台達電荷蘭環境獎學金 — 學習心得 & 成果報告（＋TU Delft 材料科學與永續發展學程介紹）
| 撰文日期：Dec. 07, 2020
在撰寫心得之前，想先感謝台達電子文教基金會的贊助，有了這份獎學金的支持，減輕了留學生涯中經濟上的負擔，也很感念台達電荷蘭環境獎學金多年以來培育許多學子，至荷蘭學習永續相關的主題，對台灣的環境領域人才培養貢獻許多。
起源
我是在2018年申請至荷蘭台夫特理工大學（TU Delft），就讀材料科學與工程的碩士學程。當初想申請這個學程是因為裡面有一個專業選修叫做「材料科學在永續發展上的應用」（Materials for Sustainable Development）。我在大學期間學習的就是材料科學與工程，但當時因為不太理解材料科學與環境永續議題之間的連結，因此讀的很灰心喪志，大部分的課餘時間都拿去參加環境議題相關的社團與小組、在校園裡面組織環境教育活動及講座。後來大三暑假到了地球公民基金會實習、認識許多環境運動的前輩和來自各個領域的志工夥伴，才逐漸理解到其實所有領域都能夠對環境議題有所貢獻。大四參加了產業長期實習課程，至德商搖籃到搖籃設計顧問公司（台灣搖籃到搖籃平台）實習，才發現原來材料科學的知識在綠色產品研發和循環經濟的議題上，是多麽的重要。於是在經過一番打滾之後，又重新回到材料科學的領域，希望能拓展自己在這個學科上的專業，並實際應用在永續議題之上。
材料與永續發展之課程
到了TU Delft之後，便開始了在荷蘭的探索。學程的第一年主要以必選修課程為主，除了材料科學的專業課程（材料（熱）力學、金屬與高分子科學）之外，還包括了許多結合永續議題或是科技倫理的課程。這些課程不僅大幅度拓展了我的視野，讓我理解到材料科學是如何在業界被應用，更讓我產生了身為一位工程師的自覺和社會責任感－在發展和運用科技的同時，若不去考量科技可能對社會所帶來的影響和衝擊，便很有可能對社會造成危害，或是形成道德爭議。反之，若能夠在做出工程相關決策的同時，將地球資源的有限性、材料的循環與再利用，以及能源消耗等面向考慮進去，就能夠做出對永續發展更有助益的決定。這些道理看似沒什麼特別、聽起來很空泛，但在TU Delft的課程之中，許許多多的真實案例和實際操作，都讓我非常「有感」。這些讓我有莫大收穫的課程包括：
1. 道德哲學與工程（Ethic and Engineering）
這門所有工程學系都必修的課程，邀請到了哲學系的教授，來和學生們討論工程師會遇到的道德爭議和科技倫理。我們從不同的哲學理論出發，像是康德的義務主義、邊沁的多邊主義，和亞里斯多德的美德，來探討工程師遇到倫理爭議的時候，應該採取什麼樣的決策。倫理爭議比方說最經典的電車難題，或是無人車在發生無可避免的衝撞時，該如何編寫程式，讓車子只衝撞前方特定的對象（載有多人的汽車V.S只有一位騎士的機車），將社會傷害降至最低。除了倫理爭議的探討，課程也涵蓋了邏輯訓練和法律相關主題的討論。邏輯訓練像是分辨「稻草人謬誤」（Straw man fallacy）、「滑坡謬誤」（Slippery slope fallacy）、和「後此謬誤」（Post Hoc Ergo Propter Hoc）等邏輯論證中常見的謬誤，而法律相關主題則是在探討在工程災害發生之時，法律和道德上的責任應該如何歸屬。
