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IPCC 報告揭示全球氣候危機,解方是:2050 年溫室氣體零排放——《科學月刊》

科學月刊_96
・2021/10/07 ・3418字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 作者 / 許晃雄|人為氣候變遷專題中心、中央研究院環境變遷研究中心特聘研究員兼專題中心執行長。

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)在今年 8 月,公布了第六次氣候變遷評估報告(IPCC AR6),指出工業革命後,過多的二氧化碳排放量,已對地球環境造成嚴重危害。自 2000 年以來,溫室氣體排放與暖化不斷加速,更使得全球升溫 1.5℃ 的情況提前到來,若要在 21 世紀末之前限制升溫程度,經濟發展與能源使用需要徹底轉型,而唯一可能的路徑為「2050 年溫室氣體淨零排放」。

今(2021)年 8 月 9 日,聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel for Environmental Changes, IPCC)公布由第一工作小組完成的第六次氣候變遷評估報告第一冊(Sixth Assessment Report, AR6 WGI),統整了氣候科研團隊自 2013 年發布的第五次報告(Fifth Assessment Report, AR5)以來,對過去、現在、未來氣候變遷的進一步理解。

IPCC在 1992 年發布第一次氣候科學評估報告(First Assessment Report, FAR)後,啟動研究循環機制,每隔幾年便會發布一次氣候評估報告,並將每一次報告稱為一循環(cycle),在每次評估報告發布後,就啟動下一循環的科研結果統整,並於適當時機發布特別報告。第六循環於 2015 年啟動,最終成果為 AR6。而在 2015 到 2021 年間,IPCC 還發布了 1.5°C 全球暖化特別報告(Global Warming of 1.5°C, 2018)、氣候與陸地特別報告(Climate and Land, 2019),以及變遷氣候中的海洋與冰雪圈特別報告(The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019)。這 3 份報告,再加上最新的研究成果,成為了 AR6 的主要內容。

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)最新發布的 AR6 報告封面。圖/IPCC

這份報告揭露了哪些關鍵資訊?

AR6 第一工作小組釋出的報告,在全球引起了海嘯般的反應。這也是有史以來第一次,從各國政府、企業、新聞媒體到廣泛大眾,皆意識到問題的嚴重程度。這份報告揭露的關鍵資訊整理與詮釋如下:

科學研究證實,全球暖化的全面衝擊正持續發生

這些現象包括:200 萬年來最高的二氧化碳(CO2)濃度、2000 多年來最嚴重的冰河退縮、破 1 萬 2500 年紀錄的近 10 年全球氣溫、比過去 3000 年任何時期都快的海平面上升速度、比過去 1000 年任何時期都小的夏季北極海海冰面積、自上個冰河期約 1 萬 8000 年前)以來最快的海洋暖化速度,以及 2 萬 6000 年以來最嚴重的海洋酸化。

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這些不斷破紀錄的現象,都與工業革命以來過多的二氧化碳排放量有關。在過去近 100 萬年期間,地球經歷多次冰期(glacial period)與間冰期(interglacial period),大氣中的二氧化碳濃度約在 200~300 ppm 間擺盪。而在工業革命後,人類排放出越來越多二氧化碳與其他溫室氣體,例如甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氟氯碳化物(CFCs)。二次世界大戰後,人口劇增、糧食增產、工商業快速發展,更導致溫室氣體的排放速度以幾何級數般增長,在去(2020)年,其濃度已經高達 414.24 ppm。

繼工業革命和二戰以來,二氧化碳與其他溫室氣體的排放速度急遽成長。圖/Pixabay

人為溫室效應所吸收的多餘熱量,約 90% 儲存於海洋,海水因此暖化且膨脹,再加上近年來日漸明顯的陸冰融化,導致海平面上升速度越來越快,甚至發生海洋熱浪(ocean heat wave)事件。全球暖化也使夏季北極海海冰覆蓋面積大幅減小,且厚度變薄。海洋吸收二氧化碳是地球系統重要的去碳機制,但大氣中的二氧化碳濃度持續攀升,使海洋吸收了更多二氧化碳,海洋 pH 值下降,酸化的海水間接衝擊海洋生態,暖化已經影響整個地球系統。

無論哪種排放情境,1.5℃ 升溫已經無法避免

1.5°C 升溫的情境,其實在之前 IPCC 的報告中,就已經推估遲早會發生,但西元 2000 年以來,加速的溫室氣體排放與暖化,將使得 1.5°C 升溫提前到來。在世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)每年發布的十年氣候預報中,去年就曾提及 1.5°C 升溫可能在 2021 至 2024 年間發生。而 AR6 報告指出,只有在溫室氣體的最低排放情境下,全球溫度才會在本世紀中達到 1.6°C 升溫,然後再開始緩慢下降,而在其他排放情境,都會使溫度持續上升。在最高排放情境下,20 世紀中的升溫約 2.4°C,世紀末則可能高達 4.4°C。

