【亮點實驗室】實踐淨零碳排,引領臺灣永續發展 | 農業零碳技術與管理創新研究中心

發佈日期:2024-07-05 15:00:00

擁抱綠色未來,臺灣2050淨零轉型

人類活動方式的改變以及追求工業化的快速發展,過多的溫室氣體排放,使得溫室效應日漸嚴重,全球暖化和氣候變遷成為迫切棘手的氣候危機。過去數十年來,全球暖化所帶來的影響,包括海平面上升、極端氣候現象、土地沙漠化等,對生態系、水土資源及人類生命安全皆造成嚴重的傷害。極端氣候的議題引發國際的高度重視,聯合國氣候大會呼籲各國採取積極的行動,將全球溫室氣體排放量在2030年前減半,並在2050年達到淨零,如此一來才能將全球溫度上升控制在1.5°C 以內。因此,多數國家已將淨零排放設定為國家發展目標(如:英國的綠色工業革命、日本的2050碳中和綠色成長戰略等),2050淨零儼然成為全球趨勢。身為地球村的一份子,臺灣如同其他國家,於2021年4月22日世界地球日宣布2050淨零轉型成為臺灣的發展目標,並制定關鍵策略計畫來推動行動以達成目標。

臺大推動淨零碳排,為淨零發展注入學術能量

政策及法規的擬定需要科學研究的佐證及支持,為了協助臺灣的農業淨零碳排施政目標,臺大生農學院基於學校既有的生態、生物、農業等領域之研究中心與實驗林的研究資源,整合來自教育部、農業部以及國家科學及技術委員會的資金,成立農業零碳技術與管理創新研究中心(以下簡稱農碳中心),以農業淨零之「減量」、「增匯」、「循環」及「綠趨勢」為四大策略,研發農業零碳科技以及創新的管理方式,並發揮學術能量於產官學研界當中,為農業零碳的策略制定及執行方向提供紮實的科學證據。

農碳中心致力於整合性負碳耕作系統、森林創新負碳技術與管理、畜牧業創新淨零碳排技術與管理、農業環境智慧碳收支監測及碳權交易制度與碳匯管理策略,為中心重要的研究方向。為了進行研究,農碳中心結合學校內部多個學院系所(如:農化系、農藝系、園藝系、生工系),以及校外學術單位(如:中央研究院),整合不同領域的專業人才,積極研發前瞻科技,促進跨學科的知識及技術,以達到減少碳排放及增加農業碳匯之目標。

台大農業試驗場安康分場的土壤減碳和增匯試驗

農碳中心於生農學院附設農業試驗場安康分場進行水田土壤溫室氣體減排增匯的試驗,透過自動水位監控並控制灌溉水量、多通道連續土壤溫室氣體監測系統持續量測土壤溫室氣體 (二氧化碳、甲烷和氧化亞氮)之排放數據,並建立本土化的碳排係數。將從農場採樣後之土壤、水和氣體樣品,送至生技中心利用多種分析儀器(如:氣相層析/質譜儀、元素分析儀等)進行分析,透過專業儀器可以進一步瞭解水稻田溫室氣體的排放量和土壤的碳含量,並透過不同的水分和肥料管理,藉此探討不同栽培及管理模式之下,土壤的碳排和碳匯之轉變,建立土壤碳匯和碳排的方法學,發展高效能、低耗能的零碳農業生產模式,以協助國家達成農業淨零的目標。

臺大全方位智慧溫室—結合跨領域的科技以推動智慧農業

除了安康試驗場之外,農碳中心的智慧溫室透過自動化系統與多種高科技設備及技術掌控溫室的動態數據,以精準化、自動化栽培網紋洋香瓜為目標,研究農業循環經濟,促進農業的永續發展。智慧溫室具備:

