113 年 國立成功大學環境工程學系碩士班乙組《環境工程概論》

核心觀念

本題評量都市污水處理廠（Municipal Wastewater Treatment Plant, MWWTP）之程序單元定位與功能機制，核心觀念包含：

1. 處理層級定義：污水處理依去除目標物之物化性質與粒徑分為初級（物理沉降）、二級（生物分解有機物）、三級／高級處理（營養鹽、難分解物、微量污染物去除）。
2. 生化氧需求（$\mathrm{BOD}$）之生物轉換機制：二級處理藉由好氧微生物代謝，將溶解性與膠體性可生物分解有機碳（$\mathrm{CBOD}$）轉化為細胞生物質（Biomass）與無機終產物（$\mathrm{CO}_2$、$\mathrm{H}_2\mathrm{O}$），再配合二次沉澱池分離固液。
3. 富營養化控制與水再利用需求：三級處理針對二級放流水殘留之氮（$\mathrm{N}$）、磷（$\mathrm{P}$）、難分解有機物（Refractory Organics）、微量重金屬及溶解性固體，採用物化沉澱、生物脫氮除磷、深層過濾、膜分離或高級氧化等技術達成深度淨化。

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解題方法

回答本申論題時，採「目標（Objective）與機制工法（Achievement Method）雙軌並重」之結構化佈局：

1. 二級處理（Secondary Treatment）：
   • 先破題指出其去除對象為初級沉澱後殘留之「溶解性及膠體性可生物分解有機物」與「微細懸浮固體（SS）」。
   • 次論述其達成途徑：利用好氧微生物之生化代謝（合成與異化作用），並列舉懸浮生長（如活性污泥法）與附著生長（如生物濾池、MBBR）等主流工法，搭配二沉池重力沉降去除生物膠羽。
2. 三級處理（Tertiary / Advanced Wastewater Treatment）：
   • 點出主要目的為「去除常規二級處理無法有效削減之特定污染物」（植物營養鹽 $\mathrm{N}$、$\mathrm{P}$、難分解有機物、病原體、微量新興污染物），以符合高標準放流水要求或水資源再生回收。
   • 詳述技術達成途徑：按污染物類別分類說明（生物硝化／脫硝除氮、化學混凝沉澱除磷、砂濾／活性碳吸附、薄膜技術及深度消毒）。

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題旨架構與評分要素分析

本題為非選擇題（配分 10%），評分要點分為四大象限，作答時須均衡涵蓋：

評分項目	審題核心與關鍵字要求	常見失分缺失
二級處理主要目的	去除「可生物分解有機物」（$\mathrm{BOD}_5$ / $\mathrm{COD}$）及殘留微細「懸浮固體物」（$\mathrm{SS}$），削減水體耗氧負荷。	僅泛稱「去污」或漏寫「溶解性與膠體性有機物」。
二級處理達成機制	利用「好氧生物代謝」將有機碳轉化為細胞生物質（膠羽），並於「二沉池」固液分離（沉降）。	只寫出曝氣池，忽略固液分離與污泥迴流/廢棄單元。
三級處理主要目的	去除二級放流水殘留之「植物營養鹽」（$\mathrm{N}$、$\mathrm{P}$，防範優養化）、難分解有機物、色度、病原菌與溶解性鹽類，提供水體涵養或再生水利用。	混淆「三級處理」與一般「消毒單元」，未提及營養鹽（$\mathrm{N}$、$\mathrm{P}$）的去除。
三級處理達成機制	涵蓋生化法（硝化／脫硝、生物除磷 $\mathrm{EBPR}$）與物化法（化學除磷、砂濾、活性碳吸附、$\mathrm{AOPs}$、$\mathrm{RO}$ 逆滲透）。	工法列舉單一，未區分除氮、除磷與物理過濾之機制差異。