近年來,極端豪雨、乾旱、熱浪、野火在世界各地頻傳,且熱浪不只發生在中緯度陸地,也發生於北極圈內與南極洲邊緣。近期,格陵蘭高地冰川也罕見發生降雨。至於以往,在秋季才會於美國加州發生的野火,提早至 6 月發生,範圍更擴及美國西北部與加拿大西岸。許多研究發現,這些極端現象的頻繁發生與暖化有關。當空氣溫度愈高、空氣中的可含水量越高,一旦發生降雨時,可降下來的雨量便會增加,且水蒸氣凝結成水時釋放出的潛熱,更進一步強化天氣系統,降下更多的雨,形成惡性循環,造成破紀錄的豪雨事件。

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https://giphy.com/gifs/IntoAction-fsnF17BpCvjmE9SMTh
近年來,極端氣候現象頻傳,範圍遍及世界各地。圖/GIPHY

想避免 1.5℃ 升溫,可排碳量所剩不多

最低排放情境與最高排放情境,在 2100 年對地球的相對影響如下表。根據下表數據顯示,高排放情境的影響,分別是低排放情境的 3.1、3.5、2、8 倍。如同前述的劇烈天氣,即使在最低排放情境中,情況仍然會惡化,但是相較於高排放情境,衝擊會小很多,相對容易調適。報告估計,如要避免暖化超過 1.5°C,只能再排放 400 Gt(gigatone)的二氧化碳。以目前每年二氧化碳排放量約 36.4 Gt 來計算,大約再過 10 年,二氧化碳的總排放量就會超限。

最低排放情境最高排放情境
溫度變化上升 1.4℃上升 4.4℃
全球年平均雨量變化增加 2.4%增加 8.3%
全球海平面高度變化上升 0.38 公尺上升 0.77 公尺
9 月北極海海冰面積變化減少 2.4×106 平方公里減少 0.3×106 平方公里
表/科學月刊 整理

減少二氧化碳排放、溫室氣體淨零排放,21 世紀末升溫仍有機會不超過 1.5℃。

IPCC-AR6 報告指出,在 21 世紀末之前,仍有可能限制升溫程度在 1.5°C 以內,但經濟發展與能源使用需要徹底轉型。而唯一可能的路徑為「2050 淨零排放」,從大氣中捕捉二氧化碳,並將它儲存於森林、土壤、地層、海洋。去碳行動包括復林與植林、改造土壤增加吸碳量、發展生質能捕集二氧化碳,並封存於地下、強化海洋生物吸碳能力、從空氣直接捕捉並封存等。

即使達到了淨零碳排,溫度還是會持續上升,這是因為減少碳排的同時,也降低了氣膠排放,而氣膠整體而言有降低地表溫度的作用。亦即,減少碳排的降溫效果,有一部分會被氣膠濃度下降的增溫所抵銷。唯有在 2020 年代,讓所有溫室氣體的排放量迅速減少,而且在 2050 年達到淨零排放,方能讓全球溫度在 21 世紀末不超過 1.5°C。

在有限的時間裡採取行動

AR6 第一工作小組的報告,是有史以來結論最明確的,更指出了人為暖化造成的氣候變遷衝擊已經無法避免。即將於明(2022)年初公布的第二工作小組報告,將更明確指出不同排放情境下的全球暖化衝擊、地球系統脆弱度,以及所需調適作為。第三工作小組報告,則將指出應有的氣候變遷減緩作為,如何有效的快速減排與去碳。

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能避免巨大衝擊的時間越來越有限,人類已經走向不歸路,僅能採取所有可能的行動,調整人類社會的運作方式,降低衝擊。危機也能是轉機,適當且必要的調整,或許能開創出嶄新的、有朝氣的永續循環人類世界。

延伸閱讀

  1. 台達基金會解讀聯合國 IPCC 氣候報告 AR6 WGI SPM。
  2. 趙家緯,臺灣永續棧 IPCC 第六次評估報告(物理科學基礎報告)重點整理,台灣永續棧,2021 年 8 月 23 日。
  3. 科技部等,IPCC 氣候變遷第六次評估報告之科學重點摘錄與臺灣氣候變遷評析更新報告,臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台,2021 年 8 月 10 日。
  • 〈本文選自《科學月刊》2021 年 10 月號〉
  • 科學月刊/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。
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科學月刊_96
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LDL-C 正常仍中風?揭開心血管疾病的隱形殺手 L5
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/06/20 ・3659字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作,泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通,多數人會想到都市裡的壅塞車潮,但真正致命的「塞車」,其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機,主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白( Low-Density Lipoprotein,簡稱 LDL )。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色,但當 LDL 顆粒數量失控,卻會開始在血管壁上「違規堆積」,讓「生命幹道」的血管日益狹窄,進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象:即使 LDL 數值「看起來很漂亮」,心血管疾病卻依然找上門來!這究竟是怎麼一回事?沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用?

