STEAM｜石油短缺影響農業！黑金如何餵飽全世界？｜星島教室
發佈時間：12:57 2026-06-07 HKT
最近中東再有戰爭，專家說若全球石油供應短缺，會影響糧食生產！舉例，當你走進超市，拿起一個色澤紅潤的番茄或一包香噴噴的薯片時，你可能以為這只是光合作用的產物。但從科學角度來看，你手中的食物其實也極可能是「石油的變體」。在現代工業化農業中，石油與糧食的關係密不可分。如果全球石油供應突然短缺，我們的餐桌將會面臨一場前所未有的「能量斷層」。
石油＝糧食？
在傳統農業時代，太陽是唯一的能量來源。但在21世紀，生產1卡路里的食物能量，平均須消耗約10卡路里的化石燃料能源。這聽起來不符合能量守恆？不，這正是現代農業的高效秘密：我們利用石油儲存的古代化學能，「補貼」了農作物的生長速度。
石油對糧食的影響主要分為3個層次：
- 化學輸入（化肥與農藥）：提供植物生長的原材料。
- 機械動力：驅動耕作、播種與收割。
- 物流與包裝：確保食物從農場抵達餐桌。
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化肥的石油基因
在農業化肥中，最重要成分之一是「尿素」（Urea），其化學式為 CO(NH2)2。
- 哈伯造氨法（Haber-Bosch Process）︰地球大氣中78%是氮氣，但植物無法直接吸收。要將氮氣轉化為植物能利用的氨（NH3），需要極高的壓力和溫度。這就是著名的「哈伯造氨法」，這裏的關鍵在於氫氣（H2）。在工業上，生產氫氣最經濟的方式是「天然氣蒸汽重整」，而天然氣通常與石油礦藏共生，或作為石油提煉的副產品。
- 從氨到尿素︰有了氨之後，工廠會進一步將其與二氧化碳（CO2）反應生成尿素。尿素是目前全球使用量最大的氮肥。如果石油與天然氣供應中斷，將造成連鎖反應：氫氣產量會暴跌→氨產量下降→尿素價格飆升。最終，農民因負擔不起化肥而減少施肥，導致全球農作物產量（尤其穀物）急劇下降。
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機械化生產停擺
想像一下，如果沒有柴油，一台大型收割機的工作效率會變成怎樣？現代農業是建立在內燃機之上的。從翻土、播種、噴灑農藥到收割，全部均依賴石油提煉的柴油與汽油。
石化農藥與塑料
石油不僅提供動力，還是農藥的「母體」。
- 農藥（Pesticides）：絕大多數的殺蟲劑、除草劑和殺菌劑都是以石油基化學品為原料合成的複雜有機分子。沒有它們，害蟲與雜草將與人類「爭食」。
- 農用薄膜：現代溫室農業依賴聚乙烯（PE）薄膜來調節溫度與水分，而聚乙烯正是石油裂解後的產物。
全球供應斷鏈
餐盤中的食物平均要旅行1500到2500公里才能到達你的嘴邊。這依賴於一個極其複雜且耗能的物流系統：
- 卡車運輸：消耗大量柴油。
- 冷鏈物流：為了保持蔬果新鮮，低溫倉儲與冷藏車需要消耗電力與燃料。
- 包裝材料：塑料包裝、保鮮膜、泡沫箱，全都是石油製品。
石油短缺意味着運費飆升。有時候，糧食並非真的「種不出來」，而是因為運輸成本太貴，導致產地的糧食運不出去，而消費城市卻面臨糧荒。
農業「脫油」之路
若石油供應短缺，農業必須轉型：
- 生物肥料：利用豆科植物固氮或研發更高效的微生物肥料，減少對合成尿素的依賴。
- 農業電動化：研發電力驅動的耕作機械，並配合可再生能源（太陽能、風能）。
- 垂直農場：城市內部生產食物，大幅縮短食物里程（Food Miles）。
石油短缺不止令油價上漲，還會透過尿素化肥、農業機械和物流體系，演變成全球糧食安全危機。未來的科學家必須找出方法，讓人類在不依賴化石燃料的情況下，依然能餵飽這顆星球上的80億人口。
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小思考，大智慧
既然石油會枯竭且污染環境，為何不全改用「有機耕作」（Organic Farming）？用天然的動物糞便代替尿素化肥，不是更環保嗎？
參考答案
這是一個科學權衡（Trade-off）問題。可從以下3方面來分析：
- 能量密度與規模（Scale）的落差︰現代化肥（如尿素）的含氮量極高且精確，能夠快速釋放養分。相比之下，動物糞便或堆肥的養分濃度較低，且釋放緩慢。若要供應目前全球80億人口所需的氮元素，單靠全球現有的家畜糞便是不夠的。如果全球強制轉向純有機耕作，單位土地的糧食產量可能會下降40%至50%。這意味着為了種出同樣多的糧食，我們必須砍掉更多的森林來開墾農田，反而造成更大的生態災難。
- 「氫」來源問題︰正如前文所說，化肥生產需要氫氣。目前做法是從天然氣中（甲烷 CH4）提取，這與石油工業緊密相連。雖然我們可利用太陽能或風能進行「電解水」來產生氫氣，但這種「綠氫」目前的生產成本，是石油基氫氣的3至5倍。這意味着如果沒有廉價的綠能，糧價將會飆升至普通家庭無法負擔的程度。
- 人口承載力（Carrying Capacity）︰科學家曾估算，如果沒有「哈伯造氨法」（即「石油化肥」），地球大約只能養活30至40億人。也就是說，現在有一半人口，是靠着「石油變成的糧食」在支撐着生命。
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：香港大學博士後研究員（人工智能）、教育評議會執委馮穎匡博士
本文標題原為〈黑金與綠田：石油如何「餵飽」全世界？〉
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