全國唯一的Green Campus──明道管理學院 2007-8

文╱攝影：何珮琪

前言：為解決地球迫在眉睫的生態危機，全球都在開發綠色能源。私立明道管理學院，在沒有任何政府補助的情況下，就投入大量研究資源和人力研究永續能源，並以校園為實驗環境，從太陽能、風力發電、燃料電池動力車等等，打造出全國唯一的Green Campus（綠色校園）。


內文：
歷經45億年的地球，都維持良好的生態平衡，但在人類出現後，短短百萬年的使用下，馬上面臨了毀滅性的生態危機。全球氣溫升高，冰山溶解，海嘯天災頻傳，這都是歸因於人類近百年來過度使用地表下的石化能源，排放過多二氧化碳氣體所致。大氣中二氧化碳濃度提高，致使太陽的熱能進入不易反射出去，致使全球地表的溫度上升，因此造成嚴重的溫室效應。
而如何解決這迫在眉睫的危機，就要靠綠色能源。不僅石油，天然氣、燃煤的燃燒，都會產生大量二氧化碳，而二氧化碳進入大氣中並不會循環化解，唯一能循環吸收二氧化碳排出氧氣的就是植物樹木，又被人類過度砍伐、或焚林闢地作為畜牧或農業使用，熱帶雨林正以一天減少一個足球場面積的速度在快速縮減中。
位於彰化的的明道管理學院，知名度並不高，因為它是一所相當年輕的學院，創設於2001年，今年八月就升格為「明道大學」。這所大學成立僅有六年，卻相當具有企圖心。校長汪大友本人純粹是出身望族的教育家，在中興大學任教時兼任台中的明道中學校長，2000年在彰化購下台糖的土地，便從零開始，一磚一瓦地建校規劃，成立明道管理學院。
因為本身為工程學者，汪校長對明道的教育重點也著眼在理工科系，尤其是材料科學和工程、資工等系所。
汪校長的指導學生，也是現在就教於明道材料科學與工程學系的助理教授張奇龍表示，從創校之初，為發展明道的特色，搜尋了很久，加上能源議題的浮現，於是就決定以綠色科技作為明道大學的鑽研目標，希望能打造成全國唯一的「永續能源科技示範大學校園」。因此就以校園作為綠色科技實驗的環境，從太陽能發電、燃料電池動力車、風力發電、燃料電池船，都是理工科系師生跨系合作的研發成果，校園到處看得到綠色能源的應用。光是一套永續能源系統，主要用在體育館和游泳池，就耗資三億三千萬。
明道的計畫實現後，雖然得到各界好評，也曾有許多媒體採訪，卻並沒有得到來自官方的任何補助，完全是以明道自有經費挹注，令人相當感佩校長的理想性和堅持。

綠色校園，善用南台灣太陽能
走進明道的校園，就能感受到明道建校的用心。從大門口的警衛室開始，這裡的用電就是從屋頂的太陽能電板而來。
校區的設計是由同一位建築師──汪校長的胞妹所規劃設計，因此非常一致協調，絲毫沒有許多經費過剩的國立大學過度人工、新舊建築各自為政的缺點。有如巨型公園般的校地，每棟校舍都具有清新明亮的風格，人工湖中停放著一艘太陽能與內燃機的雙動力船，校園內行駛的校區巴士也是燃料電池動力車。到處可見的植林未來就會成長為高大的樹蔭。
經過教授宿舍的優雅小木屋社區，就像來到歐洲的度假勝地。未來這群教授宿舍區，一棟四戶的小木屋屋頂上，就要全部舖上太陽能電板，輔助以風力發電，期望能盡量提供社區大部分的用電。希望2007年年底以前可以完成。但以這些環保電力還不足以供應全體24戶的使用，因此還是需要部分台電的供電。
在精緻農業系的溫室中，還栽植有「風傾草」（switch grass），這種草可以提煉生質燃料的乙醇酒精，乙醇酒精可以替代石油做為車輛的能源，也可以再生成氫氣作為燃料電池（fuel cell）使用的氫氣。
而體育館內的溫水游泳池，則是使用太陽能熱水系統來加熱，從屋頂鋪設太陽能集熱器來加熱水溫，並在熱水保溫筒外包覆保溫材質。這套太陽能集熱器必須在五樓的體育館屋頂施作，共花費六個多月才完工，在業界來參觀過後，目前已經和中華電線電纜公司進行產學合作，將在未來發展環保綠建築。


