【人物專訪33】以人為本,以微生物誘導沉澱技術打造安全建築—專訪國立中正大學地球與環境科學系陳建易教授

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【人物專訪33】以人為本,以微生物誘導沉澱技術打造安全建築—專訪國立中正大學地球與環境科學系陳建易教授

採訪 /  何郁庭(科學推展中心執行編輯).撰稿 /  洪佳如(科學推展中心特約編輯)

審訂 /  陳建易教授 (國立中正大學地球與環境科學系)


 

陳建易,任職與任教於國立中正大學地球與環境科學系,專長為地質微生物、地球生物化學、仿生礦物、環境奈米等研究,學術論文屢見於國際期刊。去年,他以「經濟高效的微生物誘導氧化鋅合成:抗病毒、抗菌、光催化和優化機械特性」為研究主題,獲得第二十一屆國家新創獎。領導團隊以「微生物誘導沉澱技術開發多功能之生物混凝土」榮獲國科會2024淨零科技領域未來科技獎,學術研究結合業界需求,深具2050年淨零碳排目標潛力,備受各界矚目。

 

 

陳建易自謙自己是臺東小孩,從小在山上度過無憂無慮的快樂童年,這段兒時經歷,讓他一輩子受用無窮,自大同工學院畢業後,至清華大學攻讀碩士,經由海軍陸戰隊服役、考取高考服公職後,也通過出國留學考,選擇出國負笈留學,取得英國牛津大學工程科學研究所博士學位,陳建易分析,這三所大學的特質不同,對他形塑人格有著莫大的益處。陳建易進一步說明,大同工學院的校訓是正誠勤儉,清華大學校訓則是厚德載物、自強不息,英國牛津大學的校訓則是強調追求真理的主乃我光,陳建易認為自己非常幸運,在國內接受基礎、扎實的學術訓練,再進入學術殿堂追求真理,自己很幸運能夠經歷各階段訓練,這些學術精神,自然流淌到他的骨頭與血液中,影響日後執教與研究方式。

 

以科學方法,對各種存在追根究底,培養學術精神

 

陳建易認為,地球與環境科學這個學門,格外需要大膽假設與小心求證,因此他時常提醒學生,不要畫地自限,要勇於突破自我。過程中,他特別強調科學哲學(Philosophy of science)的重要性,因為科學哲學講究科學的本質、方法,建立在知識與邏輯結構、驗證與知識合理性之上,在目前國內的科學教育養成中,顯得較為缺乏注重的一環。

 

因此,訓練學生時陳建易尤其強調批判式思考與開放合作精神的重要性,他鼓勵學生在研讀論文的過程中,放入批判性思考,試圖產生科學性的爭論點,再根據科學的爭論點,提出可行的解決方式,這是學術養成非常重要的一環,還需要開放包容的心胸,培養樂於與他人合作的精神,因為科學不單單是知識的累積與集合,而是一種思維的方式,需要懷著開放的心,碰撞出各種可能。

 

當古老的建築技藝,遇上生物技術應用

 

陳建易研究著重於地質微生物學與地球生物化學研究,探討微生物如何影響地質與地球化學過程,在地質成因中所扮演的角色,包括礦物形成、岩石風化、重金屬沉積與生物復育等。在做地質微生物研究,聚焦於微生物誘導礦物沉積(Microbial Induced Precipitation, MIP)面向,微生物能透過生物化學反應影響礦物的形成,製備具有奈米氧化鋅功能的生物水泥砂漿及生物混凝土,妥善應用於生物水泥、地基加固、建築結構修復與二氧化碳封存。

 

此外,微生物在環境修復中的應用,如重金屬與污染物的生物去除、利用微生物降解石油、塑膠與農藥等環境汙染物等研究,陳建易表示,自己非常關心臺灣與國際的地下水污染,因為全球約莫有兩億人口,處在砷污染的威脅中。因此團隊與國際團隊合作,持續進行砷污染研究,近期,陳建易與幾位國際學者,共同向聯合國文教組織申請砷研究講座,期望透過講座的宣講,讓更多人意識到砷污染對全球的緊迫性。同時,陳建易研究團隊也致力於研究綠色科技與永續經營與跨領域研究,以上研究,皆對整體社會提升有著正面的影響。

 

