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盤點全球生活條件——我們需要多少能量,才能讓所有人過上體面的生活?

安比西林_96
・2021/10/01 ・2933字 ・閱讀時間約 6 分鐘

每天煩惱三餐要吃什麽、出門要怎麽穿、回家後有沒有舒適的被窩可以鑽,應該是我們大部分人的日常。然而,在社會的某些角落,「貧窮」卻可能讓人連基本生理需求都難以滿足。

要消除貧窮,免不了增加資源消耗,但全球暖化危機當前,人類又不得不展開節能減碳的行動。面對「對抗貧窮和調適氣候變遷,兩者是否相互衝突」的疑問,科學家們提出了一個直指核心的問題:我們需要多少能量,才能讓所有人過上體面的生活?

打造放諸四海皆準的人類基本福祉指標!

為了解答這個大哉問,來自國際應用系統分析研究所(IIASA)的研究者們,提出了一個新的指標——「體面生活標準」(Decent Living Standards,DLS )。它源自於基本人權與公平正義的普世理念,定義為任何人都應享有的一系列基礎物質與社會滿足要件;不論你出身何處、對好的生活有何想法,或擁有什麽訴求

這些基礎條件,可以分為五大面向:營養(Nutrient)、庇護所(Shelter)、健康(Health)、社會互動(Socialization)及可移動性(Mobility)。在食衣住行方面,除了三餐溫飽及空間大小充裕的住處外,DLS 更貼心地考慮生活的細緻之處,例如乾淨的衛浴、可以烹飪、保存食物的基礎家電,以及高緯度地區在冬、夏兩季不可或缺的溫控設備等等。DLS 也不止步於基本物質需求,更涵括一個健全生活的人應享有的醫療服務、義務教育,使用基本通訊和交通設施,以及進行社交聯繫和政治參與的權利。

「體面生活標準」所列出的指標。圖/參考資料 2

逐項列出統一化的 DLS 各面向的要求後,研究者們會根據不同國情,例如氣候、都市化程度、文化及科技經濟結構的程度,去計算各國達成這些基準的閾值能量。除了國與國的差異,在計算上,也會納入在地的城鄉差距。

舉例來説,訂定了擁有足夠空間和熱舒適的房屋通用標準後,研究者會把它換算成各地所用的不同建材,及建設與維持各類民生服務的基礎設施(如水電廠、運輸系統等)所需耗費的能量。有了 DLS 的理想標竿值,再與每個國家目前用於實現 DLS 的能源進行比較,就可估算出填補 DLS 缺口所需的能源需求。

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為什麼要以「能量」衡量生活標準?

過去,我們總是以滿足生活標準的最低收入,來制定貧窮線的水平。但 DLS 作為最低限度理想生活的基準,採用的是計算能源消耗量(energy consumption)常用的單位,即千兆焦耳(Gigajoule,GJ)或十萬億焦耳(Exajoule,EJ)。一般國家的能源消耗量,都與基礎建設有關,大部分來自化學燃料的燃燒,以及水力發電、核電、風力發電、太陽能發電等。

值得注意的是,DLS 分析結果顯示,無法過上體面生活的人,數量遠比處在貧窮線底下的人來得多!這說明:現有衡量貧富的指標,跟實際情況是脫節的。以金錢收入作為生活水平的衡量單位,是預設個人能透過消費,去換取相應的生活品質。但現實中,有一大部分的人,即使收入高於貧窮門檻,現今社會所投入建設的能源,卻未必足以讓他們過上體面的生活。

因此比起以金錢為單位,DLS 由下而上(bottom-up)去推算建設和維持基本物質需求所耗費能量的模式,也許更適合作為反映人類生活品質的指標。以消耗能量為單位的 DLS 不只有物質條件,也納入社會層面的需求,因此可以為政策制定者在思考資源規劃時,提供更直接、全面的參考。

世界並不公平,尤其在所需耗費的能量上

上方柱狀圖中表示的是各區域平均人口與 DLS 之間的差距,空白間隙及其上數值越大,表示距離達至 DLS 的缺口越大。而下方光譜顯示由 0 至 1 表示體面生活至缺乏體面生活的量度,顔色越深則表示越沒有體面的生活。圖/參考資料 1

