網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

永續的數學不一樣,把「科技」放到分母

昱夫
・2014/11/25 ・1718字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 575 ・九年級
5059642023_2f265776d7_z
再生能源 From Flickr. CC: Motorito.

永續的數學,不一樣。在1968年Paul Ehrlich的暢銷書《人口炸彈》(The population bomb)中,將人口成長帶來的影響(主要指環境、能源面向),簡化成ㄧ條簡單的數學式:影響(impact)=人口(population)×富裕(affluence)×科技(technology);二十多年後的今天,推動永續發展的先鋒Ray Anderson問道:對於環境與社會,「科技」,是否可以從分子移到分母,使其發展有助於改善環境,而非增加環境的負擔?

Ray Anderson的理想有人將之比喻成「21世紀的阿波羅任務」,期待科技的發展能夠完全解決人類開發所帶來的種種問題,在多方面來評估都近乎不可能,但假使真的實現,將為未來開拓一個全新世代!與過去阿波羅任務不同,這項「永續科技任務」(Mission SusTech)失敗的代價,將是人口過度膨脹帶來的崩壞災難。

寫到這兒,我們或許已在心中蒙上ㄧ層陰影,擔心種種自然反撲來襲,從歷年電影災難片受歡迎的程度(明天過後、2012之類的),也可見這種存於心裡不常留意的恐懼是多麼普及化;不過好消息是,永續科技的發展已經走上軌道,甚至還不斷快速成長中!

發展趨勢

要了解科技發展趨勢,可以從各國重大研究計劃與投資金額中瞥見端倪。近年來,許多世界級經濟論壇列舉“十大前景技術”,都聚焦在乾淨能源、環境及改善社會的主題上,像是高效能水純化裝置、二氧化碳轉換、藥物傳遞及有機光電材料等等;2012年全球綠色研發報告(Global Green R&D report [1])裡提到,2007~2012年間挹注於乾淨科技、綠色經濟的金額高達3.6兆美金,其中包含2兆集中在再生能源、7000億在綠色建設、2410億在綠色科技相關的研發,以及智慧電網的2380億與提高能源效率的2310億!

根據2014年乾淨能源趨勢報告[2],在市場上,2013年針對特定乾淨能源技術像風能、太陽能、生質能發展的產業,估計有2480億美元的市場,並預計在2023年前能持續成長到3980億美元規模!這之中生質能擁有最大的市場(980億),接著是太陽能及風能。

5599777777_e9748c67fb_z
太陽能 From Flickr. CC: Tim Fuller

專利申請方面,世界智慧財產權組織(World Intellectual Property Organization, WIPO)的報告顯示[3],針對減緩氣候變遷與再生能源相關技術,過去5年間申請的專利便超越了之前30年的數量!從成長速率來看,全球所有登記的專利數目於2006至2011年間成長了6%,而若單就再生能源技術來看,成長數卻高達24%,在在凸顯出其發展之快速!同樣驚人的是,這些新的再生能源技術專利申請,很多是來自亞洲地區與開發中國家(如中國、南韓),打破了傳統上已開發國家更著重乾淨能源的印象。

未來在哪裡?

隨著眾多能源議題因經濟、環境爭論浮上檯面,對於新興科技的需求更日益上升,其中一個明顯的例子,就是日本在核災後強力推行「去核電化」,自2013年9月15日以來,全日本擁有的48座核反應爐全數維持停機狀態,至今一年多時間,象徵的不只是對於傳統核能的不信任,更展現出對於再生能源技術的期待!綠色和平日本辦公室能源專案主任Kazue Suzuki表示,隨著這波再生能源使用需求的增加,預計到2020年,日本將有40%電力是來自再生能源!另外,麥肯錫全球研究中心(Mckinsey Global Institute)的研究也預測[4],目前針對能源、資源開發、物質科學的研發,將可以在2030年達到30%全球所需產值(其中有70%~85%是在開發中國家),若有效掌握這波趨勢,將可節省將近3兆美元的成本。

我們身處一個正在轉變的時代,面臨的能源問題,是場新的工業革命!「人類智慧對於技術的創新,將是解決環境與人口過度膨脹問題的關鍵」牛津大學企業與環境史密斯學院的David king說道。

由目前的趨勢看來,未來,將是一個能源多元化的時代,我們需要更高效「能」、更低污染的生活方式,仰賴著持續進步的科技,把永續的數學重新改寫!

