114 年 國立中山大學環境工程研究所《環境工程概論（B）》

本題主要在探討如何提升工業廢棄物的資源化率，特別針對高雄市的工業特性提出具體策略。資源化率的提升是廢棄物管理的重要目標，旨在減少最終處置量並促進資源永續利用。

解題思路：
首先，理解「資源化率」的定義，即從廢棄物中回收再利用的物質或能量佔總廢棄物量的比例。
其次，分析高雄市工業的特性，主要為化工、石化及製造業，這些產業通常會產生大量的工業廢棄物，其中可能包含可回收的物質或具有能源價值的成分。
接著，思考提升資源化率的策略，可從源頭減量、回收再利用、能量回收等方面著手。
最後，針對高雄市的工業特性，提出兩種具體的、可行的策略，並說明其如何提升資源化率。

具體策略說明：

策略一：建立區域性工業廢棄物整合處理與再利用平台

1. 核心概念：針對高雄市石化、化工等產業產生的廢棄物特性相似性高、體積龐大且具高回收價值的潛力，建立一個集中管理、專業處理的平台，能有效提升資源化率。
2. 運作方式：
   • 廢棄物分類與清運：由平台協調，對各廠產生的廢棄物進行標準化分類，並規劃高效的清運網絡。
   • 技術研發與應用：平台投入資源研發或引進先進的廢棄物處理與再利用技術，例如：
     • 溶劑回收與再製：對於化工製程中產生的廢溶劑，進行精餾或化學處理，回收高純度溶劑再供應給產業使用。
     • 觸媒回收與再生：石化製程中使用的貴金屬觸媒（如鉑、鈀），透過專業技術進行回收與再生，減少原料開採及降低成本。
     • 高值化材料萃取：從特定工業廢棄物中萃取具有經濟價值的元素或化合物，例如從爐渣中回收金屬、從飛灰中回收稀土等。
   • 建立市場機制：將回收再利用的產品（如再生溶劑、再生觸媒、高值化材料）納入市場，與原物料競爭，形成良性循環。
   • 資訊化管理：建立廢棄物追蹤管理系統，掌握廢棄物產生、處理、再利用的流向，便於數據分析與決策。
3. 如何提升資源化率：
   • 透過專業技術處理，能將過去可能被視為無用或難處理的廢棄物，轉化為可再利用的資源，直接提高物質回收率。
   • 集中處理能降低單一廠商處理的門檻與成本，鼓勵更多廠商參與資源回收。
   • 建立市場機制能確保回收產品的去處，形成完整的產業鏈。

本題主要探討生物基塑膠（bio-based plastics）或可降解塑膠（biodegradable plastics）等塑膠替代材料的優勢與限制。這些材料是解決塑膠污染問題的重要潛力，但其廣泛應用仍面臨挑戰。

解題思路：
首先，定義「塑膠替代材料」，包含生物基塑膠（原料來自可再生資源）和可降解塑膠（能在特定環境下分解）。
接著，分析這些材料相較於傳統石化基塑膠的優勢，從環境、資源、功能等角度思考。
然後，深入探討它們目前應用受限的原因，分析其在成本、性能、生產、處理等方面的挑戰。
最後，將優勢與限制條列說明清楚。

塑膠替代材料的優勢：

1. 減少對化石燃料的依賴：
   • 生物基塑膠：原料來自玉米、甘蔗、馬鈴薯、藻類等可再生資源，而非有限的石油或天然氣，有助於能源永續。
   • 可降解塑膠：即使分解後，其組成物質也來自生物質，相較於傳統塑膠的持久性，能減輕環境累積壓力。
2. 降低環境污染與碳排放：
   • 生物基塑膠：生產過程的碳足跡可能較低（取決於原料來源、種植與加工過程），有些甚至在生長過程中能吸收二氧化碳。
   • 可降解塑膠：在特定條件下（如堆肥、厭氧消化）可分解為水、二氧化碳、甲烷及生物質，減少塑膠垃圾在環境中長久存在的微塑膠問題。
3. 促進循環經濟與生質能利用：
   • 可分解的塑膠可進入有機廢棄物處理系統（如工業堆肥），轉化為有價值的肥料或土壤改良劑。
   • 部分可降解塑膠在厭氧消化過程中可產生沼氣（生質能）。
4. 潛在的生物相容性：
   • 某些生物基或可降解塑膠具有良好的生物相容性，適合應用於醫療領域（如可吸收縫線、藥物載體）。