搭配各國戶口統計調查、世界銀行(World Bank)發展指標等數據,研究者推算出世界各國在不同面向上與 DLS 的差距。結果顯示,北半球的北美與歐洲,大部分人民都過著與 DLS 相距不遠的生活。然而,南方卻呈現截然不同的境況。

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在撒哈拉以南的非洲國家,有超過 60% 的人口在居家、溫控、衛浴與飲用水設施上,都相當匱乏。部分南亞與太平洋地區也面臨類似困境,尤其缺少乾淨的保暖與烹飪設施。這與他們使用的傳統生質能源帶來的不良健康影響有關。此外,部分亞洲、中東、拉丁美洲地區,也存在不便取得飲用水和保暖設施等等的缺口。

那麽,要投入資源做新建設,弭平當今與未來人口與 DLS 之間的距離,我們還需要多少能量呢?研究者設定情境估算,在 2040 年前,我們總共需要 290 EJ 的累積能量——大概是如今全世界每年所消耗能量的四分之三!是的,當今世界平均所消耗的能量,其實早已超過滿足每個人 DLS 的額度。在提升生活標準的耗能中,有大半會是拿來打造適宜的居所,四分之一用以建設以公共交通為主的交通設施,而改善健康營養所需的能量,會比推動社會互動來得少。

上圖顯示 2015 年至 2040 年間,全球用以投入建設以達到 DLS 所需的累積能量。不同顏色的區塊代表不同 DLS 的面向,而區塊大小則表示其所占總能量的比例。圖/參考資料 1

如果我們能成功在 2040 年時,讓所有人都達到 DLS,那在 2050 年時達到體面生活,最終需要年均 156 EJ 的能量,其中 108 EJ 會是供南方世界所用。到時候,人類生活的耗能大抵都會用在移動、通勤上,其次是維持健康及居住品質,而投入在維持社會互動所需的能量所占比例最低。

2050 年時,用以支持全球人口達到 DLS 所需的年均能量。圖/Kikstra, et al. (2021)

另一個研究的重要發現是,由於各地的氣候、文化和交通管道不同,即使在同一套 DLS 下,有些地區就是會比其他地區耗費更多能量,才能達到相同的基準,這個能量差異甚至可達 4 倍!例如,高緯度國家會需要耗費更多能量,來維持相同舒適的室内溫度;同樣的通勤距離,公共交通覆蓋率高的國家不需太多能量就能完成,但在個人擁車率高的地區,就會產生更多耗能。

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結論:消除貧窮與對抗氣候變遷不衝突

總體而言,DLS 的研究結果,在貧富懸殊與氣候正義議題上提供了新的視野,告訴我們:投入消除貧窮的能量,並不會對調適氣候變遷的行動產生威脅。現今人類社會所產生的能量,其實大都挹注在讓原本就充裕的生活更好,而非幫助仍在體面生活基準下的人。因此,各國如何在經濟成長與耗能規劃上取捨,找出更公正、有效率的資源重分配方式,才是關鍵解決之道。

  1. Decent living gaps and energy needs around the world
  2. Decent Living Standards: Material Prerequisites for Human Wellbeing
  3. Energy requirements for decent living in India, Brazil and South Africa
  4. 让全球老百姓过上体面生活不会拖累气候减排目标
  5. How much energy do we need to achieve a decent life for all?
  6. 維基百科:貧窮門檻
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安比西林_96
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本職為生態環境領域的可撥煙酒生。 不定時掉落科普文章。 大家一起嗑科科(❍ᴥ❍ʋ)

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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

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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末日模擬!從氣候變遷到核戰爭,人類未來將走向哪個結局?
PanSci_96
・2024/11/19 ・1957字 ・閱讀時間約 4 分鐘

科學家模擬的末日場景

隨著二氧化碳排放持續增加,全球的政治局勢日益緊張,世界上各國的承諾屢屢在國際會議中被辜負,戰爭的結束也似乎遙遙無期。警示世界末日的「末日鐘」越來越接近午夜,人類與地球的未來變得越來越悲觀。

這並非一種刻意的悲觀,而是基於氣候變遷和人類衝突升溫的現實。許多人或許和我一樣好奇,末日會不會真的臨近?如果會,那又會是什麼樣的場景?是氣候徹底失控的《明天過後》?還是生態浩劫後的全面沙漠化,需要武力生存的《沙丘》和《瘋狂麥斯》?或者是核戰之後,所有人生存在廢墟中的《異塵餘生》?