膽固醇的「好壞」之分:一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好?答案是否定的。事實上,我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(High-Density Lipoprotein,簡稱 HDL)和低密度脂蛋白( LDL )。

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想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」,負責將壞膽固醇( LDL )運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少,清不過來,垃圾便會堆積如山,最終導致血管堵塞,甚至引發心臟病或中風。

我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)/ 圖片來源:shutterstock

因此,過去數十年來,醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL,女性則需更高,達到 50 mg/dL( mg/dL 是健檢報告上的標準單位,代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數)。女性的標準較嚴格,是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降,需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地,LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下,以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字,實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼,為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪,會透過血液運送到全身,這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」,主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式,而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

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這些血脂對身體運作至關重要,本身並非有害物質。然而,由於脂質是油溶性的,無法直接在血液裡自由流動。因此,在血管或淋巴管裡,脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合,變成可以親近水的「脂蛋白」,才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠,製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中,低密度脂蛋白載運大量膽固醇,將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時,部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應,最終形成粥狀硬化斑塊,導致血管阻塞。因此,LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號,因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白(HDL) 則恰好相反。其組成近半為蛋白質,膽固醇比例較少,因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」,負責清除血管壁上多餘的膽固醇,並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此,HDL-C 被視為「好膽固醇」。

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為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。/ 圖片來源:shutterstock

過去數十年來,醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物,如史他汀類(Statins)以及近年發展的 PCSK9 抑制劑,其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而,科學家們在臨床上發現,儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好,甚至很低,卻仍舊發生中風或心肌梗塞!難道我們對膽固醇的認知,一開始就抓錯了重點?

傳統判讀失準?LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年,美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校(UCLA)進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間,全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據,並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現,在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中,竟有高達 72.1% 的人,其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」!即使對於已有心臟病史的患者,也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

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這項研究明確指出,依照當時的指引標準,絕大多數首次心臟病發作的患者,其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著,單純依賴 LDL-C 數值,並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式,可能就像只計算路上有多少貨車,卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣,沒辦法完全揪出真正的問題根源!因此,科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」,找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」:L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。他們發現,LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷,如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。發現 LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷。/ 圖片來源:shutterstock

早在 1979 年,已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

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台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術,像是用一個特殊的「電荷篩子」,依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡,成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少,相對溫和;而 L5 則帶有最多負電荷,電負性最強,最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年,陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中,分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實,在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中,L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣,不僅天生帶有超強負電性,還可能與其他不同的蛋白質結合,或經過「醣基化」修飾,就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質,使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時,它並非僅僅路過,而是會直接「搞破壞」:首先,L5 會直接損傷內皮細胞,讓細胞凋亡,甚至讓血管壁的通透性增加,如同在血管壁上鑿洞。接著,L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後,血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

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然而,這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後,會堆積在血管壁上,逐漸形成硬化斑塊,使血管日益狹窄,這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂,可能引發急性血栓,直接堵死血管!若發生在供應心臟血液的冠狀動脈,就會造成心肌梗塞;若發生在腦部血管,則會導致腦中風。

L5:心血管風險評估新指標

現在,我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此,是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在,除了關注 LDL-C 的「總量」,我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」,即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念,從世界知名的德州心臟中心帶回台灣,並創辦了美商德州博藝社科技(HEART)。HEART 在台灣研發出嶄新科技,並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可,日本也正在申請中,希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說,如果您的 L5% 數值小於 2%,通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%,您就屬於高風險族群,建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時,務必提高警覺,這可能預示著心血管疾病即將發作,或已在悄悄進展中。

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對於已有心肌梗塞或中風病史的患者,定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外,糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群,以及長期吸菸者,L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代,無論是癌症還是心血管疾病的防治,都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標,而是進一步透過更精密的生物標記,例如特定的蛋白質或代謝物,來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值,或是對這項新興的健康指標感到好奇呢?

