在一樣,預估2040年全球每年產生的塑膠廢棄物將會倍增。
(資料來源:The Pew Charitable Trusts/Breaking the Plastic Wave

不過,這份報告也提出相關解決方案,包括:

  • 源頭控制、減量:直接淘汰塑膠、擴大消費者重複使用方案、推出新的包裝商業模式
  • 替代材質:紙、紙+淋膜、可分解材質
  • 回收:機械回收、化學回收
  • 終端處理:廢棄物燃料化、焚燒、掩埋

報告指出,若要解決塑膠汙染,無法靠單一的解決方案,且每一個解決方案可以帶來的減量效果都有所不同。其中,「源頭控制、減量」——透過直接淘汰包裝、擴大消費者重複使用的選項、新興的商業模式,在綜合環境、經濟和社會角度成為最具吸引力的減量方案,可以最大程度減少塑膠汙染,還能帶來經濟效益並緩解溫室氣體排放(圖二)。

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我們必須要以前所未有的速度和規模創建新的商業模式、產品設計、材料、技術和回收系統,以加速朝向循環經濟發展。

圖二|不同解決方案可帶來的塑膠減量效益
(資料來源:The Pew Charitable Trusts/Breaking the Plastic Wave

企業自願性承諾減塑緩不濟急

2018年,艾倫麥克阿瑟基金會(Ellen MacArthur Foundation)邀請眾多企業及政府簽署自願性的「新塑膠經濟全球承諾」,包含使用大量一次性塑膠包裝的零售商、觀光業、食品業及包裝製造商要在 2025 年達到以下減塑目標:

  • 剔除不必要或有問題的塑膠包裝。
  • 達成可重複使用塑膠的商業模式,以替代一次性的塑膠使用。
  • 全面使用 100% 可重複利用、可回收或可堆肥的塑膠包裝。
  • 對所有使用中的塑膠包裝設定採用可回收塑膠比例的目標。

然而,艾倫麥克阿瑟基金會去(2022)年度的追蹤報告卻顯示,以目前企業落實的程度看來,2025 年幾乎不可能達成此目標。值得一提的是,重複使用的商業模式雖然每年都有成長,但是成長幅度並不高,企業以及政府相對投注更多資源在「回收」或「替代材質」。

這突顯大品牌空洞的自願性承諾,需要更強而有力的導正,大幅減少塑膠的生產和使用,並且應大力加速轉型往「重複使用包裝」的經濟模式。

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進行中的全球塑膠公約

好消息是,要阻止塑膠汙染持續惡化的呼聲也來到高峰。去年 3 月的聯合國環境大會(United Nations Environment Assembly,UNEA 5.2),各國家及地區代表均認同解決塑膠汙染的迫切性,決議確立公約。為了立法處理塑膠汙染問題,全球規劃透過「政府間談判委員會」(Intergovernment Negotiating Committee)商議條文細節,目標明(2024)年底前完成協商程序。

依照目前的規畫,從去年底到明年將進行五輪的談判協商,第一輪已經於去年 11 月於肯亞奈洛比落幕。

第一輪的會議重點有以下:

  • 各國家及地區均認同解決塑膠汙染的迫切性
  • 許多政府及企業都有共識此條約需具法律約束力,並涵蓋整個塑膠生命週期
  • 各國家及地區須制訂「國家/地區級行動計畫」

源頭減量,終結塑膠汙染時代

聯合國在 2017 年時宣布了塑膠汙染為全球危機(planetary crisis):塑膠汙染不可逆轉,不僅會導致生物多樣性喪失,對依賴海洋生態系統健康的人類生計造成毀滅性影響,科學證據也證實當前的塑膠汙染已超出了地球可負荷的極限,再加上塑膠汙染的跨區域特性強、生命週期對全球造成汙染並衝擊自然環境與人類健康。

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我們亟需導入能與問題規模相匹配的解決方案,全球塑膠公約必須以「預防放任塑膠無上限生產」及「零廢棄」為原則,限制塑膠的生產與使用,設定塑膠生產限制的歷史基線,作為不得再產生新原生塑膠的禁令,並且優先從源頭逐步淘汰一次性塑膠,以終結汙染世代。

  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 5 月號〉
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