植物工廠－人生何處不相逢

植物工廠

2012/10/11 02:30

植物工廠

植物工廠 (上)
作者：國立臺灣大學生物產業機電工程學系方煒教授

民以食為天，依據聯合國人口署的預估，2010與2050年的全球人數將會是68.6億與91.7億，聯合國糧農組織在2009同時也發佈了全球飢餓人口超過9.6億的報導。換言之，在2009~2010年間，糧食供應量只足夠供應59億人。到2050年要餵飽91.7億人，糧食供應量必須達到目前的1.56倍 (91.7/59)。問題是目前全球的可耕地已經用了80%，如果仍然採取目前的農耕方式，剩下的20% 絕對無法供應足夠糧食。別忘了還有土地沙漠化與全球暖化的威脅，光是1980到2000年的二十年間，全球平均溫度已經升高0.4℃，到2009的今日也高出了0.6℃，且持續昇溫，沒有趨緩的趨勢。南北極冰原、極地冰河融化等造成海平面上昇的威脅更是讓沿海肥沃的可耕地面積有急遽減少的風險，提高單位面積產能變成現階段農業發展的關鍵任務。

許多人考量食品安全，追求重返過去粗放農作方式的純有機，不使用化學肥料與農藥的完全遵照古法的結果造成產量大減，完全忘了人類過去能夠溫飽，有賴於綠色革命中使用化學肥料大幅提高單位面積產能的貢獻。如果全人類的農作都恢復過去的方法，那麼全球人數在2050年絕對不會比現在多，因為大多數人早就餓死了。

台灣東岸的有機產業有不少的潛力，台灣西岸的各大農業縣推動露地栽培的有機就頗讓人質疑了。雲林縣沿海有麥寮工業區，境內也有中科的虎尾園區，其空氣與水質受到不少的污染，鄰近的農地能栽培有機蔬菜？除非進入設施內栽培，除非以植物工廠的方式做栽培。但是一旦使用水耕，使用化學肥料就不屬於有機的範疇，這也是頗有爭議的。回歸本質，對人體與對環境無害並允許永續發展同時允許獲利的農業栽培，真的那麼難嗎？台灣的許多有機產品其實並非真正的國際認同的有機，充其量只是自己保證不用農藥，但對於飄來的不良粉塵甚或是禁用的農藥，全無掌控能力，認證單位的檢測標準並無法與歐美國家所說的有機相提並論。再者，台灣的有機產品超過90% 其實是飄洋過海來的，碳足跡一點也不少。

追求有機與環保真的難以兩全嗎？追求食品安全就一定要吃蟲吃剩下、賣相難看、纖維多、口感差的蔬菜嗎？其實只要恪遵用藥安全與採收安全期的規定，確保無農藥殘留，低硝酸鹽含量，合理化施肥就夠了。盲目追求推動無毒農業，真的是無毒嗎？檢測數據中並未包含硝酸鹽與亞硝酸鹽的含量，這兩項指標是清晨採收，採收前連續陰雨天，施用有機堆肥，收穫前大量施追肥的農作方式的罩門；消費者不清楚，加上農政單位不把關的結果就是吃素也可能致癌。農藥、重金屬污染等食品安全問題層出不窮，食以安為先的概念受到極度的重視，政府也喊出安全農業的口號。植物工廠可讓部分高經濟的作物改在與外部隔離的潔淨空間裡控制環境因素(光質、光量、溫度、濕度、二氧化碳濃度)以養液來生產，代替傳統露地栽培或溫室栽培，可不受天然災害及暖化等影響，安全與品質都可受到保障。

在傳統觀念裡，農業是個靠天吃飯的行業，颱風則是人力無法抵擋的天災，因此，當農民的作物因為天然災害而受損時，政府的解決方法就只有「補貼」，按照農林漁牧業受損的規模來計算補貼額，這是福利農民的德政，但是，政府除了花錢之外，有沒有逐年降低農損的積極作為呢? 還是認為別無對策呢? 回顧過往，1996年賀伯颱風農損180億、2005年海棠颱風77億、2007年柯羅莎颱風76億，1998年瑞伯颱風農損68億，2009年莫拉克颱風帶來的八八水災重創南台灣，相關農損也超過 130 億。颱風年年報到、年年都造成金額龐大的農業損失，政府年年都要補貼農損，然而，農民感激嗎? 給的還是杯水車薪，手續還挺麻煩的，有些損失舉證還頗困難，避免不肖農民的浮報，防弊的措施與對人的不信任搞得也是民怨沸騰，說是德政，人民不見得感受得到。這些龐大的金額分發下去也完全沒有累積的效果，一樣問題每年重現。難道沒有更積極的方法可以預防農損？是台灣政府的農業政策太過消極還是真的無能為力呢 ? 環控農業的推動，尤其是植物工廠的推動是最能夠針對上述問題提供解答的。