除了由哲學系教授領導的大堂課程，每週還有一節小堂的分組課程，由來自各個系所的學生輪流導讀課本內容，並自己安排互動式教學。如果說大堂課程是處理概念和理論，小堂課程就是探討工程個案和實作。比如說，藉由全班的角色扮演遊戲，去重現1986年在美國發生的「挑戰者號太空梭災難」（Space Shuttle Challenger disaster），並理解工程災難是如何在許許多多的溝通失敗、階層與權力不對等，以及利益關係人的相互角力之中發生的。在分組課程中，我和同樣來自台灣的組員採用了蘭嶼興建核廢料儲存場的例子，帶領全班去探討「風險溝通」（Risk communication）的概念－讓一部分的同學擔任當年的國民政府，以及需要和當地居民進行風險溝通的核廢料儲存場工程師，另外一部分同學則擔任對於核廢料儲存場計畫一無所知的蘭嶼居民，並發放角色卡讓每個人熟知自己所在意的面向和任務。藉由動態的角色扮演遊戲，讓大家理解風險溝通在執行上會遇到的困難。雖然角色扮演遊戲一度失控－某一組的扮演蘭嶼居民的同學，在得知核廢料工程師企圖隱瞞某些計畫細節時大爆走、在班上發起了抗爭活動、拒絕配合政府計劃，最後還仰賴助教去緩和同學過於「入戲」的情緒，但也體現了蘭嶼部分的歷史與現狀。
2. 社會的需求：個案研究與材料科學的挑戰（Society’s Needs: Case Studies and Materials Challenges）
這門課是TU Delft材料系的必修，每週由同學輪流報告一則與材料科學與工程有關的主題，而且要是跟社會的永續發展有關的，最後在期末研討會上發表整個學期的研究成果。我覺得這門課很讚的地方在於：研究材料的動機不再只是為了與生活距離非常遙遠的科學研究，或是為了配合大企業與經濟發展上的驅動，而是緊緊扣合社會真正迫切的所需。我和組員研究的主題是如何回收市面上的液晶面板，以及內部的稀有重金屬，其他讓我印象深刻的報告還有：能夠被生物分解的食品包裝、如何替換掉常用顏料當中有毒的重金屬、研發對環境友善的防火材等等。
3. 材料與永續發展（Materials and Sustainable Development）
這門課是升級版的「社會的需求：個案研究與材料科學的挑戰」。除了要選擇一項跟永續發展有關的材料主題進行報告之外，還要根據「材料與永續發展」一書中的分析方法，像是六大面向的事實查證、利益關係者分析，去分析一項科技是否真的符合「永續」的條件。因此，報告中不僅要介紹某項科技背後的材料科學，還要分析其能源消耗或生成量、在國際或區域法規上的規範、對社會帶來的利益或衝擊，以及經濟上的可行性等等。
我和組員報告的主題是生物燃料（Biofuel），經過調查後我們發現：目前生物燃料的發展與應用不如我們所以為的符合永續發展的條件，特別是使用棕櫚油（Palm oil）所製成的生質柴油。我們發現在歐盟大力推展再生能源、制定目標鼓勵各國使用生物燃料取代石化燃料的同時，受害的卻是熱帶國家的雨林地區，像是供應棕櫚油的印尼和馬來西亞。根據文獻數據，我們計算了假使以棕櫚油製成的生質柴油，去達成歐盟制定的生物燃料目標，會危害到多少的雨林面積。為了妥善調查這個原本不太熟悉的主題，我和組員們在那個學期卯盡了全力、頻繁地開會，甚至還打掉重練、根據師長與同學們的回饋重做了好幾次報告。很高興最後這份報告在期末的研討會上獲得了班上最高的評分，和企業界評審頒發的獎項。
4. 材料與生態工程（Materials and Ecological Engineering）
這門課程雖然是開在土木工程系（Civil engineering），但也是我的專業選修課程之一。開授這門課的教授Henk Jonkers，本身是自癒性生物混擬土（Self-healing concrete）的發明者，也因為研發這項創新的發明而多次榮獲荷蘭的科技獎項。這門課程的兩大重點分別是：(1) 針對建案與土木工程的「生命週期評估」（Life cycle analysis, LCA），和 (2) 生態工程在建築及都市規劃中的實際應用。
課程中所使用的「生命週期評估」架構，是以荷蘭在2012年發布的建築法規為依據，將11項環境影響項目納入評估，包括全球暖化、淡水生態系毒性、優養化及化石燃料消耗等等。這項法規規定：只要是2013年以後建設的荷蘭住宅、辦公室（使用者面積大於100平方米），就必須針對不同的工程階段和物流，進行完整的生命週期評估。如果操作適當，「生命週期評估」得出的結果能幫助工程師和建案設計者做出對環境更友善的選擇，或進一步優化設計。
除了「生命週期評估」之外，我們還學習了以下主題：
(1) 永續材料和再生能源的使用
(2) 建築植生牆系統的設計
(3) 自然生態系的12種功能
(4) 環境與建築材料之間的交互作用
課程中，空間尺度最大的主題是「基礎建設與景觀生態」。這項主題在探討如何使用生態工程的方法，降低棲地零碎化和公路干擾對動植物造成的影響，包括設計魚梯、生態廊道，和路邊植被的應用。這門課令人喜愛的點在於，教授並不是簡單地把專有名詞帶過去而已，而是鉅細靡遺的講述這些設計背後的邏輯和生態考量，並舉了許多失敗或成功的案例來佐證。
然而，課程中啟發我最大的主題其實是「自然建築」的概論，包括其建築工法、土團材料的性質，發展潛力和工程上的限制。教授的博士班學生 — Yask Kulshreshtha 曾受邀到課上分享他在自然建築材料上的研究。Yask 在他的祖國印度，揹包旅行了九個月，一路上借宿於不同的土造建築之中，採訪各地居民對自然建築的使用經驗和背後想法。他發現許多區域的人們不見得能接受土造建築，因為那在他們的社會裡象徵著「貧窮」。即使自然建築對環境來說更加永續、建築成本低，材料也更容易取得，許多人們卻因為社會建構的價值觀，而嚮往著以水泥和鋼筋打造的建築。為了讓自然建築發揮最大的效益，Yask開始研究土團背後的材料科學，期望在未來增加其防水性和耐用度，並透過提升美學的建築設計，讓人們以全新的角度認識自然建築、慢慢擺脫「土造建築 = 貧窮」的觀念。聽到Yask一路走來的經歷讓我覺得深受感動，因為他不僅熟悉自然建築的科學知識，還曾深入走訪地方，實際去了解自己所研究的主題與社會之間的連結，可說是打破學術象牙塔、讓科技與社會實際接軌的最好案例。
5. 廢棄物處理的材料分類（Materials Separations in Waste Processing）
這門課可說是實作程度最高的一門課程，目的在讓學生了解處理廢棄物的基本原理和操作。因為是由土木工程學系開設的課程，因此著重在建築相關的廢棄物。實驗課時，我和組員在教授的帶領下，來到了擺放各種垃圾分類機具的廠房，並拿到一桶裝著各種材質垃圾的水桶，裡面包括：細碎的塑膠片（各種不同種類的塑膠）、各種顆粒狀的金屬碎片、紙片、碎電線等等。教授雖然會教導我們各項分類機具如何使用，但要我們自己討論如何在只使用三個機具的情況下，將混合的材質進行最高純度的分類，並從材料再生中獲得最高的經濟價值。這項任務不僅要非常熟悉每項材料的物理性質，例如：導電性、密度、磁性等等，並妥善選擇分類機具、安排機具的使用順序，最後還得掌握市場上對於再生材料的純度規範和規定價格，和採用各種機具進行分類的成本，可說是回收產業的實戰演練。除了親臨現場的實驗課程，類似的任務也用TU Delft開發的軟體，在電腦模擬課程中操作了一回－學生必須自己設計材料回收的分類流程，使用最少的成本，獲得最高的獲利。這個設計流程並沒有標準答案，只能透過不斷地嘗試、摸索，直到找到最佳化的流程。
過去在大學時期曾擔任回收創新產業小組的助教，幫學生安排許多精彩的企業參訪、小組課程，和回收產業相關講座，但這些經歷都沒有拿著裝滿垃圾的水桶、親自操作分類機具時，那種難以言喻的震撼感。來TU Delft上這門課，感覺才真的從長期以來紙上談兵的狀態，蛻變為實際操作，並對回收產業面臨的膠著與挑戰有更深刻的理解。
6. 發展乾淨能源科技的材料（Materials for Clean Energy Technology）
這門課主要在探討材料科學在太陽能和氫能科技中的應用，算是學術成分很高的一門課，但也讓我了解到材料科學在這些領域上發展到了什麼程度。除了聽教授講課之外，每週還要閱讀許多學術論文，期末時也要根據小組選擇的學術論文進行報告。這門課讓我意識到自己需要加強批判思考的能力－能夠看見論文裡面不合理或是可以被質疑的地方，而不是一昧地相信其他學者所說的話。
7. 工程材料之回收（Recycling Engineering Materials）
這門課也是跟廢棄物處理、循環經濟密切相關，但焦點著重在日常生活中的產品，包括手機、電腦等電子產品，或是汽車、飛機等大型交通工具。廢棄物回收的科技也從簡單的物理性分類，轉為探討冶金技術和高分子材料熔煉（廢棄物處理最後端的材料再生）。同樣地，除了聽課、業界講座、校外參訪和考試之外，期末還有TU Delft無所不在的小組報告。這門課我和組員分配到的主題是特斯拉電動車Model X的電池和電動馬達回收計畫：我們調查了特斯拉電池的材料組成，以及特斯拉未來可能採用的電池回收技術。
荷蘭大小事之寫作計畫
第一年在荷蘭，除了努力學習必選修課程的內容、和組員討論團體報告之外，閒暇時也參與了一些我覺得非常具有啟發性的活動，像是每個月由Foodsharing Delft所舉辦的剩食廚房－由TU Delft學生定期搜集學校周邊那些即將被丟棄的可用食材，帶回至學校由學生共同煮食，和永續日（Day of Sustainability）、循環經濟研討會（Circular Economy Research Symposium）、能源辯論（Energy debate）、鹿特丹材料展（MaterialDistrict Rotterdam）等年度活動。為了將這些在荷蘭的所見所聞分享給台灣的親朋好友們，特別是那些同樣在環境永續領域耕耘的夥伴們、促進彼此的資訊交流，我從九月入學就開始了「荷蘭大小事」（Het Leven in Nederland）的中英文寫作計畫，督促自己寫下每個月一篇的小短文，詳細紀錄這些活動的內容與個人心得，並分享在Facebook頁面上。荷蘭大小事的文章大多聚焦在環境永續和科技倫理相關的活動上面，但也有社會制度與文化的探討，像是同性婚姻與彩虹遊行、女性運動賽事中的性別平權議題等等。很可惜，荷蘭大小事的寫作計畫因為求學第二年的生活過於忙碌而中止，總計12篇文章。若之後有多餘的心力和時間，會再將其他蒐集的寫作素材，慢慢整理出來做分享。
跨領域實習計畫
在荷蘭的第二年，我參與了兩個非常重要的研究計畫，一個是TU Delft所舉辦的跨領域實習計畫（Joint interdisciplinary project），一個是我的碩士論文。跨領域實習計畫是TU Delft一個非常新的產業實習課程，2018年開始試驗推行，到了2019年才正式擴大舉辦。在這個計畫中，來自TU Delft各個科系的學生會被打散、分配到不同團隊，和在地企業進行為期11週的合作研究。我後來根據申請的志願序，被分配到了和Well Engineering Partners（WEP）這家公司合作的小組。WEP目前主要的業務是繪製地熱井的設計圖，並協助客戶安排地熱井的建置和維護。由於早期是做石油和鹽礦的鑽井顧問，後來率先荷蘭其他企業，開始轉型做地熱能源，讓具備專業鑽井知識的WEP在這個領域中拔得頭籌－目前九成以上的荷蘭地熱井都是由WEP負責設計和維護。荷蘭雖然不是地熱能源特別豐富的國家、無法直接利用地熱來發電，但由於地質相對穩定，地熱井的開發也相對單純許多。目前荷蘭地熱能源主要應用在農業溫室的熱水供應、溫度調節上面。農民首先利用地熱水的熱能，加熱要輸送到溫室的水（兩種水有各自的水管，中間由熱交換器交換熱能），最後再把原先抽取上來的地熱水，透過第二個外加的井打回去地層裡面，形成一個封閉的循環，這樣才不會造成地層下陷和地表水質污染。
在11週的跨領域計畫中，我和其他來自地質工程（Geo-engineering）、系統工程與管理（Complex Systems Engineering and Management）科系的組員，共同開發一套計算地熱井系統碳排放量和收支平衡的模型。這套模型裡面考量了地熱井的設計與材料選用、施工過程、維修保養，和最後使用年限到期時的封井程序，算是簡化版的生命週期分析。我在計畫中負責的是與地熱井材料腐蝕相關的研究。由於地層的水具有高度的鹽分和酸度，容易造成地熱井井壁的腐蝕，若不妥善處理，便可能會使地熱井的壽命大幅降低，嚴重時還會造成井壁材料破裂，造成地表水層和土壤的污染。因為材料腐蝕是地熱井最常見的工程問題之一，我們後來根據文獻計算每種特定材料的腐蝕速率，並在模型中量化其對碳排放量及維修費用造成的影響，協助WEP的工程師做出最好的決策。其實在參與JIP之前，我對材料腐蝕相關的科學知識可說是一無所知。那個學期為了對團隊有所貢獻，特定去選修了「腐蝕科學」（Corrosion science）的課程，一邊做著每天八小時的實習工作，一邊半自學從教授那裡獲得的教材，並利用課程資源聯繫到了相關領域的專家做請教，才順利推導出模型裡面量化材料腐蝕影響的公式。也因為這個機緣，我開始學習電化學的知識，之後並很碰巧地成了碩士論文研究的主題。
除了定期與WEP工程師們開會、參與JIP規劃的工作坊之外，剛好學校就臨近荷蘭的溫室大本營－Westland，讓我和組員有機會在WEP的帶領下，實際走訪幾家溫室農戶的地熱設施，了解農民們安裝和操作地熱系統的過程，以及工程上遇到的難題。另外，我們也做了問卷調查，利用農民提供給我們的真實資訊去修正我們的模型。這些經驗讓我收穫非常多，難以一言以敝之。總體而言，我感覺在經歷了JIP許多踏出舒適圈的挑戰之後，自己好像變得更有自信和能力了。也因為跟來自荷蘭的組員們共事、實際接觸業界人士，讓我對荷蘭的職場環境和工作文化有了初步的了解。
碩士論文
我的碩論主題是「電化學阻抗感測器檢測重金屬離子水污染之研究」（Electrochemical Impedance Spectroscopy Sensors for the Detection of Heavy Metal Ions in Water-based Solutions），這個主題是由TU Delft和TWTG共同提出的研究計畫。TWTG是鹿特丹一間致力於開發智慧感測器的創新公司，希望能藉由物聯網（Internet of Things, IoT）的方式，解決工業界所遇到的問題。當初會對這項計畫產生興趣，除了它跟環境議題密切相關之外，也是因為在JIP實習期間曾經研究過電化學阻抗相關的知識。電化學阻抗譜除了用來分析材料腐蝕之外，也常被運用在生物研究或是食品工業的檢測上。我主要的研究主題是：電化學阻抗感測器檢測水中重金屬離子濃度和種類的可行性，以及阻抗頻譜背後的科學解釋。這項研究計畫原本預計九個月，不巧的是後來遇上了荷蘭的疫情大爆發，和兩次的鎖國政策，打亂了學校實驗室的運作和各個機構的行政體系，以致於大幅度延誤到了我的實驗進度和畢業時間。後來因為生產線停擺，沒辦法取得公司設計的感測器模型進行研究，只好自己善用實驗室的材料和現有的器材，手動DIY一個能夠類比感測器構造的電化學電池，以進行水質的測量和分析。幸好在重新調整步調後，還是順利完成了所有實驗，最終趕在11月底以前畢業，尚得以申請COVID-19政策之下對國際學生延畢的學費補助。
