從綠竹到黑鑽
105/12/08
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王芳｜
行政院農業委員會林務局
與生活密不可分
蘇東坡曾說：「食者竹筍、庇者竹瓦、載者竹筏、爨者竹薪、衣者竹皮、書者竹紙、履者竹鞋，真可謂一日不可無此君也。」說明了竹子與我們生活密不可分的關係。文人墨客常以松、竹、梅歲寒三友，以及梅、蘭、竹、菊四君子為素材，可見竹子也蘊藏著深厚的文化意涵。
全世界除了歐洲和西亞地區外，其他地區從低地到高海拔都有不同竹種的分布，主要在溼潤的熱帶、亞熱帶和暖溫帶地區，尤其以南、北回歸線之間最多。
全球竹林面積約2,200萬公頃，竹類植物約1,250種，其中約85％分布在亞洲。台灣由於地理位置與氣候很適合竹子生長，竹林面積約有13萬公頃，占全島森林面積約6％，以中部及北部為主，南部次之，東部較少；又竹類約有58種，以桂竹、孟宗竹、莿竹、長枝竹、綠竹、麻竹等6種較有經濟價值。
生長快速
竹子與一般林木最大不同處是其生育期短、生長快速，4年就可以成材利用，且繁殖力強，砍伐老竹越多，越有利新筍萌發與竹材品質提升。
不論是哪一種竹子，大多在發筍後3個月內完成生長，速度之快非一般木本植物能比。目前所知生長最快的是日本的剛竹，一天可以長高約121公分，相當於每小時長5公分。台灣常見的孟宗竹一天也可以長高約118公分，算是植物界中生長快速者。竹子生長快速是因竹稈分節，每個節都可同時生長，其他植物則只有頂端分生組織會生長，因而生長較慢。
因竹子生長快速，一般竹稈生命周期不超過10年，4～5年生時就達成熟，6年生以上就已過熟，若不採收利用，會自然腐敗，不僅浪費資源，也會降低竹林生態防災的機能。
竹材用途
台灣早期竹材主要用於建築的竹鷹架、農用竹稈，以及各種竹材製品如竹竿、竹蓆、竹掃帚等。1980年以前，竹產品如竹筷、竹合板等產量大，不但滿足國內需求，更大量出口賺取巨額外匯。後由於木竹建材為鋼筋水泥取代，竹製品也被塑膠產品取代，竹材使用量逐漸減少，再加上國內工資提高，竹材加工業大量外移至大陸及東南亞地區，台灣竹產業逐漸落沒。921地震後，政府林業部門為重建竹產業，整合了產官學研資源，從友善環境觀點出發，進行竹材變身計畫，促進了台灣竹產業的加值與創新。
竹材質地輕、強度高，且有良好的機械與物理性質，竹材平行竹纖維方向所能承受的抗拉強度超過木纖維10倍以上，與軟鋼近似而超過混凝土。竹膠合板強度及對溫度或溼度變化的穩定性都優於木膠合板，又竹材可與木材或其他金屬材料配合應用達到加成效果。
另因竹材的澱粉含量高，比木材更易受生物劣化因子如菌類、白蟻、蛀蟲等危害，為突破竹材易腐朽的問題，國內已有系統地開發符合環保方式的防腐處理技術。其中「單一程序竹材保綠處理的方法」可有效提升竹青保綠效果及耐腐朽性，竹材熱處理技術則可降低竹材吸水性，增加尺寸安定性與耐候性。
竹材構件經過適度設計，以及採用新技術擴大應用範圍，就能以工業化型式大量、快速生產為竹構建材，因而竹子也稱為「綠色鋼筋」，摒除一般人對竹材強度弱、耐候性差、壽命短、安全性不足的刻板印象。
竹炭與竹活性碳
1854年，英國科學家就已利用炭化竹絲使電燈泡通電發光。時至今日，竹炭可以應用在食衣住行育樂各方面，是由於竹子經過炭化後具有非常緻密與多孔隙的結構，而有極佳的除臭、調溼、放射遠紅外線、電磁波屏障等功能。竹炭由碳原子組成，與鑽石一樣，因此有人把竹炭稱為「黑色晶鑽」。
