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「樂活」還是「垃活」?

PanSci_96
・2013/01/29 ・5341字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

文字紀錄:吳秉昱(臺灣科技大學管理學士大三,PanSci活動志工)
影像紀錄:葉人瑋(臺灣科技大學電機所博士生,PanSci活動志工)

「生態…綠…?」我盯著電腦螢幕上的奇怪名字,『原來這是一間咖啡館啊…』靜靜地疑惑著,「咖啡館怎麼不是棕色,而是綠色呢?」我在搜尋網頁中鍵入它令人好奇的名字,發現原來這是一間推行公平貿易的咖啡館。

騎著小50cc機車,奔馳在台北市的街頭。路旁隨處可見的垃圾桶,在丟垃圾這回事變容易後,「垃圾量是不是又增加了呢?」前往活動地點的路上我思索著。

樂活?垃活?樂造成了垃,垃影響了樂。兩個同音字,無法輕易分割。

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迎面而來的公平貿易咖啡香、溫暖的環保燈泡鵝黃光,帶我們走入生態環保與我們的拉鋸戰。


附註:『雙引號』內為兩位講者所言。 「單引號」內為文字紀錄者所思。

講者一:余宛如(Karen)

【生態綠】咖啡館經營者

主題:公平貿易

三公尺高的地下室,擺放著數十張椅子。有種未經萃取的咖啡香,自身旁數十個裝著未焙豆的麻袋靜靜飄出。她是第一位講者,余宛如(Karen),也是【生態綠】咖啡館的經營者。Karen充滿活力的聲音,自焊著重金屬電路板的麥克風中傳出,注意力很快被吸引住。

 

『我想將一些迷思,透過這次機會跟大家釐清』Karen說。

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『為什麼棉花都要種白的?』我們被問道。

答案:因為容易再染色,後續加工成本較便宜。『當大家都要便宜的東西時,物種的多樣性便可能因此消失了。』

接著Karen為我們釐清一些迷思,『消費是很有力量的!』這是她分享給我們的哲學,以消費監督生產。

 

計算食物里程可以救地球?在地消費可以減少碳里程嗎?

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→運輸占「產地到餐桌」流程耗能25%,最大宗的則是保存,占七成。

飲食習慣沒有變更,總體耗能仍然高,例如肉類生產過程較蔬果為高。

在地農夫使用石化肥料,碳排放也仍然高於運輸遠距的有機蔬果。

「那咖啡呢?」

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→國外小農不用農藥、並用海運來台灣的咖啡,較國內使用農藥(高耗能石化產品)的咖啡,碳排放量來得較低。

 

碳排放也引發了不少問題,例如:溫室效應,造成氣候變異與農產量減少。發展中國家的農民與貧困者,是最倒楣的一群。雨季變得更加集中且更短期,需要雨水的在地植物漸漸消失,造成中部非洲的飢荒。

不少人聽過80/20法則※1,在「溫室效應誰該負責呢?」這問題上同樣適用。已開發國家人數只占全球人口的二成,但這二成卻創造了全球將近八成的碳排放,甚至光是北美洲便排出了全球28%的碳量(2010)。

有些已開發國家,還會將原先應屬自己的碳排放量「送」出去,例如移轉工廠至其他國家。『中國驟增的這些碳排放量,其中7%至14%,是為供應美國的消費市場。』我們可以說,美國把自己的外部成本※2移轉出去。他們少了成本,也失了正義。

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我們能做的其中一件事,便是幫助這些農民對抗氣候變遷,避免造成「當代飢荒」的幫兇。當代飢荒?簡單地說,農民們靠出口經濟作物過活,若經濟作物賤價,他們的收入甚至少到不足以購買食物,這種飢荒的成因是人為的。

也許有人想問,「這些農民可以不要出口嗎?」但許多貧窮國家唯一可以創造外匯收入的方式,便是出口農產品,而非種植食物作物。當我們願意付出較多在經濟作物上,他們反而能有較高收入可選擇種植食物。