塑膠替代材料的限制：

1. 成本較高：
   • 目前生物基塑膠和可降解塑膠的生產成本通常高於傳統石化基塑膠，這限制了其在一次性用品、包裝等對價格敏感領域的應用。
   • 原料的種植、收成、運輸以及加工技術的開發，都增加了生產成本。
2. 性能限制：

本題主要探討台灣石化場址的有機污染整治技術，並要求提出一種「適合快速完成」的技術，並說明其運作原理。石化場址的有機污染通常較為複雜且場域廣大，因此「快速」是關鍵考量。

解題思路：
首先，理解石化場址常見的有機污染物，如烴類（苯、甲苯、乙苯、二甲苯 BTEX）、多環芳香烴（PAHs）、氯化烴等，這些污染物可能滲入土壤及地下水。
其次，思考「快速完成整治」的技術特性，通常指處理效率高、適用範圍廣、對環境干擾小、或能同時處理土壤與地下水。
接著，篩選出符合「快速」條件的整治技術，例如：

• 原位化學氧化 (ISCO)
• 原位生物修復 (ISB) / 加強型生物復育 (ISB)
• 土壤蒸汽抽離 (SVE)
• 熱處理 (如加熱設備)
• 地下水處理系統（如活性炭吸附、離子交換等，但這通常是末端處理，非快速整治場址污染）
• 挖掘處理 (Ex-situ treatment) - 雖然快，但成本高且產生二次污染問題。

考慮到「有機污染」和「快速」，原位化學氧化 (In-Situ Chemical Oxidation, ISCO) 或加強型生物復育 (Enhanced In-Situ Bioremediation, EISB) 都是不錯的選項。ISCO 通常能較快地破壞有機污染物，而 EISB 則利用微生物的代謝作用，在添加營養鹽或電子受體後，能有效處理多種有機物。

在此選擇 原位化學氧化 (In-Situ Chemical Oxidation, ISCO) 作為說明技術，因為其氧化作用能直接破壞有機分子結構，速度通常較快，且可針對土壤和地下水進行。

技術名稱： 原位化學氧化 (In-Situ Chemical Oxidation, ISCO)

適用對象： 主要用於處理受污染的土壤和地下水，尤其對烴類、氯化烴、酚類、農藥等有機污染物有效。

運作原理：
ISCO 技術是透過將強氧化劑（Oxidant）注入受污染的土壤或地下水區域，使其與污染物發生化學反應，將有機污染物氧化分解成較無害的物質，如二氧化碳、水、無機鹽等。

1. 氧化劑的注入：

   • 常用的氧化劑包括：過氧化氫 ($H_2O_2$)、過硫酸鹽（如過硫酸鈉 $Na_2S_2O_7$ 或過硫酸鉀 $K_2S_2O_7$）、臭氧 ($O_3$)、高錳酸鉀 ($KMnO_4$)、二氧化氯 ($ClO_2$) 等。
   • 注入方式可透過：
     • 直接注入：利用注水井將氧化劑溶液注入受污染區域。
     • 注氣：對於產生臭氧的氧化劑，可透過氣體注入井注入。
     • 噴灑/沖洗：在特定情況下，可將氧化劑噴灑於地表後滲入，或配合其他技術進行沖洗。

2. 氧化反應機理：

   • 當氧化劑進入污染區後，會與污染物直接接觸，發生氧化還原反應。

本題要求論述台灣的溫室氣體「增量抵換(碳權)」制度及其概念，以及台灣的「碳費」制度。這兩者都與溫室氣體減量和市場機制有關，但性質和目的有所不同。

解題思路：

1. 增量抵換 (Offsetting) / 碳權 (Carbon Credits)：

   • 解釋「增量抵換」的核心概念，即透過執行溫室氣體減量計畫（減量專案），產生額外的、可量化的減量成果，並將此成果轉化為「碳權」或「減量額度」。
   • 說明這些碳權的用途：通常是用於抵銷自身產生的溫室氣體排放，特別是對於無法透過技術或管理手段完全減量（或減量成本過高）的部分。
   • 論述申請原則：
     • 額外性 (Additionality)：這是最重要的原則。減量專案的減量成果必須是「額外的」，意指若沒有這個減量專案，這些減量是不會發生的。換句話說，專案的減量不是因為法規要求、產業常規或經濟上本來就會發生的。
     • 可量化性 (Quantification)：減量成果必須能夠被準確、可靠地計算和監測。
     • 可驗證性 (Verification)：減量成果需要經過獨立第三方機構的審查和驗證。
     • 永久性 (Permanence)：減量成果應是永久性的，不會在未來被釋放回大氣。
     • 無雙重計算 (No Double Counting)：同一份減量成果不能被計算兩次（例如，不能同時被專案本身和國家層級的減量目標計算）。
   • 說明台灣的相關制度，例如環保署推動的「溫室氣體減量抵換專案」及「國家溫室氣體登錄平台」。
   • 具體概念：可以舉例說明，例如一個工廠導入節能設備，其節省的能源所減少的排放量，如果超出法規要求，就可以申請為碳權。