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解題技巧

1. 對稱條列呈現：二級與三級各自依「Principal Objective」與「How Achieved」分段，段落標明清楚，閱卷老師能在 15 秒內核對關鍵字給分。
2. 化學式與專業名詞標註：適當帶出 $\mathrm{BOD}_5$、$\mathrm{NH}_4^+ \rightarrow \mathrm{NO}_3^- \rightarrow \mathrm{N}_2$、$\mathrm{Fe}^{3+} / \mathrm{Al}^{3+}$ 混凝沉澱、活性污泥法（Activated Sludge Process, ASP）、生物營養鹽去除（Biological Nutrient Removal, BNR）等專業縮寫，展現科班專業度。
3. 避免過度聚焦冷門程序：以活性污泥法、砂濾、化學除磷等標準工法為主幹，膜分離（MBR/RO）作為延伸加分項即可，切忌長篇大論單一先進技術而忽略基礎程序。

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【答案】

一、 二級處理（Secondary Treatment）

1. 主要目的（Principal Objective）

• 去除水中溶解性與膠體性之可生物分解有機物（Biodegradable Organic Matter）：以生物化學需氧量（$\mathrm{BOD}_5$）或化學需氧量（$\mathrm{COD}$）為指標，防止放流水排入受納水體後消耗溶氧造成水質黑臭。
• 進一步去除初沉池未完全沉降之懸浮固體（Suspended Solids, SS）。
• 去除率基準：一般都市污水處理廠之二級處理要求 $\mathrm{BOD}_5$ 及 $\mathrm{SS}$ 達到 $85\%$ 以上之去除率（放流水濃度常需降至 $20 \sim 30\ \mathrm{mg/L}$ 以下）。

核心觀念

**蘭吉利飽和指數（Langelier Saturation Index, 簡稱 LSI）是給水工程與水處理領域中，評估水質在特定溫度下對碳酸鈣（$\text{CaCO}_3$）之結垢傾向（Scale-forming tendency）或腐蝕傾向（Corrosive tendency）**最常用的熱力學指標。

1. LSI 的定義與數學表示式

LSI 定義為水樣的實際 pH 值（$\text{pH}_a$）與水樣達到碳酸鈣飽和時的理論 pH 值（$\text{pH}_s$，Saturation pH）之差值：

$$\text{LSI} = \text{pH}_a - \text{pH}_s$$

其中，飽和 pH 值（$\text{pH}_s$）由碳酸鈣溶解度平衡、重碳酸根解離平衡及水的離子積常數推導求得，標準實用計算式如下：

$$\text{pH}_s = (9.30 + A + B) - (C + D)$$

亦常直接以化學參數表示為：

$$\text{pH}_s = \text{p}K_2 - \text{p}K_{\text{sp}} + \text{p}[\text{Ca}^{2+}] + \text{p}[\text{Alk}]$$

式中：

• $\text{p}K_2$：碳酸的第二級解離常數（$\text{H}\text{CO}_3^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-}$）之負對數。
• $\text{p}K_{\text{sp}}$：碳酸鈣溶解度積常數（$\text{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-}$）之負對數。
• $\text{p}[\text{Ca}^{2+}]$：鈣離子莫耳濃度（或以 $\text{CaCO}_3$ 計之濃度）的負對數。
• $\text{p}[\text{Alk}]$：以甲基橙鹼度（主要為重碳酸根鹼度）的負對數。

2. 指數判讀標準

• $\mathbf{\text{LSI} > 0}$：水質處於碳酸鈣過飽和狀態（Supersaturated），傾向析出 $\text{CaCO}_3$ 沈澱，具結垢性（Scale forming）。
• $\mathbf{\text{LSI} = 0}$：水質處於碳酸鈣化學平衡狀態（Saturated equilibrium），不具結垢性亦不具腐蝕性。
• $\mathbf{\text{LSI} < 0}$：水質處於碳酸鈣未飽和狀態（Undersaturated），能溶解碳酸鈣，無法形成保護性碳酸鈣被膜，具**腐蝕性（Corrosive）**或侵蝕性。

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解題方法：影響 LSI 的關鍵因素（Factors Affecting LSI）

影響 LSI 的物理化學因子即決定 $\text{pH}_a$ 與 $\text{pH}_s$ 的各項水質參數，共有五大核心影響因素：

1. 水樣的實際酸鹼值（$\text{pH}_a$）

   • $\text{pH}_a$ 直接出現在 $\text{LSI} = \text{pH}_a - \text{pH}_s$ 中。
   • $\text{pH}_a$ 升高，水中的 $\text{CO}_3^{2-}$ 比例提升，LSI 隨之增大（傾向結垢）；$\text{pH}_a$ 降低，LSI 減小（傾向腐蝕）。

