113 專技高考高等考試 林業技師 林產利用學（包括木材物理、木材加工、林產化學） 考古題詳解
第 一 題25 分
農業部研擬自然碳匯方法學中，企業可透過加強或改善既存森林、竹林經營方式，增加自然碳匯，申請取得減量額度。而國產材可製成「收穫林產品」或「收穫竹產品」等碳庫形式，試述林木的碳吸存及其產品的碳貯存效益。
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核心觀念
本題要區分兩種效益：
- 林木碳吸存：森林透過光合作用，將大氣中的二氧化碳固定為有機物，增加林木及林地碳庫的碳量。
- 林產品碳貯存：林木採收後，加工成木材或竹材產品，原先固定在生物質中的碳隨產品繼續留存；產品使用年限越長，碳回到大氣的時間越晚。
因此，森林經營與林產品利用是碳流的前後兩個環節。永續經營使林木持續生長、吸收二氧化碳；適當採收並製成耐久產品，則把部分已吸存的碳由森林生物量移至產品碳庫。
解題方法
作答時可依「林木吸存機制 → 經營增匯措施 → 採收後碳的去向 → 林產品貯存效益與限制」鋪陳，並指出碳額度計算須依方法學的專案邊界、基線與監測規定，不能把森林現有的全部碳存量直接當成新增減量額度。
一、林木如何吸存碳
林木利用光合作用吸收二氧化碳與水，合成醣類及其他有機物，並釋出氧氣：
有機物經生長與代謝，形成樹幹、枝條、葉、根等生物質。森林碳庫還包括枯死木、凋落物及土壤有機碳；其中樹木碳儲量通常以地上部與地下部生物量估算。林木碳量增加，代表一定期間內有碳被吸收並存入生物質；若林木死亡、腐朽、燃燒或受擾動，碳則可能以二氧化碳或其他溫室氣體回到大氣。
樹木碳量估算的基本概念為：
若需換算成二氧化碳當量，乘以分子量比：
地上部生物量可由材積、木材密度與生物量擴展係數推估；實際計算應採用方法學指定的樹種係數、樣區調查及監測方式。
二、森林與竹林經營如何提高碳吸存
企業或專案執行者可依「加強森林經營碳匯專案」及「竹林經營碳匯專案」等方法學，對既有林地或竹林採取適合的經營措施，例如：
- 森林撫育、疏伐、修枝及調整林分結構，使林木有較佳生長空間與生長條件。
- 更新樹種、林間孔隙造林、森林保護及病蟲害防治，促進林分健康與生長。
- 延長輪伐期、改善木材形質，增加林木在林地中的生長時間及可利用材比例。
- 竹林採取撫育、調整立竹密度及維護竹林健康等措施，促進竹稈生長及竹林持續更新。
方法學認列的是專案相對於基線情境所增加的碳移除量或減少的排放量，須有專案活動、監測及相關證明，並符合適用條件與查驗程序。森林本來已有的碳存量，不等同於專案新增的碳匯額度。
第 二 題25 分
林業剩餘資材之回收再利用，可成為重要的碳貯存途徑，有助於減緩溫室效應，更能促進資源之永續利用，試舉出林業剩餘資材再資源化的利用方式。
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核心觀念
本題考查林業剩餘資材的分類、資源化途徑，以及材料利用與能源利用的差異。林業剩餘資材是指森林經營、伐採、集材、木材加工等作業中產生，未直接成為主要產品的生物質，例如枝梢、樹皮、樹根、伐根、疏伐木、木屑、刨花、邊皮及修枝葉。
木質資材中的碳主要以有機物形式存在。將剩餘資材製成木製品、板材或生物炭，可使部分碳在一段時間內留存在產品中；若直接燃燒，碳會較快回到大氣。因此，資源化時應優先考量延長材料使用壽命與提高資材利用率，再利用不適合材料化的部分作能源或其他用途。
解題方法
作答時可依「材料利用、化學利用、土壤與農業利用、能源利用」四類整理，並將具體資材與產品配對。列舉時兼顧林地端剩餘物與木材加工端副產物，再點出先材料化、後能源化的利用順序，即可完整回應「再資源化的利用方式」。
林業剩餘資材的再資源化方式
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木質材料及木製品 枝梢、疏伐木及規格較小的原木，可加工成木材、集成材、木質複合材料、刨花板、纖維板等；木屑、刨花與邊料也可製成粒片板或木質填料。此類利用可將碳保留於產品中，並替代部分原生木材或其他材料。
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紙漿與紙類產品 木片、樹皮或其他適用木質纖維，可經機械或化學處理製成紙漿，用於紙張、紙板及包裝材料。製漿過程產生的木質素等副產物，亦可再作化學品或能源用途。
第 三 題25 分
製漿造紙須將木質素破壞，才可使纖維素分離出來，試述將木材轉變為紙漿的方法，並說明其優缺點，並試述硫酸鹽製漿法（Kraft pulping）的使用時機與優缺點。
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核心觀念