我們的未來走向尚未確定,但科學家已經率先模擬了不同的可能結局,讓我們可以一窺未來的模樣。這些模擬告訴我們,如果人類繼續走某些路徑,地球的結局將是如何。至於我們是否能避免這些結果,就得由全體人類共同決定。

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如何模擬出整顆星球的氣候變化?

要模擬整顆星球的大氣變化是一項龐大的任務,至少需要三大要素:理論、資料、和計算資源。

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首先,人類對氣候系統的物理和化學模式需要有足夠的了解,也就是大氣理論必須足夠完備。其次,需要足夠多的資料來模擬整個行星。這些資料包括地球半徑、自轉速度、海洋分布、太陽輻射、大氣成分等等,甚至是地表的狀況與地形。台灣的中央山脈就能影響到西太平洋的颱風走向,進而影響整個東亞的氣候。如果希望盡可能還原地球的真實情況,還需考量海洋的垂直溫度分布、植物分布導致的生物地球化學反應等。

最後,還需要強大的計算資源,也就是超級電腦。由於資料量龐大,每個參數的小誤差都可能引發蝴蝶效應,影響到預測結果。因此,科學家通常會微調各項參數,並對每組參數進行多次計算,這些都需要大量的運算能力。

模擬沙丘中的荒漠星球

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯,經布里斯托大學模擬,揭示未來氣候可能。圖/wikimedia

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯(Arrakis)是一顆完全荒漠化的星球,英國布里斯托大學的亞歷山大·法恩沃斯等人曾對這顆星球進行了模擬。他們使用在研究地球氣候變遷時使用的氣候模型,並結合小說中的設定,如大氣中的二氧化碳濃度和臭氧含量等,模擬了 500 年後的厄拉科斯氣候。

模擬結果顯示,厄拉科斯的赤道和熱帶地區夏季高溫達 45 度,冬季不低於 15 度。而高緯度地區則更為極端,夏季高溫可達 70 度,冬季最低可達 -75 度。由於大氣濕度和雲層的存在,極地反而比赤道更溫暖。此外,儘管小說中描述厄拉科斯幾乎沒有降雨,但模擬顯示高緯度和山區仍會有少量降雨。

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這些結果顯示,科學家不僅愛科幻,也樂於用科學方法來驗證科幻中的設定。這些模擬能讓我們更了解地球的氣候系統,並讓我們警惕荒漠化的危機。

核戰後的世界:核冬天的可怕景象

如果人類全面爆發核戰爭,戰後的世界會是什麼樣子?研究顯示,大規模的核武攻擊將產生大量的輻射塵和煙灰,進入大氣層並遮蔽陽光,導致「核冬天」的到來。

2019 年的一篇研究模擬了美俄之間的全面核戰爭,結果顯示,爆發後的第一年,全球氣溫將大幅下降,北半球的夏季溫度將下降 25 度,冬季氣溫則會降至零下,植物生長期縮短至僅剩 25 天。煙灰遮蔽陽光,導致全球糧食供應崩潰,第二年可能有 50 億人面臨飢餓。

這些模擬結果告訴我們,全面核戰將帶來毀滅性的後果,核冬天將使人類無法正常生活,這是真正的末日場景。

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核戰模擬顯示,氣溫驟降與糧食崩潰將致全球大饑荒。圖/envato

地球的未來會是如何?

地球未來的命運取決於我們今天的選擇。如果我們對氣候變遷置之不理,兩極冰帽將完全融化,海平面上升,許多沿海地區將被淹沒。雖然不至於像《水世界》中那樣極端,但低地區域的居民將面臨嚴重的生存挑戰。

如果人類選擇繼續衝突,甚至爆發毀滅性戰爭,我們的未來將如《瘋狂麥斯》或《異塵餘生》般,生存在廢墟中,面對乾旱、糧食短缺與持續的環境破壞。

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把握 2050 淨零轉型契機!了解「產品碳足跡」提升企業 ESG 績效
宜特科技_96
・2024/10/06 ・5540字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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圖/宜特科技

