循環經濟於農業之應用與願景 (農科新世紀)
陳枻廷、余祁暐、孫智麗
2017/12/01
|
|
本文刊登於農科新世紀，第18期
台灣土地面積狹小，屬於天然資源相對缺乏之國家，多項重要農工原物料需倚賴進口供應。過去台灣雖然曾是蔗糖大宗出口的地區，也曾出產煤礦與金礦，但隨著經濟結構轉型與天然資源逐漸枯竭，轉而成為進口國家。從能源角度來看，98%能源都靠進口，仰賴從國外進口天然氣、煤、油等來當火力發電的燃料。雖然台灣缺少許多天然資源，但反而因台灣農業的小農特性、農業生技研究能力、創業精神亞洲第一等特質，相較於美國、巴西、日本、韓國等大農國家或出口導向國家，轉型更容易且更適合發展循環經濟的優勢，若以上述優勢發展循環農業，將有很大的機會走在世界的發展先端。
歐盟循環經濟發展與效益
循環經濟是一個可恢復且可再生的經濟體系，不是線性經濟中產品「壽終正寢」(原料-生產-利用-廢棄)的概念，除了減少從自然環境開採原料以外，講求的是「再生恢復」、使用可再生能源、拒絕使用妨礙再利用的有毒化學物質，並藉由重新設計材料、產品、及商務模式，以消除廢棄物並使得資源能夠更有效率地被利用（表一）。
表一、歐盟循環經濟應用領域
資料來源：修改自Vasileios Rizos et al. (2017)(注1)。台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理。
歐盟於2015年制定「歐盟循環經濟行動計畫」(EU Action Plan for the Circular Economy)，分別從產品設計、生產流程、消費、廢棄物管理、廢棄物資源化等，優先推行領域包含生物(bio-based)產品、生物質(biomass)、食品廢棄物(food waste)、塑膠(plastics)、關鍵材料(critical raw materials，歐盟依經濟重要程度及供應風險列出20種關鍵原料)、及建築(construction and demolition)，循環經濟計畫預計2030年，在經濟效益上可創造1兆8千億歐元的整體效益，可增加18%可支配所得、且企業可省下6千億歐元的支出，創造就業機會58萬人( European Commission, 2015)；環境層面上可降低歐盟原物料使用32%，每年可減少2%至4%的溫室氣體排放量，有效減輕歐盟面對全球資源短缺和生態環境等壓力，降低溫室氣體排放、確保資源、能源與原材料的永續性(注2)。
「歐盟循環經濟行動計畫」列出許多農業相關循環經濟措施(注3)，包含規劃2016-2017年將進行肥料立法建議，創造再生有機肥料市場、推動食品捐贈減少食品廢棄物，或將食品廢棄物飼料化、尋找合適具有經濟效益的廢棄物能源化體系、將歐盟委員會、歐洲投資銀行（EIB）、金融市場參與者和企業聚集在一起，建立循環經濟的財務支援平臺並提升金融業對循環經濟的認識、水資源再生利用、生物質和生物相關產品等（表二）。
表二、2016-2017歐盟循環經濟行動計畫農業相關措施
資料來源：劉育姍(2017)，台灣經濟研究院生物科技產業研究中心整理。
循環經濟於農業的應用
在循環經濟體系中，分為生物循環及工業循環兩大區塊，由於產品本身可能包含生物可分解與不可分解的材質，需要同時考量不同材料的循環再利用，可經過生物和工業循環共生配合，借此達到資源的最佳利用。以農業本身來說農業可自成生物循環體系，適合做為各產業生物廢棄物的「資源化平台」，為生物循環及工業循環的重要核心。以造紙業為例，造紙為標準工業產業，農業可生產造紙所需原物料，廢棄的纖維可再分解成為有機質資源供農業使用。
為推動「循環農業」，荷蘭將農食鏈進行分析（表三），可分為生產、加工、消費者等三個階段(注4)，生產過程所產生的廢棄物包含植物修剪產生的枝條葉片，稻米採收後殘留的稻桿稻草等，加工過程產生的廢棄物可能包含果皮、果渣，人類及動物使用後產生之廢棄物等，上述廢棄物可借由堆肥重新轉變成有機物資源，再次做為農業生產的資源，除了製成堆肥以外，尚可藉由科技進行加值，例如蚵殼可經由生物科技轉化為鈣片的良好材料來源，豬血經過提煉製成血清、畜產廢棄物與工業整合進行沼氣發電提供民生及其他產業用電、甘蔗渣提煉成生質乙醇等。