2. 台灣的「碳費」制度：

   • 解釋「碳費」的核心概念，是一種對溫室氣體排放行為直接徵收的費用，目的是透過經濟誘因，促使排放源（特別是排碳大戶）進行減量。
   • 說明其性質：與「碳稅」類似，但通常是針對特定產業或排放源徵收，且費率可能由主管機關依據減量目標、經濟狀況等因素決定，具有一定的彈性。
   • 說明台灣的碳費制度：
     • 根據《氣候變遷因應法》的規定，主管機關（環保署）應依溫室氣體排放量、減量成效、產業特性、經濟狀況等因素，訂定碳費的徵收對象、種類、費率、計算方式及繳費辦法。
     • 碳費徵收的目的是為了推動減量，而非財政收入。
     • 徵收的碳費收入，應專款專用於溫室氣體減量、發展綠色能源、補助相關產業轉型、提升氣候韌性等用途。
     • 碳費的徵收對象主要是固定排放源，即年排放量達一定標準的企業。
     • 台灣已於 2024 年 1 月 1 日開始徵收第一批碳費，對象為年排放量超過 25,000 公噸 $CO_2e$ 的電力業、鋼鐵業、水泥業、半導體業、煉油業、汽車業、氟氯碳化物業等七大產業。

3. 兩者之間的關係與區別：

   • 目的：增量抵換是為了「擴大減量」和「提供減量彈性」，透過市場機制鼓勵更多減量行為；碳費是為了「直接約束高排放源」並「強制減量」，透過經濟壓力促使企業減排。
   • 機制：增量抵換是基於「自願性」或「部分強制性」專案產生的「減量額度」的交易；

本題要求運用 SWOT 分析法，針對台灣發展電動車（EVs）與電動機車（e-scooters）的未來挑戰進行說明與申論。SWOT 分析法是評估策略的常用工具，分別從內部優勢(S)、內部劣勢(W)、外部機會(O)和外部威脅(T)四個面向進行分析。

解題思路：

1. 理解題意：題目要求聚焦於「台灣發展電動車與電動機車的『未來挑戰』」，並使用 SWOT 分析法。這表示我們需要從這四個面向來探討，哪些是發展過程中可能遇到的困難或障礙。
2. SWOT 分析架構：
   • 內部優勢 (Strengths)：台灣在發展電動載具方面的優勢，例如科技產業基礎、製造能力、政府支持等。
   • 內部劣勢 (Weaknesses)：台灣在發展電動載具方面的劣勢，例如基礎設施不足、成本問題、充電時間、電池續航力、產業鏈完整性等。
   • 外部機會 (Opportunities)：外部環境中對電動載具發展有利的因素，例如全球環保趨勢、政策鼓勵、技術進步、市場需求增加等。
   • 外部威脅 (Threats)：外部環境中對電動載具發展不利的因素，例如傳統燃油車的價格優勢、充電設施普及的困難、電網負荷問題、國際競爭、電池原材料供應鏈風險等。
3. 聚焦「未來挑戰」：在進行 SWOT 分析時，要特別強調哪些因素會成為「未來發展的挑戰」。
   • 劣勢 (W) 本身就是挑戰。
   • 威脅 (T) 是外部環境帶來的挑戰。
   • 優勢 (S) 和機會 (O) 雖然看似正面，但若未能妥善利用，也可能轉化為挑戰（例如，未能抓住機會而落後於競爭者）。
4. 申論：在條列分析後，需要進行申論，將各項分析結果連結起來，闡述台灣發展電動載具所面臨的整體挑戰，並提出可能的應對方向。