永續能源的多重使用，多管齊下
明道的永續能源計畫雖然只有短短數年，但是因為得到校方的全力支持，因此發展的非常快速。目前在校內主要進行的有以下幾種，都已經整合，將各種再生能源作良好的儲存交互使用，如風力發電的電能可以分解水來提供純氫或純氧，來作為氫能車使用，
1. 太陽能（Solar Energy）：
太陽能和風力一樣取之不盡用之不竭，且不具污染性，彰化縣又是台灣日照最多的區域，南台灣豐沛的太陽能，就這樣在明道大學無處不在地被利用著，轉化為無污染的能源。據估算，使用太陽能將可節省七成的電費。太陽能板本身是以多晶矽為主，可以使用十五年左右。
張奇龍表示，台灣在氫能動力或太陽能的研究上落後國外十幾年，明道的研究團隊幾乎是在從零開始的過程中獨立摸索出來，技術上雖然不是很艱難，但是目前成本仍舊昂貴。也是最大的瓶頸。
2. 水電解能源：
目前台灣在研究燃料電池、氫能的產氫製氫、甚至兩輪氫能車的單位很多，但是研發四輪氫能車的只有明道大學。燃料電池的發電原理就是以水電解出氫離子，穿透電解質，跟氧氣反應，又變成水，水就能再次電解產生氫。因為只有水的循環，因此不會產生任何污染。
明道在2003年就研發出全國第一台氫能車MHV-1，使用的是燃料電池，因為電解水的裝置比較佔位置，因此氫能車直接以氫氣瓶輸出氫氣，進入燃料電池經過觸媒轉化，而產生電力，帶動馬達。因為氫氣本身的取得非常容易且便宜，由水就可以分解得出氫氣和氧氣，甚至用生質作物也可以提煉出氫氣。在氫氣轉化的過程中也沒有污染和噪音，一瓶3000 CC的氫氣就可以讓電動車行駛10公里。這第一代氫能車只是單純使用一台高爾夫球車作為底座，為了讓車子能有足夠的動力行駛，而沒有頂蓋，也只限於四人座。這台氫能車，還曾經在彰化的花卉展覽中被用來作為總統座車，並遠道到台北車站K Mall廣場前展示行駛。在2004年也曾發表於燃料電池的國際研討會上，獲得許多迴響。
經過不斷改良後，2007年已經研發出第四代的氫能車，不僅改良了車體外型，採用更輕的材質作車體，並加上行車資料系統，車速可達時速40公里，「我們的終極目標是要完成一台燃料電池巴士，」張奇龍說。
未來還計畫製作成無人操控運輸車，使用電腦自主（autonomous）操控，應用類神經網路學習法的多層感知器理論。只要配合GPS衛星導航，將校類的地圖定位出來，就能執行無人操作的任務。
雖然開發過程的經費龐大，所幸這套技術，目前已經有廠商願意合作，大量投資生產。
3. 風力發電（Wind Power）：
風力發電也是明道的研發重點。台灣缺乏天然資源，發電燃料九成仰賴進口，近年也引進歐美常見的風力發電系統，就像在澎湖、曠野郊區常見到的大型水平風車。不僅可以提供小型社區的獨立供電，提供社區照明，也有如景觀地標，非常適合台灣的地理環境。
明道大學在2005年也開始規劃50W以下的小型風力發電系統，並聘請日本東海大學關和市教授來客座指導，設立「直線翼垂直水平軸」型的風力發電系統。
這垂直的風力發電系統比水平風車更優秀的特點，就是無論風從任何方向來，都可以受風，並加以利用，因此只要有2米╱秒的風速就能旋轉發電。不像水平式風力發電機只能接受固定方向的風力才能啟動。並且風力發電噪音很小，因此可以裝設在住宅區之中，甚至大樓頂樓。在明道的管理大樓頂樓就設立了一個小型的風力裝置和太陽能電板，和一台迷你的氣象偵測器。


綠色能源的發展瓶頸
太陽能、氫能車雖然有諸多好處，為何目前還不能普及？
張奇龍表示，產生1K瓦電力的太陽能板，約需要30萬台幣的造價。一個家庭一天約使用5K瓦左右，因此要符合一天的用量至少要投入150萬的一次性裝設成本。目前太陽能板將吸收的能量轉換成電力，發電效率只有15%，而燃料電池的效率約是30%，所以能有較足夠的電力。
至於在氫能車上，除了交通上要有足夠多的加氫站之外，氫氣容易自燃，因此氫氣瓶本身也具有危險性。氫氣的儲存也是問題，一般鋼瓶有壓力限制，並且隨時間有脆化的疑慮，因此如何去開發出更輕、堅固的材料來儲氫，也是未來技術上要持續改進的。此外，燃料電池中執行觸媒層皆使用白金等稀有金屬或貴金屬，一個5K瓦的電池，成本甚至需要七、八十萬台幣，其成本甚至比太陽能電板還要昂貴，因此離商業化量產還有很大的距離。但是氫能仍舊比太陽能來得方便，張奇龍補充，並且氫能車的技術已經相當成熟，在國外氫能車的時速甚至可以達到一百公里以上。
雖然目前裝設太陽能電板或許不符合經濟效益，在歐美日都是以國家提供民宅大部分的補助，用意就是有前瞻性的因應未來能源短缺的危機，未來如果發電效率提升、成本下降、產量達到一個經濟規模，其實要讓替代能源普及並不是遙不可及的。只是當石油短缺已經成既定事實，《京都議定書》中也要求與會各國在2008年到2012年之間，將二氧化碳的排放量減少到一半。台灣的因應政策是什麼？替代能源方案是什麼？或許也需要更積極地確定了。