表三 荷蘭農食生產鏈廢棄物來源分析
資料來源：TNO (2013)，台灣經濟研究院生物科技產業中心整理。
而上述許多循環農業措施需應用不同的生物循環重要科技，根據EMF在2015年的報告指出(注5)，在生物循環體系重要科技分別包含仿生科技(biomimicry)、堆肥技術(composting)、藻類及微生物廢棄物處理場(biofactories)、生物精煉(biorefinery，可將生物廢棄物進行精煉增加其價值)、厭氧分解(anaerobic digestion)、以及生物可分解食物包裝材料(biodegradable food packaging)。世界經濟論壇(WEF) 2014年的報告(注6)則是將目前的科技進行盤點，分為經典（Golden Oldie）、高潛力（High Potential）、原鑽（ Rough Diamonds），經典科技包含PET、造紙、金屬、玻璃等循環純化技術，高潛力科技則是其他聚合物的循環回收技術，原鑽科技涵蓋食品廢棄物、水泥、二氧化碳等相關科技，最後將3D列印技術及生物材料列為循環經濟的未來明星科技。除了上述科技以外，發展共生農業（多樣性種植）、智慧農業（利用資訊科技及物聯網(IoT)將能源及資源使用最佳化）、能源中和（使用再生、在地能源，例如以農工結合進行沼氣發電(biogas)），發展在地能源產業，優點包含減少汙染、同時生產能源及有機質肥料做為在地化創新產業、無毒耕作環境（減少化學肥料及化學農藥的使用）、研發創新農食品包裝延長食物保存期限、智慧探測食品使用期限等都是未來科技發展的重要方向(注7)。
以下針對沼氣發電、生物精煉、生物炭等三個重要科技進行介紹：
生物炭
生物炭(biocahr)可作為固態燃料，或與土壤摻配，作為土壤改良材料，具有復育土壤、促進作物生長及固碳之效果(圖一)。根據國際生物碳倡議組織(International Biochar Initiative, IBI)所採用的定義中，作為農業資材之生物炭為一種纖細且具有多孔性結構的顆粒，外觀與一般燃燒所產生之焦炭(charcoal)類似，並且由生質物如木材、樹葉等有機物質，在反應溫度小於700℃並於密閉空間中，限制氧氣的狀況下加熱分解所產生的固態物質，而這些物質必需要有目的地應用在農業土壤以及環境保護上，即可稱為生物炭；而農業領域方面常見應用於改善土壤性質、增加作物產量等功用(注11)。
資料來源：Lakeland College (2012)(注12)
圖二、生物炭生產與應用模式圖
生物精煉
生物質(biomass)可經由生物精煉(biorefinery)技術加以應用，生物精煉的概念類似於石油精煉，目的是將生物質全數轉化為化學品或能源，根據產物主要可分為二大部分，第一部分為生物材料，其為以生物為原料所製造之材料，例如用生物聚合物製成生物塑膠，或者是自甘蔗渣、林木廢棄物提煉重要化學品，；第二部份為生質能源，透過生物精煉將生物質轉成可供使用的能源，第二代生質能源的製造，乃使用木質纖維素(lignocellulose)為原料製作生質燃料，與醣類、澱粉類作物不同的是，木質纖維素大量存在於地球上的草本與木本植物，以及各式農業、木材與其他廢棄物之中，使得生質能發展不需要大量使用現有的糧食作物，且因其來源多且廣，將可減緩糧食與能源間的衝突，並延緩過度開墾問題(注13)。最標準的例子為丹麥知名酵素公司Novozymes以玉米各部位及其廢棄物作為原料，以生物精煉製造食品、高品質飼料、生質能源、再生材料(注14)（圖二）。
資料來源：MultiHemp, EU (2016)
圖四、歐盟MultiHemp麻類作物生物精煉計畫