延伸閱讀:

參考資料:

  1. 2012 Global Green R&D report
  2. Clean Energy Trends 2014
  3. Renewable Energy: New Study Shows Patenting Growth
  4. Resource revolution: Meeting the world’s energy, materials, food, and water needs

資料來源:

本系列文章由工研院綠能與環境研究所支持,PanSci編輯部策劃執行。

 

相關標籤: 能源多樣化
文章難易度
昱夫
57 篇文章 ・ 1 位粉絲
PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。


0

5
2

文字

分享

0
5
2

每人要種多少棵樹,才能抵銷一年所排放的二氧化碳?大約 20 棵

ntucase_96
・2022/01/02 ・2822字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自 CASE 科學報你一年的碳排放量,要用幾棵樹來抵?單木材積及固碳量計算

氣候變遷是近年最受重視的議題之一,十九世紀以來,由於工業化的開展,人類製造的二氧化碳量年年攀升,造成地球氣候的劇烈改變。你知道你一年當中,上廁所、煮飯,上網搜尋資料,還有雙十一和黑色星期五的網購和外送,以及其他所有日常行為,共排放多少二氧化碳嗎?

根據行政院環保署的報告,2019 年台灣每人每年平均排放二氧化碳當量約為 10.96 公噸/人[1]。十公噸大約等於一台大卡車的重量,聽起來相當驚悚,不過,你有沒有想過,要種多少棵樹,才能抵銷你排放的二氧化碳業障呢?

圖/Pexels

計算一棵樹的材積量

將碳排放量換算成樹木材積,並不是一件太難的事情,但需要一些計算步驟。你可能會覺得,一棵樹的材積量有什麼難的?阿不就一根長長圓柱體,底面積乘上樹高就打完收工了。

如果抱著這樣的想法,那就大錯特錯了!因為樹幹不是圓柱體,而是類似圓錐的形狀,並且可以切分成轆轤體、圓柱體、拋物線體和圓錐體四個部分計算(圖 1),如果用圓柱體計算,會出現很大的誤差!

(圖 1)單木縱剖面圖。 圖/Case 科學報

為了盡可能計算出正確的材積,林業領域有一套特定的計算方式。根據行政院農業委員會辦理國有林林產物處分作業要點,材積式的公式如下:

立木材積=(胸高直徑)2×0.79×樹高×形數

上面的算式中,胸高直徑、樹高為測量值,0.79為固定數,而形數指的是「立木材積形態常數」,下面用更白話的方式說明專有名詞所代表的涵意。

  • 胸高直徑(DBH , diameter at breast height,後簡稱胸徑)是林木測量時,最重要的測量值,它不但與樹幹材積的關係相關,且測量容易、誤差也較少,因此是調查時相當重要的一項參數。顧名思義,胸高直徑指的是人類站立時,胸高位置處,該處樹圍的直徑長,臺灣胸高直徑位置,指的是距離地面 1.3 公尺處,與歐洲各國相同。
  • 樹高,很直觀,就是樹的高度。測量樹高的方式不少,有直接測量、三角測量法等,雖然觀念簡單,但實際上測量作業卻相當不容易,一棵樹動輒十幾公尺,知名的【撞到月亮的樹】台灣杉(Taiwania cryptomerioides),甚至可以高達 70 公尺。因此,測量樹高遠比測量胸徑要花更多時間和力氣[2]
  • 立木材積形態常數,是考慮前述樹幹並非圓柱體的狀態,將計算值乘以此常數,使材積數值趨近於真實的情況。形數可藉由查閱「臺灣林產處分調查用立木材積表」(簡稱立木材積表)得知,若想要測量的樹種類形並沒有列在立木材積表上,則形數以 0.45 計算。
台灣杉(Taiwania cryptomerioides)。圖/iNaturalist

現在,假設我們要測量路邊一棵行道樹的材積,我們需要先測量它的胸徑、樹高。一棵胸徑 47 公分,樹高 11.01 公尺的行道樹[3],材積為:

(0.47)2×0.79×11.01×0.45≒0.8646(m3)

也就是說,這棵行道樹的材積量為 0.8646 立方公尺。[4]

如何換算碳儲存量?

