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爲什麼代糖這麼多,卻沒聽過「代油」呢?

羅紹桀
・2023/07/31 ・5420字 ・閱讀時間約 11 分鐘

本文節錄自原作者個人網站:無熱量零卡食用油-蔗糖聚酯(Olestra):副作用、爭議和相關研究,您亦可閱讀其英文原文:Olestra(Olean): Side Effects, Controversies & Researches. How can Cooking Oil be Zero Calorie? How Can Potato Chips Fat Free?

本影片直接播放就會有中文字幕如果字幕沒有出現或字幕非你所使用的語言,請到 youtube 頁面並使用CC 字幕。

這個時代幾乎所有的你能想到的食品都有一個零熱量的版本,比如零卡可樂、零卡義大利麵和零卡果凍,食品製造商宣稱這些食物能有與一般的食物相似的風味,卻沒有卡路里。

可是你有沒有想過,在這個到處都是代糖的時代,為什麼沒有看到脂肪替代品或零熱量食用油呢?

其實,還真的有由寶僑公司(P&G)開發的蔗糖聚酯(Olestra),又稱 Olean。

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這時問題來了,既然有沒有熱量的油這麼好的東西存在,為什麼寶僑公司沒有大肆宣傳大賣特賣呢?

答案是寶僑公司當然有試圖大賣蔗糖聚酯,但 FDA(編按:美國食品藥物管理局) 因為其潛在的風險對其設了諸多限制,因為蔗糖聚酯作為油脂還不能被人體吸收,造成嚴重的油便現象(因為沒被吸收只好被排出來呀),同時還會帶走脂溶性維他命或處方藥物,造稱諸多健康問題。

其實當時 FDA 通過蔗糖聚酯作為洋芋片添加品時,就已經爭議不斷了,前 FDA 食品諮詢委員會和科學委員會 Marion Nestle 就在她 2002 年出版的書 Food Politics: How the Food Industry Influences Nutrition & Health 中,寫了一整個章節在討論蔗糖聚酯的爭議。

本文將解釋什麼是蔗糖聚酯。我們將介紹它是什麼,為什麼它不像代糖那樣受歡迎,以及相關的爭議。

什麼是蔗糖聚酯 Olestra——零卡路里脂肪?

蔗糖聚酯(Olestra,也稱為 Olean)是一種不含卡路里的脂肪替代品。 它被用來降低或消除薯片等食物中的脂肪含量和卡路里,這些食物中如果使用一般油脂製作的話脂肪含量通常會很高。

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可是食用油怎麼可能不含脂肪甚至不含卡路里呢?

是這樣的:脂肪的化學結構是三酸甘油酯,通常一個脂肪分子由兩種部分組成:一個甘油骨架三條脂肪酸。其中甘油的分子比較簡單,而脂肪酸的種類和長短卻不相同,包括飽和脂肪酸單不飽和脂肪酸多不飽和脂肪酸。甘油是一個有機小分子,含有三個羥基(OH),而一個脂肪酸是一條碳氫長鏈和一個羰基相連。

三酸甘油酯的的一個例子。左側部分為甘油,右側部分從上到下分別為三種不同的酸。圖/wikipedia

人體要吸收油脂,通常需要脂酶(Lipase)的幫助。脂酶是一種在腸道中發現的酶,它可以分解食物油脂中的三酸甘油酯,將其轉化為單酸甘油酯脂肪酸,截短分子,使分子小到足以穿過腸壁。

然而,在蔗糖聚酯的結構中,甘油分子的部分被蔗糖分子(Sucrose)取代,蔗糖分子有八個羥基(OH),可以連接八個脂肪酸分子,使得脂肪酶無法作用在這麼大的分子上,因此蔗糖聚酯 Olestra 可以毫髮無損地通過腸道而不被人體吸收。 因此蔗糖聚酯雖然嘗起來像脂肪,但實際上不含可用卡路里。

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蔗糖聚酯(Olestra)的結構。Olestra 因為結合蔗糖分子,導致結構巨大且更緊密,脂酶無法進入結構中進行切割。圖/wikipedia

在 1996 年,美國食品藥品監督管理局(FDA)批准 olestra 可以用於即食零食 ,並裁定這樣的使用「符合食品添加劑的安全標準,合理認定其為無害」。 然而,這個結論極具爭議性,我們將在本文後面討論。

蔗糖聚酯的商業化和爭議性

蔗糖聚酯是在 1968 年被寶僑公司偶然發現的。當時寶僑公司(P&G)的研究人員 F. Mattson 和 R. Volpenhein 希望通過改變脂肪的結構,研發出更容易能被早產兒消化的脂肪。


