IYBSSD@TAIWAN 「科學X永續」列車
城市智慧化,收集數據、並以數據為基準,可更加清楚反應真實,協助決策精確。
科 普 知 識
目前全世界56%的人口集中在城市,聯合國預測2050年,此比例將上升到68%。提早對於未來的城市發展進行前瞻性的想像與規劃,將有助於減碳生活的實現。 智慧城市需要更精密的管理都市裡的各種設施、服務,過程中非常仰賴大量的數據。透過收集不同的數據,進行分析、決策,提升居民的生活品質。舉例來說,台北捷運的月票制度即是透過分析乘客數據後所設計而成。不同的交通工具整合、亦可經過數據分析最佳化,讓市民在搭乘大眾運輸工具時,能盡量減少等待與轉乘所需的時間。
利用便捷的服務讓使用者願意選擇較永續的交通選項
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交通行動服務,是一個交通整合服務的觀念,目的是讓民眾的行為從擁有車輛轉變為擁有交通服務,利用數據的收集與分析,打造一個更可靠、更經濟的交通服務系統,整合公車、計程車、共乘汽車、共享運具和腳踏車等公共運輸及私人運輸,讓使用者可快速便利的完成從行程規劃、訂位至付費等整套流程,且減少等待的時間。目標是希望利用其便利性鼓勵民眾選擇大眾交通工具以及使用共享服務取代大量使用私人運具,以減少使用私人運輸所產生的碳排。
未來智慧網絡,當汽車、路邊裝置都能互通資訊交換,交通安全與運輸效率都會提升,進而提升燃油效率達成減少廢氣排放。
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車輛科技中,除了電動車、自駕車以外,車聯網可說是相當重要的技術。透過車聯網,將能整合道路上的車輛,道路上的儀器(攝影機、交通號誌),與路上行人,彼此之間溝通傳遞資訊,將原本獨立的個體整合在一起。舉例來說,前方發生事故時,得以及時將資訊傳遞到後方,進行動態的交通路線調整。甚至進一步協助自駕車分析資訊,最佳化自駕模式。
城市需要能源自主,除太陽能、風能外,也要利用新興燃料電池,提高能源轉換率,以及發展核融合,提供城市能源需求。但透過科技讓永續的選擇成為預設選項以改變用戶行為也很重要。
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城市有可能100%使用再生能源嗎? 技術是城市達成100%再生能源的一個重要的部分(但只是一部分),能源轉型從新技術中受益匪淺,這些新技術使我們可以用不同的方式生產能源(如太陽能、風能、地熱)、儲存能源(如新興燃料電池)和分配能源,同時也可以更好地了解能源用去哪了和減少能源的使用(提高能源轉換率)。 好消息是,人類行為改變能夠超越一些使用最先進技術帶來的效果,因此改變用戶行為也非常重要。 另一方面,我們也看到了許多能源基礎設施開始發展出能適應人類行為的技術,例如透過感測器及人類行為分析來調控室內溫度,一方面滿足人類的溫度要求但同時考量節能。 真正聰明的解決方案不只是使較永續的方案成為可能的選擇,而是使其成為一個預設的解決方案。綜合技術與人的努力,城市是有可能100%使用再生能源的。
智慧電網讓電力公司清楚區域的即時電力使用,動態調整進而提升電力使用效能,消費者能也能接收即時資訊更精準的節能減碳。
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通信技術除了提供人與人之間傳遞訊息,如今也演進到可讓物品與物品之間傳遞資訊。在物聯網的幫助下,都市裡許多傳統的設備將具備「感知」與「溝通」的功能,或是搭配影像辨識技術,彷彿有許多小精靈棲身在都市的各處,隨時觀察注意各種資訊:空氣品質、停車位、人潮、用水用電、甚至入場遊客的體溫等等。當感應器偵測到數值後,便可透過物聯網回傳到中央,協助中央管理決策、判斷。或收集數據,進行長期的觀察與分析。
公民參與是智慧城市重要的一環
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智慧城市使用創新技術來增強社區服務和經濟機會,改善城市的基礎設施,降低城市運作的成本和資源消耗,並增加公民參與度。智慧城市不是"監控"城市,雖然智慧城市會使用許多感測器,但智慧城市在實踐時必須確保市民、訪客、商業的隱私。智慧城市也不是app城市或是只是個科技潮流的用詞,智慧城市的核心是"人",希望能藉由科技達到公民對都市的期待,像是減少交通堵塞、空氣汙染、廢棄物,改善教育等。也因此公民積極地參與城市的規劃,了解自己對城市未來生活的期待,也是智慧城市重要的一環。
如何兼顧智慧城市中,大量的資料交換、訊號傳輸,牽涉到道德與個人隱私,個體自主權&整體效益!?