一棵活生生的樹木跟人一樣,含有許多水分,且並非通通由碳所構成,所以單位材積同樣要經過換算,才能知道這棵樹到底含有多少公斤的碳。材積換算成固碳量的算式如下:

固碳能力 = 材積×絕乾比重×碳含量比例

絕乾比重,指的是木材經過烘乾,水分完全蒸發後,剩下的重量比例,而碳量百分比代表絕乾狀態的木材中,所含有碳的比例。如果要從頭算起,需要花不少的時間,不過這裡提到的兩個數據,都有現成的文獻可以參考(表 1)[5]

(表 1)臺灣常見造林樹種絕乾比重、碳含量百分比及轉換係數。
學名依照TaiCOL網站紀載,註記 * 號者,代表與原文獻不同。 圖/Case 科學報

因此,假設剛剛我們量的那棵行道樹為樟樹(Cinnamomum camphora),那麼,絕乾比重為 0.37,含碳量為 47%,那麼,這棵樹所含的碳重為:

0.8646×0.37×0.47 ≒ 0.150(t) = 150(kg)

也就是說,今天路邊一棵胸徑 47 公分,樹高 11 公尺左右的樟樹,它的固碳量僅有 150 公斤(而已)。

答案揭曉啦!

到這邊,你每年燒掉的樹木數量,已經呼之欲出了,1 公斤的碳,完全燃燒後約會產生 3.67 公斤的二氧化碳[6],讓我們繼續沿用那棵樟樹的數據,一棵樹可以儲存 150 公斤的碳量,則燃燒一棵樹,可以產生 550.5 公斤的二氧化碳。

一開始提到,台灣人每年平均排放 10.96 公噸的二氧化碳,因此:

10.96×1000÷550.5≒19.91(棵)

也就是說,你一年的碳排放量,大約等於燒掉 20 棵一個人無法合抱的大樟樹。當然,環保署的報告是將全台灣工業、製造業排放量都一起平均,對於小老百姓來說,可能有點不公平,不過不可否認,這樣的數字仍然很驚人。

一棵樹能長成大樹,需要花很多的時間,相當不容易,所以,還是不免俗的呼籲大家,減少垃圾排放,落實永續生活,並且,有機會就多種樹,對地球、環境來說,才是更友善的做法!

註解

  1. 行政院環境保護署(2001)我國國家溫室氣體排放清冊報告
  2. 外業調查中,因為逐棵測量樹高過於花費時間和人力成本,所以會使用胸徑與樹高間的換算公式,讓測量人員只要量胸徑,就可以推斷出樹的高度,此函式即稱為樹高曲線式。樹高曲線式的函式不只一種,藉由量測樣區內樣木的胸徑及樹高資料,配適(fit)若干個樹高曲線式,再用其他樣區的資料,找出預測表現最好的樹高曲線式,接下來的調查,就可用胸徑量測值推估樹高。
  3. 此數值參照台北市行道路燈資訊網,樹籍編碼 DA0070211149 之行道樹。https://geopkl.gov.taipei/
  4. 算式中的胸徑單位為公尺(0.47 公尺 = 47 公分)
  5. 林裕仁(1998)森林減碳能力之推算方法。《農政與農情》第 193 期。https://www.coa.gov.tw/ws.php?id=17871&print=Y
  6. 1 莫耳的純碳重量為 12 克,1 莫耳的二氧化碳重量為 44 克,比例為 44÷12≒3.67

參考文獻:

  1. 中華民國國家溫室氣體排放清冊報告
  2. 中興大學森林系空間資訊研究室彙編講義-林木測計學 第五章 立木測計
  3. 行政院農業委員會辦理國有林林產物處分作業要點
  4. 森林減碳能力之推算方法
  5. 攀上70公尺高「撞到月亮的樹」 澳洲團隊首度為台灣杉攝下「等身照」——環境資訊中心
  6. 臺灣物種名錄

 

ntucase_96
76 篇文章 ・ 908 位粉絲
CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。