作者：佐藤健太郎
出版社：臉譜出版社
出版日期：2015年2月6日
 

文／白榮銓

近來報章媒體，常出現「低碳生活」的報導；「全球暖化、節能減碳」，更是朗朗上口、處處可見的標語；產品須有碳足跡標籤（carbon footprint label），即將成為未來的趨勢，碳似乎成為「乏善」可陳的壞東西。但是，回溯人類過去使用碳化合物的歷史，了解碳化合物對於物質及精神文明，所扮演的關鍵角色，對於探討「低碳經濟時代」的未來走向，應具有重大的意義。
本書以「碳」的微觀視角，拼湊出的世界史，比我們想像的更深遠；以「碳化合物」建構的生命世界，比我們想像的更奧妙；作者藉著十一種與我們息息相關的碳化合物，解構人類文明史，讓我們對於「碳」改變歷史的奧秘，得以一窺堂奧。

難以抗拒的糖
添加糖的食物，除了提供人體能量來源，具有的甜味，更是讓人身心滿足及獲得愉悅感，砂糖的主要成份是蔗糖，而甘蔗是最早用來製造蔗糖的植物，甘蔗原產於熱帶、亞熱帶地區，無法在寒冷地區成功栽種，而且甘蔗栽培與蔗糖的製造，需要大量的勞動人力，故早期的蔗糖是昂貴的食品。基於上述特性，與蔗糖相關的歷史、地理、經濟和科學有那些？
西元前幾百年，印度和中國就有蔗糖的生產記錄。隨著11 世紀時十字軍東征的興起，東西方貨物商貿的交流變得更加頻繁，於是東方的砂糖走入歐洲人的物質生活。但是東西方的貿易不但路途遙遠，又掌握在阿拉伯商人手上，經過層層剝削，導致商品售價居高不下，歐洲人遂興起直接與東方貿易的念頭。15 ～ 17 世紀，隨著航海及造船技術的進步，歐洲一些國家的航海家和探險家，在尋找從西歐前往亞洲的海路航線中，發現了許多當時在歐洲不為人知的地區與國家，造就了歐洲歷史上的地理「大發現時代」（age of discovery）。
15 世紀晚期及16 世紀早期，由於美洲大陸正好擁有適合栽種甘蔗的環境，葡萄牙和西班牙的殖民者，為了經濟上的利益，將甘蔗的種植和煉糖技術，傳入美洲大陸，為了補充當地印地安人勞力的不足，非洲的黑人奴隸也被大量的引進。像這樣，由於歐洲的資本主義和舊帝國主義，將酒、武器和棉布製品，從歐洲運至非洲；再用這些武器擄來的奴隸，從非洲運至美洲；再將他們生產的農產品煙草、棉花、咖啡和砂糖，由美洲運至歐洲，造就了歷史上最著名的「三角貿易」（triangle trade）。
糖的甜蜜陷阱， 不僅造成黑奴的苦難，貪食糖的人也深受威脅，糖份攝取過量的壞處，易造成體重過重及引發慢性病，但要將來自甜味的強烈誘惑，斬草除根，似乎非常困難，是否有具甜味，卻不含熱量的含碳化合物？
1879 年，霍普金斯大學（Johns Hopkins University）的研究生法博格（Constantine Fahlberg, 1850~1910）， 在雷姆生（Ira Remsen, 1846~1927）教授的指導下，研究某種煤焦油衍生物的氧化作用。有一天，法博格忘了洗手就離開實驗室，晚餐時，他發現用手剝的一片麵包，吃起來特別甜，詢問妻子麵包是否有添加糖份，答案卻是沒有，他心想這應是在實驗室接觸到的物質。1880 年，師生將共同研究結果發表在《美國化學期刊》（American Chemical Journal）。四年後，法博格私自申請了專利，將此化學物質命名為糖精（saccharin）。
1965 年， 瑟爾藥廠（G.D. Searle & Company） 的研究員謝拉特（James Schlatter, 1942~），在實驗室合成製作抑制胃潰瘍藥物時，燒瓶內的溶液不小心灑到手上，因為這材料沒有毒，所以沒有立即洗手。當他為了取出一張稱量紙（weighing paper），先舔了一下手指，突然感到一股甜味，他推測是那個反應產物帶來的甜味，進一步嘗試，果然不出所料，他將這種物質命名為阿斯巴甜（aspartame）。
1976 年，英國的泰萊（Tate & Lyle）公司與倫敦大學研究人員，研究利用蔗糖及其合成衍生物在工業上的用途，研究人員把教授說的「測試（test）這化合物」，誤解成「嚐一嚐（taste）這化合物」，不料一舔，就發現甜得驚人，這種化學合成的甜味劑稱為蔗糖素（sucralose）。
由上述可知：從科學的觀點，蔗糖是發現並採集存在於自然界的植物（甘蔗或甜菜），再萃取出可應用的碳化合物；歷史上，有些軍事戰爭、經濟流向和三角貿易等大規模的人類活動，都與這些碳化合物息息相關。由於天然資源有限，於是藉由人為方式，製造出可應用的碳化合物－糖精、阿斯巴甜和蔗糖素，這些標榜「只吃甜， 不吃糖」的人工甜味料（artificial sweetener），常被添加於低熱量飲料，做為甜味來源，或作為食品添加劑，供給想要或須要限制攝取糖份的人食用。
 