炭材與活性碳的製程與用途都不同。炭材是以炭化方式而得，而炭化是把含碳原料經熱解過程，也就是在限制空氣或隔絕空氣缺氧環境下加熱，使其化學成分熱解而形成以碳為主體的結構，並發展成許多以微米為單位或更細微的多孔性構造。由於炭化過程中常有碳氫化合物及其他物質生成，附著於炭材結構邊緣甚至阻塞部分孔隙，降低了表面積而影響吸附能力。藉由物理性氣體活化法或化學性藥品活化法去除碳氫化合物，可增加孔隙的生成以及比表面積而提升吸附能力。經過活化處理的炭材則稱為活性碳。
一般所稱的竹炭多指未經活化處理的炭材，如果經過活化處理，則以竹活性碳表示。竹子經過炭化，比表面積可達300～600 m2/g，也就是1公克的竹炭孔內壁總面積約300～600 m2，相當於長25公尺的游泳池或一個網球場的面積。經活化處理者，比表面積可增加至1,000 m2/g以上，這驚人的廣大表面積就是竹炭調節溼度、淨化水質與空氣能力的根源。竹炭比表面積約為木炭的2.5倍，因此具有比木炭更強的吸附能力。
竹炭的使用
若是用於土壤改良或肥料等農業方面，以攝氏450～600度低溫製造的竹炭即可；若是做為除臭、吸溼用，需用經攝氏600～800度中溫燒製；若要產生遠紅外線或負離子、阻隔電磁波等健康用途，則需選擇經過攝氏800～1,000度以上高溫精煉而成者。如果竹炭經過活化製程，再經表面調質及化學接枝處理，則具有親水性、非溶血性及非凝血性，並與血液具相容性，是良好的血液透析材料。
使用竹炭的方法很簡單，事前先以刷子在清水中沖洗乾淨，再放進水中煮沸10分鐘後，放在通風處陰乾1天就可使用。淨水用的竹炭約1個月需重新洗刷及陰乾1次再重複使用，壽命可維持3個月。至於淨化空氣或放置電器旁阻隔電磁波的竹炭，放置約半年再用水沖洗後陰乾就可再使用，壽命約2年。使用後的竹炭可以敲碎放置於花盆或花圃中，做為土壤改良之用。
炭化過程的其他產物
在竹炭燒製過程中，釋放出的煙霧和水氣經過熱交換急速冷卻後，所得到的液體就是竹醋液，具有獨特煙燻香氣，pH值是2.3～4.0，主要成分是醋酸，有良好抗菌效果，因此可做為土壤消毒劑、堆肥發酵促進劑、植物生長調節劑、食品防蟲劑、燻蒸劑、抗菌保鮮劑等。此外，竹醋液能中和惡臭源中的氨、硫磺化合物等惡臭成分，因此也可做為消臭劑，只要在浴廁內加上1～2毫升的竹醋液，就能消除臭味並抑制寄生蟲生長。
竹子炭化過程中除了產生竹炭及竹醋液外，利用鼓風爐所生成的烷類等氣體，除去其中的焦油及粉塵後再送至氣體引擎發電機，可做為生質能源發電，每小時能產生約5,000瓦的電力，約等於2～3個家庭用電量。在竹材炭化及發電過程中，藉由熱交換器可把廢熱轉換成攝氏50度以上的熱水回收利用。竹材剩餘廢料還可以利用高溫壓縮成質地堅硬的顆粒燃料。
台灣之光
日本林野廳自1979年開始研究開發竹材的炭化及其用途，台灣雖然起步較晚，但經過這十多年來的努力，已締造多項全球首創佳績，包括建立全球第一套竹炭驗證標準、竹炭精煉度與遠紅外線量測技術、遠端自動控溫監測的檢測平台，並首創模組化竹材炭化爐、活化設備，發展出複合性產品高達三百餘種。
自2004年起，在CAS台灣優良農產品標章中增加林產品項目，訂定一般用木炭、竹炭、木醋液、竹醋液等產品驗證的基準，這也是全球首創的驗證基準，特別要求竹炭製程清潔與安全。原料須產自台灣無化學及重金屬汙染竹林中3～6年生的竹材，且由CAS驗證機構—工業技術研究院—透過電腦網路遠端監測炭化製程，確保炭化溫度及生產數量，並針對成品及包裝進行品管檢測，以維護生產者與消費者的權益，建立國產竹炭精品共同品牌的形象。
竹子生長快速、繁殖力強、生育期短，更新容易，在砍伐過程中，對林地破壞小，並具有與速生樹種類似的碳貯存能力。台灣竹材資源豐富，相較於造林木約20年成熟，30～50年才具利用價值，實具有相當大的發展潛力。善用竹材資源可以為全球節能減碳盡一份心力，創造美好且永續的未來。
