推動植物工廠 開創新3C產業

本文收錄於臺大農業推廣通訊雙月刊81期

文/國立臺灣大學生物產業機電工程學系 方煒教授

由於食物、環境與資源等相關社會情勢的發展,帶動起人們對植物工廠的關注。與食物相關的包括消費者對於蔬果安心、安全、無農藥之要求,市場對於穩定提供食品之要求,LCA (Life Cycle Assessment)對於低碳足跡、低食物里程 (Food mileage) 的要求;與環境相關的包括溫室效應、減少二氧化碳排放量、氣象異常、環境保護等;與資源相關的包括石油價格上漲、能源匱乏、水資源匱乏等全球課題。

近年來健康養生觀念盛行,消費者對健康、高營養價值、潔淨、免洗、可鮮食蔬菜的需求量龐大。但台灣的蔬菜吃起來健康、安全嗎?美國食品藥物管理局日前公布的一份資料提到致病的十種農產品中,排第一名的竟然是鮮食的葉菜類,致病原因就在於生菌數高。有機蔬菜硝酸鹽含量高的問題也一直被農政單位忽視。安全健康的蔬菜必須是無農藥殘留/無重金屬汙染/低生菌數/低硝酸鹽/高營養價值,這是田間或簡易設施內生產的蔬菜絕對難以達到的品質保證。

現在全球的人口約為68億,到2050年預估會增加到92億,目前仍有10億的營養不良/飢餓人口,換言之,40年內需要提升將近58%的糧食產能。然而,現階段全球的發展趨勢是不利於農業增產的。問題包括:現有耕地已經使用了80%,全球暖化造成冰山/川/原溶解、海平面上升淹沒農田,洋流循環減緩造成氣候異常、土地沙漠化,油價高漲、能源匱乏,飼料作物/能源作物與糧食作物爭地,農地轉型工業或都市用地等。再者,水資源匱乏問題頻傳,如澳洲頻傳的乾旱問題,加上一旦缺水首先犧牲農業的政策,都造成全球糧食減產。

台灣的糧食自給率仍低於30%,日本目前很努力要提升到40%。台灣的產業以外銷為主,一旦油價飆高,運輸成本大幅上漲,不但無法做外銷,恐怕要買食物,很多人都會買不起。一旦全球發生缺糧問題,糧價高漲,有錢可能也買不到,因為台灣搶不過中、印、日等國,原因很簡單,因為人家的訂單比較大。

多蔬少肉是養生的基本原則,蔬果相關的農藥/重金屬殘留問題大家都擔心,硝酸鹽的問題,農政單位則一直不敢去碰,鮮食的生菜還有生菌數的問題。農產品如何確保健康、安全?生產過程如何做到低碳、高效?植物工廠允許在地生產、在地消費理念的落實,經LCA計算的碳足跡或食物里程都相對較低,再加上節能、節水、節地、高產等特性,更符合高效的定義,生產的過程完全不用農藥,可做到無農藥殘留/無重金屬汙染/低生菌數/低硝酸鹽/高營養價值,也符合產品健康、安全的目標。

植物工廠是指環境可控制、且可依照計畫、允許全年無休的穩態量產植物的設施,包括了”太陽光與人工光源併用型”與”完全人工光源型”兩大類。前者為具備人工光源的精密溫室,由於還須利用到陽光,限制了植物必須單層栽培,也受限於季節性光量變化,產期與品質都比較難掌握,且夏天的降溫成本也不少。後者完全使用人工光源採立體化栽培,品質/產量可掌握,產期可預測。後者過去的瓶頸在於使用空調與人工光源的電費過高,但這些目前都有辦法克服了。節能省電、太陽能之利用,智慧型控制,熱泵,高效能燈具,機械化,網際網路、電腦化所帶來之分散協調統合,資源之循環使用,高隔熱技術與生物相關產業等的技術發展,使得完全人工光源型植物工廠的實用化成為可能。