農業委員會於98年5月份推出“精緻農業健康卓越方案”，其三大主軸是健康農業、卓越農業與樂活農業，發展願景依序為深化品牌驗證打造健康無毒島、領先科技研發打造卓越科技島、重塑農村風情打造樂活休閒島。在實施策略的規劃中擬由五項新技術、六個新經營模式與四個新市場等三方面來落實。在健康農業的執行辦法中包括了：「開發環控高效生產體系，開發環控調節、綠能及高效率生產體系導入自動化遙控技術及節能等系統」。植物工廠是最符合上述規劃的環控高效生產體系。農業政策的推動總算開始看到可長可久的產業政策出爐了。

http://www.taita.org.tw/show_epaper/taita/08/industry_view2.htm

植物工廠 (下)
作者：國立臺灣大學生物產業機電工程學系方煒教授

植物工廠的發展已超過了半個世紀，過去大多見於學術研究，多年來在歐、美、日與台灣等地都有在產業界推動的先例，但均以失敗收場，直到近幾年在日本才又蓬勃發展。

早期的發展主要針對隔熱材、自動化設備、光源種類與效率、空調設備效能等。近年來亦針對栽培環境的控制技術 (包括光環境溫濕度控制，特別是二氧化碳補充技術)、養液調整技術、排水技術、培地調整技術、培地容器技術、移動技術、整列技術、播種與收穫省力化技術等做更精進的研究。所有研究的重點分別針對產品品質提升、生長促進、栽培環境最適化、收穫率提升、病害預防等方面。

在人工光源的利用上，由早期的金屬燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、螢光燈管，到近期的冷陰極管與發光二極體都是探討的對象。目前仍以高效率的螢光燈管為主，後二者極具潛力，最末者目前仍存在單價過高的問題。低光量代表需要更多的燈具，也代表產生更多的廢熱，更代表需要加大燈具與植物的距離，距離拉大，光量更弱，於是更需要增加燈具，需要更多空調以移走額外熱能，於是不僅初始成本提高，操作成本也提高。這是早期植物工廠失敗的主因。

筆者在1994年執行國科會”精密溫室與植物工廠之可行性評估”研究計畫的結論即點出具備全環控能力的精密溫室值得推廣，以高經濟價值的作物為首選，譬如花卉作物，以蝴蝶蘭花梗苗的栽培為代表；植物工廠存在成本高與作物選擇性少 (需符合單位空間與單位時間內的獲利達到某一程度以上) 的限制。此些限制因素在十多年後的今天仍然存在，但考量全球人口暴增、全球暖化與人們對飲食安全的需求與願意付出高價格只求食品安全的高需求下，各國發展植物工廠早已是必要的一項技術，其中以日本為最積極。

台灣具備發展植物工廠的優勢，首先是工業優勢，台灣本身的半導體產業發達，相關產業舉凡空調、無塵室、隔熱資材、節能燈具、控制系統、滅菌技術、機電設備等廠商眾多，這些也都是建構植物工廠需要的設備。其次是人才的優勢，台灣的高學歷人才不能說不豐富，但許多是學非所用。每年農學院與生命科學院的畢業生有數千人，但扣除進一步深造的人數，留在農業界服務的人恐怕不足5%，這都是教育資源的浪費。植物工廠可吸引年輕人留在農業界。其三是有許多現成的廠房可立即改裝，譬如各縣市廢棄的蚊子館與各企業停用的工廠等。

台灣過去在80年代推動溫室水耕栽培，曾經成為風潮，但後續一間間關廠。主要原因在於夏季無法栽培、蔬菜口感不佳、硝酸鹽含量高等問題。但這些因素都不會在植物工廠內重現。譬如夏季無法栽培的主因在於溫度，尤其是因為水溫提高造成溶氧量降低，植物根系無法呼吸導致容易腐敗。口感不佳則是養液配方的問題，一成不變的高氮肥配方，容易造成硝酸鹽與亞硝酸鹽含量過高，缺乏回饋控制的灌溉與營養管理模式，當然栽培的蔬菜口感差且硝酸鹽濃度高。

過去水耕的失敗經驗在農政官員、農民與研究者的心中可能已經形成魔障。另外，在某些消費者心中甚至有著無土栽培的蔬菜代表缺乏日月精華的迷思。這些都是台灣推動植物工廠有待跨越的障礙。

近年來植物工廠在日本頗盛行，作物選擇以符合前述單位空間單位時間的獲利達到某一程度以上指標的短期葉菜類 (譬如萵苣、生菜、菠菜、青蔥、水菜與鴨兒芹等) 或種苗或藥草為主。迄今已有36家完全使用人工光源的完全控制型植物工廠與14家結合太陽光與人工光源的綜合型植物工廠。前者採立體栽培方式，最高有十層，使用的廠房面積不大，栽培區地板面積多在200坪以內；後者為配備人工光源單層栽培的精密溫室。

植物工廠在日本得以盛行的主因有六：首先是土地成本高，溫室面積較小為常態，其次是夏天高溫、高光，便宜的環控不可得，此二者是限制溫室發展的原因，但也是促成植物工廠發展的主因；其三是溫室內水耕栽培葉菜類本來就頗為流行，以植物工廠栽培水耕蔬菜，消費者可完全接受；其四是消費者對高品質蔬菜需求量大，也願意出高價購買；其五則是相關耗電設備效能提升，尤其是燈管與空調設備，前者以使用T5燈管為主，比過去的T12燈管至少提升了30 % 以上的效能，空調設備的效能(COP)近年來也提升了兩倍以上；其六則是日本政府大力宣導與推廣，高比例 (50%) 的補助，而且補助對象不分企業或農民。日本政府(經濟產業省與農林水產省)近期宣布將投資146億日圓補助企業或農民團體設立另外100間可量產短期葉菜類的工廠。