全球六百多個公平貿易團體,便是在支持這樣子的事情。

「公平貿易不就是賣更貴的產品而已嗎?」有人如此想著。

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但疑惑瞬間被說明。

公平貿易能夠調整社會上的權力結構。合作社的民主運作方式,使得注重人權的消費者,透過獎勵性質的工資,能夠以實際的行動,支持合乎工作權益、女性權益的地區或農莊。

公平貿易並非期待控制價格。反而在保護當地的最低工資,以較為透明與審議※3的方式,就像個保護網一樣保護著農民。工資合理化的過程中,一併帶動改善環境。推展減少農藥、發展農作整合※4等。

 

Karen舉了一個例子:巴西堅果樹只生長在原始熱帶雨林,無法人工繁殖。

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為了生計與填飽肚子,農民砍伐掉沒經濟價值的樹,大量的雨林消失,被置換為一片片的工廠、一條條的公路。咖啡園、可可園、香蕉園、橡膠園快速出現……物種多樣性正在快速減少,以換得經濟發展。

公平貿易組織進入此地區,幫助當地改以巴西堅果樹做為經濟來源。他們開發了數款產品,讓居民不須開發雨林也能自足。

 

這些邊緣的聲音,需要多久才會被聽到呢?而我們又可以做什麼?

『希望大家在購物時,都和我一起把公平正義帶走吧XD』Karen說。


講者二:黃貞祥(Gene)

中研院生物多樣性研究中心博士後研究員

主題:真假環保

Gene的聲音充滿了活力,在接下來的二十分鐘內,試圖喚起我們對於環保的判斷力。

大音量、大震撼!『時間開始跑了』,我們的腦袋也開始動了。

Gene認為,「環境保育」這回事,沒有「絕對好」,只有好以及更好。『環保並沒有一個標準可以定義好壞』。如同科學不是絕對真理,十年前對於環保的認知,與現在,與十年後都不同。

 

五個環保的原則與對立

一、     謙卑原則:人類虧欠地球,沒有謙卑的心,做不好。

二、     公平正義原則:面對環保議題時,我們該保持其執行方式公平且正義!若人類都不愛人類了,如何愛護動物、保全地球?

『我們畢竟不是少年Pi。』大家都笑了。

「但其實我們是少年呆※5。以幼稚的方式殘害地球」我想。

三、     個人選擇-公共政策:環保究竟算是一種個人選擇,還是應納入政策方向?

這兩項不應該對立,而需要相輔相成。因為沒有消費者的關注,即使納入政策,仍然不易成功。

四、     悲觀 V.S. 樂觀:對於環保態度,應該保持樂觀或悲觀?

舉個例子可以幫助我們思考。假如政府推行一個新的環保政策,能夠抵擋住本來會發生的一次破壞,但因為本應發生的破壞沒有發生,因此民眾不會認知到「環境被破壞」這回事。

「二十年前這麼做,地球也沒事啊!」會不會有民眾這麼說,並且而回過頭來,指責政府浪費資源推行無用(但實際有用)的政策呢?這是Gene讓我們思考的一個例子。

「但如果不推行這政策,破壞就會發生了。」我想。

 

五、     現在 V.S. 未來:我們應著眼於未來的發展性,而非現在的技術能否支援。

例如太陽能板發展多年來,技術停滯,能源轉換效率仍不高。但這應是因為市場未投入,而非科技進步停滯。

科技的進展,一旦被市場注意到,便會突飛猛進,例如智慧型手機與數位相機,在近十年來獲得的進展。

現在沒想像中的好,但未來可以變得更好。

接著Gene則批評《假環保》一書,指出其中許多說法根本邏輯不通,違反科學證據,或是不適用日本以外的地方。

至此,夜幕漸深,活動也將進入尾聲。因此開始了與講題同樣精彩的Q&A發問時段。

 

[註腳]

※1-80/20法則:最初由管理顧問泰斗Joseph M. Juran提出,形容80%的財富,掌握在20%的人手中,而由80%的人分配另外20%的財富。後續常被用於各式資源分配的不均等。

