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世界之永續發展(1/4)–農業在減少排放溫室氣體處於中心地位

2020/08/11 @國際

摘要

農業與創新已出現交叉點,為了解決溫室氣體的排放量且減少氣候變遷發生、穩定食品供應鏈供需、因應世界流行病COVID-19疫情等問題,藉由智慧科技力量介入並且妥善用運基因工程技術,將農業過往的負面既定印象修定為可滿足人類永續性的綠色行業。

示意圖

世界之永續發展(1/4)–農業在減少排放溫室氣體處於中心地位

  自1960年爆發的技術革命(綠色革命)使農業產量提高,促使經濟的改善。自那時以來,因收入的提高推動了全球蛋白質需求的提升,同時也產生了新挑戰,如農業溫室氣體的排放量增加(佔全球排放量1/5以上,其中一半以上來自畜牧業),除非積極解決這項問題,不然隨著人口的增加,到2050年時,這些排放量可能增加15至20%。另外,從糧食浪費到過度捕撈皆威脅著糧食是否能永續供應。COVID-19疫情使這些問題引起人們的關注,該疾病打亂了供應鏈與需求端,反常地增加來自農場與農田所生產糧食的浪費。由於對糧食的需求增長且欲抵禦氣候變遷的影響,因此需改變我們的飲食、了解我們浪費了多少和明白我們如何良好的耕種及運用土地。

  隨著農業逐漸重新站穩腳跟,相關人員應向前邁進以保護糧食供應鏈免受因氣候變遷帶來的潛在破壞性影響。儘管尚未有明確的方法來消除農業碳排放,但食品工業和更廣闊的農業市場已掀起一股轉型的風潮。從歷史來看,農業革命與其他創新公司已出現交叉點,並在各領域建立進一步的發展,如人類健康、化學、先進工程、軟體和先進分析技術等領域。跨領域的機會預示著下一波創新將瞄準在透過改善食品加工的效率以減少農業碳排放。因此,創新和先進的技術可再次為糧食安全與永續生產做出極大的貢獻,如數位科技和生物科技可改善反芻動物的健康,同時也能提供甲烷排放量較低的動物以滿足世界對蛋白質的需求。另外,基因工程可輔助甲烷排放量較低動物的育種,同時,人工智慧感測器可幫助食品加工商更好地分類並減少浪費糧食,而其他智能技術可識別不可食用的副產品並進行處理。數據和先進的分析技術也可提供更好的海洋監控與管理,以防止過度捕撈的狀況,同時協助船員可精準的搜尋目標魚類,使船員工作效率提升。雖然農業是個傳統產業,但是其仍需相應的技術來進行永續供給並提供的寶貴的經驗。

  儘管減少碳排放的成本各不相同,但隨著市場不斷的發展,2050年時,碳排放量可望減少20至25%。下列將介紹企業採取重要的三大成本降低方法或成本中立措施,然而擴大解決這些問題仍需對其進行投資、技術創新和行為改變,尤以針對世界各地的農民。【延伸閱讀】引水從事滴灌農業生產恐將產生大量溫室氣體

零排放農機設備

  將傳統農機設備轉換成零排放的同類設備,如拖拉機、收割機和乾燥機,其屬單一的措施來最大程度的減少碳排放。這樣的轉換使每噸二氧化碳當量節省229美元,並改變全球價值1,390億美元的農業設備產業。然而,不幸的是目前零排放農機設備在市場上很少,目前也僅將此概念進行驗證的試驗階段。機械製造商於2030年才可能將這些新型農機設備(以電池電源驅動)與傳統農機設備(以內燃機驅動)達到總成本間的差異平衡,這如同早期投資電動汽車一樣,電動農業的投資者已準備在先發的優勢中受益。AGCO's Fendt、Rigitrac和Escorts' Farmtrac皆展示了新型電動拖拉機型號,且John Deere已具有電池驅動和有線電動拖拉機的原型機,若電動農機設備於2030年僅占市場10%,即意味著具有130億美元的商機。現階段因電池容量與充電速度為採用電動農機設備的障礙,不過,其與電動車相比,農機設備的電池重量問題較少。另外,電池價格若迅速降低(僅占拖拉機零件成本40%)將有助於增加使用電動農機設備的意願。