耐人尋味的酒
酒含有酒精（乙醇），人類飲用釀造酒的歷史，可追溯到史前時代；而酒精含量較高的蒸餾酒，在歷史上出現較晚。酒的釀造原理是將含澱粉或醣的物質，經過發酵，轉化為乙醇，以啤酒、紅酒、白蘭地、蘭姆酒（rum）和波本威士忌（bourbon whisky）為例，它們是以何種材料製成？歷史背景為何？酒精作為生質燃料（biofuel）的發展前景為何？
遠在文明誕生前，猴子在水果成熟的季節，在樹洞裡貯藏大量水果，堆積的水果受到自然環境中酵母菌的作用而發酵，猴子吃下後，呈現搖晃醉醺的模樣，就這樣，猴子在不自覺中造出「酒」來。
西元前4000 年左右，美索不達米亞地區（現今的伊拉克）的人們，將小麥的麥芽煮熟，放置一段時間，落入其中的酵母菌使其發酵，進一步產生乙醇和二氧化碳，這應是最早的啤酒釀造。西元前6000年左右，波斯地區（現今的伊朗）的人們，以深色品種的葡萄釀造葡萄酒，由於葡萄的果皮帶有色素及酵母菌，葡萄榨出的汁液，含有豐富的糖，因此可發酵製成紅酒。紅酒在基督教佔有重要的象徵性地位，聖經記載《最後的晚餐》事件中，耶穌將紅酒比喻為自己的血，現在的某些基督教儀式，紅酒仍是不可或缺，這對於後世紅酒文化的發展，產生了難以計量的影響。
12 世紀，法國西南部干邑（Cognac）地區種植的白葡萄，所釀造的葡萄酒，已經銷往歐洲各國；16 世紀，由於葡萄酒產量大增，聰明的商人為了便於葡萄酒的出口，減少海運時船艙的佔用空間，節省出口稅金，並避免因長途運輸造成葡萄酒變質，於是把葡萄酒蒸餾濃縮後出口，即為早期的法國白蘭地。1701 年，法國捲入「西班牙王位繼承戰爭」，白蘭地遭到禁運，為了儲藏大量滯銷的白蘭地，酒商們將白蘭地貯藏於橡木桶內；1704 年，戰爭結束，酒商們意外發現，原本無色的白蘭地，竟然變成美麗的琥珀色，酒不但沒有變質，反而更加香醇可口，芳香濃郁，從此奠定了白蘭地發展的良好基礎。
前面提及「15 ～ 16 世紀，殖民者為了經濟上的利益，把甘蔗的種植和煉糖技術，帶入美洲大陸」，當時以甘蔗為主要原料，榨汁熬煮，分離出蔗糖的結晶，再將剩下的糖蜜（molases）加水稀釋，經過發酵蒸餾得到的酒，即為蘭姆酒。隨著殖民地的開拓，農民開始種植玉米，釀造後，放在內側燒焦的木桶中熟成，由於酒吸收木桶的物質，故呈現出獨特的金黃色，即為波本威士忌。蘭姆酒和波本威士忌，在當年美洲殖民時代，非常受到原住民和拓荒者的喜愛。
酒除了當作飲料，內含的酒精是否可作為汽車的能量來源？ 1908 年，福特汽車發表的T 型車（Model T）就是以酒精燃料產生動力，但由於能量密度（energy density）和價格都輸給汽油，後來被汽油取而代之。1973 年， 為了報復美國支持以色列進行「第四次以阿戰爭」，阿拉伯的石油輸出國家聯合實施禁運，造成「第一次能源危機」；1975 年，巴西開始以甘蔗發展燃料酒精，並與汽油混和，供「可變燃料車」（flexible fuel vehicle，FFV）使用，三十多年來，成功改變巴西能源使用結構。美國是世界最大的玉米生產及出口國，2005 年， 美國頒布能源政策法案（Energy Policy Act），積極推動生質能源，鼓勵利用玉米提煉生質酒精。
當全球汽油價格高漲時，燃料酒精具有成本優勢；但是大規模使用燃料酒精，將導致玉米、甘蔗等農作物供不應求，食品價格上揚。為了避免發生「與人爭糧」，於是衍生以「第二代生質燃料」的開發研究，改以非糧食的稻桿、麥桿、玉米桿、甘蔗渣和林木廢棄物為原料，但這些原料的纖維素很難分解，因此如何突破技術瓶頸、降低製造成本，仍有待努力。
由上述可知：從科學的觀點，因為酒的原料來自小麥、玉米、葡萄和甘蔗等農作物，故酒是藉由農耕和發酵等手段，以人為的方式製造出可應用的碳化合物。除此之外，為了平衡全球經濟，兼顧人類食用和生質燃料的需求，將農業廢棄物的纖維轉化為酒精，已成為目前各國主要的發展方向。