邁向 2050 淨零轉型,當企業在面對客戶價值鏈要求時,導入 ESG 早已成為提升營運績效的重要指標。而「產品碳足跡」是企業在品質、價格、規格之外,貼近客戶價值鏈、爭取國際品牌廠青睞的重要關鍵。透過本文一起深入探討,如何有效率地開展產品碳足跡計算與報告領域。

本文轉載自宜特小學堂〈把握淨零轉型契機 用產品碳足跡提升 ESG 績效〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

全球氣候變遷早已成為國際間重要環境議題,目前不同國家和地區具有針對碳足跡的要求和指南,例如:法國的 ADEME(環境和能源管理署)指南和日本的碳足跡計劃;而國際大廠(包含 Microsoft 及 Bosh 等車電大廠等)也積極推動供應商碳足跡管理,以降低整體供應鏈的碳排放,致力於實現其永續發展目標(Sustainable Development Goals,簡稱 SDGs)。臺灣也針對「2050 淨零轉型」提出四大策略及兩大基礎。

臺灣 2050 淨零排放路徑及策略總說明。圖/國家發展委員會

企業導入產品碳足跡可以幫助其成為客戶 ESG(Environmental, Social, and Governance)發展策略中重要合作夥伴,促進長期合作關係。然而,在企業開始進行碳足跡計算時,常常會面臨邊界設定、數據收集與量化等方面的各種問題,不知道該從何下手導致進展受阻。

宜特科技已有為數百家企業提供輔導服務的豐富經驗,成功協助客戶獲得多項增值認證,順利進入國際產業供應鏈。在本文中,我們將分享透過實例經驗,並深入探討如何有效率地開展產品碳足跡計算與報告領域,滿足客戶在 ESG 需求,從而幫助企業在國際供應鏈中保持競爭優勢!

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產品碳足跡-基於生命周期評估(Life Cycle Assessment,簡稱 LCA)

碳足跡是一種特定的環境指標,用於量化某個活動、產品或服務在生命周期內,直接和間接產生的溫室氣體排放量,通常會以二氧化碳當量(CO2e)來表示。而產品碳足跡是基於 ISO 14040  和 14044 所定義之系統化的方法,針對整個生命周期中對暖化的影響加以評估,這其中包括從原材料的獲取、製造、使用到最終處置的各個階段排碳量。

( 一 ) ISO 14040:生命周期評估原則與框架(Life Cycle Assessment-Principles and Framework)提供了 LCA 的總體框架和原則,涵蓋了 LCA 的基本概念、應用範圍和限制,以及進行 LCA 的基本步驟和程序。

ISO 14040 產品生命周期評估原則與框架。圖/宜特科技

( 二 ) ISO 14044:生命周期評估需求與準則(Life Cycle Assessment-Requirements and Guidelines)描述了 LCA 各階段的技術要求,包括數據收集、數據品質、影響評估方法和解釋結果的方法。ISO 14044 對 LCI(Life Cycle Inventory,生命周期清單) 的實施提供了全面指導和技術要求,LCI 作為 LCA 的一個關鍵階段,在 ISO 14044  的框架下進行,可以確保其數據的品質和結果的可靠性。常見 LCI 如下:

ISO 14044 下常見的 LCI(生命周期清單)。圖/宜特科技

綜合上述 LCA 提供了一個全面的環境影響評估,可以幫助企業和決策者了解各種環境影響並進行綜合決策;LCA 涵蓋了多種環境影響指標(如暖化效應、臭氧層破壞、資源消耗、酸化效應、生態毒性等),而碳足跡是則聚焦於暖化效應。

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產品碳足跡系統邊界設定:

設定產品碳足跡盤查範疇(Boundary)是準確量化碳足跡的關鍵步驟。此過程包括確定哪些生命週期相應階段、活動和排放源應被納入碳足跡計算,並據此推動相關減排措施。基於生命週期的產品碳足跡,通常會涵蓋以下幾個主要階段:

  1. 原材料獲取:從自然資源中提取和加工原材料。
  2. 生產:製造和裝配產品的過程。
  3. 運輸和配銷:產品從生產地運輸到消費地的過程。
  4. 使用:產品在其使用壽命期間的階段。
  5. 最終處理階段:產品使用壽命結束後的處理,包括回收、再利用或廢棄處置。

完成生命週期設定後,需要進一步定義產品系統的邊界,包括哪些過程和活動應該納入盤查範疇。例如對於包材,應涵蓋包材的生產、製程中的能源消耗以及廢棄包裝的處理等完整階段,以供後續執行數據分配,如下圖所示:

