114 身心障礙特考四等 林業技術類科 林產學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查林產品在「森林—採伐—加工—使用—廢棄處理」整個碳循環中，如何減少溫室氣體排放。林產品主要包括木材、紙漿紙品、木質板材、木質燃料及其他林產物；其中木質產品的氣候效益，主要來自三種機制：

1. 碳儲存：樹木生長時吸收大氣中的二氧化碳，木材加工成產品後，其中的碳仍可保留在產品內，直到產品腐朽、焚燒或分解才會重新排放。
2. 材料替代：使用木材或木質材料取代製造過程較耗能、排放較高的材料，例如鋼材、混凝土、鋁材或部分塑膠。
3. 能源替代：以可持續生產的木質生質能源取代煤、石油或天然氣等化石燃料，減少化石碳排放。

上述效益須放在全生命週期中評估，不能只看產品本身儲存多少碳，也要計入森林採伐、運輸、加工、產品使用與廢棄處理的排放。

解題方法

可依「儲碳—替代—循環利用—森林經營條件」四個面向作答，並說明各面向成立的條件與限制。

一、木質產品儲存碳

樹木透過光合作用吸收二氧化碳，形成木質生物量。採收後，木材製成建材、家具或紙品，部分碳會隨產品留存在使用階段。產品壽命愈長，碳留存在產品中的時間通常愈久。

例如，木材用於建築結構或家具，通常比短期使用後即丟棄的產品能維持較長時間的碳儲存。產品報廢後若回收再利用，亦可延長碳留存時間；若焚燒或腐朽，則會釋出二氧化碳。

二、以木質材料替代高排放材料

木材若能在功能與安全條件相當下，替代鋼材、混凝土、鋁材等材料，可減少這些材料的採掘、製造及加工所需能源與溫室氣體排放。木質材料的減排效益不只來自木材本身含碳，也來自被替代材料原本會產生的排放。

替代效益取決於實際使用情境，例如替代了何種材料、使用量與加工方式；不能假設所有木產品都會自動產生相同的減排效果。

三、以木質能源替代化石燃料

核心觀念

纖維飽和點（fiber saturation point, FSP）是木材乾燥時，細胞腔中的自由水已基本排出、細胞壁中的結合水仍達飽和的含水狀態。此時木材含水率通常約為 30%，但會因樹種、木材部位及測定條件而異。

木材含水率通常以絕乾木材重量為基準計算：

含水率高於纖維飽和點時，水分變化主要是自由水增減，對木材力學性質的影響通常較小；低於纖維飽和點時，水分增減會改變細胞壁的結合水量，因此會明顯影響木材強度與剛性。

解題方法

本題應先交代纖維飽和點的水分狀態，再以「含水率低於纖維飽和點時，含水率下降，木材大多數強度性質上升」為總則，分別說明引張、壓縮、抗彎及剪斷性質。作答時須指出各性質受影響的程度並不相同，也要限定討論範圍在纖維飽和點以下。

各項力學性質的影響

• **引張強度：**含水率下降時，引張強度通常上升；其中順木理引張強度對含水率變化的敏感度一般較低。木材的引張性質亦受木理方向、節及其他缺陷影響，不能只由含水率判斷強度高低。
• 壓縮強度：含水率下降時，壓縮強度明顯上升，尤以順木理壓縮強度的變化最受重視。原因是細胞壁較乾時，受壓不易變形或屈曲。

核心觀念

木材的「腐朽」主要是腐朽菌利用木材中的纖維素、半纖維素與木質素作為養分，分泌酵素分解細胞壁，造成木材質量與強度下降。腐朽菌生長需有適當的水分、氧氣、溫度與養分；其中水分是重要條件，木材含水率長期高於纖維飽和點附近（約 20% 至 30%）時，腐朽風險通常增加。木材長期潮濕、通風不良或與土壤接觸，容易形成適合菌類生長的環境。

腐朽常見型態包括：

• 褐腐：主要分解纖維素與半纖維素，木材呈褐色、易碎裂。
• 白腐：可分解木質素及纖維素，木材顏色變淡、呈纖維狀。
• 軟腐：常見於高濕環境，主要侵害木材表層。

防腐處理的目的，是把防腐藥劑送入木材一定深度並留下足夠藥劑量，以抑制腐朽菌；加壓處理的關鍵在於利用真空排除木材孔隙中的空氣，再以壓力促使藥液進入木材。

解題方法

本題分兩部分作答：先交代腐朽菌造成木材劣化的機制與生長條件，再比較兩種常用加壓法。兩法都在密閉處理槽中進行，差別在於加壓前是否先抽真空或加壓預壓，以及最後希望木材保留多少藥液。

一、木材腐朽劣化的原因

木材腐朽以真菌侵害為主要原因。腐朽菌在合適環境中生長，分泌酵素分解木材細胞壁成分，使木材逐漸失去重量、硬度與承載能力。木材表面有時仍保有原形，內部強度卻已明顯降低。

腐朽發生通常需要以下條件：

1. 水分充足：木材長期受雨淋、漏水、結露或接觸潮濕土壤，含水率升高，利於菌絲生長。
2. 氧氣存在：多數腐朽菌需氧；木材處於潮濕且有空氣流通的環境時，容易腐朽。
3. 適當溫度：溫暖環境通常有利於菌類活動；過低或過高的溫度會抑制其生長。
4. 有可利用的養分：木材細胞壁中的纖維素、半纖維素與木質素，是腐朽菌分解利用的基質。

因此，木材防腐可從降低受潮、改善排水與通風、避免木材直接接觸土壤，以及施加防腐藥劑等方向著手。加壓處理能提高藥劑的滲透深度與分布均勻度，適合需要較持久保護的木材。

二、兩種常用加壓防腐處理法

（一）充細胞法（全細胞法、Bethell 法）

操作原理與程序：

1. 將木材裝入密閉處理槽。
2. 先抽真空，排除木材孔隙中的空氣。
3. 在真空狀態下將防腐藥液注入槽內。
4. 對處理槽加壓，使藥液深入木材。
5. 卸壓並排出剩餘藥液；通常再施以終期真空，清除木材表面多餘藥液。

核心觀念

木材、竹材等生物質主要由纖維素、半纖維素與木質素構成。加熱時，這些有機成分會分解並轉成氣體、液體蒸氣及固體碳質殘渣；依供氧量與反應程度，可區分為氣化與熱解。

兩者的關鍵差異是：熱解在無氧或極低氧條件下以熱分解為主；氣化則在有限氧氣、空氣或水蒸氣存在下，進一步把生物質及部分炭轉成可燃氣體。

解題方法

作答時依序說明反應氣氛、主要反應機制及產物，再比較兩者。氣化不是完全燃燒：供氧量不足以讓燃料全部氧化成二氧化碳與水，而是以部分氧化提供熱量，促使熱解產物與炭繼續反應，形成可燃氣體。

氣化：原理與產物

氣化是在高溫下，以不足量的氧氣或空氣，或以水蒸氣作為氣化劑，使木（竹）材部分氧化並經由一系列反應轉化為燃料氣。過程通常包括乾燥、熱解、部分氧化及還原反應。

部分氧化會放熱；生成的熱量支應後續反應。炭與水蒸氣反應可生成一氧化碳與氫氣；炭與二氧化碳反應可生成一氧化碳。主要反應可簡寫為：