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智慧城市令許多人最擔憂的,莫過於當我們為了實現更高的效率,在都市各處進行監測、感應、影像辨識,收集了大量數據的同時,這些數據是否有經過,或是應該經過當事人同意。舉例來說,若是電子廣告看板前安裝影像辨識系統,可根據觀看者的年齡、服裝來決定投放廣告,此行為是否算是過度收集數據。過去曾有許多智慧城市推動,因為市民對執行單位的資訊收集行為有所疑慮,最後暫緩或失敗的案例。
(1)台灣地狹人稠進口需求高,需邁向循環經濟。
(2)循環經濟基於三個由設計驅動的原則:1)消除浪費和污染、2)循環利用產品和材料、3)自然再生性。要達到循環經濟的境界,科技的運用與民眾的配合都十分重要。
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(1)
台灣幾十年來,60%以上的食物仰賴進口,而能源、肥料、飼料仰賴進口的程度更高達90%以上!地狹人稠的台灣所有物資與能源得來不易,非常寶貴,循環經濟是必行之路。
(2)
循環經濟:在我們當前的經濟活動中,泰半是從地球上獲取材料,用它們製造產品,最終將它們作為廢物扔掉——這個過程是線性的。 相比之下,大自然的運作過程是循環而沒有廢棄物的。所以在循環經濟中,大量減低廢物的產生極為重要。 循環經濟基於三個由設計驅動的原則:1) 消除浪費和污染、2) 循環利用產品和材料、3) 自然再生性 循環經濟將經濟活動與有限資源的消耗脫鉤,這是一個有彈性的系統,對企業、人和環境都有好處。
豬隻的糞尿是台灣河川污染源之一。透過科技妥善處理,糞尿形成的沼氣可以發電,沼液沼渣可以成為肥料。只要善用科學,豬的「黃金」是黃金般的資源,而不是污染源。
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循環經濟的關鍵是回收嗎?其實是思考如何不製造垃圾。以工業循環而言,在太陽能板設計階段,便思考如何在製造過程節能減排省物料,並讓其易於維修,20年後回收時如何使矽晶、玻璃容易分開,方便重複利用;以生物循環為例,養豬除了供應食物,豬的排泄物可以作為肥料以及燃料的來源,內臟骨血可以製成特用化學品甚至醫藥用品。豬隻的排泄物是台灣河川的主要污染源之一,在循環經濟的概念與設計中,排泄物成為資源而不是污染源。
大自然有各式各樣的共生關係與物質循環迴圈,人類繁複多元的產業有可效法自然之處嗎?有!跨產業共生的園區方興未艾。在共生園區中A產業的剩餘物質、廢熱,成為B產業的原料與能源。
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一般公司生產過程中所產生的剩餘資源,通常會被丟棄。在循環經濟或是產業共生的狀況下,這些物資不會被丟棄或銷毀,而是收集起來,讓一個或多個其他公司取用,投入於另一生產過程。如此互惠互利或共生的關係,將有利於邁向零廢棄、零排放的工業系統。
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手機裡的元素高達三、四十種,銦、釔、鎵、銀等元素面臨高度缺乏的危機。全球每年5億支的廢棄手機中蘊藏了驚人的礦藏,正等待科學家從這些城市礦源中提煉元素。
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不少金屬的開採日益困難,國際上對於元素稀缺的危機日益關注。人類必須透過科學研發,從廢電子電機設備(waste electrical and electronic equipment;WEEE)中回收稀有金屬,且在價錢、能耗,以及對環境的影響等各方面,都做到優於傳統採礦的效率及環境影響。
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台灣每人日均用水量是280公升,未來希望減到250公升,並通過雨水收集滿足此目標。
