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30 年後,我們將活在什麼樣的世界?——臺灣的淨零轉型之路

研之有物│中央研究院_96
・2023/04/19 ・6308字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

迎接我們的是什麼樣的未來?

想像 30 年後,生活將發生什麼改變?行政院國家發展委員會於 2022 年 3 月 30 日公布「臺灣 2050 淨零排放路徑及策略」,針對能源、產業、生活與社會轉型提出多項政策,倡導人們逐步展開淨零新生活。中央研究院「研之有物」專訪《臺灣淨零科技研發政策建議書》諮詢委員──中研院經濟研究所蕭代基兼任研究員、臺灣大學國家發展研究所周桂田教授,從與生活最貼近的經濟及社會政策出發,深入剖析臺灣如何在淨零路徑上穩健前行。迎接我們的是什麼樣的未來?一起來關心!

2022 年聯合國氣候峰會 COP27 綠區(Green Zone)場館一隅。圖/UNclimatechange

時間來到 2050 年,一覺醒來,生活將發生什麼改變?望向窗外,鄰居的屋頂架設了太陽能板,馬路上一輛輛電動車川流不息。打開衣櫃,穿上隨租隨送的流行服飾。走進早餐店,煎台上的人造雞肉散發迷人香氣。打卡進辦公室,充滿朝氣的一天在高強度木竹構造大樓展開,固碳的木竹建材來自永續經營的森林。

上述情景啟發自行政院國家發展委員會的「淨零生活藍圖」,究竟什麼是「淨零」(Net zero)?推動的原因為何?又將對我們的生活產生什麼影響?

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淨零風潮席捲全球,臺灣該如何因應挑戰?

在解開「淨零」謎團之前,我們先來看看聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在 2018 年公布的全球暖化特別報告,當中預測 2030 年左右,地球表面均溫將比工業革命前高出 1.5℃。

如不在 2030 年前有效減碳、發展生質能源與除碳技術,並在 2050 年左右達到「淨零排放」,將引發更劇烈的極端氣候、糧食與水資源短缺、海平面上升等危機,嚴重威脅全人類與自然萬物的生存。

4 種不同情境的模型皆指出,2030 年左右需大量減碳,並在 2050 年左右達到淨零排放,方可避免溫升超過 1.5℃ 引發的不可回復危機。本圖橫軸指年代;縱軸指二氧化碳(CO2)排放量,不是溫室氣體(GHG)。圖/研之有物(資料來源|Figure SPM.3B, IPCC, 2018, Special report Global Warming of 1.5°C.

「淨零排放」指的是,在特定時間內,人為產生的溫室氣體(主要為二氧化碳)排放量,與人為移除量相互抵消,達到「淨零」目標。

為此,全球掀起一股淨零風潮,其中以 1994 年生效、多達 197 個締約國的「聯合國氣候變化綱要公約」(UNFCCC)最具指標性,各國領袖定期出席氣候變遷大會,做出減碳承諾,簽定了「京都議定書」、「巴黎協定」等重要協議。

臺灣雖然不是聯合國會員,也無法置身事外,隨著各國紛紛祭出碳邊境稅、綠色供應鏈等政策,出口導向的臺灣必須盡快做出應變。

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另一個棘手問題是,臺灣的慣用能源、主要產業多偏向高碳排、高耗能、高汙染性質,養成高度碳鎖定的褐色經濟體質。產出的低附加價值商品,使勞工的薪資水準難以提升,生產過程造成的環境汙染更會損害人民健康。

淨零轉型政策有助挽救瀕臨崩潰的地球環境,更是臺灣百年難得一遇的經濟綠色轉型契機!

2022 年 3 月 30 日,在眾人的期盼下,行政院國家發展委員會公布了「臺灣 2050 淨零排放路徑及策略」,預計在 2030 年前編列約 9 千億預算,執行能源、產業、生活、社會四大轉型策略,以及科技研發、氣候法制兩大治理基礎,並輔以十二項關鍵戰略,計畫於 2050 年與世界同步邁向淨零目標。

然而,比較可惜的是,當中並沒有納入「碳定價」制度,也沒有針對「社會公正轉型」提出細緻的規劃,這些都是推動產業轉型、兼顧民眾權益的重要政策。

有鑑於此,中央研究院召集各界專家研擬《臺灣淨零科技研發政策建議書》,其中〈經濟與社會促成因素〉一章由多位經濟與社會學者集思廣益而成。

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研之有物專訪中研院經濟研究所蕭代基兼任研究員、臺大國家發展研究所周桂田教授,就經濟與社會政策提出建言。究竟臺灣的產業現況如何?有哪些推動淨零的誘因工具?如何降低淨零轉型對民生的衝擊?