※2-外部成本:在生產過程中,常會產生許多廢棄物或有害物質,會對環境或第三人造成影響,此即為外部成本。

※3-審議式:公平貿易協會,會召集多方委員,對公平貿易價格進行討論與訂定,並不是由一個人或一小群人掌握此權力。

※4-發展農作整合:透過較高價格的收購,保護農民不因市場波動而種植過量經濟作物,或者使用農藥、砍伐當地植物等。

※5-少年呆:與46億歲的地球比起來,百歲人瑞也只是個少年。

※6-工業終端材料:塑膠袋的原料,是煉製原油過程中的廢棄物(如不飽和烴),若不製成塑膠袋,仍會直接被焚燒掉而產出廢熱。而免洗筷,以往是使用製造家具的竹、木材廢料製造,而不太影響環境;但現今免洗筷常直接使用快速生長的木材。


 Q&A

K:第一位講者Karen。G:第二位講者Gene

Q1:公平貿易除了咖啡、衣服,還有哪些我們沒想到可以使用的東西?

A1:(K)公平貿易在台灣比較多只有咖啡和巧克力。國外甚至有紅酒(南非曼德拉政府與公平貿易組織推出公平貿易紅酒)、可樂、棉等等

 

Q2:最神奇的公平貿易商品?

A2:(K)巴西堅果樹。可以直接吃、製造堅果油,巴西堅果巧克力等。我得要去除平常迷思才有機會進口,不然碳足跡太長會被罵XD

Q3:有些大企業作惡多端卻會花錢買公益(有人附和:「沒錯」)。若買了公益,公平貿易組織會給予認證嗎?

A3:(K)公平貿易認證只在產品上。代表此商品有,但企業不一定。台灣的迷思是因為星巴克。星巴克只採購了百分之二的公平貿易咖啡豆,就大肆宣傳,讓很多人以為他們全都是公平貿易。不過儘管如此,星巴克總部是全球最大的公平貿易商。可見世界上絕大多數的咖啡都是不公平的產物。

 

Q4:所以對企業來說,公平貿易取得的成本真的會較高?台灣一般人怎麼接觸到公平產品?

A4:(K)第一個問題:商品有分不同等級,還得問等級才能確定價錢是否較高。而公平貿易商品,其實是把消弭貧窮、改善生活的成本重新包含回去。我們也許能邀朋友來喝杯公平貿易下午茶,從自己影響到鄰近朋友。公平貿易認證所做的並不是當唯一的認證者,只是能夠保證由公平貿易認證的商品,最低都能夠滿足某些標準。

Q5:現在看來環保的事情,過一段時間變成不環保,再過一段時間又被認為環保。你怎麼看?

A5:(Gene)這問題蠻複雜。我媽媽曾說一句話:『我不相信科學』。她的意思是因為科學反覆。例如:喝咖啡有害?無害?不斷反覆無定論。

這類資訊在被媒體報導出來的時候,資料支離破碎,需要有人重整、還原當時,這也就是 PanSci 存在的意義。XD

 

Q6:消費者的力量很大。但消費者資訊來源不豐富,了解不夠深的時候,怎麼辦?以及怎麼說服鄰近的人?

A6:(K)你們怎麼看?(聽眾:在mobile 01上發環保開箱文XDD)

台灣缺了「消費者運動」的力量。消基會是全台最大的消費者運動,但卻關注在價格上!都只要求便宜的時候,甚至會影響到生態體系。

(G)看什麼東西,太常用到的消費品,價格取向。用長久的則是品質取向。(追問:挑3C的時候會挑環保還是?)當然想挑環保,但很難因為建立資訊體系不完全。

Q7:有機產品種植時,環境要求嚴苛。種植時蟲害非常嚴重,產量會很低。怎麼維持產量是個很難取捨的問題,公平貿易怎麼解決?

A7:(K)有些聲音認為有機=生態殖民主義,因為其實有機標準適合溫帶國家,且台灣土地跟水汙染比較嚴重,要達到很難。公平貿易的有機則是:一方面這些農夫本來就沒錢買農藥(一不小心就有機了XD),再者價格並非雙方說了算,而是有一個委員會去訂定小農的生活水準,以此價格進行貿易。

 

Q8:公平貿易所生產的商品,競爭力對於無良企業而言是否不足?以此做為創業,會不會有阻力?