2024年,陳建易領銜的學術團隊,以微生物誘導沉澱技術,開發多功能的生物混凝土的技術,獲得國科會2024未來科技獎殊榮。回顧研究來時路,陳建易表示,這項技術,在2010年時,曾被選為科學界20種最具價值的新興研究之一,背後主要的原理,在於使用生物科技方法,將沉澱鈣和鋅來填補混凝土中的微裂縫,讓微生物產生碳酸鈣將水泥因地震產生之孔隙堵住,自然產生防水功能,好延長建築物的使用年限。

 

「在過去,我們祖先在蓋房子時,一定嘗試過許多種方法,試圖找出最好的比例。好比臺灣早期的土角厝,祖先會在泥土裡加了石灰,也把牛產生的尿液與糞便混合在一起,因尿液裡充滿微生物,自然形成碳酸鈣,使建蓋房屋變得更加穩固。團隊應用這項古老的技藝基礎,給予現代生物技術應用,產生奈米科技,賦予科學新生命,利用生物技術大量培養微生物,加以純化、快速化,降低成本,使研究快速的應用技術上面」

 

臺灣是一個頻繁地震的島國,每當地震時,房子會產生肉眼看不見的微裂縫,當水進入隙縫、觸及鋼筋,鋼筋就會開始腐蝕,進而影響到建築壽命。若改用生物混凝土,當建築物產生微裂縫,內涵的微生物吸收到水就會長大、呼吸,產生二氧化碳,二氧化碳在水中自然形成碳酸根,碳酸根和鈣離子結合時,自然形成碳酸鈣,產生結晶碳酸鈣,而結晶的過程,就會將微裂縫封住,整體稱之為水泥的自癒反應。陳建易表示,目前生物混凝土是一項新技術,在2050年淨零碳排目標上,相當具有發展潛力,但目前大多數的業者採觀望態度,因為會增加建築成本。但這項技術,在國際研討會,被各國學者們普遍認為值得極力推廣。

 

「我們做研究時,需要去思考業界需要的是什麼,業界有需求,能夠支撐研究的進展,幫助技術走出實驗室,走入到業界。可能一開始,業者不會緊迫需要生物混凝土技術,但如果未來政府政策推動,採用低碳混凝土,那麼這項技術就有機會走在前沿的浪頭上。一項技術的普遍利用,需要時間醞釀,我們相信,這項技術能夠妥善應用到公共工程上,包括橋樑、港口,因為微生物可以忍受高鹽,達到修復效果,延長沿海公共工程的壽命,增加其強度」。

 

光催化,防疫、抗菌安全建築的曙光

 

除了生物混凝土的應用外,陳建易去年度甫獲得的國家新創獎,同樣與微生物誘導沉澱技術相關。在製備具有奈米氧化鋅功能的生物水泥砂漿及生物混凝土,賦予材料光催化、自淨、抗菌防黴及抗病毒等多功能。當生物混凝土有光催化能力時,所產生的氫氧自由基,能夠破壞病毒與細菌細胞,具備著防疫、抗菌的自我清潔功能。

 

陳建易團隊希望未來能光催化的運用,能朝向以人本為主的安全建築邁進,打造衛生、無菌具備防疫能力的建築物。當建築物有光催化功能時,當有光線時,就能夠立即殺死病毒,相當值得於醫院加護病房(ICU)中推廣,好降低人們被感染的風險,雖不能夠完全的隔絕,但希望達到抑制病毒、減少被感染的機會,無論對醫護人員或患者而言都更加有保障。

 

陳建易認為,臺灣在學術成果、跨領域執行能力與儀器設施上都相當優異,屬於臺灣的整體優勢。但目前臺灣產業現況中,奈米材料較著重於半導體,對於環境、醫藥的分配較不均勻,法規面也尚未完善,這是稍微不足之處。從整體研究與產業,架構來說,上游開發中游應用,再到下游的廢棄處理之脈絡中,下游的廢棄之再循環減碳,對現在的臺灣之淨零碳排而言,反而是要非常、非常的重視一件事。

 

放眼未來,整個臺灣是一個淨零碳排場域,未來有機會成為淨零碳排的亞洲中心,雖然這是一條看似非常遙遠且遙不可及的一條路,但正因為臺灣是一座貿易島,當全球都朝向淨零碳排方向走時,臺灣無論是採用工程界或是科技業界的手段,終究都會慢慢導向2050的淨零碳排的目標方向前進。「貿易是我們的命運與命脈,所以一定要緩緩的往淨零碳排這一個方向前進」,陳建易堅定地說。

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