生命週期之產品碳足跡主要階段。圖/宜特科技

若屬於 B2C 產品將涵蓋上述完整五個階段,而 B2B 產品則只包含上述前兩階段;下圖是 B2C 產品碳足跡的案例。

B2C 產品碳足跡案例。圖/工研院

量化產品碳足跡:依據 ISO14067 產品碳足跡來量化要求與指引

ISO 14067 提供了關於如何量化產品碳足跡的詳細指引,產品碳足跡計算基於「活動數據」與「排放係數」,下圖為相關案例。

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ISO 14067 產品碳足跡計算案例。圖/工研院

( 一 ) 如何蒐集活動數據

基於生命週期的不同階段,說明如下:

  1. 原材料階段

  • 原材料(包含輔材與包材)使用量:每種原材料的數量和重量。
  • 原材料製造過程的排放:包括從自然資源提取和加工過程中的溫室氣體排放。
  • 運輸數據:原材料從提取地點到加工廠的運輸距離和運輸方式(如貨運、海運等)。

  2. 生產階段

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  • 能源消耗:生產過程中使用的電力、燃料(如天然氣、汽柴油)等能源的消耗量。
  • 製程排放:生產過程中直接排放的溫室氣體(如化學反應產生的排放)。
  • 廢棄物管理:製造過程中產生的固體廢棄物、廢水和廢氣的處理過程中,涉及燃燒、分解等清理方式之處理量。

  3. 運輸和分銷階段

  • 運輸距離和方式:產品從生產地到消費地的運輸距離和運輸方式。
  • 運輸工具的能源消耗:運輸過程中運輸工具的燃料消耗量和類型。

  4. 使用階段

  • 使用過程中的能源消耗:產品在使用過程中消耗的能源(如家電使用的電力,車輛使用燃料等)。

  5. 最終處理階段

  • 廢棄物處理方式:產品生命終期(End of Life)不同處理方式(如焚燒、掩埋)對應之處理量。

( 二 ) 蒐集與應用排放係數

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藉由排放係數(Emission Factors,簡稱EF)可將活動數據(如能耗、材料使用等)轉換為溫室氣體排放量。ISO 14067 提供了量化產品碳足跡相關指引,幫助企業有效地收集和應用排放係數。以下是收集和使用排放係數的步驟和建議:

1.選擇排放係數來源

  • 官方資料庫:使用來自政府和國際組織的標準化排放係數,例如: United States Environmental Protection Agency(EPA)的排放係數資料庫、European Environment Agency(EEA)的排放係數、國際能源署(IEA)的能源數據以及台灣碳足跡資料庫。
  • 供應商提供的一手數據(Primary Data):來自供應商自行盤查的數據。
  • 第三方商業資料數據:市售第三方商業數據庫和工具,如 Ecoinvent(Simapro)和 GaBi。

2.評估和選擇排放係數

  • 地理相關性:確保排放係數與產品生產和使用的地理位置相關。例如,電力生產的排放係數在不同國家或地區可能差異很大。
  • 時間相關性:使用最新的排放係數數據,因為技術更新可能會影響排放量。

 3.應用排放係數

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  • 計算流程標準化:在計算產品碳足跡時,應建立標準化計算流程來應用排放係數,確保一致性和可比性。
  • 善用軟體工具:使用專門 LCA 軟體工具來管理和應用排放係數,如 SimaPro、GaBi 等。
  • 數據整合:將排放係數整合到產品碳足跡的計算公式中,與活動數據(如能源使用、材料消耗等)相結合,以計算總的溫室氣體排放量。

確保碳足跡量化數據品質

ISO 14067 對數據品質管理提出了明確的要求,以確保產品碳足跡量化準確性和可信度。以下是 ISO 14067 對數據品質管理的主要要求:

  1. 數據品質的評估指標
  • 代表性(Representativeness):數據應該反映真實的情況,包括地理範圍、時間範圍的相關性。
  • 一致性(Consistency):應使用一致的方法和假設來收集和處理數據,確保不同數據集之間的可比性。
  • 可靠性(Reliability):數據應該來自可信的來源,並經過適當的驗證。
  • 精確度(Accuracy):數據應該盡可能準確,減少誤差。
  • 完整性(Completeness):數據應該包含生命週期各階段重大排放,確保碳足跡計算的全面性。
  • 可追溯性(Traceability):數據來源和處理方法應該可追溯至原始單據,以便審查和驗證。