碩論這段經歷，說實在過得並不是特別順心。不僅要面對研究上的各種困難和突發狀況、處理生活的大小事（找房子、搬家），還要適應疫情之中荷蘭社會秩序的劇烈轉變。記得三月初剛開始鎖國的時候，時常聽到身邊朋友因為戴口罩出門而被歧視的狀況。到後來疫情愈發嚴重，口罩變得愈來愈普及，甚至變成強制性的政策時，才不再害怕戴著口罩出門。直到今日，在撰寫心得的當下，荷蘭還是處在部分鎖國的狀態。原本第一年時常去荷蘭其他城市旅行、參加永續相關的講座和活動，或是至學校的運動文化中心學習音樂和舞蹈課程，這些美好的生活體驗全部在一夕之間（荷蘭政府緊急宣布鎖國那晚）消失殆盡，只剩下看不盡頭的居家隔離和對疫情的恐懼，連跟荷蘭朋友見個面都膽戰心驚。這段期間對於情緒本來就高度敏感的自己來說，可說是心理健康上非常艱困的挑戰。幸好，身邊還是有許多朋友的陪伴，讓我得以走過這段生活劇烈變動的日子，慢慢適應疫情之後新的社會秩序和生活步調。也很高興碩論內容在疫情的影響之下，還是獲得了TWTG的讚賞和口試委員們的肯定，並為水污染感測器後續的研究提供扎實的數據與基礎。
探索藝術領域
雖然和環境永續的議題不那麼直接相關，但來荷蘭之後逐漸發現了自己對於藝術領域的熱忱，因此想記錄一下啟發我很多的兩門課程：
1. 藝術、同理心與科技道德（Art, Empathy and Ethics）
這門課結合了藝術創作和科技倫理的探討。參與課程的學生須挑選一項主題，撰寫科技倫理的哲學小論文，並製作藝術作品去闡述這個主題。學期間由幾位藝術家授課、安排情境式體驗，引導學生慢慢跳脫過去僵化的理工思維，釋放藝術創作的靈魂。雖然過去曾短暫學習過素描與繪畫，並時常流連於美術展覽之中，但這還是我第一次正式的在課堂中進行當代藝術的創作。當時的學期主軸是「人類增強與資訊連結」（Human enhancement and connectivity），而我的研究主題是以大腦晶片控制人類情緒和治療精神疾病的科技倫理爭議。期末的時候在室友的協助下，拍攝了一部關於創傷壓力症候群患者在接受心理治療之後逐漸康復的藝術微電影－利用衣服來象徵回憶的重量，而脫下衣服的過程就像是擺脫了創傷回憶的束縛。後來這部影片獲得了同學與師長們的佳評，也讓我開始對拍攝影片、創作當代藝術作品產生了興趣。
2. 藝術和設計領域中的材料科學（Materials in Art and Design）
這門課其實非常的「材料」，旨在運用材料分析的科技，協助博物館和收藏家鑑定藝術品的年份和真偽，或進行畫作顏料的化學成分分析與修復。有時在分析的過程中，還會意外發現藝術家藏在畫中的訊息，可謂「畫中有畫」。課程中，教授還邀請了考古學方面的材料科學家來講解洞穴壁畫的研究，平時上課也時不時穿插歷史與文化的小故事，實在是非常精彩。學期間的個案研究則是要我們分析一幅來路不明的古老畫作，藉由X射線螢光光譜儀（XRF）等元素分析的資料來辨認畫作中的顏料和年份，最後藉由史料的查詢來推測作者以及創作背景。只可惜至荷蘭國家博物館的參觀行程，因為疫情的關係而被取消，沒能親眼見到博物館負責修復和研究畫作的實驗室。
結語
來荷蘭這兩年半，真的成長非常多，無論是在環境永續議題上面的學習，還是與不同文化的人們交流、一起共事與生活的體驗，都帶給我思想上許多激盪與火花，幫助我看得更廣、想得更深。留學的日子也有一些辛苦的時刻，但總體而言在荷蘭學習的日子是美麗且充滿啟發的、身邊結交的荷蘭和其他國家的朋友們也都有著豐富的內涵。因為曾下定決心要好好學習跟探索在荷蘭的一切，以至於這兩年過著非常忙碌與充實的生活。真的很感謝一路上幫助過我的人們，和身邊的家人朋友。最後也要特別感謝我媽媽支持我到國外留學，追求我想學習的環境永續領域。期盼未來能夠將所學好好運用在永續發展上面，為台灣和世界帶來一些貢獻。