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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

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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宜特科技_96
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IPCC 報告揭示全球氣候危機,解方是:2050 年溫室氣體零排放——《科學月刊》
科學月刊_96
・2021/10/07 ・3418字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 作者 / 許晃雄|人為氣候變遷專題中心、中央研究院環境變遷研究中心特聘研究員兼專題中心執行長。

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)在今年 8 月,公布了第六次氣候變遷評估報告(IPCC AR6),指出工業革命後,過多的二氧化碳排放量,已對地球環境造成嚴重危害。自 2000 年以來,溫室氣體排放與暖化不斷加速,更使得全球升溫 1.5℃ 的情況提前到來,若要在 21 世紀末之前限制升溫程度,經濟發展與能源使用需要徹底轉型,而唯一可能的路徑為「2050 年溫室氣體淨零排放」。

今(2021)年 8 月 9 日,聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel for Environmental Changes, IPCC)公布由第一工作小組完成的第六次氣候變遷評估報告第一冊(Sixth Assessment Report, AR6 WGI),統整了氣候科研團隊自 2013 年發布的第五次報告(Fifth Assessment Report, AR5)以來,對過去、現在、未來氣候變遷的進一步理解。

IPCC在 1992 年發布第一次氣候科學評估報告(First Assessment Report, FAR)後,啟動研究循環機制,每隔幾年便會發布一次氣候評估報告,並將每一次報告稱為一循環(cycle),在每次評估報告發布後,就啟動下一循環的科研結果統整,並於適當時機發布特別報告。第六循環於 2015 年啟動,最終成果為 AR6。而在 2015 到 2021 年間,IPCC 還發布了 1.5°C 全球暖化特別報告(Global Warming of 1.5°C, 2018)、氣候與陸地特別報告(Climate and Land, 2019),以及變遷氣候中的海洋與冰雪圈特別報告(The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019)。這 3 份報告,再加上最新的研究成果,成為了 AR6 的主要內容。

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)最新發布的 AR6 報告封面。圖/IPCC

這份報告揭露了哪些關鍵資訊?

AR6 第一工作小組釋出的報告,在全球引起了海嘯般的反應。這也是有史以來第一次,從各國政府、企業、新聞媒體到廣泛大眾,皆意識到問題的嚴重程度。這份報告揭露的關鍵資訊整理與詮釋如下:

科學研究證實,全球暖化的全面衝擊正持續發生

這些現象包括:200 萬年來最高的二氧化碳(CO2)濃度、2000 多年來最嚴重的冰河退縮、破 1 萬 2500 年紀錄的近 10 年全球氣溫、比過去 3000 年任何時期都快的海平面上升速度、比過去 1000 年任何時期都小的夏季北極海海冰面積、自上個冰河期約 1 萬 8000 年前)以來最快的海洋暖化速度,以及 2 萬 6000 年以來最嚴重的海洋酸化。

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這些不斷破紀錄的現象,都與工業革命以來過多的二氧化碳排放量有關。在過去近 100 萬年期間,地球經歷多次冰期(glacial period)與間冰期(interglacial period),大氣中的二氧化碳濃度約在 200~300 ppm 間擺盪。而在工業革命後,人類排放出越來越多二氧化碳與其他溫室氣體,例如甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氟氯碳化物(CFCs)。二次世界大戰後,人口劇增、糧食增產、工商業快速發展,更導致溫室氣體的排放速度以幾何級數般增長,在去(2020)年,其濃度已經高達 414.24 ppm。

繼工業革命和二戰以來,二氧化碳與其他溫室氣體的排放速度急遽成長。圖/Pixabay

人為溫室效應所吸收的多餘熱量,約 90% 儲存於海洋,海水因此暖化且膨脹,再加上近年來日漸明顯的陸冰融化,導致海平面上升速度越來越快,甚至發生海洋熱浪(ocean heat wave)事件。全球暖化也使夏季北極海海冰覆蓋面積大幅減小,且厚度變薄。海洋吸收二氧化碳是地球系統重要的去碳機制,但大氣中的二氧化碳濃度持續攀升,使海洋吸收了更多二氧化碳,海洋 pH 值下降,酸化的海水間接衝擊海洋生態,暖化已經影響整個地球系統。

無論哪種排放情境,1.5℃ 升溫已經無法避免

1.5°C 升溫的情境,其實在之前 IPCC 的報告中,就已經推估遲早會發生,但西元 2000 年以來,加速的溫室氣體排放與暖化,將使得 1.5°C 升溫提前到來。在世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)每年發布的十年氣候預報中,去年就曾提及 1.5°C 升溫可能在 2021 至 2024 年間發生。而 AR6 報告指出,只有在溫室氣體的最低排放情境下,全球溫度才會在本世紀中達到 1.6°C 升溫,然後再開始緩慢下降,而在其他排放情境,都會使溫度持續上升。在最高排放情境下,20 世紀中的升溫約 2.4°C,世紀末則可能高達 4.4°C。