A8:(K)一直都是阻力,當我們一開始在台灣推行時很辛苦。生態綠會跟消費者玩遊戲,咖啡價格由你訂,就是期待打破價格的迷思。但其實全球的公平貿易咖啡量仍少得可憐(嘆)

 

Q9:怎麼跟身邊的人宣傳環保概念?

A9:(G)生活環境畢竟知識分子比較多,其實不太需要宣傳。

 

(追問:國光石化跑去你們家?)我當時其實不反對國光石化到馬來西亞,因為那裏窮,需要其支持成長,例如如果要去柬埔寨也是可以。但不管蓋還是不蓋應該由那個國家的人民來決定,其要支持石化帶動的經濟還是要支持環境,而非由台灣人來決定。新加坡石化規模比台灣更大,做法是在島外島,軍事規範,並使用國家力量掩蓋住,我認為不對。(K:先回應G)雖然你舉例要去柬埔寨蓋國光石化,但我認識的柬埔寨人正在改變,不一定要為了經濟犧牲環境,例如柬國人正在推行公平旅遊。另一個例子是祕魯,雨林旅遊已經做到國際級。

Q10:(to K)我有一個朋友沒帶環保筷就不吃,以此影響身邊人。(to G)他們有了國光石化就趕不走了耶。(to K):如果想要輔導原本非有機的慣行農業轉型為公平貿易到賺錢,那中間轉型過程怎麼辦?

A10:(K)公平貿易目前還有點侷限在農業跟手工藝,曾有廠商想要往高科技走,但很難。已經有使用農藥過的農地,要降低到符合標準才可以,因此會需要用較Fair的Price來引誘,他們的價值觀就能夠被帶起來。現在台灣的公平貿易問題則是因為都是小農在帶,因此成本仍然高。

(G)國光石化等石化市場極大,原因是因為現代人的消費習慣。例如買了個iPhone就送殼,或買滑鼠送墊子。前陣子我連參加研討會都送手機殼,誰要啊?這總讓人很頭痛,丟也不是,送了也沒有人要。因為這些東西極度便宜,送再多人仍然佔零頭。原本石化業的製造成本高,將其外移到某些國家,變便宜了,但卻犧牲了當地的環境。而這時這就要看每個國家的公民意識了,例如新加坡人無法抗議其石化業,光是走到附近抗議都算軍事管制區了。但發展中國家不一定擁有不好的公民意識,例如澳洲將稀土元素提煉外移到馬來西亞,造成馬來西亞人的大肆抗議。但政府仍不為所動,且還用不夠優良的建材來蓋廠房,草菅人命,這目前仍是沒辦法的。

附影音的紀錄版本請參考-〈環保也是一場思辨之旅〉

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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。

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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
來源:內政部建築研究所

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。

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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。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

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。

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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%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

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。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

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。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

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。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

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。

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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。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

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。

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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。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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美國將玉米乙醇列入 SAF 前瞻政策,它真的能拯救燃料業的高碳排處境嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/06 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 美國穀物協會 委託,泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎?

2007 年,從台北的八座加油站開始,民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3,指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示,則代表不同濃度,最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10,巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

圖片來源:Hanskeuken / Wikipedia

為什麼要加酒精呢?

單論玉米乙醇來說,碳排放趨近於零。為什麼呢?因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟,接著被採收,發酵成為玉米乙醇,最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環,淨排放都是 0,是個零碳的好燃料來源。

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圖片來源:shutterstock

當然,我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此,美國農業部經過評估分析,2017 發表的報告指出,玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF(永續航空燃料)前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%,而根據國際民用航空組織(ICAO)的預測,這個數字還會成長,2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF,開始成為航空業減碳的關鍵,及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續,都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高,以食用油為原料進行氫化的 HEFA,以及酒精航空燃料 ATJ(alcohol-to-jet)。

圖片來源:shutterstock

每種燃料的原料都不相同,因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料,因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油,再進行「氫化」。