然而,在實驗過程中,他們創造了一種脂肪分子,這個分子巨大且複雜,無法被人體消化系統中的脂酶分解,也就是本文的主角:蔗糖聚酯。

寶僑隨後於 1971 年與美國食品和藥物管理局(FDA) 開始著手討論了將蔗糖聚酯作為食品添加物所需的測試項目。

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寶僑(Procter & Gamble,簡稱 P&G),為源自美國的跨國消費日用品公司,也是目前全球最大的日用品生產商之一。圖/wikipedia
位於辛辛那提的寶僑總部。圖/wikipedia

寶僑在隨後的測試中發現,如果使用蔗糖聚酯替代天然膳食脂肪,能讓血液中的膽固醇水平下降。發現這個潛在的盈利機會之後, 寶潔公司 1975 年向 FDA 申請批准該物質作為降膽固醇藥物。然而,隨後的人體試驗顯示,蔗糖聚酯無法充分降低膽​​固醇水平,因此該應用於 1988 年被放棄。

大約在同一時間,寶僑又向 FDA 申請批准蔗糖聚酯作為食品添加劑,以替代酥油、食用油和零食用油等等。根據 FDA 的說法,寶僑在兩年後修改了申請訴求,將蔗糖聚酯的使用侷限於於包裝零食的添加物。

1984 年,FDA 允許家樂氏(Kellogg)公開聲稱他們的高纖維早餐麥片有助於降低癌症發病率。這個宣稱食品療效的批准案例,被寶僑看在了眼裡,促使寶僑公司立即開始了一項為期三年的測試,試圖證明 Olestra 也具有某種療效,這樣他們就可以在產品宣傳上聲稱相關的療效,藉以大賺一筆。完成這些測試後,寶僑立即試圖申請批准蔗糖聚酯作為一種「家庭烹飪中可替代高達 35% 的脂肪,在商業用途中替代高達 75%」的食品添加劑。

FDA 對蔗糖聚酯的主要擔憂之一,是它可能會因此導致人們在吃油炸物時有不該有的安全感,養成習慣開始食用更多「金字塔頂端」的食物(也就是脂肪、油和糖)。另外,批准蔗糖聚酯作為一種食品添加成分也可能會導致人們習慣食用含有高劑量人工添加劑的食品,這些添加劑通常由於現有研究不足,對健康的長期影響未知。

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因此,除了發現蔗糖聚酯可能導致腹瀉等副作用,以及影響人體吸收脂溶性維生素以外,FDA 對批准該產品的使用限制猶豫不決。

1990 年 8 月,寶僑申請蔗糖聚酯作為「鹹味零食」——例如薯片和玉米片等產品的食品添加劑。當時原專利定於 1995 年到期。1993 年 12 月,寶僑成功申請專利延期,同時在寶僑對 FDA 的瘋狂施壓下,於 1996 年 1 月 24 日,FDA 終於批准 Olestra 作為食品添加成分。

FDA 在 1996 年的裁決中判定:

含有蔗糖聚酯的食品需要帶有明確標示,以告知消費者蔗糖聚酯對胃腸系統可能產生的影響。標示中還必須聲明:本產品添加的維生素,是為了補償蔗糖聚酯造成的維生素流失,而不是提供更高的營養價值。

FDA 後來撤回了該判定,聲稱它具有誤導性,因為 FDA 與寶僑公司認為,「相關標示可能具有誤導性,並導致消費者將嚴重問題歸因於蔗糖聚酯,而這『不太可能』是這種情況」。然而許多證據都顯示,相關問題的確是由蔗糖聚酯的食用行為造成的。

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食用蔗糖聚酯有什麼可能的副作用?

蔗糖聚酯的缺點、副作用和危險性是它可能導致稀便脹氣腹部絞痛。此外,它可能會阻止身體吸收類蘿蔔素等可以降低罹患癌症的風險的營養素。Olestra 還可能阻礙身體吸收維生素 A、D、E 和 K

根據 1998年發表在 Journal of the American Dietetic Association 的文章 FDA 食品諮詢委員會於 1996 年 1 月 24 日做出了一個有爭議的決定,允許將蔗糖聚酯用於鹹味零食(例如,薯片、玉米片等鹹味零食)。由於蔗糖聚酯與含有維生素 A、D、E 或 K 的膳食一起服用時,可能會干擾維生素 A、D、E 或 K 的吸收,因此 FDA 要求按照以下指定的方式,將損失的脂溶性維生素重新添加到含有蔗糖聚酯的產品中:

