111 年 國立臺灣大學環境工程研究所規劃與管理組《環境科學概論（B）》

本題主要在探討碳循環與氣候變遷的相關概念，包含碳匯的定義與種類、淨零碳排的意義，以及人工固碳技術的應用。

核心觀念： 碳循環、溫室效應、碳匯、淨零碳排、碳捕捉與封存 (CCS)。

(1) 碳匯 (Carbon Sink) 的定義與自然界碳匯舉例：

• 定義： 碳匯是指任何能夠從大氣中吸收並儲存碳（主要是二氧化碳）的系統或過程。這些儲存的碳可以是以有機物（如植物、土壤、海洋生物）或無機物（如碳酸鹽岩）的形式存在。
• 自然界碳匯舉例：
  1. 森林 (Forests)：
     • 原理： 植物透過光合作用，吸收大氣中的二氧化碳，並將其轉化為有機物（如木質、葉片、根部），儲存在生物體內。
     • 方式： 生長中的樹木會持續吸收二氧化碳；枯枝落葉分解後，碳會進入土壤有機質；木材本身也是碳的儲存庫。
  2. 海洋 (Oceans)：
     • 原理： 海洋是地球上最大的碳庫。二氧化碳可透過物理溶解進入海水，或被海洋生物（如浮游植物）透過光合作用吸收。
     • 方式：
       • 物理溶解： 二氧化碳在高緯度地區溶解度較高，隨洋流向下沉降，形成深海碳匯。
       • 生物泵 (Biological Pump)： 浮游植物進行光合作用，將二氧化碳轉化為有機物。當這些生物死亡或被捕食後，其有機碳會沉降至深海，或被海洋生物呼吸作用釋放出的碳酸氫根離子 (bicarbonate ions) 影響。
  3. 土壤 (Soils)：
     • 原理： 土壤中的有機質主要來自於植物殘體、動物遺骸及微生物的分解產物。這些有機質包含了大量的碳。
     • 方式： 植物根系分泌物、凋落物及死亡的微生物分解後，碳會以腐植質 (humus) 等形式穩定地儲存在土壤中。良好的土壤管理（如免耕、覆蓋作物）有助於增加土壤碳儲量。

(2) 淨零 (Net Zero) 碳排的定義：

• 定義： 淨零碳排是指在特定時間範圍內，人類活動所產生的溫室氣體排放量，與透過各種方式（包括自然碳匯和人工碳移除技術）從大氣中移除的溫室氣體量相抵銷，最終達到大氣中溫室氣體淨含量不再增加的狀態。這不代表完全不排放，而是排放量要等於移除量。

(3) 人工固碳方法與優缺點評論：

• 方法舉例：
  1. 碳捕捉與封存 (Carbon Capture and Storage, CCS)：

本題要求考生對聯合國永續發展目標 (SDGs) 有所了解，並能具體闡述其中四項目標的意涵及相關的達成指標。

核心觀念： 永續發展、聯合國永續發展目標 (SDGs)。

SDGs 17項目標簡介：
SDGs 是一項於 2015 年由聯合國所有會員國通過的 17 項全球目標，旨在於 2030 年前解決全球面臨的社會、經濟和環境挑戰。

以下列出四項 SDGs 目標及其意涵與達成指標（此處僅為舉例，考生可選擇其他目標）：

1. 目標 1：消除貧窮 (No Poverty)

   • 意涵： 在全世界消除一切形式的貧窮，確保所有人，特別是弱勢群體和處境不利者，都能享有基本生活所需，並具備經濟韌性以應對衝擊。
   • 達成指標（部分舉例）：
     • 1.1 到 2030 年，消除所有地方的極端貧窮，目前定義為每人每日生活費低於 1.25 美元的現象。
     • 1.2 到 2030 年，將各國定義的、符合國情的貧窮及脆弱人口的比例至少減半。
     • 1.3 實施國家級的社會保護制度和措施，並確保到 2030 年有廣泛的社會保障覆蓋。

2. 目標 6：潔淨水與衛生 (Clean Water and Sanitation)

   • 意涵： 確保所有人都能獲得並永續管理水與衛生設施。這包括確保飲用水安全、普及衛生設施、改善水質、提高用水效率，以及保護和恢復與水有關的生態系統。
   • 達成指標（部分舉例）：
     • 6.1 到 2030 年，實現全民可負擔的、安全飲用水的普及。
     • 6.2 到 2030 年，為婦女和女童及處境不利者提供獲得衛生設施和個人衛生設施的機會，並終止露天排便。

本題主要探討汽油車與柴油車在燃燒過程中產生的空氣污染物，以及相應的污染防治技術。

核心觀念： 汽車排放污染物、空氣污染控制技術。

(一) 汽油車與柴油車的主要空氣污染物種類：

• 汽油車 (Gasoline Vehicles) 主要污染物：

  1. 一氧化碳 (Carbon Monoxide, CO)： 燃燒不完全的產物，尤其在冷啟動及低負載時產生較多。
  2. 碳氫化合物 (Hydrocarbons, HC) / 未燃烴 (Unburned Hydrocarbons, UHC)： 燃燒不完全或燃燒過程中部分燃料未反應而逸出。
  3. 氮氧化物 (Nitrogen Oxides, NOx)： 主要為一氧化氮 (NO) 和二氧化氮 (NO2)。在高溫燃燒條件下，空氣中的氮氣和氧氣反應生成。
  4. 懸浮微粒 (Particulate Matter, PM)： 雖然相較於柴油車較少，但仍會產生，尤其在部分燃燒情況下。
  5. 二氧化碳 (Carbon Dioxide, CO2)： 燃燒的最終產物，是主要的溫室氣體。

