111 年 國立臺灣大學環境工程研究所規劃與管理組《環境規劃與管理》

此題主要在探討「淨零碳排」的定義及其達成路徑的規劃。

核心觀念：

1. 淨零碳排 (Net Zero)： 指在特定期間內，人為排放的溫室氣體量與人為移除的溫室氣體量相互抵銷，達到淨排放量為零的狀態。這不代表完全不排放溫室氣體，而是透過各種方式（如提高能源效率、使用再生能源、碳捕捉與封存、植樹造林等）來平衡排放與移除。
2. 企業淨零碳排路徑規劃： 是一個系統性的管理過程，旨在協助企業辨識、量化、管理其溫室氣體排放，並制定策略以逐步達成淨零目標。

規劃方法及步驟：

若接受一家企業的委託來規劃淨零碳排的路徑 (roadmap)，我會依循以下方法及步驟：

第一階段：現況盤點與目標設定 (Assessment & Goal Setting)

1. 定義盤查範圍與邊界：

   • 範疇一 (Scope 1)： 企業直接排放的溫室氣體，例如自有燃料燃燒、運輸工具、製程排放等。
   • 範疇二 (Scope 2)： 企業購買的電力、蒸氣、熱或冷所產生的間接排放。
   • 範疇三 (Scope 3)： 價值鏈中所有其他間接排放，包含員工通勤、差旅、廢棄物處理、產品使用、購置的商品與服務等。這是最廣泛且具挑戰性的範疇，通常佔企業總排放量的大宗。
   • 確認盤查的組織邊界（例如，是否包含子公司、合資企業等）與營運邊界。

2. 執行溫室氣體盤查 (GHG Inventory)：

   • 收集各範疇的活動數據（例如，燃料使用量、電力消費量、廢棄物產生量、員工通勤里程等）。
   • 套用各類溫室氣體（如 CO2, CH4, N2O 等）的排放因子，計算總排放量。
   • 特別關注範疇三的盤查，可能需要與供應商、客戶等利害關係人合作。

3. 確立淨零目標與時間表：

   • 根據企業的願景、產業特性、科學共識（如 IPCC 報告）及法規要求，設定具體的淨零目標，例如「2050 年達成範疇一、二、三淨零排放」。
   • 將總體目標分解為階段性目標（例如，2030 年減排 40%），以便追蹤進度。
   • 確認目標是否符合科學基礎減量目標倡議 (SBTi) 等國際標準。

第二階段：減量策略發展與行動方案規劃 (Strategy Development & Action Planning)

4. 辨識減量機會與潛力：
   • 能源效率提升： 檢視廠房、設備、照明、空調等能源使用效率，提出改善方案。
   • 再生能源導入： 評估自行建置太陽能、風力發電，或購買綠電（如 PPA、綠證）的可行性。
   • 製程優化與創新： 改善生產流程、採用低碳原物料、導入循環經濟模式。
   • 供應鏈管理： 與上游供應商合作，推動其減碳，並要求其提供低碳產品或服務。
   • 產品生命週期管理： 設計更節能、可回收或長壽命的產品，減少產品使用階段的碳排放。
   • 運輸與物流優化： 採用電動車、低碳燃料，優化運輸路線。

此題旨在探討「由廢轉能」的概念、優缺點，以及評估其適當性的方法。

核心觀念：

• 由廢轉能 (Waste-to-Energy, WTE)： 指將廢棄物（如都市垃圾、工業廢料）透過物理、化學或生物轉化過程，產生能源（如電力、熱能、燃料）或有價值的副產品。其核心精神是將被視為負債的廢棄物，轉化為可利用的資源。

由廢轉能的內涵：

由廢轉能的技術涵蓋多種，主要包括：

1. 焚化發電 (Incineration with Energy Recovery)： 這是目前最常見的方式，將廢棄物在高溫下焚燒，利用產生的熱能加熱鍋爐產生蒸氣，驅動渦輪機發電。現代化的焚化廠通常配備有先進的污染防治設備。
2. 氣化 (Gasification)： 在缺氧或低氧環境下，將有機廢棄物轉化為合成氣 (syngas)，合成氣可作為燃料發電、生產化學品或燃料。
3. 乾餾 (Pyrolysis)： 在無氧環境下，透過加熱分解有機廢棄物，產生油、氣、炭等產物，這些產物可作為燃料或原料。
4. 厭氧消化 (Anaerobic Digestion)： 利用微生物在無氧環境下分解有機廢棄物，產生沼氣 (biogas)，沼氣可用於發電或供熱。適用於廚餘、農業廢棄物等高濕度有機廢棄物。
5. 生質能轉化 (Biochemical Conversion)： 例如發酵生產乙醇、生物柴油等。