推動世界的石油
19 世紀中葉，煤和水力是工業的動力來源。1853 年，美國鑽油先驅和企業家比塞爾（George Bissel, 1821~1884）在賓夕法尼亞州的泰特斯唯爾（Titusville）小鎮，注意到地面滲出的油，他取了少量樣本，寄給耶魯大學化學系教授西利曼（Benjamin Silliman, 1816~1885） 分析研究， 西利曼建議提煉這種原油，可以得到煤油及石蠟等副產品，商業獲利可期，因此比塞爾開始尋求投資夥伴，1854 年， 成立了美國第一家石油公司－賓夕法尼亞石油公司（Pennsylvania Rock Oil Company）。
1858 年，賓夕法尼亞石油公司雇用德雷克（Edwin Drake, 1819~1890）， 在泰特斯唯爾小鎮附近，進行鑽探原油。德雷克建造了機房和井架，將纜繩繞過滑輪，利用蒸汽機的動力，往上拉起鑽頭，再使其自由落下，藉著鑽頭的重量，反覆衝擊地層來鑽井。為了防止井壁坍塌及地下水不斷的湧進井裡，他靈機一動，改以數根長10 英尺的空心生鐵管，上下接在一起，鑽頭置於鐵管下方，即使鑿至較深的井底，也不易發生坍塌及滲水。1859 年8 月27日，德雷克終於成功地自69.5 英尺深的井底鑽出石油，這是世界上第一口以機器開鑿及抽取的油井。
石油不但促進了經濟、工業和交通運輸的發展，也改變了戰爭的形態。第一次世界大戰時，英國軍隊初次將砲台，搭載在以石油為燃料的戰車上，為了保密，對外宣稱製造的是大水缸，這是戰車被稱為坦克車（tank）的由來；英國更率先改變戰艦的設計與建造，將原有的燃煤動力改為石油，使英國艦隊具有更快速度、更大航程以及更方便補給的優勢。1940 年7 月，第二次世界大戰期間，美國通過《出口控制法案》（Export Control Act），禁運鐵及石油給日本，企圖遏制日本的軍事擴張，當時日本國內有80％的石油用量，皆自美國進口，雙方談判陷入僵局，日本最終選擇了主動對美國開戰。
「石油是否即將枯竭？」，是全球關注的能源議題之一。1949 年， 美國德州殼牌石油公司（Shell Oil Company）研究實驗室的地質學家哈柏特（Marion Hubbert,  1903 ～ 1989），提出石油峰值（peak oil）理論，內容是指某一區域（油區、國家、地區或全球等）石油的開採量，達到峰值之後，該區域的石油產量將不可避免地開始下降。這個假說， 隨著頁岩氣（shale gas）的出現，面臨極大的挑戰，原因是頁岩氣的蘊藏量，據稱可供全球使用約300年。雖然頁岩氣使用高水壓裂岩開採時，所用的化學藥劑會污染地下水，但是頁岩氣的發現，可能是石油發現以來，又一次的能源革命。
由上述可知：德雷克利用蒸汽機驅動鑽頭及幫浦，鑽出了石油，開啟了石油工業的先端；第一、二次世界大戰中，石油更成為兵家必爭的戰略性資源。時至今日，頁岩氣和頁岩油的開採技術及生產量，將對全球的經濟及產業，產生重大的影響。
綜合上述，人類在糖、酒和石油的活動足跡，建構了豐富的文明史，至於還有那些碳化合物，可以維持人類生命、撼動人心或驅動世界；那些碳化合物，可以掌握人類的未來；如何解構這些碳化合物相關的文明史，有待您進一步的閱讀與思考！

白榮銓　臺中市立居仁國中退休教師