植物工廠是新3C產業,此3C分別為Clean、Clear與Cool。除了字面上的意義之外,都各有隱喻。Clean除了代表產品潔淨,也指符合京都議定書所訂Clean Development Mechanism (CDM,清潔發展機制) 規範,包括節能、低碳等均屬之;Clear除了指產程透明與產期可規劃之外,也指符合農產品可追蹤化,可建立產銷履歷;Cool則有更多元的意義,可代表栽培環境都有空調所以很涼,或指工作輕鬆、環境舒適,農民變工人,平面變立面,室外變室內,務農不赤腳、不穿雨鞋、穿無塵衣顯得很酷;也代表所有產品都具備產地的認證 (Certification Of Origin Labeling, COOL),生產者自負產品的所有責任。

台灣發展植物工廠有非常好的優勢,首先是工業優勢,相關設備包括空調、無塵室、隔熱資材、節能燈具、控制系統、機電設備等有不少廠商,經過整合,系統造價絕對可以比日製系統便宜一半以上。加上台灣高學歷人才豐富,學界也已建立相關的關鍵設備與技術。再者,目前各縣市也有不少低度使用或完全未使用的蚊子館,或是各大企業停用的廠房或倉庫,這些硬體設施都可以改來建置植物工廠。政府提供一些誘因,相信很多企業願意加入這一新產業。

企業推動植物工廠可帶來至少四個好處:首先是賞心悅目,企業內部空曠空間、廢棄倉庫、停用的廠房、無塵室等可以用來建立植物工廠,可使組織中的員工於每個月有數次在安全愉悅的環境下,進行蔬菜或是小型觀賞盆栽的栽培,譬如:放在桌上觀賞用的迷你玫瑰、迷你蝴蝶蘭、迷你仙克萊、觀賞用番茄、觀賞用辣椒等的生產。農業由室外轉室內,室內也能綠如茵。其次,是讓員工紓解工作壓力,不僅可以減少公司內部員工福利社買菜/佈置支出,更可增加美觀;還可以在收穫作物,甚至是增加收入的同時,享受栽培與接觸到生物的樂趣,能體會此樂趣的人若增多,相信能減輕精神壓力,平日就可發揮植物的療效,不要等發生了心理疾病才想到園藝治療。其三,可以確保健康,自己種菜有沒有噴農藥自己知道,員工餐廳使用自己種的蔬菜可確保安全;辦公室的空氣與植物工廠的空氣還可以互通,利用植物來淨化空氣。其四,植物工廠的產品可以做到又健康又環保,植物成長的乾物重,都等同於累積了二氧化碳,一旦碳足跡成為品牌價值,更顯植物工廠的優異性。由植物工廠的產能推算減碳量,在碳交易上也可有額外收入。大公司尤其是製造業在污染地球的同時,還須考量地球責任,那麼推動植物工廠也可收減碳之效,一舉多得吧!

植物工廠允許在多樣的地區中以多樣的形式由各式各樣的人進行各式各樣的植物生產,可振興/創造以農業為基礎的全體環境健康產業。由植物工廠生產出的蔬菜及花卉提供給鄰近的都市社區,只需短程運輸,食品里程(Food mileage)短。減少輸送時間及包裝就是降低成本。除了在地生產、在地消費之外,也可實現產地直銷,做到生產者與消費者雙贏。目前有機風氣盛行,但是台灣的大多數有機產品來自海外,或空運、或海運,其碳足跡不少,顯然講究健康卻不管地球。

植物工廠採多層式立體化栽培,所以需要蓋廠的用地面積不大,日本最大的植物工廠是為年產300萬株葉菜(約252噸) 的童話天使(Fairy Angel)公司福井廠,其廠房也不過2,850平方米。植物工廠可建築在不平坦的耕地、大小都市中的空地/畸零地、大型建築物的屋頂、室內、地下室、海埔新生地或荒地上,廢耕農地,混合住宅地,辦公大樓內或中、小型鄉村中;將可為希望從事半日輕勞動作業的人,帶來工作機會及生存價值,並增加區域經濟收入。