我們必須先面對什麼問題?

臺灣現在比較大的難題是,我們是高碳排的國家。根據臺大風險中心的調查,2019 年臺灣十大溫室氣體排放企業中,有 6 家是石化業、2 家是鋼鐵業,排放總量約 1.034 億公噸,約佔當年度全國溫室氣體總排放量 36.05%。

雖然現在畫出淨零排放路徑,2020 年也宣示發展六大核心戰略產業,還是要以 2050 年為新目標,盤點臺灣產業正面臨的困境與價值。

例如石化業除了要思考如何解決高碳排問題,還需討論要留下什麼價值?畢竟在短鏈經濟時代,石化業是各國關注的戰略產業。否則就要形成區域的經濟聯盟,透過各國的資源交換來維持經濟發展。這都有賴針對產業現狀進行問題盤點,才能討論未來的發展藍圖。

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周桂田教授指出,臺灣 2050 淨零轉型的首要工作:盤點國內產業的困境與價值。圖/研之有物

如何兼顧淨零轉型與產業發展?

我國政府長期的產業政策在於幫助產業降低生產成本,因此將許多能源價格維持得很低。例如汽油價格調整的原則之一是保持「亞洲鄰國最低價」,讓業者用較低的成本生產物美價廉的商品,保有與他國競爭的優勢。

然而,長年的低價策略卻導致賺得利潤、附加價值也連帶偏低,而附加價值內很大一塊便是薪資,因此人民的薪資水準難以提升,跟過度的產業保護政策脫不了關係。

國家與產業競爭力大師 Michael Porter 在 1991 年提出「波特假說」(Porter hypothesis),他觀察 1970 年代以來,美國、英國、德國、日本等國的環保政策對產業的影響,發現嚴格的環保政策能促使產業創新,不但減少污染,還能提高生產效率與競爭力。

所謂溫室裡的花朵沒有競爭力,有一個發人深省的故事:美國亞利桑那州有一處佔地廣闊的人造溫室「生物圈二號」(Biosphere 2),宛如另一個自給自足的地球。溫室裡有一棵非常高大的樹木,從小到大沒碰過風,導致枝條橫向生長且越來越長,最後支撐不住、硬生生斷掉!

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大自然存在各種壓力,會讓樹木為了生存而長得更堅韌。環保政策就是外在壓力,能促使產業思考,如何在環保與減碳成本增加的情況下,發展新的競爭優勢。

蕭代基教授分析,臺灣產業政策所導致的結構性問題,並舉「波特假說」說明嚴格的環保政策有助產業發展新競爭優勢。圖/研之有物

徵收碳費,但不徵收碳稅——差別是什麼?

國際上常見由政府制定「碳定價」措施,包含:碳稅費、能源稅、碳排放交易等制度,能讓氣候暖化的外部成本轉化成需付費的內部成本,促使企業主動減少碳排量。

我國政府預計 2024 年開始向排放者徵收「碳費」,而原訂徵收的「碳稅」則因財政部有重複課徵疑慮而暫緩。究竟碳費、碳稅有何差別?

首先,兩者的相同之處在於,皆是針對化石能源、商品或服務所產生的碳排放量來課稅,目的為促使排放者自願減量。

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不同之處在於徵收機關與用途限制,碳稅由財政部徵收,用途沒有特別限制,為政府財政收入的一部分;碳費則由環保署徵收,只能專款專用於相關污染防治。

註:受限於大法官釋字第 426 號,環保署徵收各種污染防制費,應專供該種污染防制使用。圖/研之有物(資料來源/蕭代基)

照理來說,政府收「費」是為了提供服務,例如收垃圾處理費是為了幫民眾處理垃圾。然而,如今徵收目的是要促使排放者自願減量,為了降低成本壓力,轉而從事綠色投資以推動產業轉型。不應該由政府收了錢去幫排放者做減量,因為政府做不到、也做不好減排!

建議未來要課徵「碳稅」,而不是只收「碳費」。因為碳稅的用途不受限制,能落實污染者付費原則,促使排放者肩負起減碳責任。同時也要完善碳排放交易機制,讓業者可以交易總量管制下的排放額度,增加減碳誘因。

善用「森林碳匯」,不只減碳,更要除碳!

