長榮大學綠能與環境資源學系 鄭光利助理教授、賴信志教授
近兩世紀以來，受機械化和都市化驅使，不斷有大量物質由環境圈被開採至人類圈(anthroposphere)並聚集在都市形成都市礦(urban ore)。都市礦亦即為工業生態學(industrial ecology, IE)社會經濟代謝(socioeconomic metabolism, SEM)中的物質存量(material stock, MS)。將都市既有物質存量運用各種技術開採出來之行為稱都市採礦(urban mining) (Jacobs, 1961)。都市採礦可以替代原生資源開採，是幫助社會轉型循環經濟模式的重要策略之一(Brunner, 2007)。地球自然資源逐漸匱乏，現行線性經濟模式(開採－製造－廢棄)已無法繼續支持人類生活，必須轉型為循環經濟模式才可能永續發展。循環經濟概念之一的搖籃到搖籃(cradle to cradle)，與工業生態學旨在建立 閉環系統(closed-loop system)以減少不良副產品(by-product)的目標相同(Graedel et al., 1995)。意即整個系統中沒有廢棄物，每個程序的產出物皆為下個程序的投入物。
都市採礦程序和傳統採礦程序相似，包含探礦(prospecting)、探勘(exploration)、開拓(development)和開採(exploitation) (Hartman & Mutmansky, 2002)。其中探礦為藉由資料考查，找尋富含都市礦的潛在場址。而探勘則為藉由都市礦的量化和空間化定出範圍，再結合市場價格定出都市礦的價值，最後經由可行性評估決定是否開拓。因此，都市採礦可協助人類圈資源(anthropogenic resources)開發，使物質重新於SEM 循環，以減少原生資源開採。而擁有很多物質存量的都市很有機會可以透過都市採礦轉型為循環經濟。
全球有42%的物質量累積於建築中(Circle Economy, 2022)如圖1，建築是都市中最豐富的物質存量。建築中含眾多建築材料(後簡稱建材)，包含混凝土、磚、鋼鐵、木頭和鋁等物質(Hashimoto et al., 2007; Tanikawa & Hashimoto, 2009)。建築是為滿足人類居住需求而存在，代表都市居民的生存 空間，亦象徵著都市的富裕程度(Pauliuk & Müller, 2014)。然而，建築的興造、使用和廢棄過程切實關係著天然資源的投入和環境污染物的排放。建築在施工階段需要大量建材，這些建材在生產過程中需投入更多砂石、石灰石、黏土、鐵礦、煤礦、矽礦和鋁礦等自然資源，導致天然礦產蘊藏量消耗，亦造成許多環境問題。當建築使用週期結束或有重大災害發生時，既有建材存量也將轉變為未來的營建廢棄物量，成為都市的環境負荷。由此可見物質存量在資源和環境面皆可能產生顯著影響，必須系統化瞭解都市中的物質存量，盡可能將物質存量循環再利用，以減少當代資源的消耗和未來廢棄物的產生。
都市礦基礎資訊包括量、組成、空間屬性和年齡(Tanikawa et al., 2015)。國際間普遍採用由下而上方法(bottom-up approach)評估建材存量，方程式如下式所示。計算出都市中的MS後，再結合GIS資料即可得到高解析的MS空間分布。
MS為建築物質存量(kg)；TGFA為建築結構用途在年的總樓地板面積(m2)；MI為建築結構i用途j單位樓地板面積物質m的物質強度(kg/m2)。k, l , n, o分別m, i, j, t為之總數。
都市採礦為將都市既有物質存量運用各種技術開採出來之行為，可以協助將線性經濟重塑(reshaping)為循環經濟。線性經濟重塑的方式(圖2)有循環設計(reduce by design)、拒買(refuse)、適量購買(reduce)、再使用(reuse)、修復(repair)、整修(refurbish)、再製造(remanufacture)、重新利用(repurpose)和回收再利用(recycle) (UNEP, 2019)。都市採礦屬於圖中最外圍的重新利用和回收再利用迴圈，也就是最後的重塑閉環手段。
參考文獻
Brunner, P. H. (2007). Reshaping urban metabolism. Journal of Industrial Ecology, 11(2), 11–13.
Circle Economy. (2022). The Circularity Gap Report 2022 (pp. 1–64, Rep.). Circle Economy.
Graedel, T. E., Allenby, B. R., Telephone, A., & Company, T. (1995). Industrial ecology. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice Hall.
Hartman, H. L., & Mutmansky, J. M. (2002). Introductory Mining Engineering. John Wiley & Sons.
Hashimoto, S., Tanikawa, H., & Moriguchi, Y. (2007). Where will large amounts of materials accumulated within the economy go? – A material flow analysis of construction minerals for Japan. Waste Management, 27(12), 1725–1738. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2006.10.009
Jacobs, J. (1961). The death and life of great American cities. Vintage; /z-wcorg/.
Pauliuk, S., & Müller, D. B. (2014). The role of in-use stocks in the social metabolism and in climate change mitigation. Global Environmental Change, 24, 132–142. https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2013.11.006
Tanikawa, H., Fishman, T., Okuoka, K., & Sugimoto, K. (2015). The weight of society over time and space: A comprehensive account of the construction material stock of japan, 1945–2010. Journal of Industrial Ecology, 19(5), 778–791. https://doi.org/10.1111/jiec.12284
Tanikawa, H., & Hashimoto, S. (2009). Urban stock over time: Spatial material stock analysis using 4d-GIS. Building Research & Information, 37(5–6), 483–502. https://doi.org/10.1080/09613210903169394
UNEP. (2019). UNEP circularity platform. https://buildingcircularity.org/