近年來,極端豪雨、乾旱、熱浪、野火在世界各地頻傳,且熱浪不只發生在中緯度陸地,也發生於北極圈內與南極洲邊緣。近期,格陵蘭高地冰川也罕見發生降雨。至於以往,在秋季才會於美國加州發生的野火,提早至 6 月發生,範圍更擴及美國西北部與加拿大西岸。許多研究發現,這些極端現象的頻繁發生與暖化有關。當空氣溫度愈高、空氣中的可含水量越高,一旦發生降雨時,可降下來的雨量便會增加,且水蒸氣凝結成水時釋放出的潛熱,更進一步強化天氣系統,降下更多的雨,形成惡性循環,造成破紀錄的豪雨事件。

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近年來,極端氣候現象頻傳,範圍遍及世界各地。圖/GIPHY

想避免 1.5℃ 升溫,可排碳量所剩不多

最低排放情境與最高排放情境,在 2100 年對地球的相對影響如下表。根據下表數據顯示,高排放情境的影響,分別是低排放情境的 3.1、3.5、2、8 倍。如同前述的劇烈天氣,即使在最低排放情境中,情況仍然會惡化,但是相較於高排放情境,衝擊會小很多,相對容易調適。報告估計,如要避免暖化超過 1.5°C,只能再排放 400 Gt(gigatone)的二氧化碳。以目前每年二氧化碳排放量約 36.4 Gt 來計算,大約再過 10 年,二氧化碳的總排放量就會超限。

最低排放情境最高排放情境
溫度變化上升 1.4℃上升 4.4℃
全球年平均雨量變化增加 2.4%增加 8.3%
全球海平面高度變化上升 0.38 公尺上升 0.77 公尺
9 月北極海海冰面積變化減少 2.4×106 平方公里減少 0.3×106 平方公里
表/科學月刊 整理

減少二氧化碳排放、溫室氣體淨零排放,21 世紀末升溫仍有機會不超過 1.5℃。

IPCC-AR6 報告指出,在 21 世紀末之前,仍有可能限制升溫程度在 1.5°C 以內,但經濟發展與能源使用需要徹底轉型。而唯一可能的路徑為「2050 淨零排放」,從大氣中捕捉二氧化碳,並將它儲存於森林、土壤、地層、海洋。去碳行動包括復林與植林、改造土壤增加吸碳量、發展生質能捕集二氧化碳,並封存於地下、強化海洋生物吸碳能力、從空氣直接捕捉並封存等。

即使達到了淨零碳排,溫度還是會持續上升,這是因為減少碳排的同時,也降低了氣膠排放,而氣膠整體而言有降低地表溫度的作用。亦即,減少碳排的降溫效果,有一部分會被氣膠濃度下降的增溫所抵銷。唯有在 2020 年代,讓所有溫室氣體的排放量迅速減少,而且在 2050 年達到淨零排放,方能讓全球溫度在 21 世紀末不超過 1.5°C。

在有限的時間裡採取行動

AR6 第一工作小組的報告,是有史以來結論最明確的,更指出了人為暖化造成的氣候變遷衝擊已經無法避免。即將於明(2022)年初公布的第二工作小組報告,將更明確指出不同排放情境下的全球暖化衝擊、地球系統脆弱度,以及所需調適作為。第三工作小組報告,則將指出應有的氣候變遷減緩作為,如何有效的快速減排與去碳。

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能避免巨大衝擊的時間越來越有限,人類已經走向不歸路,僅能採取所有可能的行動,調整人類社會的運作方式,降低衝擊。危機也能是轉機,適當且必要的調整,或許能開創出嶄新的、有朝氣的永續循環人類世界。

延伸閱讀

  1. 台達基金會解讀聯合國 IPCC 氣候報告 AR6 WGI SPM。
  2. 趙家緯,臺灣永續棧 IPCC 第六次評估報告(物理科學基礎報告)重點整理,台灣永續棧,2021 年 8 月 23 日。
  3. 科技部等,IPCC 氣候變遷第六次評估報告之科學重點摘錄與臺灣氣候變遷評析更新報告,臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台,2021 年 8 月 10 日。
  • 〈本文選自《科學月刊》2021 年 10 月號〉
  • 科學月刊/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。
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