政府除了利用各種政策工具促成排放者主動減少溫室氣體排放量,還要鼓勵大家移除大氣中的溫室氣體,才能達成淨零排放。

現行除碳技術主要有:生物質吸收、自然界無機化學反應、大氣中直接移除。當中最便宜的除碳技術就是「森林碳匯」,透過新植造林、更新造林、永續森林經營,讓植物與土壤發揮固碳功效。

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臺灣有多達 60% 土地是森林,應將森林視為再生資源,經營「永續林」。政府可用除碳費帶頭收購森林碳匯,讓業者有誘因將農地改成林場,並在樹木最佳固碳年齡時砍下,同時種植一批新樹,收穫的木材應拿去製成可持久利用的家具和建材。

假設輪伐期是 60 年,我們就能循環經營 60 座森林。而森林生長的過程,對空氣品質、水土保持、生物多樣性等都有莫大好處。

過去 30 年來,政府推行國有林禁伐政策,讓森林健康及永續林經營受到很大限制,連帶影響森林碳匯的預估值。

行政院在「臺灣 2050 淨零排放路徑及策略」中,規劃碳匯將從 2019 年 21.4 百萬公噸成長到 2050 年 22.5 百萬公噸,等於 30 年來只成長 1.1 百萬公噸的碳匯量,是相當保守的做法。如改成經營永續林,加入造林誘因及持久利用木材,應可增加更多碳匯量。

「森林碳匯」是最便宜的除碳技術,臺灣多達 60% 土地是森林,如改成經營永續林、由政府帶頭收購碳匯,有潛力吸引業者投入造林、增加碳匯量。圖為林業盛行一時的阿里山,如今只留下公共藝術追憶過往的林業發展史。圖/研之有物

如何落實淨零轉型政策?

淨零轉型政策的研擬需仰賴「社會強健性知識」(Socially robust knowledge),意指在生產跨領域、高度複雜的政策時,必須讓各領域專業人士參與,賦予政策強健的知識基礎。

英國早在 2008 年依據《氣候變遷法》(Climate Change Act)成立「氣候變遷委員會」,這是一個獨立的監督機關,由自然和社會科學領域的專家組成,有權編列各部會的減碳預算、審查減碳計畫,再送交國會複審。

如成立監督機關行不通,可參考歐盟成立「氣候諮詢委員會」,雖然沒有審核碳預算的職權,卻具備監督和專業諮詢的智庫功能。

我國行政院預計將淨零排放督導工作交給國家永續發展委員會,但為了強化執行力道與效率,建議行政院建立具備預算權的「氣候會報」,由行政院長總指揮各部會,畢竟氣候變遷是需要跨部會一起解決的問題。

此外,還要建立鼓勵公民參與的「轉型行動溝通平台」,當中包含中央與地方政府、各領域學者、文史工作者、非營利組織等各方人士。先由政府提出政策、廣邀各界參與討論、檢視現況與問題,最後回饋意見並調整政策方向。

轉型行動溝通平台運作程序。圖/研之有物

碳定價政策可能導致減碳成本被納入生產成本,造成民生物價上漲,建議採取什麼配套措施?

2023 年初修法通過的《氣候變遷因應法》有條文提到:「依二氧化碳當量,推動溫室氣體排放之稅費機制,以因應氣候變遷,並落實中立原則,促進社會公益。」

「中立原則」意指,推動新的稅費機制時,為了不增加人民負擔,會從其他地方減稅,或將新增的碳稅費收入還給人民,使得政府總稅收不增不減。

建議還稅於民的措施加上排富條款,將這筆錢集中移轉給低所得者,有助改善所得分配不均的問題,提升民眾對政策的支持。

應執行還稅於民措施的原因在於,碳稅費是有累退性質的間接稅,會讓所得分配惡化。因為高所得者新增的碳稅費稅負佔所得的比例遠小於低所得者,而且低所得者的有限收入大部分用於民生消費,易受碳稅費引發的物價上漲影響。這就是為什麼要將稅收拿來彌補低所得者增加的花費。

適應淨零新生活的方法

如果擔心影響民生物價,民生用電可制定徵收級距、或暫緩調漲,但工業界的電價沒道理不調漲!這樣的整體思維將擱置臺灣的轉型進度。

事實上,臺灣現階段非常緊張,整個能源轉型進度遲滯,跟不上國際要求的 2030 年減碳 55% 進度,也難以因應各國祭出的碳邊境稅、綠色供應鏈等政策。

因此,業界現在多不會反對淨零轉型政策,反而希望政府趕快制訂規則,業界盡快配合調整內部作業。但目前政府考量民眾觀感,不敢大動作調漲能源價格、推動碳定價政策。

制定改變民眾習慣的政策時,應採取「行動取向的制度主義」,循序漸進設計出人民容易遵守的規定。

以限塑政策為例,從量販店、便利商店、飲料店等開始停供免費的塑膠袋與塑膠餐具,如自備環保餐具可享有優惠,逐漸養成民眾自備環保杯、購物袋的習慣。

淨零轉型政策相對來說更敏感,例如很多弱勢家庭為了省電費,晚上讓孩子到便利商店唸書,或只買得起耗電的二手家電,這些都需納入政策考量,可廣邀企業投身公益,和政府一起補貼弱勢家庭更換節能家電。