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就引擎來說,我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵,以氫原子佔據這些鍵結,讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高,不易氧化,適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯,接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵,成為長鏈烷烴,性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化,但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外,HEFA 取用的油品來源來自餐廳,雖然是幫助廢油循環使用的好方法,但供應多少比較不穩定。相對的,因為 ATJ 來源是玉米等穀物,通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產,因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF,都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息,例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100% 的 SAF 燃料完成飛行,締下創舉。

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圖片來源:shutterstock

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析,在所有交通工具的碳排放中,航空業佔了其中的 12%,而公路交通則占了 77%。沒錯,航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%,但真正最大宗的碳排來源,還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢?有人擔心,酒精可能會吸收空氣中的水氣,對機械設備造成影響?

其實也不用那麼擔心,畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅,來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說,酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑,當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查,結果發現,由於 E10 汽油摻雜的比例非常低,和傳統汽油的化學性質差異非常小,這 50 年來的車輛,只要符合國際標準製造,都與 E10 汽油完全相容。

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解惑:這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎?

在環保議題裡,這種原本以為是一片好心,最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範,例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明,生質乙醇等生物燃料確實有持續性,但必須符合「永續」的標準,並且因為使用的原料是穀物,因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是,隨著目標變明確,專門生產生質酒精的玉米需求增加,這也帶動品種的改良。在美國,玉米產量連年提高,種植總面積卻緩步下降,避開了與糧爭地的問題。

另外,單位面積產量增加,也進一步降低收穫與運輸的複雜度,總碳排量也觀察到下降的趨勢,讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭,低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外,生質燃料車,是否也是個值得加碼投資的方向?

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參考資料

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減碳新招:二氧化碳再利用!光觸媒材料可以把二氧化碳還原成工業化學原料?——專訪中研院原分所陳貴賢特聘研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/11/03 ・5793字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|簡克志
  • 責任編輯|簡克志
  • 美術設計|蔡宛潔

降低碳排還不夠,奈米材料幫你直接減少二氧化碳!

氣候變遷問題日益嚴重,2023 年 9 月成為全球有史以來最熱的月份,臺灣夏天飆破 38 ℃ 的頻率逐漸增加。為了避免地表升溫超過工業化前水準的 +1.5 ℃,世界各國訂出 2050 年淨零排放的目標,設法減少大氣中的溫室氣體。減碳解方除了低碳電力之外,直接減少二氧化碳也是一條路徑。中央研究院「研之有物」專訪院內原子與分子科學研究所陳貴賢特聘研究員,他的研究專長是奈米能源材料,我們將介紹一種複合光催化材料:硫化鋅(ZnS)/硫化銦鋅(ZnIn2S4,簡稱 ZIS),在太陽光照射下,此材料表面發生的氧化還原反應,會將二氧化碳還原成有用的工業化學原料!

為了避免全球升溫超過工業化前水準的 +1.5 ℃,我們需要減少碳排放與開發負碳技術,並盡量在 2050 年左右達到全球溫室氣體淨零排放量的目標。所謂的「工業化前水準」是指 1850-1900 年的平均溫度。
圖|iStock

地球「保冷」計畫——減碳是關鍵

我們每天排放多少二氧化碳?根據 Our World in Data 的人均二氧化碳排放數據,2021 年全球每人排放的二氧化碳為 4.69 噸,而燃燒 1 公升的汽油大概會產生 2.3 公斤的二氧化碳。換算一下,每人每天排放二氧化碳約為 12.8 公斤,相當於每人每天消耗 5.6 公升的汽油!