丹麥則是利用生物精煉技術將農業廢棄物進行加值再利用，產品從附加價值較低的有機質肥料到高附加價值的醫藥化學品，預計2035年時可創造每年3-5億歐元的淨利，而搭配減少50%食品廢棄物更可再另外減少1.5-2.5億歐元的支出(注16)。荷蘭則是從農業及食品產業生產價值鏈中依照不同加工層級進行分析，分成生產、加工、消費者等三大層面，總共列出34種不同的生物廢棄物，分別針對不同種類的廢棄物計算每年產生量、目前利用模式、以及處理所需成本或收益等進行完整盤點，若將34種廢棄物利用生物精煉技術及沼氣發電進行處理，估計每年可創造大約10億歐元的收入(注17)。
台灣循環農業發展願景
台灣土地面積狹小，屬於天然資源相對缺乏之國家，多項重要農工原物料需倚賴進口供應。過去台灣雖然曾是蔗糖大宗出口的地區，也曾出產煤礦與金礦，但隨著經濟結構轉型與天然資源逐漸枯竭，轉而成為進口國家。從能源角度來看，98%能源都靠進口，仰賴從國外進口天然氣、煤、油等來當火力發電的燃料。而火力發電同時也是台灣發電量占比最高的發電方式，佔約7成，核能發電次之，占供應比18.8％。循環經濟講求「再生恢復」、使用可再生能源，藉由「重新設計」材料、產品、及商務模式，以消除廢棄物並使得資源能夠更有效率地被利用，天然資源得以永續使用，台灣發展農業循環經濟具有許多優勢，優勢分別包含以下幾點(注18)：
1. 循環經濟的重點在於再生循環，解決天然資源枯竭問題，天然資源匱乏的國家(如荷蘭、丹麥、臺灣等)尤其需要發展循環經濟，可減少能源仰賴進口依存度，節省大量能源成本。
2. 農業本身即為循環體系，轉型較其他產業容易，且對於國土保育及生態具有正面效果。
3. 大農轉換成本高，如美國、巴西等大農國家轉型包伏較大，較不容易從過去線性農業模式轉為循環農業，反而台灣農業的小農特性，使的循環經濟更容易進行小區塊整合、發展在地化新創事業，並創造該地區就業機會。
4. 台灣農業生技研究能力具有一定基礎，對於農業廢棄物再利用已有許多研究計畫。
5. 台灣為亞洲國家中少數已開發國家，適合做為亞洲在循環經濟上的模範指標，發展循環農業同時也是擺脫與日本、韓國出口競爭的良好機會。
6. 循環經濟需要新商業模式，台灣創業精神亞洲第1(注19)，台灣將有機會重新開啟新的產業典範。
2015年聯合國在「永續發展目標」（Sustainable Development Goals, SDGs）中，將「永續農業」列為第二項重要目標，循環農業具有將資源利用效率極大化的特質，並結合廢棄物再生利用，達到廢棄物減量及加值的生產模式，成為全球農業發展的新潮流。
台灣農業面臨人口結構改變、耕地面積細碎化、貿易自由化，以及氣候變遷加劇影響區域農業生產量與價格波動等內外環境因素挑戰，為解決上述問題，政府提出「新農業創新推動方案」(注20)，運用科技創新將傳統農業導入循環經濟，積極推動畜牧糞尿水資源循環再利用，降低廢水處理成本，並節省肥料施用及灌溉用水；利用養魚不換水、種菜不施肥的概念發展養殖水耕模式，避免水資源消耗與週邊水域優養化問題，並降低養殖排放水對環境的衝擊。
此外，農委會將調整林業政策，開放國有林合理經營管理，提升林業整體競爭力；同時發展農電共構共享營運體系及創新產業模式，有效提高國內自主能源的供應、減輕對石化能源的依賴。另外也針對農業廢棄物進行加值利用的研發，例如中興大學森林學系副教授楊德新研發團隊成功開發回收茶葉渣製成茶葉塑膠再生複合板材、林業試驗所發現伽羅木醇型土肉桂，具有降憂鬱、降血糖與降血脂的功能，以枝葉作為開發機能性產品的原料、茶業改良場開發葉芽茶原料護眼保健產品、農業試驗所開發米糠創傷敷料、護膚、護髮等外用機能性產品、農業藥物毒物試驗所發現台灣紅豆杉萃取液對皮膚修復及傷口癒合作用，開發化妝品與外用敷料、苗栗改良場利用愛玉子渣開發愛玉子護膚美白產品等皆為目前循環經濟在農業的推動措施，而循環經濟除了單純的農業規劃以外，尚可借鏡歐盟循環經濟行動計畫的跨域整體規劃，藉由進行農工結合、醫農結合、農電共享等跨領域合作，可對國家整體循環經濟發展有更完整的規劃。
「新農業」及「循環經濟」是目前我國5+2創新產業發展之重點，積極鼓勵國內學研法人、產業與地方政府建立更緊密的合作關係，設立示範園區（專區）以生物經濟做為循環經濟的發展基礎、進而推動新農業之營運模式(注21)，以達成「創新、就業、分配」及「永續發展」政策目的，期許台灣發展出循環農業營運典範。
|