限塑政策依循「行動取向的制度主義」,制定民眾容易遵守的規定,養成自備環保杯、購物袋的習慣。圖/Unsplash

留給下一代「零碳未來」

你可能覺得淨零轉型議題遙不可及,但淨零排放路徑告訴我們,只剩不到 30 年的時間守住 1.5℃ 溫升防線,而臺灣起步的時間較他國晚了許多,更要急起直追落後的進度,否則我們將錯失產業轉型契機,承受大自然更殘酷的反撲。

根據臺大風險中心 2020 年民調顯示,臺灣民眾對能源轉型政策的公平性、計畫性、迫切性,平均感受只有 3.83 分,且獲知能源訊息頻率以「一年一次或很少聽到」的 25.5% 最高,顯示政府尚需加強宣導淨零觀念,將零碳理念紮根於教育,提升社會對永續價值的認同。

好消息是,62% 民眾接受因推動能源改革而調漲電價,56.7% 民眾可接受因徵收碳稅而調整油價。整體看來,約一半的民眾願意配合加稅與漲價來節能減碳,雖然多數能接受的幅度不大(約 1-5%),但已是好的開始。

淨零排放路徑的公布只是一個開端,尚需建構完善的治理框架以促成公私協力,許自己與未來世代一個零碳未來!

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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水是從哪裡來的?改寫宇宙謎團:科學家揭露地球水源的真正來源!——《你的身體怎麼來的?》
商周出版_96
・2025/01/25 ・2808字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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彗星送水論?地球的水是從哪來?

想知道古地球如何得到水的行星科學家將矛頭指向大泥球。似乎數十億年前曾有彗星雨落下,為我們帶來大量的水。

但,彗星又來自何方?

科學家長期認為彗星誕生於比火星更遠的寒冷區域。一九九〇年代,學者更進一步認定大部分彗星已經被日益成長的行星吸收。然而荷蘭天文學家揚.歐特(Jan Oort)提出不同見解,主張可以有數以兆計的彗星在太陽系邊緣存活,它們距離行星太遠所以沒被重力拉扯,最終圍繞太陽系形成巨大球形外殼,現在將該區域稱為歐特雲。歐特雲的大量彗星可以填滿地球海洋,問題是它們太遠,是地日距離的數千倍,實在不大可能到得了。

揚·歐特認為彗星圍繞太陽系形成遠距離的歐特雲,雖然數量足夠填滿地球的海洋,但距離遠到不易抵達地球。圖 / unplash

於是又有研究者懷疑部分彗星在太陽系較內側存活,或許是土星軌道外,這樣也比歐特雲近了一千倍。然而僅僅停留在臆測,因為想要在那麼遠的地方找到直徑不過數十英里或更小的彗星太困難,大家沒有傻到去做這種嘗試。

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唯二例外是年輕的麻省理工學院教授戴夫.朱維特(Dave Jewitt)和他的研究生盧珍(Jane Luu)。裘伊特頭頂高聳,笑容可掬,性格充滿英國式幽默,父母是倫敦的工廠工人和電話操作員。童年時偶然在夜空看見流星勾起他對天文學的迷戀。

從天文學觀測到重水比例:揭開水的宇宙密碼

一九八五年,他突發奇想將新的數位型光感測器 CCD(譯按:感光耦合元件)連接到望遠鏡,藉此在太陽系遙遠角落尋找彗星這種小天體。朱維特認為我們看不見不代表不存在,但研究需要資金,只可惜多數人都不相信,所以計畫案一次一次被拒絕。三十多年後,回憶起當初遭受的輕蔑他依舊義憤填膺。「最常得到的回答是『無法證明計畫裡的測量實際可行』,」他說:「我的天,這是什麼蠢邏輯?整個計畫的意義就是去做一些以前沒做過的嘗試。就算最後真的不可行又怎麼樣呢,重點不就是得試試看嗎?」批判他的人可能陷入了「現有工具檢測不到就代表不存在」的認知偏誤,習慣性地假設科學家尚未找到就代表目標處什麼也沒有。