2. 鈣離子濃度（$\text{Ca}^{2+}$ Concentration）

   • 水中鈣硬度越高，$\text{p}[\text{Ca}^{2+}]$ 越小，使得 $\text{pH}_s$ 下降。
   • 由於 $\text{pH}_s$ 降低，導致 $\text{LSI}$ 上升，使水質趨向結垢。

3. 總鹼度（Total Alkalinity，主要為 $\text{HCO}_3^-$）

核心觀念

1. 空氣品質指標（Air Quality Index, AQI）的定義：
   我國環境部（前行政院環境保護署）於民國 105 年（2016 年）12 月整合原有的「空氣污染指標（PSI）」與「細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）指標」，正式整併推出「空氣品質指標（AQI）」。AQI 係依據各項空氣污染物對人體健康的影響程度，將當日空氣中各污染物的濃度數值，透過分段線性內插法轉換為 $0 \sim 500$ 的無量綱副指標值，並以當日**各副指標中之最大值（Maximal Sub-index）**作為該測站之整體 AQI，亦即：

   $$\text{AQI} = \max (I_1, I_2, \dots, I_n)$$

   其中指標數值最高之污染物，即定義為該測站當日的「指標污染物」（Dominant / Primary Pollutant）。

2. 納入 AQI 評估的 6 項主要空氣污染物：
   依台灣現行法規標準，AQI 涵蓋以下 6 項指標污染物：

   • 臭氧（$\text{O}_3$）：採 8 小時移動平均值或 1 小時平均值。
   • 細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）：採 24 小時移動平均值或即時濃度。
   • 懸浮微粒（$\text{PM}_{10}$）：採 24 小時移動平均值或即時濃度。
   • 一氧化碳（$\text{CO}$）：採 8 小時移動平均值。
   • 二氧化硫（$\text{SO}_2$）：採 1 小時平均值或 24 小時移動平均值。
   • 二氧化氮（$\text{NO}_2$）：採 1 小時平均值。

3. AQI 六級分級與顏色警示制度：
   指標分為 6 個等級區間，分別對應專屬顏色及健康影響防護建議。

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解題方法

本題為標準的觀念問答題，配分 10 分。答題切入點分為三大主軸：

1. 清楚定義 AQI：說明其整併背景、計算基本精神（副指標最大值原則）與目的（向大眾提供即時且易懂的健康風險評估）。
2. 完整列舉 6 項空氣污染物：包含中文名稱、化學符號（或常用簡稱）及對應時間尺度。
3. 系統化呈現 AQI 分級制度：以表格條列方式呈現「數值範圍」、「代表顏色」、「健康影響程度／等級名稱」與「對人體之影響及活動建議」。

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申論詳解與分級說明

一、 AQI 定義（Definition of AQI）

空氣品質指標（Air Quality Index, AQI）是將空氣中多種污染物濃度，依其對人體健康的短期暴露危害評估，透過分段線性方程式換算為 $0$ 至 $500$ 之個別副指標值（Sub-index），再取其中的最大值作為該監測站之代表性綜合指標值。其主要目的在於將複雜的儀器監測濃度轉化為單一、簡明且直觀的指標，向社會大眾發布即時的空氣品質與健康防護警示。

二、 納入計算的 6 項空氣污染物（Six Air Pollutants Considered）

台灣 AQI 涵蓋之 6 項空氣污染物如下：

1. 臭氧（$\text{O}_3$, Ozone）
2. 細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$, Fine Particulate Matter）
3. 懸浮微粒（$\text{PM}_{10}$, Particulate Matter）
4. 一氧化碳（$\text{CO}$, Carbon Monoxide）
5. 二氧化硫（$\text{SO}_2$, Sulfur Dioxide）
6. 二氧化氮（$\text{NO}_2$, Nitrogen Dioxide）