  • 太陽能系統(Solar Power System):太陽能系統可利用陽光提供溫室內部分電力,減少能源消耗和碳排。
  • 智慧天窗(Smart Skylight):可經由自動化排程或手動來控制,若在溫度過高時,可加速排出溫室內的熱空氣,並透過加裝的自動水簾與負壓電扇,進而達到降溫的效果,避免作物因熱障礙,進而影響其生長。
  • 動態作物栽培曆(Dynamic Crop Cultivation Calendar):研究團隊以動態作物栽培曆作為管理模式,透過即時蒐集數據進行動態性調整,以利作物生長與發展精準栽培。
  • 無人機巡航(Drone Cruise Crop Positioning):監測網紋洋香瓜,藉由設定排程,無人機自動照著路徑拍攝作物成長,測量作物空間位置,並回傳數據至即時監測平台。
  • 機械手臂(Robotic Arms):測量植株高度、節間、節間數,進行作物3D影像重建,讓研究人員了解作物真實生長狀況,也助於作物精準施肥。
  • 養液循環系統(Nutrient Solution Circulating System):透過省水省肥並監控植株養分吸收情況。
  • AI作物病害識別技術(AI Crop Disease Identification):讓研究人員快速識別及保護作物。
  • 無蜂后箱授粉系統(The Queen-free Beehive Pollination System):確保高效授粉以獲得更高產量。

以上的技術希望能在未來透過智慧農業的方式,來達到少人力的耕作條件下,透過科技的輔助達到高產和高經濟價值之農業生產目標。

農碳中心的人才培育策略

因淨零排放成為各國發展目標,除了減碳增匯之外,國際間慢慢建立起許多與「碳」相關的機制,包含:碳稅、碳費、碳交易等,因此除了作物學、農業學、土壤科學等領域的相關人才之外,農業工程、農業經濟、農業法律等領域的專才也成為重要的人才培育項目。為培養農業環境的專才,農碳中心提供學生參與國內外研究計畫和學術交流;透過與廠商的產學合作,除了促成學生向業界人才學習的經驗外,也激發產業界相關從業人員繼續進修的動機。同時,透過獎助學金、基礎教育訓練以及提供研究題材,學生可以在農業減排和增匯之專業知識,以及碳排量測、盤查與查驗技術上有紮實的訓練。

農碳中心相關合作經驗

除了校內各專業領域(如:土壤環境、微生物、工程、人文社科等)教師成立的跨領域合作以及整合各研究中心的資源外,農碳中心目前也在執行國科會、農業部、環境部、教育部的計畫,並與臺灣企業(如:群創光電、臺灣雀巢等)進行產學合作,除了取得經費贊助之外,中心的學生也能與產業界專業人士進行交流,學習課程之外的實戰經驗。為了讓農業能成為國際化產業,中心也大力地創造國際合作機會。過去幾年來,農碳中心已與法國國家農業食品與環境研究院(National Research Institute for Agriculture, Food and Environment, INRAE)、荷蘭瓦赫寧恩大學(Wageningen University & Research, WUR)、法國波爾多大學(University of Bordeaux, UoB)簽署協議,共同研究提案與聯合研究中心,也與日本的東京大學、京都大學、筑波大學、農研機構(National Agriculture and food Research Organization, NARO)討論雙邊合作,透過國際交流,共同建立整合性負碳農業系統,並結合精準農業、有機農業發展增加農業碳匯的技術,同時也針對農業減排的技術性問題共同研發創新的解決方案,一同達到農業淨零的最大可能性。

農碳中心未來展望及期許

生農學院院長林裕彬特聘教授提及:將臺灣農業技術及學術能量推向國際,並促進與國際頂尖機構更多的合作及交流為首要目標。未來農碳中心期待能將中心具備的技術輸出國外,讓國際看到臺大及臺灣的農業技術發展亮點。同時,未來能規劃定期舉辦國際農業負碳工作坊及研討會,促進國際間的知識、技術交流,建立研究與教學合作機制,提供更多的海內外深造及見習機會,開設更多的跨領域課程,培育大量農業淨零人才,以解決現階段人才不足之困境。農碳中心也期待能有更多的資金,以優化高科技硬體設備,並招攬更多國際高階人才共同進行研究。最重要的是,中心期許能為臺灣2050淨零目標見智農業永續的淨零評估架構與方法,共同為臺灣農業零碳藍圖與執行路徑付出。