朱維特和盧珍拒絕放棄,偷偷從其他研究案借用望遠鏡時間尋找數十億英里外可疑的微小物體。

很長時間毫無收穫。一年又一年,然後四年五年六年。直到一九九二年夏夜,他們在夏威夷大島茂納凱亞天文臺工作。那時候他們心灰意冷,覺得五年多光陰白費了,卻沒想到忽然發現了非常微弱的光點。察覺這個點微微移動時,朱維特還暗忖「不可能是真的」,但它確實存在。兩人找到的天體位於海王星外的軌道,後來進一步證實那邊還有數百萬顆彗星。該區域被命名為古柏帶,淵源是最早提出此概念的荷蘭天文學家30,他在一九五〇年代就探討了這個可能(諷刺的是他本人不相信)。

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科學家在古柏帶找到大量彗星,人體內的水看似已經確定來源。地球形成後不久,彗星從古柏帶,或許一部分從更遠的歐特雲抵達,送來覆蓋這顆行星表面的水。彗星堪稱飛行的冰山,攜帶的水量確實足以填滿地球海洋。理論很快得到多數人接納及傳播,謎題終於得到解答。

科學家認為古柏帶與歐特雲彗星攜帶的水,可能就是地球水源的來源。圖 / unplash

小行星的貢獻:來自太空岩石的生命之源

真的嗎?一九九五年,波瀾再起。亞利桑那州鳳凰城附近一場觀星派對上,輪到混凝土供應公司零件經理湯瑪斯.博普(Thomas Bopp)借用朋友的望遠鏡,他留意到視野角落有個模糊光點。同一天晚上,新墨西哥州克勞德克羅夫特村天文學家艾倫.海爾在家中發現同樣物體。這顆新發現的彗星,是有史以來見過最亮的,命名為稱為海爾─博普彗星。

翌年,戴夫.朱維特隨學者團隊返回茂納凱亞觀測站,這次以強大的電波望遠鏡觀測海爾─博普彗星。他們在海拔一萬四千英尺(約四千兩百六十七公尺)的稀薄空氣中每十三至十六小時輪班一次測量夜間光譜,試圖比較彗星中一種罕見的水形式比例是否與地球海洋相符。

或許有些人還不知道其實水分子有不同形式。大部分水由氫原子組成,核心只有一個質子。但還有別種水存在,由於重量多出一成所以稱為重水,其氫原子是同位素,核心除質子外還包含一個中子。重水很罕見,在地球海洋中每六千四百個水分子只有一個是重水。因此,茂納凱亞團隊準備測量海爾─博普彗星時原本很有信心會找到相同比例的重水,畢竟地球的水應該來自彗星。

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然而觀測結果並非如此。海爾─博普彗星重水含量是地球海洋兩倍。這就麻煩了,先前天文學家在哈雷彗星發現類似的高比例重水,當初只視為異常案例,然而後來在百武二號彗星又測量到相同數據。三次觀測結果一致成為難以忽視的證據,顯示彗星並不吻合地球海洋的水分子組成。

「天文學家對海爾─博普的觀測結果作何反應?」我問。

「嚇壞了。」朱維特的意思是指數據背後的涵義:「有點像新時代運動31的意識覺醒之類。」他笑了笑又說:「好像不該說這種話才對。」但顯而易見,學界頗受震撼,一夕間又不能靠融化彗星形成海洋了。雖然惠普爾沒說錯,彗星確實充滿水,但海洋來自太陽系其他地方。具體究竟是哪兒?

朱維特和其他許多學者一樣,注意力轉向飄浮在太空中的巨大岩石,即所謂小行星。

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從石頭榨水,乍聽很無稽,但事實上有些岩石確實可以。如果加熱隕石,也就是從小行星落到地球的碎片,困在晶體結構內的水分子就能變成水蒸氣。多年前科學家已經知道小行星含水,這些岩石含水量差異很大。多數靠近太陽形成的小行星幾乎不含水,但在火星之外冰冷區域形成者水分含量則可高達百分之十三。

朱維特等人的想法是:如果撞擊地球的小行星夠大就會帶來豐沛的水。此外,天文學家還知道火星木星之間軌道上有一大群小行星,並將該區域稱為小行星帶。而且,小行星中重水與彗星不同,吻合地球海洋和人體。各種線索指向我們這兒的水應該來自宇宙岩石。

感覺好像結案了,但其實小行星帶距離地球三億英里遠。從那種距離要一桿進洞得有多高明的技術?有足夠數量的小行星算準角度飛向地球以水覆蓋地表,這個現象發生機率有多高?人類又如何進一步理解?

——本文摘自《你的身體怎麼來的?從大霹靂到昨日晚餐,解密人體原子的故事》,2025 年 01 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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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

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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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