SWOT 分析細項（聚焦挑戰）：

內部優勢 (Strengths) - 如何轉化為挑戰？

• S1: 台灣科技與製造業基礎：例如在半導體、電子零組件、精密製造方面有優勢。
  • 挑戰：若無法快速將這些優勢轉化為電動載具的關鍵技術（如電池管理系統 BMS、電機控制、輕量化材料），可能面臨技術整合的挑戰，或被更專注的國際大廠超越。
• S2: 政府政策支持與目標設定：例如設定載具電動化的目標、提供購車補助。
  • 挑戰：政策的持續性、補助的有效性、以及如何有效引導產業發展，若政策方向失誤或執行不力，也可能造成資源浪費或錯失發展契機。

內部劣勢 (Weaknesses) - 直接是挑戰

• W1: 充電/換電基礎設施不足與普及性：充電樁數量、佈點密度、充電速度、換電站的普及性仍有待提升，尤其是在都會區以外的地區。
  • 挑戰：影響使用者購車意願，造成「里程焦慮」。
• W2: 購置成本相對較高：電動車的初始購置成本（電池成本佔比高）通常高於同級燃油車。
  • 挑戰：限制了市場的普及速度，特別是對於價格敏感的消費者。
• W3: 電池技術與續航里程限制：雖然不斷進步，但部分車款的續航里程仍不如燃油車，且電池壽命與衰退問題仍需關注。
  • 挑戰：影響使用者的便利性與長期持有成本。
• W4: 產業鏈的完整性與關鍵零組件的自主性：部分關鍵零組件（如高品質電池芯、功率半導體）可能仍需依賴進口，自主性不足。
  • 挑戰：容易受國際供應鏈波動影響，增加成本與風險。
• W5: 既有燃油車相關產業的轉型壓力：汽車維修、加油站等傳統產業的員工技能、設備更新面臨挑戰。
  • 挑戰：可能引發社會經濟層面的阻力。

外部機會 (Opportunities) - 如何把握是關鍵，否則可能成挑戰

• O1: 全球環保意識提升與減碳趨勢：各國政府推動綠色交通政策，對電動載具需求增加。
  • 挑戰：若台灣未能抓住此機會，快速建立具競爭力的產業，將可能錯失全球市場。
• O2: 技術進步（電池技術、充電技術、智慧化）：電池能量密度提升、充電速度加快、車聯網與自動駕駛技術的發展。
  • 挑戰：需持續投入研發，否則可能無法跟上技術迭代的腳步。
• O3: 國際大廠的合作與投資機會：吸引國際廠商來台設廠或合作，有助於技術引進與產業升級。
  • 挑戰：如何確保技術移轉與在地化，避免過度依賴外部技術。
• O4: 能源轉型與再生能源發展：發展再生能源可降低電動車的充電碳足跡，提升其環保效益。
  • 挑戰：電網的穩定性與再生能源的供應量，若過度依賴火力發電，電動車的環保效益將打折扣。

外部威脅 (Threats) - 直接是挑戰

• T1: 國際電動車品牌的競爭：如 Tesla、BYD 等國際大廠已具備品牌、技術和規模優勢。
  • 挑戰：台灣本土品牌在國際市場的競爭力較弱，可能僅能滿足國內市場。
• T2: 電網負荷與穩定性問題：大量電動車同時充電可能對電網造成壓力，尤其是在尖峰時段。

本題要求說明生命週期評估 (Life Cycle Assessment, LCA) 的定義、架構與步驟，並探討如何運用 LCA 計算產品碳足跡，最後需舉例說明。

解題思路：

1. 生命週期評估 (LCA) 的定義：

   • 解釋 LCA 的核心概念，它是一個系統性的方法，用於評估一個產品（從原物料獲取、製造、使用到廢棄處理）在其整個生命週期中所產生的環境衝擊。
   • 強調其「從搖籃到墳墓」(Cradle-to-Grave) 的觀點。
   • 說明 LCA 的目的：識別環境衝擊的熱點，尋找改善的機會，以及提供產品環境資訊。