圖一、日本規模最大的植物工廠(日產8,000 株,年產300噸)

由於植物工廠可提供安全愉快的輕勞動工作,老農不用退休,每天從事半天輕勞動,不僅可當作運動健身也可以有收入,生活可以比現在仰賴補貼更有尊嚴。除了老年人之外,也可提供身障者、家庭主婦或失業者新的就業機會,可增加缺乏平坦耕地之地區及都市中新的就業機會,增加農家及相關人員的全年就業機會,也可讓從事不同領域工作的居民於日常生活中參觀、體驗植物工廠,或於工廠內實際勞動,讓居民更加了解農業,也有助於食物教育及環境教育。

與世界農業先進國家相比,台灣的農學比農業強很多,在植物工廠這一領域也具備不錯的學術基礎。政府有心推動精緻農業,聚焦於蝴蝶蘭產業沒甚麼不好,但做法偏在農學上打轉,少了產業促進的具體做法,也少了全球運籌的觀點,更缺乏工業界人才的加入,不僅失了商機也會失去競爭力。

日本政府在2009年4月所公布經濟危機對策中,針對農業的具體做法即是跨部會集中全力推動植物工廠的普及化,包括建設、相關技術開發、人才培養和市場推廣等。由經濟產業省提撥50億日圓,推動先進植物工廠設施整備事業;農林水產省提撥96億日圓,推動示範溫室型植物工廠實證、展示及研修事業。其具體目標是兩年內要由目前的50家植物工廠(其中有34家為完全人工光源型植物工廠)增加為3倍,生產成本則要降至目前的三分之二。

日本千葉大學的前任校長古在豐樹教授在雜誌社的訪談中,提到了植物工廠的定位應是要立足於更廣闊的視野,除了硬體設備相關製造業與農業之外,還有服務業,以及包含福利及保健在內的健康產業,也因此植物工廠被看作是可滿足多樣性需求的產業,是二十一世紀解決人口、資源、環境、環保、糧食、能源、高齡化及貧富差距等問題的重要途徑。站在這更廣闊的視野,便可以看到植物工廠作為新興產業,作為出口產業的未來。植物工廠也是未來航太工程、月球和其他星球探索過程中,實現食物自給的重要手段。

圖二、位於日本京都市某餐廳地下室的植物工廠

本校生農學院在李校長的大力支持下,近期成立了一個跨領域的整合團隊,由陳院長為計畫總主持人,團隊成員以生機系與園藝系為主,輔以農化系、農藝系、昆蟲系、植微系、生工系、農經系與生傳系等二十餘位老師,分成系統整合、作物栽培、環控與能源、生產管理、市場與行銷等五組,系統性的探討植物工廠的所有面向,期能達成前述各項目標。精緻農業為行政院推動六大產業之一,植物工廠又是精緻農業中最具產業性的一項。本校適時成立跨領域團隊進行進階的植物工廠先導研究深具時代意義。

做為全球的新3C產業,植物工廠更值得政府跨部會整合資源大力推動,除了農委會之外,何不由經濟部與經建會提供企業誘因,藉助工商企業界與學界原本就強的力量,整合軟硬體資源與人才,短期目標可以植物工廠模式,在高鐵沿線推動成立「農業創新黃金走廊」,促進精緻農業發展,這不僅符合馬政府競選時的政見,也比在高鐵沿線強迫封井造成民怨,或是推動平地造林都高明許多,這更能創造植物工廠設廠相關的軟硬體產業。產業建立起來後,更可以以植物工廠整廠輸出模式在國際上推動,協助紓解全球化的包括三農/環境/水資源/能源/糧食等問題,行銷的內容可以是相關產品/設備/廠房/技術等,更終極目標是促進高效糧食增產目標之實現,還農地於山林或海洋,為人類未來做出貢獻。

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