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的特別報告「全球暖化 1.5 ℃」,人類活動排放的溫室氣體,已經讓地球表面平均溫度上升了 1 ℃。若以人類目前經濟模式發展下去,碳排放量可預期將不斷上升,大量溫室氣體將讓暖化現象與極端天氣事件更加劇。

氣候科學家警示,地球表面平均溫度需控制在 +1.5 ℃ 以內 註 1,否則將有不可逆的後果,例如生物多樣性大幅度降低的風險。因此,世界各國有了 2050 年淨零排放的共同目標,並不是說都不排碳了,而是要設法讓溫室氣體的碳排放量和碳減少量相互抵消,達到「淨零」的目標。

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要達到淨零的目標,除了尋找與開發減碳電力之外,直接減少二氧化碳也是一個方法。想像一下,如果可以像植物一樣,只要照太陽光,就把二氧化碳變成有價值的碳氫化合物,聽起來不錯吧?但是二氧化碳做為燃燒後的產物已相當穩定,要如何以人工方式讓二氧化碳再次參與反應?

我們可運用「陽光」與「光催化材料」(又稱光觸媒,photocatalyst),不僅可以減碳,還能產生有價值的碳氫化合物,是一種「一舉兩得」的方法!

光觸媒(光催化)材料是什麼?

在談到光催化材料之前,先複習一下「催化劑」這個概念,催化劑不參與化學反應,但是它讓原先不可能的化學反應變得可行!陳貴賢分享,這就像過去從臺北到宜蘭需要翻過雪山,經過九彎十八拐的北宜公路;但如今有了「雪山隧道」之後,就大大降低臺北到宜蘭的時間與難度。「雪山隧道」就是臺北通往宜蘭的催化劑。

除此之外,催化劑也可以說是推進人類歷史發展的重要角色!在過去,農作物施肥只有天然氮肥可以使用,產量有限。而肥料意味著糧食增加與生產力增加,《巫師與先知》這本書就提到位於秘魯的鳥糞島嶼成為各家跨國公司必爭之地。另一方面,波斯人也在各地建造供鳥類休息的高塔,用來收集當肥料用的鳥糞。

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到了近代,陳貴賢提到在 20 世紀初,德國科學家哈伯(Fritz Haber)透過催化劑,在高溫高壓的條件下,以鐵粉做為催化劑,讓氮氣和氫氣轉換成氨。這讓人工固氮成為可能,人類不用再依賴緩慢的生物固氮反應就可以合成化學氮肥,農作物產量也大幅提昇。

本文主角「光催化材料」,顧名思義就是協助光化學反應的催化劑,但光催化材料與一般催化劑不同的地方在於,其化學反應通常發生在固態的表面環境,目標反應物、光子和電子都有參與反應。

比起光催化材料,你可能更常聽到它的同義詞「光觸媒」,例如某某產品宣稱具有「奈米光觸媒消毒」的功能,其實就是照射足夠的光,讓材料表面的氧化還原反應把細菌分解。而之所以光觸媒需要做到奈米尺寸,這是因為奈米小顆粒可以改變物質的電子能量結構,且大幅增加反應的表面積,讓光催化反應更有效率。

陳貴賢:「一個高表面積的奈米粉末,它的表面積可能是薄膜的一萬倍,甚至於十萬倍。」

給你電子,還你原形!光催化材料上的氧化還原反應是怎麼發生的?

光催化材料之所以能夠減少二氧化碳,是因為照光後材料表面發生「氧化還原反應」,氧化反應會失去電子,還原反應會得到電子。陳貴賢與團隊開發的複合光催化材料:硫化鋅(ZnS)/硫化銦鋅(ZnIn2S4,簡稱 ZIS),可以讓二氧化碳還原成甲醇(CH3OH)和乙醛(CH3CHO),這兩種產物都是工業常用的化學原料。反應式如下:

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要持續減少二氧化碳,就要持續發生上述還原反應,持續供給電子。不過,我們要怎麼讓電子快速又順利的補充到材料表面?這裡就開始涉及到半導體的核心問題:電子與電洞的產生、分離和傳輸

陳貴賢與團隊開發的複合光催化材料:ZnS/ZIS,是結合兩種奈米半導體材料,透過水熱法合成,將 0 維的 ZnS 奈米顆粒沉積在 2 維的 ZIS 奈米片之上,形成 0D-2D 結構的 ZnS/ZIS 複合物,就像製作巧克力豆餅乾,不過要複雜得多。

陳貴賢團隊將 0 維的 ZnS 奈米顆粒沉積在 2 維的 ZIS 奈米片之上,就好像做巧克力豆餅乾一樣,形成複合的異質半導體,做為光催化材料用途。左圖是示意圖,右圖是電子顯微鏡下的照片,Zn:In 比例為 1:0.46。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

既然 ZnS/ZIS 是半導體,當受到光照之後,原來的價帶(valence band)電子會被光激發成導帶(conduction band)電子,原本價帶電子佔據的位置則留下一個空位,就是電洞。電子和電洞的遷移,就是半導體形成電流的原因,因此電子和電洞都稱為「載子」(charge carrier)

還記得上面的還原反應嗎?