木材主要由纖維素、半纖維素與木質素構成。製漿的目的，是破壞或溶解除去木質素，使纖維彼此分離，再將纖維懸浮、成形並乾燥製成紙張。木質素去除程度、纖維受損程度與製程收率彼此牽連：脫木質素愈徹底，通常愈容易得到潔白、柔軟且易漂白的紙漿；但化學藥品與能源消耗較高，且若處理過度，纖維素也會降解。
常見製漿方法可分為機械製漿、化學製漿，以及介於兩者之間的化學機械製漿。硫酸鹽製漿法（Kraft pulping）屬於化學製漿，以氫氧化鈉及硫化鈉組成的蒸煮液（白液）處理木片，使木質素溶解，保留纖維素纖維。
解題方法
作答時先按「分離纖維的作用方式」分類，再逐一交代原理、適用產品與優缺點。最後聚焦 Kraft 製漿，說明其藥液、脫木質素機制、適用時機，以及相較其他方法的主要利弊。
一、木材轉變為紙漿的方法
| 方法 | 原理與製程 | 優點 | 缺點與用途 |
|---|---|---|---|
| 機械製漿 | 以磨木、磨盤或精磨設備施力，使木材細胞分離；木質素大多留在紙漿中。包括磨木漿與熱磨機械漿等。 | 收率高，原料利用率佳；製程較少使用化學藥品；紙張不透明度與鬆厚度較佳。 | 木質素殘留多，紙張易黃化、老化，強度通常較低；適合新聞紙及部分印刷紙，較不適合要求高強度或長期保存的紙品。 |
| 化學製漿 | 木片在蒸煮器中以化學藥液加熱蒸煮，溶解除去大部分木質素，使纖維分離。主要方法包括硫酸鹽法（Kraft）及亞硫酸鹽法。 | 纖維分離較完整，紙漿強度較高；可製得漂白化學漿，適用於紙袋、包裝紙、文化用紙及高強度紙品。 | 木質素溶出使製漿收率低於機械漿；需回收藥液並處理蒸煮廢液，設備與操作要求較高。 |
| 化學機械製漿 | 先以化學藥液軟化木片或降低木質素對細胞間的黏結，再以機械力將纖維分離。 | 收率與紙張不透明度通常高於化學漿；纖維性質及製程能耗可介於機械漿與化學漿之間。 | 木質素仍有相當部分留在漿中，紙張耐久性及強度不及充分脫木質素的化學漿；常用於新聞紙、印刷紙及部分紙板。 |
機械製漿以機械力分離纖維，化學製漿以藥液移除木質素，化學機械製漿則先化學軟化、再機械分離。三者的收率、紙張強度與木質素殘留程度各有取捨。
二、硫酸鹽製漿法（Kraft pulping）
第 四 題25 分
試說明木材水分調節的重要性，及水分調節過程中可能發生的損傷及原因。
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核心觀念
木材水分調節，是依木材用途與加工條件，控制木材含水率及其分布，使木材在乾燥、加工、保存與使用期間維持適當狀態。木材含水率通常以木材中水分質量占絕乾木材質量的百分比表示：
木材中的水分可分為自由水與吸著水。自由水存在於細胞腔與細胞間隙；吸著水存在於細胞壁內。木材乾燥時，自由水先減少；含水率降至纖維飽和點以下後，吸著水減少，細胞壁收縮，因而引起乾燥收縮與內部應力。
木材具吸濕性，會隨周圍空氣的相對濕度及溫度變化吸收或釋出水分，逐漸趨向平衡含水率。因此，水分調節的目的不是一味將木材乾至越低越好，而是使含水率符合用途，並使木材內外含水率與應力狀態均勻。
解題方法
本題可分成兩部分作答：
- 先說明水分控制對木材乾燥、加工及使用性能的影響。
- 再依損傷形成機制分類，說明各種缺陷的外觀、原因及其與含水率梯度、收縮差異或乾燥條件的關係。
木材含水率調節不當時，表層與內部的乾燥速度不同，會造成水分梯度與收縮應力；若乾燥條件過急、過熱，或木材自身材質不均，也會形成裂隙、變形、內部破壞及色變。
水分調節的重要性
1. 維持尺寸穩定
木材在纖維飽和點以下失水時會收縮，吸水時會膨脹。若木材使用時含水率與環境平衡含水率相差過大，便容易產生尺寸變化、翹曲、接縫鬆開或構件變形。將木材調節至接近使用環境的平衡含水率，可減少後續的乾縮與濕脹。
2. 改善加工與組裝品質
含水率過高會使木材較重、加工時不易保持尺寸，塗裝、膠合與表面處理也較難穩定；含水率過低則可能使木材脆化，增加加工破損的風險。適當調濕有助於刨削、裁切、膠合及組裝，並降低加工後的變形。
3. 提高木材耐久性與保存品質
木材長期處於高含水狀態，容易遭受腐朽菌危害，也較利於部分害蟲活動。適當乾燥可降低此類生物危害的條件，並減少儲存、運輸期間因水分過多造成的腐朽、發霉與品質劣化。
4. 提升燃料及加工利用效率
對木材燃料而言，含水率過高會消耗熱能蒸發水分，降低有效熱值。對木材加工而言，控制含水率可提升尺寸精度與產品一致性，降低乾燥缺陷造成的材料損失。
水分調節過程中可能發生的損傷及原因
1. 表面裂縫與端裂
乾燥初期，木材表層先失水並開始收縮，內部仍維持較高含水率，限制表層收縮，使表層承受拉應力。當拉應力超過木材強度時，會形成表面裂縫。