三、 台灣 AQI 分級標準（Classification Levels in Taiwan）

台灣 AQI 共分為 6 個等級區間，各等級之範圍、代表色與健康影響說明如下表：

核心觀念

本題考查空氣污染學中的經典主題——光化學煙霧（Photochemical Smog）。

1. 定義：光化學煙霧屬於二次污染物（Secondary Pollutants）混合物，主要是由大氣中的氮氧化物（$\text{NO}_x$）與揮發性有機物（VOCs），在**強烈日光（紫外線 UV）**照射下，經由一系列複雜的光化學鏈反應所生成的氧化性煙霧（又稱洛杉磯型煙霧，Los Angeles-type smog）。
2. 關鍵組成成分：
   • 前驅物（Primary Pollutants）：$\text{NO}_x$（主要為 $\text{NO}$ 與 $\text{NO}_2$）、VOCs / RH（碳氫化合物）。
   • 主要二次氧化產物：臭氧（$\text{O}_3$）、過氧乙醯硝酸酯（Peroxyacetyl Nitrate, PAN）、醛類（Aldehydes，如甲醛、丙烯醛）及硝酸霧／有機氣膠（硝酸鹽、二次有機氣膠 SOA）。
3. 發生環境條件：強烈陽光、高溫、低風速、盆地或大氣逆溫（Inversion）等不利擴散之氣象與地形條件。

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解題方法

本題為標準申論定義與機制題，共 10 分，配分應分為兩部分：

1. 定義（約 3～4 分）：精確點出「前驅物（$\text{NO}_x$、VOCs）」、「驅動能量（陽光/紫外線 UV）」、「二次污染物性質（強氧化性）」及「主要危害成分（$\text{O}_3$、PAN、醛類）」。
2. 生成機制（約 6～7 分）：必須以核心光化學反應方程式分階段推導：
   • 階段一：$\text{NO}_2$ 光解與 $\text{O}_3$ 之光化學動態平衡（萊頓循環，Leighton relationship）。
   • 階段二：VOCs 與羥基自由基（$\cdot\text{OH}$）反應，生成過氧自由基（$\text{RO}_2\cdot$）。
   • 階段三：$\text{RO}_2\cdot$ 奪取 $\text{NO}$ 轉化為 $\text{NO}_2$，打破光化學平衡，導致 $\text{O}_3$ 異常累積。
   • 階段四：副反應生成 PAN、醛類與硝酸終端產物。

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詳細推導與機制說明

1. 光化學煙霧之定義 (Definition of Photochemical Smog)

光化學煙霧（Photochemical Smog，又稱氧化型煙霧或洛杉磯型煙霧）是指主要源自交通運輸工具與工業排放之氮氧化物（$\text{NO}_x$）與揮發性有機化合物（VOCs / RH），在大氣滯留且具**強烈紫外線（$\text{UV}$，$h\nu < 420\text{ nm}$）**照射的條件下，經由自由基連鎖反應轉化生成的複合型二次大氣污染。其主要成分包括高濃度的對流層臭氧（$\text{O}_3$）、過氧乙醯硝酸酯（PAN）、醛類（$\text{RCHO}$）以及微細懸浮微粒（二次有機氣膠），外觀呈現黃褐色霾害，具有強氧化性，會造成眼睛與呼吸道強烈刺激、植物葉片壞死及橡膠老化脆裂。

2. 生成機制 (Formation Mechanism)

光化學反應的本質是「自由基催化的循環反應」，具體機制可分為四個核心階段：

(1) $\text{NO}_2$ 光解與自然光平衡（無 VOCs 介入時）

大氣中二氧化氮（$\text{NO}_2$）吸收波長小於 $420\text{ nm}$ 的紫外光分解，釋出高活性的氧原子（$\text{O}(^3\text{P})$）：

$$\text{NO}_2 + h\nu \rightarrow \text{NO} + \text{O}$$

活性氧原子迅速與大氣中的氧分子（$\text{O}_2$）在第三體（$\text{M}$，如 $\text{N}_2$ 或 $\text{O}_2$）協助下碰撞結合生成臭氧（$\text{O}_3$）：

$$\text{O} + \text{O}_2 + \text{M} \rightarrow \text{O}_3 + \text{M}$$

若大氣中僅有 $\text{NO}_x$，生成的 $\text{O}_3$ 會立刻將 $\text{NO}$ 氧化回 $\text{NO}_2$（滴定效應，Titration effect）：

$$\text{O}_3 + \text{NO} \rightarrow \text{NO}_2 + \text{O}_2$$

上述三式構成光化學平衡（Leighton relationship），淨反應速率趨於動態平衡，臭氧不會產生異常累積。

(2) 自由基起始與碳氫化合物（VOCs）活化

陽光使大氣中的微量 $\text{O}_3$ 或亞硝酸（$\text{HONO}$）光解，並與水蒸氣反應生成大氣中最主要的氧化劑——羥基自由基（$\cdot\text{OH}$）：

$$\text{O}_3 + h\nu \rightarrow \text{O}_2 + \text{O}(^1\text{D})$$ $$\text{O}(^1\text{D}) + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\cdot\text{OH}$$