   2. 管控數據品質

  • 內部稽核:定期進行內部查核,評估數據品質,確保數據的準確性和可靠性。
  • 外部驗證:在必要時,進行外部驗證,確保數據和碳足跡計算結果的可信度。

   3. 執行數據敏感度分析

  • 碳足跡的敏感度分析是確保碳足跡計算結果的可靠性和準確性的重要步驟。敏感度分析有助於識別和理解不同參數對碳足跡數據的影響,從而幫助決策者進一步優化產品環境表現。
  • 執行方式為識別在碳足跡計算中使用的所有主要參數(能源消耗、材料用量、排放係數)等。選擇那些對結果有較大影響或存在較大不確定性的變量進行分析。
  • 執行方式為單因素分析(逐一改變每個變量,在保持其他變量不變的情況下,逐一調整每個變量的值,計算並記錄每次調整後的碳足跡結果)或多因素分析(同時改變多個變量,評估這些變量之間的交互作用及其對碳足跡結果的綜合影響)。
  • 根據敏感度分析結果,提出具體的改進方案,例如替換高碳排放材料、提高能源效率等。

 4. 持續改善和更新

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  • 持續改進:定期檢討和改進數據收集和處理流程,採用最新的技術和方法,提高數據品質。
  • 數據更新:根據最新的技術、方法和排放因子,定期更新數據,確保碳足跡計算的準確性。

ISO 14067 對數據品質管理的要求涵蓋了數據收集、評估、管控、改進的各個方面。通過遵循這些要求,企業可以確保其產品碳足跡計算的數據是準確、可靠和透明的,從而提高碳足跡報告的可信度和科學性。

碳足跡與產品環境宣告(Environmental Product Declaration):

產品碳足跡和產品環境宣告(Environmental Product Declaration,簡稱 EPD)是兩個相關但不同的概念,它們都提供產品的環境衝擊資訊,以幫助企業與消費者做出更可持續的選擇。

產品環境宣告是根據 ISO14025 國際標準所編制的技術文件,提供產品在生命周期內的環境影響資訊。EPD 基於生命周期評估(LCA)數據,可申請第三方認證。產品碳足跡通常是 EPD 中的一部分數據,尤其是在全球變暖潛勢(GWP)方面。EPD 包含了更廣泛的環境影響數據,而碳足跡專注於溫室氣體排放,相關範例如下:

產品環境宣告案例。圖/Fujitsu

運動飲料上針對碳足跡的標誌。圖/公視

產品碳足跡和產品環境宣告(EPD)兩者都是評估和傳達產品環境影響的重要工具。產品碳足跡專注於溫室氣體排放,而 EPD 則提供全面的環境影響資訊。兩者結合使用,可以幫助企業和消費者做出更可持續的選擇,推動環境保護和可持續發展。除了 ISO14067 外,溫室氣體議定書(GHG Protocol)也提供了計算產品碳足跡的詳細指導方針和方法。

自 2011 年起,宜特透過經濟部技術處科技專案「產品碳足跡與節能減碳資訊服務平台暨工具開發計畫」,積累輔導國內指標企業導入碳足跡的豐富經驗。我們認為,供應商碳排占比與減量機會,都是彰顯「產品環境績效」之關鍵,這正是導入碳足跡的重要目的之一。

因此供應商實地盤查至關重要,尤其針對排放貢獻占較大的本土供應商,宜特已定義出約 30 種盤查指標,企業可利用相關數據,偕同供應商建構減碳價值鏈。

我們輔導的客戶中包含全球知名代工龍頭廠、半導體設備製造廠、IC 設計廠商、光電業、電子元器件製造業、電子系統廠、傳產等國內上市櫃公司。在 ESG 輔導方面,亦有協助溫室氣體盤查、產品碳足跡、氣候相關財務揭露建議(TCFD)及 SBTi (科學基礎減量目標倡議,Science Based Targets Initiative)與 ISO 50001 能源管理與節能等相關輔導服務。

宜特科技可協助企業進行的 14 個輔導面向。圖/宜特科技

本文出自 宜特科技

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