• 柴油車 (Diesel Vehicles) 主要污染物：

  1. 氮氧化物 (Nitrogen Oxides, NOx)： 柴油車的燃燒溫度和壓力通常較高，因此 NOx 排放量顯著高於汽油車。
  2. 懸浮微粒 (Particulate Matter, PM)： 柴油燃燒過程中容易生成細小的碳煙顆粒 (soot)，是柴油車 PM 的主要成分。PM2.5 是重要的關注對象。
  3. 一氧化碳 (Carbon Monoxide, CO)： 相較於汽油車，柴油車通常燃燒較完全，CO 排放量相對較低。
  4. 碳氫化合物 (Hydrocarbons, HC)： 排放量也相對較低。
  5. 二氧化硫 (Sulfur Dioxide, SO2)： 如果燃燒的柴油中含硫，則會產生 SO2。隨著低硫燃料的推廣，此類排放已大幅減少。
  6. 二氧化碳 (Carbon Dioxide, CO2)： 同樣是主要的溫室氣體。

(二) 針對此二類車種可採取的污染防治技術：

• 針對汽油車的污染防治技術：
  1. 觸媒轉化器 (Catalytic Converter)：
     • 原理： 安裝在排氣系統中，利用貴金屬（如鉑、鈀、銠）作為催化劑，將 CO 氧化成 CO2，HC 氧化成 CO2 和 H2O，NOx 則還原成 N2。

本題要求考生解釋生物多樣性 (biodiversity) 的四個不同層次：基因、物種、生態系統以及功能層面。

核心觀念： 生物多樣性 (Biodiversity)、遺傳多樣性、物種多樣性、生態系多樣性、功能多樣性。

(1) 基因多樣性 (Genetic Diversity)：

• 定義： 指的是一個物種內部的基因變異程度。換句話說，是同一物種內不同個體所擁有的基因型 (genotype) 或等位基因 (allele) 的總和及其頻率。
• 重要性： 高基因多樣性有助於物種適應環境變遷、抵抗疾病，並提高其長期生存和演化的能力。低基因多樣性可能導致近親繁殖、遺傳缺陷，使物種更容易受到環境壓力而滅絕。

(2) 物種多樣性 (Species Diversity)：

• 定義： 指的是在特定區域或生態系統中，所存在的物種的數量（豐富度, species richness）及其相對豐度（均勻度, species evenness）。
• 組成： 通常包含兩個面向：
  • 物種豐富度 (Species Richness)： 指一個區域內有多少個不同的物種。
  • 物種均勻度 (Species Evenness)： 指各個物種的個體數量分配是否平均。一個物種豐富度高的區域，若所有物種的個體數量都很平均，則物種均勻度也高。

本題要求考生從歐洲聯盟委員會提出的「零污染行動計畫」的六項 2030 年關鍵目標中，任選一項，並規劃具體的執行方法與策略。這考驗考生對環境政策的理解、問題分析能力及策略規劃能力。

核心觀念： 環境政策、永續發展、污染防治策略、目標設定與執行。

考生可選擇以上六項目標中的任何一項進行闡述。以下以「改善空氣品質，降低空氣污染造成的過早死亡人數 55%」為例，說明如何規劃方法與策略。

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考生選擇的目標： 改善空氣品質，以降低空氣污染造成的過早死亡人數 55%。

目標意涵：
空氣污染對人體健康造成嚴重危害，導致呼吸道疾病、心血管疾病，並增加過早死亡的風險。此目標旨在透過多面向的污染減量措施，顯著提升歐洲的空氣品質，進而保護公眾健康。

規劃方法與策略：

為了達成此目標，我們需要從污染源頭管制、技術創新、政策推動、公眾參與等多個層面著手。以下為具體的規劃：

1. 加嚴空氣品質標準與排放管制 (Source Control & Regulation)：
* 策略： 檢討並適時加嚴現行空氣品質標準，特別是針對 PM2.5、PM10、NOx、O3、SO2 等主要污染物。同時，對工業排放、交通運輸、農業活動等主要污染源實施更嚴格的排放標準。
* 方法：
* 工業部門： 要求所有大型工業設施（如發電廠、煉油廠、鋼鐵廠）採用最佳可行技術 (Best Available Techniques, BAT)，並裝設高效的污染防治設備（如脫硫、脫硝、靜電集塵、袋濾器）。對中小企業提供技術和資金輔導，協助其達成環保標準。
* 交通運輸部門：
* 加速淘汰高污染老舊車輛，特別是柴油車。推動電動車、氫能車等零排放或低排放車輛的普及，提供購置補貼、稅務優惠、充電基礎設施建設。
* 加強對現有車輛的定期排放檢驗，嚴格執法。
* 發展智慧交通系統，減少交通壅塞，降低車輛怠速排放。
* 推廣公共運輸，鼓勵自行車和步行。
* 農業部門： 減少化肥和農藥的使用，推廣有機農業。改善畜牧業管理，減少氨氣 (NH3) 排放，氨氣是 PM2.5 的重要前驅物。
* 建築與能源： 限制建築物供暖系統的污染物排放，推廣使用更清潔的能源（如綠能、天然氣），並提高建築能效。

2. 強化監測與預警系統 (Monitoring & Early Warning)：
* 策略： 建立更密集、更精準的空氣品質監測網絡，並發展高效的污染預警系統。
* 方法：
* 增加地面監測站數量，並利用衛星遙感技術、低成本感測器網絡，提供更全面的空氣品質資訊。
* 發展大氣化學傳輸模型，預測污染物濃度變化，提前發布空氣品質預警，特別是在高污染天氣預報時，啟動應急響應措施。
* 將空氣品質數據即時公開，方便民眾了解，並作為政策調整的依據。