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水與都市農業:都市中水的主要用途是飲用、烹飪和洗澡。在第一階段使用後,水可經過處理並再次供應用於洗滌衣物和器皿,用於沖洗和一般清潔目的。若最後這些水經過再進一步處理並通過管道可輸送到“城市農場”,用於種植蔬菜並用於園藝。通過這三個階段的用水量,人均需水量可以通過雨水收集來滿足,並減少均用量,台灣目前的每人平均用水量是280公升。
(1)城市垂直農場常採用垂直方式經營,就是將原本「水平」延伸的農場,變成「往上」、以「垂直」的方向種植作物。
(2)城市內實行垂直農業,用高效能LED燈作為光源,使用數據,規劃蔬菜成長週期,提供城市人口部分食物。減少食物運輸能源消耗。
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城市農場常採用垂直農場的方式經營,垂直農場簡單來說,就是將原本「水平」延伸的農場,變成「往上」、以「垂直」的方向種植作物。除了充分利用資源與空間,更能有效地擴大農作物生產面積和產量。許多城市農場不像溫室種植利用陽光,而是以LED燈作為光源,LED燈會根據生長階段和作物類型不同而進行調整。無土栽培這類技術通常用於垂直農場,因為栽培環境被嚴格地控制,如照明、灌溉、施肥和氣候都受到精準調控,所以很少使用化學農藥處理。同時藉由使用數據,規劃蔬菜成長週期,提供城市人口部分食物。減少食物運輸的能源消耗與碳排。
「科學X永續」列車科學內容專業諮詢團隊
|俯仰之間,萬物相惜|
Harmony with nature
陳育霖 國立臺灣師範大學 物理學系/師資培育學院
邱美虹 國立臺灣師範大學 科學教育研究所
許正一 國立臺灣大學 農業化學系
于宏燦 國立臺灣大學 生命科學系/CASE-科學教育發展中心
賴亦德 國立臺灣大學 CASE-科學教育發展中心
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|地球是人類的太空船|
Treasure Spaceship Earth
趙奕姼 社團法人中國化學會
張一知 國立臺灣師範大學 化學系
陳竹亭 國立臺灣大學 化學系
賴以威 國立臺灣師範大學 電機工程學系/數學教育中心
詹瀅潔 國立臺灣大學 土木工程學系
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|守護變遷下的海洋與森林|
We for the ocean & the forest
林卉婷 國立臺灣大學 海洋研究所
徐堉峰 國立臺灣師範大學 生命科學系
許瑛玿 國立臺灣師範大學 科學教育研究所
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|凡走過必留下碳足跡|
Every Step Leaves a C Footprint
賈至達 國立臺灣師範大學 物理學系
張四立 國立臺北大學 自然資源與環境管理研究所
陳冠勛 國立臺灣師範大學 長期社會生態核心觀測站規劃辦公室
侯彥宇 國立臺灣師範大學 長期社會生態核心觀測站規劃辦公室
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|歐兔(O2)行銷推廣組|
黃琴扉 國立高雄師範大學 科學教育暨環境教育研究所
鄭夢慈 國立彰化師範大學 生物學系
「科學X永續」列車美術設計團隊
|流寓工作室|
張致中設計師 / 周明誼設計師 / 賴慧珈設計師
「科學X永續」列車網頁遊戲設計
幻鼎數位科技有限公司
指導單位
國家科學及技術委員會
IYBSSD@
國立臺灣師範大學、國科會自然科學及永續研究推展中心、國立成功大學、台灣物理學會、中國化學會
特別感謝
臺北市政府教育局、臺中市政府、高雄市政府教育局、臺北大眾捷運股份有限公司、桃園大眾捷運股份有限公司、臺中捷運股份有限公司、高雄捷運股份有限公司、晶賀整合行銷有限公司、東森新媒體控股股份有限公司、台灣摩菲爾國際股份有限公司、高瞻廣告股份有限公司