每克蔗糖聚酯需添加 170 IU 維生素 A、12 IU 維生素 D、2.8 IU 維生素 E、8 微克維生素 K。

總部位於華盛頓特區的非營利性監督機構和消費者權益倡導組織、倡導更安全、更健康食品的公共利益科學中心(CSPI)鑑於蔗糖聚酯的副作用(包括脹氣、腹部絞痛、腹瀉和稀便)有時候可能會很嚴重,因此在其網站上將蔗糖聚酯評為 「避免食用」。

CSPI 認為,雖然製造商可以使用蔗糖聚酯替代油酯製造油膩的低脂零食,但如果要節省卡路里,烘焙食品是更安全的替代品。而且由於蔗糖聚酯技術上來說還是含有大量「無法消化的脂肪」,使用蔗糖聚酯製成的產品不應宣稱其產品是「無脂肪」產品。

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蔗糖聚酯和真的油脂有多類似?

美國時代公司於 1980 年 10 月創辦的美國科學雜誌 Discover Magazine(自 2010 年起歸 Kalmbach Publishing 所有) 的一篇文章 The Chemistry of . . . Fat Substitutes,討論了這個問題。

蔗糖聚酯嘗起來像脂肪,但實際上不含可用卡路里,兩項由寶僑公司資助的研究表明,食用它對高膽固醇或心髒病患者有幫助。其中一項研究表明,食用蔗糖聚酯的人可以將膽固醇水平降低 10% 以上;另一項研究發現,在剛吃過含有蔗糖聚酯的香蕉鬆餅的人中,流向心臟的血流量增加了 10% 以上。

在這裡我想讓你注意兩點,第一,這篇文章提到這項研究發表於 2001 年,所以它們是相當舊的研究,但目前都還沒有太多其他研究支持相同的療效。

其次,這些研究是由寶潔贊助的,而寶潔正是試圖將蔗糖聚酯商業化販賣的公司,所以我會對這些研究結果持保留態度。

人類可以消化蔗糖聚酯嗎?

根據加拿大國家百科全書《The Canadian Encyclopedia》發表的題為〈Olestra Controversy〉的文章,以及另一篇題為《Olestra Eaters, Beware》、由 WebMD 發表的文章,蔗糖聚酯可能會阻礙必需的維生素和營養素的吸收。它也可能導致腸胃脹氣和腹瀉,因為如果脂肪不能被身體吸收,它最終必須「去某個地方」。

但在 1996 年,儘管營養學家和消費者權益倡導者強烈反對,美國 FDA 仍批准將蔗糖聚酯用於鹹味零食和餅乾——前提是包裝上必須有警告消費者「該相關食品可能導致消化不良」的標示。

​​在 2000 年 2 月 15 日出版的《內科醫學年鑑》(Annals of Internal Medicine)上,由醫學博士 Ranga Balasekaran 領導的研究小組還發現,經常食用含有蔗糖聚酯的薯片,可能會被檢測出偽陽性的脂肪瀉,因為蔗糖聚酯獨特的化學成分很可能讓他們的糞便中含有大量脂肪,導致昂貴和不必要的醫學測試。

含有蔗糖聚酯的產品還在市面上流通嗎?

根據 Insider 於 2017 年發表的一篇題為「在美國合法但在其他國家禁止的 6 種食品」的文章,由於蔗糖聚酯的食用行為與兒童胃腸道疾病成人嚴重腹瀉有關,並且還被發現會增加食慾,完全抵消了(宣稱的)潛在益處,因此在加拿大和歐洲國家被禁止。但你有可能在美國的食品中找到蔗糖聚酯,有時還會以其品牌名稱「Olean」代稱。

蔗糖聚酯真的不含脂肪嗎?

根據公共利益科學中心(CSPI) ,一家總部位於華盛頓特區的非營利性監督機構和消費者權益倡導組織,雖然製造商可以銷售帶有蔗糖聚酯的油膩低脂零食,但他們建議還是使用「以烘烤代替油炸」等傳統卡路里管控策略更為安全,而且由於技術上含有大量不易消化的脂肪,因此 CSPI 的立場是使用 蔗糖聚酯製成的產品不應標榜為「無脂肪產品」。

參考資料

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羅紹桀
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目前在美國一家數位行銷公司當SEO分析師,特別愛Google的What People Also Ask功能所以還特地開了一個Youtube頻道專門分享各種關鍵字會觸發什麼PAA。 影片皆有中文字幕歡迎訂閱:https://www.youtube.com/channel/UClgRDretD9XNp3ydod8TIlA/videos

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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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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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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