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對光催化材料來說,為了在光照環境下把二氧化碳還原成乙醛和甲醇,必須獲得穩定的電子來源,材料內部要迅速補充電子到表面,因此:

照光產生的電荷載子數量越多越好;產生的電子和電洞要傾向分離,分得越遠越好;電子和電洞越快移動到表面參與反應越好。

載子輸送要快速穩定,首先照光產生的載子要多,就有更多電子和電洞參與反應。分離載子是為了避免復合,照光產生的電子和電洞很容易復合,一旦復合,等同於減少載子。再來是載子越快移動到表面越好,可以讓每次的氧化還原反應都是最佳效率。

尋找最有效的光催化材料

陳貴賢團隊總共做了 4 種不同比例的 ZnS/ZIS 光催化材料,依照 Zn:In 比例 1:0.12、1:0.26、1:0.46 和 1:0.99,分別標記為 ZnS/ZIS-1、ZnS/ZIS-2、ZnS/ZIS-3 和 ZnS/ZIS-4。其中,ZnS/ZIS-3 的光催化效果最好,可以有效減少二氧化碳,產生最多的乙醛和甲醇(如下圖)。

水熱法製備的 ZnS/ZIS-3 光催化效果最好,可以有效減少二氧化碳,產生最多的乙醛和甲醇。最右邊是將 ZnS 和 ZIS 簡單物理混合的對照組,沒有介面效應的輔助,催化效果不佳。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

為了驗證光催化材料產生有效載子的效率,陳貴賢團隊計算了 ZnS/ZIS-3 的總 AEQ 值(apparent quantum efficiency),用來評估「照到光催化材料上的每顆光子數量,產生了多少實際參與催化反應的電子數」。測量之後,ZnS/ZIS-3 的 AEQ 值為 0.8%,量子效率比單獨的 ZnS 材料提高了將近 200 倍!

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這也是為什麼陳貴賢團隊要使用兩種不同的材料結合,因為單一半導體材料照光產生的電子和電洞有很高的復合機率,選擇兩種不同的半導體材料組合,讓兩種材料形成特殊的「能量階梯」就可以有效分離電子和電洞,並且把電子送到它該去的材料表面。

此外,使用兩種半導體材料的好處還有「二次激發電子到更高能階」,以符合光催化反應的能量門檻,自由電子掙脫 ZnS 的束縛之後,繼續往 ZIS 跑,光的能量會繼續把電子往上送到更高能級的材料表面,還原二氧化碳的反應在此發生。

Z 字形跑比較快!控制材料之間的微應變提升氧化還原效率

關於光催化材料的二次激發,陳貴賢提到:「材料低能階,然後光子進來後,把電子激發到高能階去做反應,太陽能電池也是這樣。但是呢,有時候沒那麼剛好,例如激發後的能階不夠高,雖然激發上去了,但電子沒有辦法跟二氧化碳做反應。那我把兩個材料拼在一起,電子上去以後又下來,然後再吸收第二個光子上去,那就變得很高了,高了以後它的反應效率就提升很多。」

如果我們把光催化材料的二次激發過程畫成示意圖,如下圖所示,電子在 ZnS 束縛區受到第一次光子的激發,變成自由電子,接著經過設計完善的材料介面,先降到較低的 ZIS 束縛區,受到第二次光子的激發,再次變成自由電子,跑到光催化材料的表面,和二氧化碳發生還原反應,將二氧化碳變成可再利用的乙醛和甲醇。