優點 (Advantages)：

1. 減少廢棄物量： 焚化可大幅減少進入掩埋場的廢棄物體積，延長掩埋場壽命，降低掩埋造成的土地與環境壓力。
2. 能源回收與替代： 將廢棄物轉化為能源，可減少對化石燃料的依賴，有助於能源多元化與永續發展。
3. 減少溫室氣體排放（相較於掩埋）： 填埋場的有機物分解會產生甲烷 (CH4)，甲烷的溫室效應潛力遠高於二氧化碳 (CO2)。妥善處理的由廢轉能過程，若能有效捕捉燃燒產生的 CO2 或利用其他技術，可減少總體溫室氣體排放。
4. 衛生處理： 高溫焚化可殺死病原體，處理過程較衛生，尤其對於醫療廢棄物。
5. 經濟效益： 除了能源銷售，處理費用（由產生廢棄物的單位收取）也是營運收入的一部分。

缺點 (Disadvantages)：

1. 空氣污染疑慮： 燃燒過程若控制不當，可能產生戴奧辛、呋喃、重金屬、懸浮微粒等空氣污染物，對人體健康與環境造成危害。即使有先進設備，仍需嚴格監控。
2. 高昂的建置與營運成本： 現代化的由廢轉能設施，尤其是具備先進污染防治設備的焚化廠，其建置成本與維護費用相當高。
3. 可能阻礙資源回收： 如果由廢轉能設施需要足夠的廢棄物來源才能經濟運轉，可能與源頭減量和回收分類的政策目標產生衝突，甚至可能「鼓勵」產生更多廢棄物。
4. 灰渣處理問題： 焚化後會產生飛灰與底渣，其中可能含有重金屬與戴奧辛等有害物質，需要妥善處理，否則仍可能造成二次污染。
5. ** public perception：** 社會對焚化廠的接受度不高，常有「鄰避效應」(Not In My Backyard, NIMBY)。
6. 碳排放： 燃燒過程仍會產生 CO2，若無碳捕捉技術，則仍有溫室氣體排放。

評估一項「由廢轉能」計畫是否適當的方法：

評估一項 WTE 計畫是否適當，需要從環境、經濟、社會、技術等多面向進行全面性評估，以下是我會採取的步驟：

1. 釐清廢棄物特性與來源：
   • 廢棄物種類與組成： 該計畫處理的是哪種廢棄物（都市垃圾、工業廢料、生質廢棄物等）？

此題主要探討「水足跡」的概念、盤查方法、結果運用，以及水再生技術的影響。

核心觀念：

• 水足跡 (Water Footprint)： 衡量人類活動（個人、生產產品、企業、國家）在特定時間內，直接或間接消耗的水量。它不僅包含我們直接使用的水量（如飲用、洗衣），也包含生產商品和服務過程中，上游供應鏈所消耗的水量。水足跡通常被區分為三種類型：藍水、綠水與灰水。

1. 何謂水足跡？

水足跡是一個綜合指標，用來評估人類對淡水資源的利用。它包含三個組成部分：

• 藍水足跡 (Blue Water Footprint)： 指從河流、湖泊、地下水等地表或地下水體中，被直接取用並消耗（蒸發、進入產品、或未回流至原水體）的水量。例如，農業灌溉、工業冷卻、生活用水等。
• 綠水足跡 (Green Water Footprint)： 指農業和林業中，由降雨滲入土壤，被植物根系吸收後蒸散（Evapotranspiration, ET）的水量。這部分水對植物生長至關重要，通常被視為自然循環的一部分，但在水資源稀缺地區，對植物生長的影響仍需關注。
• 灰水足跡 (Grey Water Footprint)： 指為了稀釋生產產品或提供服務過程中，產生的污染物，使其濃度降至環境標準以下，而需要額外使用的淡水量。它衡量的是水體承載污染的能力。

2. 如何進行水足跡盤查？

水足跡盤查的目的是量化特定對象（產品、企業、國家）的水資源消耗。盤查步驟大致如下：

• 定義盤查對象與範圍：

  • 產品水足跡： 盤查從原物料生產、製造、運輸、使用到廢棄的整個生命週期中，所有涉及的水量。
  • 企業水足跡： 盤查企業營運範圍內的直接用水（廠區內生產、生活用水），以及範疇三的間接用水（上游供應鏈、產品使用、廢棄物處理等）。
  • 國家水足跡： 盤查該國國民在國內及國外的總水足跡。
  • 時間範圍： 通常以一年為單位。