$\cdot\text{OH}$ 攻擊大氣中的碳氫化合物（$\text{RH}$，即 VOCs），奪取氫原子並生成有機自由基（$\text{R}\cdot$）：

$$\text{RH} + \cdot\text{OH} \rightarrow \text{R}\cdot + \text{H}_2\text{O}$$

有機自由基極具活性，迅速與氧氣化合生成有機過氧自由基（$\text{RO}_2\cdot$）：

$$\text{R}\cdot + \text{O}_2 \rightarrow \text{RO}_2\cdot$$

(3) 打破平衡與臭氧累積機制（關鍵反應）

$\text{RO}_2\cdot$（或氫過氧自由基 $\text{HO}_2\cdot$）具備強氧化性，會搶先一步將 $\text{NO}$ 氧化為 $\text{NO}_2$，而此過程**完全不消耗 $\text{O}_3$*

核心觀念

本題旨在測驗有害事業廢棄物前處理與最終處置之關鍵技術——固化法（Solidification）與穩定化法（Stabilization）（合稱 S/S 技術）的學理定義、處理機制及主要目的。考生須精確區分兩者在「物理包覆」與「化學形態轉變」上的本質差異，並掌握有害廢棄物進入掩埋場前藉由 S/S 達成毒性溶出量減低與物理承載力提升的工程目標。

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解題方法

回答本題應採「對比剖析法」，針對題目要求的 定義（Definition） 與 目的（Objective），分別就固化法與穩定化法進行結構化論述：

1. 固化法（Solidification）：

   • 定義：在廢棄物中添加固化劑（如波特蘭水泥、飛灰、石灰、瀝青或熱塑性塑膠等），透過水化反應或黏結固著機制，將液態、半固態（污泥）或粉狀廢棄物轉化為具備足夠結構強度、低滲透性固體塊材（Monolith）的物理處理技術。該過程通常不涉及有害成分化學鍵的改變，而是將污染物「物理包覆（Micro/Macro-encapsulation）」在固化基質中。
   • 目的：
     • 降低滲透性與受侵蝕面積：大幅縮小廢棄物比表面積，降低水力傳導係數（Hydraulic Conductivity），抑制水流侵蝕與浸出。
     • 提升物理機械強度：提高無圍壓縮強度（Unconfined Compressive Strength, UCS），以符合衛生掩埋場之覆土承載與抗壓標準，防止坍塌。
     • 改善搬運與處置便利性：將難以處理的流體、污泥轉為易於運輸、堆疊及最終掩埋之固態形態。

2. 穩定化法（Stabilization）：

   • 定義：在廢棄物中加入化學藥劑（如硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽、pH 調整劑、螯合劑等），透過化學沉澱、錯合反應、氧化還原或晶格吸附，使有害物質轉化為化學性質極鈍化、難溶、低毒性或化學鍵結態之化合物的化學處理技術。該過程不必然要求改善廢棄物的物理狀態或強度。
   • 目的：
     • 降低有害成分的溶解度與移動性（Mobility）：藉由生成極難溶沉澱物（如金屬硫化物、金屬氫氧化物）或礦物晶格包容，阻斷有害離子釋放。
     • 降低毒性與生物可利用性（Bioavailability）：改變污染物的價態或化學形態（如將高毒性六價鉻 $\text{Cr}^{6+}$ 還原為低毒、易沉澱的三價鉻 $\text{Cr}^{3+}$）。

核心觀念

本題探討都市固體廢棄物（Municipal Solid Waste, MSW）的最佳處置策略。考驗考生對於現代固體廢棄物管理之整體架構理解，核心理論為整合性固體廢棄物管理（Integrated Solid Waste Management, ISWM）與廢棄物管理階層（Waste Management Hierarchy）：