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看看電子走過的路,如果向左歪著頭看,是不是就是一個 Z 字呢?科學家把這個過程稱為「直接 Z 方案」(Direct Z-scheme)。「直接」的意思是,電子從 ZnS 跑到 ZIS 的過程,不需要再經過一個中間地帶,降低電子和電洞復合的機會。

為了將二氧化碳轉換成可用化學原料,電子在材料內部能階走 Z 字路徑,過程中受到光的二次激發,最後到達材料表面。電子參與還原反應,將二氧化碳變成乙醛和甲醇。電洞參與氧化反應,將水變成氧氣。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

為什麼陳貴賢團隊設計的「直接 Z 方案」光催化材料,電子可以不需要中間的「轉接站」,直接轉移到另一個材料上呢?這裡也有一個巧思:不同材料之間的「微應變」

不同材料的晶體排列規律是不一樣的,當兩種材料接在一起時,接面處會發生「晶格不匹配」,也就是兩種材料的原子會互相卡到、晶格微微變形。但是,如果我們可以控制微應變(Strain)的程度,就可以控制兩種材料「能量階梯」的相對位置,微應變可以讓材料接面自動帶有「轉接站」的功能,進而形成一個內部電場,讓電子和電洞更能快速分離,提高光催化效率。

總之,陳貴賢團隊開發的這套材料組合,是有微應變誘導的直接 Z 方案光催化材料,可做為未來量產光催化材料的研發設計參考,同時也是減碳的解方之一。

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ZnS 奈米顆粒接在 ZIS 奈米片上,兩邊的晶格排列方式不一樣,發生「晶格不匹配」,接面處晶格會微微變形。如果控制微應變(Strain)的程度,就可以微調材料能階的相對位置,微應變可以讓接面帶有「轉接站」的功能,形成一個內部電場,讓電子和電洞更能快速分離,提高光催化效率。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy
ZnS 奈米顆粒接在 ZIS 奈米片上,兩邊的晶格排列方式不一樣,發生「晶格不匹配」,接面處晶格會微微變形。如果控制微應變(Strain)的程度,就可以微調材料能階的相對位置,微應變可以讓接面帶有「轉接站」的功能,形成一個內部電場,讓電子和電洞更能快速分離,提高光催化效率。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

綠能趨勢——光催化材料未來可期

陳貴賢表示,目前表面科學和材料是中研院原分所的主要研究領域,他的實驗室選擇能源材料作為研究主軸,有太陽能電池和熱電材料,同時團隊也專注研究可還原二氧化碳的光催化材料,以及與燃料電池相關的催化劑。

陳貴賢看好將來能源材料的發展,因為在 2050 淨零排放之前,有愈來愈多企業紛紛加入「RE100 倡議」的行列,企業必須承諾最晚於 2030 年前使用 100% 再生能源。最著名案例是科技巨頭蘋果Google 和微軟等公司都已宣布其全球供應鏈將符合 RE100 的要求。其中,台積電為蘋果主要供應商,2020 年也加入 RE100,目前為臺灣再生能源的主要買家

可以預見,將來風能、太陽能與燃料電池的相關材料有其市場需求,而能夠減少二氧化碳的光催化材料,也將成為全球減碳的利器。陳貴賢提到,當前光催化材料還在基礎研究階段,目前的人工光合作用效率約 1%,接近大自然效率,而團隊希望提升到至少 5% 到 10% 以上,方能有其實用價值。

陳貴賢進一步強調,未來效率提高之後,能夠轉化二氧化碳的光催化材料就會有很大的經濟價值,不僅轉化後的燃料可以賣錢,處置二氧化碳原料亦可以收取負碳費用,是一種前所未有的概念。

陳貴賢強調,未來效率提高之後,能夠轉化二氧化碳的光催化材料就會有很大的經濟價值。
圖|研之有物

註解

  1. 根據 IPCC 的資料,如果要將全球暖化幅度控制在 +1.5 °C 以內,必須在 2050 年左右達到二氧化碳的淨零排放目標,同時也要大幅度降低非二氧化碳的溫室氣體排放,特別是甲烷。
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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook