110 高普考高考三級 林業技術 林產學 考古題詳解

核心觀念

本題考查三個層次：森林如何吸收並儲存大氣中的碳、碳權如何形成與交易，以及推動國產材如何透過森林經營與木材利用增加減碳效益。作答時要把「森林碳吸存」、「木材產品碳保存」及「材料替代減排」分清楚。

碳匯是從大氣中移除二氧化碳並加以吸收、固定或儲存的過程或場所。森林透過光合作用吸收二氧化碳，將碳存於樹幹、枝葉、根系及土壤中；木材製成產品後，碳也能在產品使用期間繼續保存。森林碳匯因此包含森林生態系中的碳吸存與收穫林產品的碳保存，但兩者計算邊界不同。

碳權是常用的通稱，並非《溫室氣體減量及管理法》所定義的單一法律名詞。實務上可能指排放額度，或經核可、可用於抵換等用途的減量額度。以命題當年民國 110 年的法規而言，應依當時《溫室氣體減量及管理法》及相關制度理解；減量額度通常以一公噸二氧化碳當量作為計量單位。碳匯本身不會自動成為可交易的碳權，必須依適用的方法、基準線、監測、量化及查驗等程序認定，並符合額度制度規定。

《溫室氣體減量及管理法》於民國 112 年修正並更名為《氣候變遷因應法》，現行法已修正；本題法規內容以命題當年民國 110 年為準。

解題方法

依「森林吸存—木產品保存—替代減排—永續經營」的順序說明，可完整呈現國產材推動在碳匯上的貢獻與意義。應同時指出碳效益的來源及成立條件，避免把「使用國產材」直接等同於取得碳權。

木材中碳含量可換算為二氧化碳當量，基本換算關係為：

其中 $44/12$ 是二氧化碳分子量與碳原子量的比值。實際估算林產品碳保存量時，仍須依木材種類、密度、碳含量、產品用途及使用年限等資料計算。

國產材推動在碳匯上的貢獻與意義

一、森林經營與更新增加碳吸存

推動國產材可提高人工林經營及木材利用的經濟誘因，支持造林、撫育、疏伐與更新等工作。經妥善經營的森林持續生長，可吸收大氣中的二氧化碳並增加森林生物量；適時採伐並更新林分，則可維持森林生產力與後續吸存能力。這項貢獻以永續經營、森林更新及妥善保護土壤與生態為前提，不能將採伐本身直接視為增加碳匯。

核心觀念

本題考查木材熱改質的定義、改質機制、性質變化與用途選擇。作答時應先說明木材如何受熱改質，再依「尺寸與耐久性改善、力學性能下降」的權衡，說明適合的用途及限制。

熱處理木材是指將木材置於缺氧或低氧環境中，在高溫下處理，使木材的化學組成與細胞壁性質產生改變，進而改善部分使用性能的木材。常見處理溫度約為 $160\sim240^\circ\mathrm{C}$，實際條件依樹種、含水率、處理介質及製程而異。它主要是以熱改質木材，通常不以防腐藥劑浸注作為改質手段，因此不等同於一般防腐處理。

熱處理時，半纖維素較易降解，木材細胞壁可與水分作用的羥基減少；木材的吸濕性與平衡含水率因而降低，尺寸變化也隨之減少。處理溫度與時間越高，改質效果通常越明顯，但熱降解及強度損失也會加重。

解題方法

建議以「處理條件與機制 → 性質優劣 → 應用與限制」作答。每一項性質都簡要連結其原因，最後依性能取捨選擇用途，就能兼顧原理與實務。

一、熱處理木材的優點

1. 尺寸安定性較佳 熱處理降低木材吸濕性與平衡含水率，因此木材隨環境濕度變化所產生的膨脹、收縮及翹曲通常較少。適合用於戶外或濕度變動較大的環境。

2. 抗腐朽性提升 半纖維素等成分受熱改變後，木材可供腐朽菌利用的營養來源及適宜環境降低，因而能提高對部分腐朽菌的抵抗性。效果會受樹種、處理程度及使用環境影響；熱處理木材仍不應一概視為可直接用於長期接觸土壤或水中的材料。

3. 色澤加深且較均勻 熱處理會使木材呈現由淺至深的褐色調，常用於需要深色外觀的產品。色澤可深入材料，不完全依賴表面染色；但長期日照仍會造成表面風化與褪色。

4. 降低吸水與熱傳特性 木材吸濕性下降，且熱處理後的木材熱傳導率通常降低，可作為室內裝修或隔熱用途的材料選項。

5. 減少藥劑使用需求 熱改質主要靠熱處理改變木材性質，可減少對化學防腐藥劑的依賴；這項優勢不代表其在各種環境下都不需表面保護或維護。

二、熱處理木材的缺點與限制

核心觀念

木材塑膠複合材料（Wood–plastic composite, WPC）是以木質纖維、木粉或其他木質材料作為增強材或填料，分散於熱塑性塑膠基材中，經混練、押出、射出或熱壓等方式製成的複合材料。常見塑膠基材包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）及聚氯乙烯（PVC）。

本題重點有二：一是說明 WPC 相較於金屬、塑膠與實木的材料優點；二是分析親水性的木質材料與疏水性的塑膠之間，為何容易產生界面相容性問題，以及如何改善。

解題方法

作答時可先從複合材料的組成與功能切入：塑膠提供成形性、耐水性與材料連續性；木質成分提供剛性、質感與可再生來源。接著指出兩者的極性與表面性質不同，導致界面潤濕、黏著及應力傳遞不佳，最後依「木材表面改質、塑膠相容化、製程控制」三個方向提出改善方法。

WPC 的優點

1. 重量較輕，易於加工與安裝：相較於金屬材料，WPC 密度較低，可減輕構件重量，且可使用押出、射出或熱壓等方式製成不同形狀。
2. 具木質外觀與觸感：木粉或木纖維可提供接近木材的色澤、紋理與質感，兼具塑膠材料的成形彈性。
3. 尺寸穩定性及耐候性較佳：與實木相比，WPC 較不易因吸濕、乾燥而發生膨脹、收縮、翹曲或龜裂；適當配方及加工下，也可用於戶外鋪板、欄杆等用途。
4. 耐腐朽及生物劣化性較佳：塑膠基材包覆木質成分，可降低水分與生物因子接觸木質材料的機會，通常較實木耐腐朽、蟲害及黴菌侵害。
5. 可利用木質副產物與回收塑膠：木粉、木屑等木質資源可作為填料，部分產品亦可使用回收塑膠，有助於資源再利用。
6. 相較純塑膠可提高剛性、降低材料用量：木質填料可提高塑膠的彈性模數與尺寸穩定性，並減少塑膠基材用量；不過強度及耐久性仍取決於配方、界面與製程品質。
7. 較金屬不易腐蝕，且可依用途調整配方：不會如金屬一般發生電化學腐蝕，可藉由調整木粉含量、塑膠種類及添加劑，改變材料性能與外觀。

界面性質的問題

木質纖維或木粉含有大量羥基（$-\mathrm{OH}$），屬於極性、親水性材料；常見 PE、PP 等塑膠則為非極性、疏水性材料。兩者的表面能與化學性質差異大，因而容易產生以下問題：

1. 相容性差、潤濕不足：熔融塑膠不易充分潤濕木質材料表面，木纖維與基材之間容易形成界面空隙。
2. 界面黏著力弱：木質材料與塑膠間缺乏足夠的化學鍵結或分子作用力，受力時容易脫黏。

核心觀念

本題考查生質能依「轉換方式」的分類，以及各技術如何把生物質轉成可利用的熱能、電力或燃料。生質能原料包括木材與林業剩餘物、農業廢棄物、畜牧糞尿、廚餘及其他有機廢棄物。作答時應先分類，再說明各類轉換的基本原理、產物與應用。

常見分類為：

1. 熱化學轉換：以熱處理生質物，主要包括直接燃燒、氣化及熱裂解。
2. 生物化學轉換：藉微生物或酵素分解有機物，主要包括厭氧消化及發酵。
3. 物理化學轉換：以物理處理或化學反應改善生質物燃料性質，常見例子為植物油酯化製生質柴油。

解題方法

依能源轉換的主要作用機制分類，並對每一技術交代「原料如何處理、產生何種能源載體、如何使用」。熱化學轉換以高溫為核心；生物化學轉換以微生物分解或發酵為核心；物理化學轉換則著重燃料調質及液態燃料製備。如此可避免只列技術名稱，卻未回答題目所問的「應用方式」。

各轉換技術及應用

一、熱化學轉換

（一）直接燃燒

將木材、木屑、樹皮、稻殼等生質物直接燃燒，利用燃燒放出的熱能加熱水或產生蒸汽，再供熱或驅動汽輪機發電。林業上可利用伐採剩餘物、木材加工剩餘物及廢木料作為鍋爐燃料，應用於工業供熱、乾燥及汽電共生。

原料含水率會影響燃燒效率，因此常需先乾燥、破碎或製成木粒等燃料。

（二）氣化

在氧氣或空氣供應受限的條件下，以高溫使生質物部分氧化，產生含一氧化碳、氫氣及甲烷等成分的可燃氣體，通常稱為合成氣或生質氣。經除塵、除焦油及調整氣體品質後，可供鍋爐燃燒、燃氣引擎或汽電共生設備使用；進一步處理後，也可作為合成液態燃料或化學品的原料。

（三）熱裂解

在缺氧或無氧條件下加熱生質物，使其分解成生質油、可燃氣體及固體炭等產物。生質油可經精製後作為燃料或化學原料；可燃氣體可回供製程熱能；固體炭可作燃料、土壤改良材料或炭材用途。產物比例會受溫度、升溫速率及停留時間等操作條件影響。