動物健康監控

  經研究指出,為了盡可能控制全球平均溫度上升1.5度,故而需減少人類對於動物蛋白質的需求。在農業部分,其主要協助改善糞便管理並提供使用較少資源且更健康的動物,動物透過腸道良好的發酵來降低碳排放量來滿足世界對動物性蛋白質的需求。這樣的手法預估在2050年之前可減少超過4億噸二氧化碳當量的排放(每噸將節省5美元),並產生可改善農業生產的經濟效益。

  新興的生物技術及計算能力,如基因定序和人工智慧可協助農民利用現有和新增的數據來演算並能在早期偵測到疾病。舉例來說,Moocall(與Vodafone合作的愛爾蘭公司)將動物尾巴裝上手掌般大小的感測器,藉此提醒農民乳牛產犢的時間並期望降低80%與出生併發症相關的乳牛死亡率。在北美有第三大乳牛數量(在巴西與中國之後),其提升了整群乳牛8%的產乳量。然而,事實上實施這些技術的成本很高,且農民尚未充分了解或接受,此外,因地區和物種的不同,動物面臨到健康的挑戰也不同,所以無法有完善的解決方法。因此,需投入創新的商業模式和商業投資以克服這些障礙,如全球技術公司Fujitsu已開發出利用演算法為基礎的「網聯乳牛」的服務,使牛奶生產的收益增加。目前期望未來幾年將有更多的商業投資,持續使這些多樣化應用及新技術的成本降低,其包含新疫苗接種和先進的診斷方式。

產溫室氣體的動物育種

  新的育種方法:基因遺傳篩選法可幫助動物遏制腸內發酵,到2050年無需成本且具潛力減少500萬公噸二氧化碳當量。如今,改善甲烷產出效率的育種已使甲烷產量具有20%的變化。隨著對動物蛋白質需求的增長將持續推動這項技術的發展(2018年產值為42億美元),因此以溫室氣體為重點的新型育種計畫將可能繼續執行。儘管基因育種仍在起步階段,政府與業界皆積極投入這項計畫,2019年11月,由紐西蘭農業部門和紐西蘭政府所資助的財團來啟動一項「全球首創遺傳學計畫」,以培育出甲烷產量較少的羊隻。即使有了這項計畫,整個行業若要全面推動仍需有相應的獎勵機制:減少甲烷排放可獲得補助等。此外,為了大規模實施解決方案,需要額外投資在基因篩選能力上,藉以解決多數遺傳計畫中育種專一性的不成熟和缺乏問題。新興育種方法,如使用CRISPR-Cas9,該技術是從細菌中所發現的免疫統,其可使基因組編輯工具產生前所未有的大進步。透過 Cas9 蛋白結合pre-crRNA 就可使RNase III 進一步形成成熟的 crRNA ,使得 Cas9/ tracrRNA:crRNA 複合體可以去辨識與切割互補的 DNA 。由於這類型的 CRISPR 系統具簡易性與方便性,降低研發者進入的「門檻」並提供更多專一性,因此於 2013 年被開發並廣泛應用在各種不同物種的基因剔除研究上。    

  在滿足世界糧食需求的同時,需要一個新的農業生態系統減輕農業溫室氣體的排放。在短期內,減少碳排放很大程度取決於當今的技術與機會,但仍然需要下一項技術來增進,如基因編輯、新型飼料添加劑和有氧水稻。從汽車行業到製藥行業對於養活地球村皆扮演著重要角色。


【世界之永續發展系列報導推薦導讀】

  1. 世界之永續發展(2/4)–使用人工智慧對抗糧食浪費

  2. 世界之永續發展(3/4)–透過先進的分析技術使漁業永續發展並從中獲利

  3. 世界之永續發展(4/4)–對蛋白質永續提供的需求

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