• 數據收集：

  • 直接用水數據： 記錄水表讀數、購買水量、自行取水量等（藍水）。
  • 生產過程耗水數據： 收集各生產環節的用水量、物料消耗量、能源消耗量等。
  • 綠水數據： 農業生產需要農作物種類、種植面積、氣候數據（降雨量、蒸散量）、灌溉方式等，以估算蒸散量。
  • 污染物數據： 收集生產過程中產生的廢水種類、水量、污染物種類與濃度。
  • 供應鏈數據： 收集上游原物料、零組件的生產用水資訊（這部分通常較為困難，可能需要依賴數據庫或與供應商協作）。

• 計算方法：

  • 藍水足跡計算： 直接記錄或計算生產、使用過程中從地表水或地下水取用的水量。
  • 綠水足跡計算： 根據作物種類、生長季節、氣候數據，利用作物生產模型（如 FAO 的 CROPWAT 模型）估算蒸散量。
  • 灰水足跡計算：
    $M_w = \frac{R \times P}{C_{max} - C_{min}}$
    其中：
    • $M_w$ 是灰水足跡 (m³/unit of product)
    • $R$ 是污染物量 (kg/unit of product)
    • $P$ 是稀釋因子 (m³ water/kg pollutant)，假設為 1
    • $C_{max}$ 是環境標準允許的最大污染物濃度
    • $C_{min}$ 是污染物在水體中的實際濃度（若無排放則為 0）
      更常用的公式是：
      $M_w = \frac{L_{max} \times W_{prod}}{C_{max} - C_{avg}}$
      其中：

此題主要探討「毒性當量因子 (TEF)」的概念，以及如何應用於戴奧辛類化合物的毒性計算與排放標準符合性評估。

核心觀念：

• 戴奧辛 (Dioxins) 與呋喃 (Furans)： 這是一類結構相似、毒性極強的有機污染物，主要由不完全燃燒或特定工業製程產生。它們的結構中，有 7 個位置可能被氯原子取代，形成多種同質異形物 (congeners)。
• 毒性當量 (Toxicity Equivalency, TEQ)： 由於戴奧辛類化合物種類繁多，且毒性差異巨大，直接測量每一種同質異形物的濃度並評估其總毒性非常困難。毒性當量因子 (TEF) 的概念應運而生，用於將不同同質異形物的毒性，轉換為與毒性最強的 2,3,7,8-四氯代二苯並-p-戴奧辛 (2,3,7,8-TCDD) 相等的毒性效力。
• 國際毒性當量因子 (I-TEF)： 由國際組織（如 WHO、OECD）制定的標準化 TEF 值，用於統一評估不同戴奧辛類化合物的相對毒性。

1. 何謂毒性當量因子 (Toxic Equivalency Factor, TEF)？

毒性當量因子 (TEF) 是一個無量綱的數值，用來表示一種特定戴奧辛類化合物的毒性相對於最毒的 2,3,7,8-TCDD 的相對強度。2,3,7,8-TCDD 的 TEF 值被定義為 1。
例如，如果某種化合物的 TEF 為 0.1，表示其毒性約為 2,3,7,8-TCDD 的十分之一。

2. 戴奧辛類化合物如何應用此方法估算其毒性？

要估算混合戴奧辛類化合物的總毒性，可以將每一種化合物的濃度乘以其對應的 TEF 值，然後將所有計算出的「毒性當量」加總。這個總和即為混合物的總毒性當量 (Total TEQ)。

計算公式如下：
$\text{總毒性當量 (Total TEQ)} = \sum_{i=1}^{n} (\text{濃度}_i \times \text{TEF}_i)$
其中：

• $n$ 是混合物中不同戴奧辛類化合物的種類數量。
• $\text{濃度}_i$ 是第 $i$ 種化合物的實測濃度。
• $\text{TEF}_i$ 是第 $i$ 種化合物的毒性當量因子。

3. 計算此焚化爐廢氣的毒性當量：

根據表一提供的數據，我們需要計算每一種戴奧辛污染物貢獻的毒性當量，然後加總。

• 2,3,4,7,8-PeCDF:
  濃度 = 0.072 ng/Nm³
  TEF = 0.5
  毒性當量 = $0.072 \, \text{ng/Nm³} \times 0.5 = 0.036 \, \text{ng-TEQ/Nm³}$

• 1,2,3,4,7,8-HxCDF:
  濃度 = 0.124 ng/Nm³
  TEF = 0.1
  毒性當量 = $0.124 \, \text{ng/Nm³} \times 0.1 = 0.0124 \, \text{ng-TEQ/Nm³}$

• 1,2,3,6,7,8-HxCDF:
  濃度 = 0.142 ng/Nm³
  TEF = 0.1
  毒性當量 = $0.142 \, \text{ng/Nm³} \times 0.1 = 0.0142 \, \text{ng-TEQ/Nm³}$