1. 廢棄物管理階層（優先順序）：源頭減量（Source Reduction / Prevention） $\to$ 資源再利用與回收（Reuse & Recycling） $\to$ 能源回收／焚化發電（Energy Recovery / Waste-to-Energy, WtE） $\to$ 最終處置／衛生掩埋（Final Disposal / Sanitary Landfill）。
2. 單一處理法 vs. 系統性整合：現代環境工程不存在單一「萬能」的處理方法，最佳處置策略必為因地制宜的「整合式處置方案（Integrated Approach）」，並以台灣高人口密度、土地資源有限、海島型地理特徵為背景進行評估。

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解題方法

本題為申論與觀點陳述題，論述切入點應分為兩層次：

• 第一層次（宏觀管理原則）：指出「最佳處置方法」並非單一技術，而是貫徹「廢棄物管理階層（Waste Management Hierarchy）之整合性固體廢棄物管理（ISWM）」。
• 第二層次（終端處置技術與台灣實務）：針對不可避免產生之終端廢棄物，評估為何「焚化結合能源回收（WtE）輔以灰渣再利用及衛生掩埋」為台灣現況下的最佳終端技術組合。

論述架構如下：

1. 首要策略：源頭減量與資源循環（3R原則）
   • 源頭減量（Reduction）：透過政策工具（如垃圾隨袋徵收制度、源頭包裝減量、禁用一次性塑膠製品）從生產與消費端降低人均垃圾產出量（題幹提及之 $1.3\text{ kg/人-日}$）。
   • 再使用與資源回收（Reuse & Recycling）：推動嚴格廚餘分類、資源垃圾回收及循環經濟（Circular Economy），將資源回流至工業與農業循環。
2. 末端核心：高效焚化與生質能轉化（Waste-to-Energy, WtE）
   • 高減容比：焚化可達到約 $85\% \sim 90\%$ 的體積縮減率與約 $70\% \sim 75\%$ 的重量縮減率，極度適合地狹人稠、缺乏掩埋場用地的台灣。
   • 能源回收：現代焚化廠配備高效率汽電共生系統（轉廢為能），兼具減容與低碳基載電力供應功能。
   • 有機廢棄物資源化：廚餘等易腐敗有機物採厭氧消化（Anaerobic Digestion）產沼氣發電，或高溫堆肥，避免降低焚化爐熱值並減少滲出水。
3. 最終防線：固化/再利用與衛生掩埋（Sanitary Landfill）
   • 焚化底渣經篩分熟化後製成再生粒料（用於道路級配、控制性低強度回填材料 CLSM）。
   • 飛灰屬有害事業廢棄物，經螯合固化處理至符合溶出標準（TCLP）後，送至衛生掩埋場掩埋，作為系統不可或缺的兜底設施。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。針對各項單一 MSW 處理方法之優缺點分析與為何不能單獨作為「最佳方法」說明如下：

核心觀念

本題考查如何解讀減碳技術的成本趨勢圖。實線表示各年份的平均單位成本，淺色區域表示第 5 至第 95 百分位的成本範圍；發電技術以 2020 年美元／MWh 表示，電動車鋰離子電池組則以 2020 年美元／kWh 表示。

解題方法與圖表判讀

比較各技術的長期走勢、變化幅度與波動程度：太陽光電的單位成本大幅下降，陸域風電也呈下降趨勢；離岸風電的成本變化較不平順，整體降幅相對有限。電動車電池組成本則大幅降低。圖中的化石燃料成本基準線顯示，部分再生能源技術與電動車電池成本已降至該基準以下。

核心觀念

圖中顯示，太陽光電、陸域風電與電動車鋰離子電池的單位成本，近年整體呈下降趨勢；部分再生能源成本已低於圖中的 2020 年化石燃料成本參考線。但成本降低只代表技術更具經濟競爭力，能否大規模採用，仍受土地、電網、能源穩定性、基礎設施與環境條件限制。

