114 地方特考四等 林業技術類科 林產學概要 考古題詳解

核心觀念

本題要說明木材在材料生命週期中的三種氣候效益：加工時耗能較低、木材產品暫存生物碳，以及以木材替代高耗能材料或化石燃料所避免的排放。三者相關，但概念不同，作答時應分開說明。

樹木生長時透過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，形成木材中的有機碳。木材約有乾重的 50％為碳；木材製成產品後，碳會在產品使用期間留存。木材的碳含量可概算為：

若要換算成二氧化碳當量，則以碳量乘以 $44/12$：

解題方法

依「加工階段—產品使用階段—替代情境」三個切入點作答：

1. **加工階段：省能與減碳。**比較木材和鋼鐵、鋁、水泥、塑膠等材料在原料取得、製造、加工及運輸所需的能源。木材通常可在較低溫、較簡單的製程中加工，且密度較低、容易切削，故單位產品所需能源較少；少用能源便可減少能源供應端的溫室氣體排放。
2. **產品使用階段：碳儲存。**木材中的生物碳留存在木製品內，產品壽命愈長，碳留存時間愈長。若以密度 $500\ \mathrm{kg/m^3}$ 的木材為例，每立方公尺乾重木材約含 $250\ \mathrm{kg}$ 碳。
3. **替代情境：碳替代。**以木材產品取代鋼材、水泥、塑膠等排碳較高的材料，或以木質剩餘物取代化石燃料，會避免原替代材料或燃料的部分排放。替代效益須以「提供相同功能」為比較基礎，並視替代對象、製程、運輸、產品壽命與廢棄處理而定。

木材加工也會消耗能源，不能把木材視為完全零排放。完整比較須納入森林經營、採伐、運輸、加工、使用及廢棄處理等生命週期階段。

省能與減碳效果

木材是可加工性高的天然材料。相較於鋼鐵冶煉、水泥熟料燒製及鋁材製造等高溫或高耗能製程，木材加工多以鋸切、刨削、乾燥、膠合等方式進行，整體製造能源需求通常較低。木材重量較輕，也可降低搬運及運輸所需能源。

核心觀念

本題考查木材乾燥的目的，以及人工乾燥相較於天然乾燥的優點。伐採後的原木含水率高，製材後若直接使用，木材會隨含水率下降而收縮，也較容易發生腐朽、變色及加工或使用上的問題。因此，乾燥的核心是將木材含水率降至符合後續加工與使用環境的程度，並盡量減少乾燥缺陷。

木材含水率常以烘乾法計算：

木材的纖維飽和點約為含水率 25%–30%。自由水主要存在於細胞腔；當含水率降至纖維飽和點以下，細胞壁中的結合水開始流失，木材才會明顯收縮，強度等部分力學性質也通常隨之提高。

解題方法

作答分成兩部分：先說明「為什麼木材要乾燥」，再比較「人工乾燥相較天然乾燥的優點」。前者著重乾燥後木材在保存、加工及使用上的改善；後者著重乾燥條件是否可控制、處理時間及供料穩定性。

木材須施以人工乾燥之理由

1. 減少使用時的尺寸變化與變形 木材會吸收或釋出水分，使用環境的溫濕度改變時，尺寸也會隨之膨脹或收縮。先將含水率降至接近使用環境的平衡含水率，可減少製品日後的尺寸變化，降低翹曲、開裂、接縫鬆動等問題。

2. 降低腐朽、黴菌及變色風險 木材長期處於高含水狀態，較容易受到腐朽菌、黴菌及變色菌危害。適度乾燥可減少木材受害的機會，改善保存與使用品質。

3. 改善加工與接合性能 乾燥木材重量較輕，搬運、堆置及加工較方便；刨削、塗裝、膠合及表面處理也較容易控制。使用釘、螺絲等金屬接合件時，乾燥木材通常也較有利於維持接合品質。

4. 提升部分力學性質與材料利用效率 木材含水率低於纖維飽和點後，抗彎、抗壓等部分強度與剛性通常提高。乾燥可使木材較符合結構或製品加工需求，並降低製成後因乾縮而造成的尺寸損失。

核心觀念

本題考查兩個連結的觀念：一是「碳足跡」如何定義；二是如何依生命週期觀點盤點木材產品的溫室氣體排放與碳儲存。

以命題當年（民國 114 年）法規為準，依《環境部推動產品碳足跡管理要點》第二點，產品碳足跡是商品在原料取得、製造、配送銷售、使用及廢棄處理等生命週期階段產生的溫室氣體排放量，換算為二氧化碳當量後的總和。實務量化依據包括 ISO 14067:2018 及環境部的產品碳足跡數據量化與查證規範。

碳足跡的核算對象不限於二氧化碳，也納入其他溫室氣體，並依各氣體的全球暖化潛勢換算為二氧化碳當量（CO₂e）。基本計算概念為：

各階段的溫室氣體排放量換算成 CO₂e 後加總，再以規定的功能單位或標示單位呈現，例如每立方公尺木材產品或每件產品的 kg CO₂e。

解題方法：依生命週期逐階段盤點

作答時先界定產品與盤查範圍，再依生命週期列出各階段的投入、運輸、排放及碳儲存資料。盤查須說明產品規格、功能單位、系統邊界及數據期間；若採用特定產品類別規則（PCR），則依其規定納入階段與計算方式。

一、界定產品與盤查邊界

選定木材產品種類與規格，例如原木、製材、合板、集成材或木質板材，並定義功能單位，如「一立方公尺合板」。盤查範圍可依目的採「搖籃到大門」或「搖籃到墳墓」：

• 搖籃到大門：由原料取得至產品離開工廠。
• 搖籃到墳墓：涵蓋原料取得、製造、配送、使用及廢棄處理的完整生命週期。

若要完整呈現產品碳足跡，應盤點規定的生命週期階段，並清楚揭露所採系統邊界。

二、盤點木材產品各階段

核心觀念

本題考查木材作為結構材料時，哪些因素會影響其抵抗外力的能力。木材強度是材料承受外力而不發生破壞或過大變形的能力；常見性質包括抗拉、抗壓、抗彎及抗剪強度。木材為具方向性的天然材料，強度會隨木理方向、密度、含水率及缺陷等而異，因此不能只用單一數值描述。

解題方法

作答可分成兩層：先說明影響強度的主要因子，再補充使用、試驗與構件條件等相關因子。各因子應簡述其影響方向，並指出木材強度通常以順木理方向較高、橫木理方向較低作為基本判斷。

主要因子

1. 木材密度與比重 密度或比重較高，通常代表單位體積內細胞壁物質較多，木材強度也較高；但不同樹種、材種及木材組織構造會使此關係有所差異。

2. 含水率 在纖維飽和點以下，含水率增加通常會降低強度，尤其對抗壓、抗彎等性質影響明顯；含水率降低則通常提高強度。含水率高於纖維飽和點時，強度變化較小。

3. 木理方向與木理斜度 木材具有顯著的方向性。順木理方向的抗拉、抗壓強度通常高於橫木理方向；木理斜度越大，承載時越容易沿木理方向產生破壞，強度越低。

4. 木材缺陷 節、裂縫、腐朽、蟲害、偏心材及纖維斜走等缺陷會降低有效承載截面，造成應力集中，使強度下降。節疤及木理偏斜對結構材的抗拉與抗彎強度尤其不利。