交通、能源與環保已成為城市發展中，最受關注的三大議題，也進一步促使各國政府積極推動相關方案；本文將聚焦探討氣體計量技術、搭配物聯網與雲端科技來有效處理再生能源相關應用，期能滿足綠色智慧城市的願景。
隨著物聯網和雲端運算等新興技術的不斷進步、以及手持行動裝置在運算與續航能力上的日益增進，衍生發展出許多自動化與智慧化的產品需求與服務產業。除了帶來大量商機之外，更逐漸擴大至醫療、交通、環保等城市建設之政府服務，諸如城市基礎架構中的電力系統、自來水系統、交通系統、建物及油氣管道等等，都被賦予了感知與智慧的能力，可以與環境和人類產生互動，增進生活品質與運作效率。智慧化的各種方案有效協助城市發展，解決並滿足多種政府、市民與產業需求，同時促進了生活、經濟與治理三種城市層面的運作，正是城市競爭力的關鍵指標所在，全球各國無不致力於發掘各種科技在智慧城市上的潛力應用。
解決空氣汙染 物聯網推動綠色城市
世界各國在推動智慧城市計畫時，雖是因地制宜、注重的項目有所差異，但大方向仍是不脫政府事務、教育、安防、健康與醫療、能源、環保、交通、建築與觀光等重大領域，表1統計了全球15個指標性智慧城市發展領域項目的統計，明顯可見在交通、能源與環保等三個領域，正是最倍受關注的重要議題。
空氣汙染問題日益嚴重，發生在全世界每一個角落。世界衛生組織報導指出，全球90%都會人口都生活在飽受污染的空氣之中，而惡劣的空氣品質造成每年至少800萬人的死亡，導致極高的經濟與各種層面的損失。在節能環保技術上，監測PM2.5的空氣盒子已在全球各地積極發展、普遍布建，而一個德國新創公司City Green Solution利用苔癬植物的植栽與物聯網科技結合，為城市帶來空氣與視覺上的清新潔淨，全球許多重要城市都在導入這套科技與美感兼具的解決方案CityTree。
City Green Solution所研發的物聯網裝置CityTree利用植物來淨化空氣、產生氧氣並降低溫度，透過感測器來監測植物的溫濕度、結合太陽能板與自動澆灌系統，大幅減少維護人力與水電管線的裝設，佐以風向與流體力學來研析決定CityTree的方向與裝設地點，運用先進的多重感測與氣體計量技術，並且設有雲端管理平台「AirCare」在記錄全球各地CityTree的溫濕度、電力與該地點的空氣汙染情形，除了可提供給城市管理機構進行圖像化數據分析之外，也可以監控植物狀態、在後端維護CityTree系統裝置的運作情況。歐洲許多城市已導入CityTree這個造景與環保兼具的物聯網裝置，也有亞洲城市正在洽談引進中。
能源發電潛力股 各國布局生質沼氣
依國際能源總署(International Energy Agency, IEA)統計，「生質能」為全球第四大能源，生質能為最傳統且廣泛使用的再生能源，截至今日全球尚有約1/3的區域以生質能為主要來源。生質沼氣由多種氣態分子構成的混合物組成，含有甲烷(methane CH4，55~70%)、二氧化碳(CO2，30~45%)、硫化氫(H2S，~0.2%)、一氧化碳(CO)等，是非常好的氣體燃料。在1950年代，便已有系統化的將生質沼氣之產出、儲藏與使用機制，讓生質沼氣扮演偏遠地區的補充能源。隨著都市化及農業現代化的演變，垃圾掩埋場及大規模畜牧業趨向集中化及大型化，使生質沼氣成為再生能源的重要供應者，更隨著生質能源應用的演變，可以發電使用併入電力系統，成為區域電力的供應者。生質沼氣經純化後不僅用於發電使用，更可併入天然氣網絡，供民生家戶使用，在日本已有研發先例(如圖1)。
圖1 生質沼氣家戶使用示意圖
資料來源：日本東京瓦斯公司繪製，量測中心翻譯重製
放眼觀察歐美各國，使用生質沼氣於能源應用或開發大型生質沼氣處理廠已逾30年，歐洲更已將沼氣純化後併入天然氣網絡。歐盟已明確制定生質產業政策的法令，供各會員國政府做為遵循依據。歐洲生質沼氣商業機制已相當成熟，為防止不肖業者魚目混珠，破壞現有市場機制，歐盟決議發展生質沼氣計量技術，透過制定生質甲烷質量標準，做為使用綠能(亦可稱之為綠色天然氣(Green Gas))的民眾及業者的保障。
台灣地處東亞、屬於極度缺乏天然資源的區域，約有98%能源必須仰賴船運進口，易受國際能源價格所影響。為因應此問題，政府除提倡節約能源外，開發再生能源或替代性燃料，亦是不可或缺。IEA報告更指出，生質能較於太陽光電或是風力發電，具有不受氣候季節變化影響的穩定性以及使用上的擴充性；尤其生質沼氣具有產量穩定、無間歇性問題、可製成燃料儲存等特性。純化後可搭配化石燃料及其它再生能源混合使用，用於傳統鍋爐、汽電共生發電系統、民生家戶以及運輸系統能源供應。近年來生質沼氣計量的議題逐漸受到重視，不僅將生質沼氣用於發電以及售電，而是將其視為等同於天然氣的能源氣體直接做商業銷售，歐盟已展開「生質沼氣計量」相關技術開發，日本則建立「生質沼氣商業」收購規範，中國也將建立「生質沼氣標準平台」列為國家發展政策。為了接軌於國際，我國產官學研也將生質沼氣視為可解決眼下能源問題方案之一，正在積極研發其計量、處理、配送等各個系統環節的解決方案。如何利用氣體計量技術、搭配物聯網與雲端科技來有效處理再生能源，也是全球各大國家最密切關注、投入大量研發資源的議題之一。為了能與國際接軌，台灣亟需建立生質沼氣計量技術與各項制度方法，包括：
1.針對生質沼氣及生質甲烷中之關鍵雜質，例如；矽及矽氧烷、硫化物、芳香烴、鹵代烴、氨、氰化物、鹽酸以及一氧化碳等，建立具有追溯性的檢測方法。
2.建立具有穩健性生質沼氣及生質甲烷所含顆粒成分、水分以及露點的檢測方法。
3.建立並認證可檢定生質沼氣或生質甲烷物理性特性之檢測方法。包含檢測熱值、熱容量以及密度。
4.建立適用於可追溯生質沼氣與天然氣混合物之濃度的檢測方法。
5.建立具有穩健性之生質沼氣及生質甲烷現場採樣方法與可供工業使用的精確檢測方法。
從智慧能源角度來展望台灣生質沼氣的未來，我國現階段大多生質沼氣發電系統僅供場內使用或做綠電銷售予電業公司，將生質沼氣併入天然氣網供家戶使用的案例或需求仍待催生與推廣。台灣地小人稠、又缺乏能源自主，生質沼氣的穩定性及潛力將扮演著對台灣綠電發展重要關鍵因子。可呼應我國政府經濟部的前瞻基礎建設、在數位建設的智慧生活應用計畫，透過國內城市各自的獎勵機制及認證制度(如圖2、以台北市為例)，鼓勵業者開創商業模式、取得認證、催生產業形成與活絡、進而成為優良供應業者，獲得優惠的綠電使用費率，增進全民福祉；同時政府對於生質沼氣標準規範的建置亦需加快腳步進行，以做為未來綠能發展與生質甲烷商業規範建立的重要依據。
圖2 市府場域開放、驗證創新機制流程示意圖
資料來源：台北市政府