解題方法

分別從「再生能源如何接入並穩定供電」與「電動車如何充電並降低使用門檻」切入。臺灣的地理與電力系統條件，決定了再生能源發展和電動車普及各自面臨的關鍵挑戰。

再生能源的採用挑戰

臺灣人口密集、土地有限，太陽光電設置須與農地、漁業、住宅及生態保育協調；風電則須處理場址、海域使用、漁業及環境影響等議題。再生能源發電量會隨日照與風況變化，供電具有間歇性，因此需要擴充電網、建置儲能，並提升電力調度與備援能力。臺灣也須因應颱風、地震等自然條件，確保設備耐受性與維修能力。成本下降有助於採用，但土地、併網、儲能與系統韌性仍是推廣關鍵。

核心觀念

本題考查各部門的減碳路徑，以及如何以「減少排放」和「移除碳」共同達成淨零。淨零不是每個部門都完全沒有排放，而是先盡量減少排放，再由森林等碳匯吸收難以避免的剩餘排放，使排放與移除量達到平衡。

圖中 2019 年總淨排放為 265.6 MtCO₂e，森林碳匯為 −21.4 Mt；2050 年規劃則包括去碳化電力、部門電氣化、新燃料，以及森林與其他碳移除措施。

解題方法

題目要求從五個部門中選三個，說明達成轉型所需的資源或技術。作答時可選圖中有明確目標或技術的部門，並逐一交代「減排或移除的方式」及「所需資源或技術」。以下選擇電力、工業與森林。

部門轉型說明

一、電力部門

2050 年的目標是達成去碳化電力，圖中列出再生能源占 60–70%、氫能占 9–12%、天然氣搭配碳捕集與封存（CCUS）占 20–27%，以及抽蓄儲能占 1%。因此需要大規模建置太陽光電、風力等再生能源，並發展氫能與搭配 CCUS 的發電技術。由於再生能源受日照與風況影響，還需要抽蓄等儲能和電網調度，維持供電穩定。圖中亦指出電氣化使電力需求增加約 50%，所以發電去碳化必須與電網、儲能及供電能力的擴充同步進行。

二、工業部門

核心觀念

本題評量溫室氣體減排技術與淨零碳排（Net Zero）策略的核心工具——碳捕集、再利用與封存（Carbon Capture, Storage, and Utilization, CCSU）（亦常稱 CCUS）。

CCSU 是一套減緩氣候變遷的整合技術鏈，涵蓋從大型排放源（如燃煤電廠、鋼鐵廠、水泥廠）或直接由大氣中（DAC）分離並收集二氧化碳（$\text{CO}_2$），經加壓運輸後，選擇進行永久地質隔離（封存，Storage）或轉化為具經濟價值的化學品、燃料與建材（再利用，Utilization），以達成深層減碳與循環經濟之目的。

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解題方法

解答申論名詞解釋題時，採「整體定義 $\rightarrow$ 三大核心環節拆解 $\rightarrow$ 價值與挑戰」的三段式架構切入，條理分明且兼顧技術細節與工程應用：

1. 整體定義

CCSU（Carbon Capture, Storage, and Utilization）即「碳捕集、封存與再利用」，指將工業製程或能源生產過程中產生的 $\text{CO}_2$ 分離捕集，避免其排入大氣，並透過運輸網絡，將其深部注入地下岩層長期隔離（Storage），或透過物理、化學、生物轉換途徑將其轉化為有用資源（Utilization）的綜合技術系統。

2. 三大核心單元拆解

• 碳捕集（Carbon Capture, CC）：
  • 燃燒後捕集（Post-combustion）： 最成熟技術，處理煙道氣（含低濃度 $\text{CO}_2$），常用化學吸收法（如醇胺類溶劑 MEA）。
  • 燃燒前捕集（Pre-combustion）： 燃料先經氣化重組產生合成氣（$\text{CO} + \text{H}_2$），經水煤氣轉化後以物理吸收法（如 Rectisol、Selexol）分離高壓 $\text{CO}_2$。
  • 富氧燃燒（Oxy-fuel combustion）： 以純氧取代空氣進行燃燒，產生的煙道氣主要為高純度 $\text{CO}_2$ 與水蒸氣，冷凝脫水即可分離。
  • 直接空氣捕集（Direct Air Capture, DAC）： 直接自環境大氣中吸附超低濃度（約 420 ppm）的 $\text{CO}_2$。
• 碳封存（Carbon Storage, CS）：
  • 將高壓超臨界狀態（Supercritical $\text{CO}_2$）注入深部地質構造中永久封存。