2. LCA 的架構與四大步驟：

   • LCA 的標準架構通常包含四個主要階段，依照 ISO 14040 系列標準定義。
   • 步驟一：目標與範疇界定 (Goal and Scope Definition)
     • 目標 (Goal)：說明為何要做 LCA（例如，比較兩種產品、尋找減量機會、產品宣傳等）。
     • 範疇 (Scope)：界定評估的範圍，包括：
       • 產品系統：評估的產品或服務。
       • 系統邊界 (System Boundary)：定義哪些生命週期階段和流程應納入評估（例如，是否包含原物料開採、運輸、製造、使用、廢棄處理）。
       • 功能單位 (Functional Unit)：定義評估的基準，例如「提供 1000 小時的照明」、「運輸 1 公噸貨物 1 公里」。這是為了確保不同產品之間的公平比較。
       • 衝擊類別 (Impact Categories)：決定要評估哪些環境衝擊（如全球暖化潛勢、優養化、酸雨、耗竭潛勢等）。
       • 資料品質要求：如資料的地域性、時間性、準確性等。
   • 步驟二：生命週期盤查 (Life Cycle Inventory, LCI)
     • 收集與量化產品系統在整個生命週期中，所有輸入（如能源、原物料）和輸出（如廢棄物、排放物）的數據。
     • 這是一個數據密集型的階段，需要詳細記錄每個流程的物質流和能量流。
     • 結果通常是以表格形式呈現，列出各階段的各種輸入與輸出。
   • 步驟三：生命週期影響評估 (Life Cycle Impact Assessment, LCIA)
     • 將 LCI 階段收集到的數據，轉換為對環境的潛在衝擊。
     • 這通常包括：
       • 分類 (Classification)：將 LCI 的排放物和資源消耗歸類到不同的環境衝擊類別。
       • 特徵化 (Characterization)：利用「影響因子」（Characterization Factors）將各類排放物或消耗量，轉換為共同的計量單位（例如，將甲烷、氧化亞氮等轉換為 $CO_2e$ 當量，以評估全球暖化潛勢）。
       • （可選）歸因 (Normalization)：將衝擊潛勢與某個參考值（如區域平均衝擊）進行比較。
       • （可選）排序 (Weighting)：根據價值判斷，對不同衝擊類別給予權重，進行總體評估。
   • 步驟四：結果詮釋 (Interpretation)
     • 根據 LCI 和 LCIA 的結果，進行分析與解釋。
     • 識別出對環境衝擊最大的生命週期階段或流程（「熱點」）。
     • 評估數據的敏感性與不確定性。
     • 得出結論，並根據目標提出改善建議，例如改變設計、使用替代材料、優化生產流程、改善廢棄物管理等。

3. 運用 LCA 架構進行產品碳足跡計算：

   • 產品碳足跡 (Product Carbon Footprint, PCF) 是 LCA 中針對「全球暖化潛勢」(Global Warming Potential, GWP) 這一衝擊類別的評估結果。
   • 計算步驟：
     • 目標與範疇界定：確定碳足跡評估的目標（如計算產品總碳排放），界定系統邊界（例如，從搖籃到墳墓，或從搖籃到大門 Cradle-to-Gate），定義功能單位（如每單位產品、每服務單位），並確定評估的排放源（如 $CO_2$, $CH_4$, $N_2O$ 等溫室氣體）。
     • 生命週期盤查 (LCI)：收集產品生命週期各階段的溫室氣體排放數據。這包括：
       • 原物料生產：原料開採、加工、運輸過程中的排放。
       • 製造過程：工廠能源消耗（電力、燃料）、製程排放、廢棄物處理排放。
       • 運輸：從原物料產地到工廠、從工廠到消費者、從消費者到廢棄處理廠的運輸排放。
       • 使用階段：產品在使用過程中消耗的能源（如電動車充電、家電用電）、維護過程的排放。
       • 廢棄處理：產品報廢後的回收、焚燒、掩埋過程中的排放（如焚燒產生 $CO_2$, 掩埋產生 $CH_4$）。
     • 生命週期影響評估 (LCIA) - 特徵化：將盤查到的各種溫室氣體（如 $CH_4$, $N_2O$）排放量，乘以其對應的全球暖化潛勢 (GWP) 因子（通常以 100 年為週期計算），將其轉換為二氧化碳當量 ($CO_2e$)。
       • 例如：1 公斤甲烷 ($CH_4$) 的 GWP 因子約為 28，代表其 100 年的暖化潛勢相當於 28 公斤二氧化碳。
       • 總碳足跡 = $\sum_{i} (排放量_i \times GWP_i)$
     • 結果詮釋：分析計算出的總碳足跡，找出主要貢獻的排放來源（如能源消耗、某個原料的生產），並提出減量建議。

4. 舉例說明：計算一杯咖啡的碳足跡（簡化版）

   • 目標與範疇：
     • 目標：計算一杯（約 240 ml）咖啡的總碳足跡（Cradle-to-Grave）。
     • 功能單位：一杯咖啡（240 ml）。