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【亮点实验室】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

拥抱绿色未来,臺湾2050净零转型

人類活动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。

臺大推动净零碳排,為净零发展注入学术能量

政策及法规的拟定需要科学研究的佐证及支持,為了协助臺湾的农业净零碳排施政目标,臺大生农学院基於学校既有的生态、生物、农业等领域之研究中心与实验林的研究资源,整合来自教育部、农业部以及国家科学及技术委员会的资金,成立农业零碳技术与管理创新研究中心(以下简称农碳中心),以农业净零之「减量」、「增匯」、「循环」及「绿趋势」為四大策略,研发农业零碳科技以及创新的管理方式,并发挥学术能量於产官学研界当中,為农业零碳的策略制定及执行方向提供扎实的科学证据。

农碳中心致力於整合性负碳耕作系统、森林创新负碳技术与管理、畜牧业创新净零碳排技术与管理、农业环境智慧碳收支监测及碳权交易制度与碳匯管理策略,為中心重要的研究方向。為了进行研究,农碳中心结合学校内部多个学院系所(如:农化系、农艺系、园艺系、生工系),以及校外学术单位(如:中央研究院),整合不同领域的专业人才,积极研发前瞻科技,促进跨学科的知识及技术,以达到减少碳排放及增加农业碳匯之目标。

台大农业试验场安康分场的土壤减碳和增匯试验

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。

臺大全方位智慧温室&尘诲补蝉丑;结合跨领域的科技以推动智慧农业

除了安康试验场之外,农碳中心的智慧温室透过自动化系统与多种高科技设备及技术掌控温室的动态数据,以精準化、自动化栽培网纹洋香瓜為目标,研究农业循环经济,促进农业的永续发展。智慧温室具备:

  • 太陽能系統(Solar Power System):太阳能系统可利用阳光提供温室内部分电力,减少能源消耗和碳排。
  • 智慧天窗(Smart Skylight):可经由自动化排程或手动来控制,若在温度过高时,可加速排出温室内的热空气,并透过加装的自动水帘与负压电扇,进而达到降温的效果,避免作物因热障碍,进而影响其生长。
  • 動態作物栽培曆(Dynamic Crop Cultivation Calendar):研究团队以动态作物栽培历作為管理模式,透过即时蒐集数据进行动态性调整,以利作物生长与发展精準栽培。
  • 無人機巡航(Drone Cruise Crop Positioning):监测网纹洋香瓜,藉由设定排程,无人机自动照着路径拍摄作物成长,测量作物空间位置,并回传数据至即时监测平台。
  • 機械手臂(Robotic Arms):测量植株高度、节间、节间数,进行作物3顿影像重建,让研究人员了解作物真实生长状况,也助於作物精準施肥。
  • 養液循環系統(Nutrient Solution Circulating System):透过省水省肥并监控植株养分吸收情况。
  • AI作物病害識別技術(AI Crop Disease Identification):让研究人员快速识别及保护作物。
  • 無蜂后箱授粉系統(The Queen-free Beehive Pollination System):确保高效授粉以获得更高产量。

以上的技术希望能在未来透过智慧农业的方式,来达到少人力的耕作条件下,透过科技的辅助达到高产和高经济价值之农业生产目标。

农碳中心的人才培育策略

因净零排放成為各国发展目标,除了减碳增匯之外,国际间慢慢建立起许多与「碳」相关的机制,包含:碳税、碳费、碳交易等,因此除了作物学、农业学、土壤科学等领域的相关人才之外,农业工程、农业经济、农业法律等领域的专才也成為重要的人才培育项目。為培养农业环境的专才,农碳中心提供学生参与国内外研究计画和学术交流;透过与厂商的产学合作,除了促成学生向业界人才学习的经验外,也激发产业界相关从业人员继续进修的动机。同时,透过奖助学金、基础教育训练以及提供研究题材,学生可以在农业减排和增匯之专业知识,以及碳排量测、盘查与查验技术上有扎实的训练。

农碳中心相关合作经验

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,中心也大力地創造国际合作機會。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。

农碳中心未来展望及期许

生农学院院长林裕彬特聘教授提及:将臺湾农业技术及学术能量推向国际,并促进与国际顶尖机构更多的合作及交流為首要目标。未来农碳中心期待能将中心具备的技术输出国外,让国际看到臺大及臺湾的农业技术发展亮点。同时,未来能规划定期举办国际农业负碳工作坊及研讨会,促进国际间的知识、技术交流,建立研究与教学合作机制,提供更多的海内外深造及见习机会,开设更多的跨领域课程,培育大量农业净零人才,以解决现阶段人才不足之困境。农碳中心也期待能有更多的资金,以优化高科技硬体设备,并招揽更多国际高阶人才共同进行研究。最重要的是,中心期许能為臺湾2050净零目标见智农业永续的净零评估架构与方法,共同為臺湾农业零碳蓝图与执行路径付出。