糧食-能源-水鏈結議題分析
透水性鋪面
目前傳統性鋪面又稱不透水性鋪面佔都市環境中不透水面積有25%。通常降雨之雨水有三分之二最終落在都市中不透水層表面上， 導致路面產生大量的逕流，促使含有懸浮固體、營養鹽、致病菌、有機物與重金屬等污染物的雨水穿梭於都市叢林之中。而低衝擊開發技術與綠色 基礎設施被認為是多年來管理雨水的有效方法，透水性鋪面為低衝擊開發技術重要綠色基礎設施。歐美及日本等先進國家自80 年代起，透水混凝 土為道路鋪面缺陷改良之材料，應用範圍有公園、人行道、停車場及各種運動場地，透水鋪面設計概念可減緩都市開發衍生出環境問題，為維護生態 平衡、永續發展以及節能減碳的理想之下，推廣使用透水混凝土降低環境負擔之概念。透水性鋪面系統路面截面通常分為四層，第一層為面層(透水 鋪面)；第二層為砂層；第三層為過濾層；第四層為路基層。當中透水性鋪面系統各層均有入滲及透水效果，降雨時可讓雨水從第一層面層滲透於最 後一層路基土壤層，同時可讓植物吸收、蒸散以及補助地下水等效益，成為自然生態循環之一部分。此外本場此亦利用裝業廢棄下腳料、燃煤灰燼、 非有害集塵灰等材料作為透水鋪面的原料，以追求再生資源材料之目的。
不同透水鋪面機制 (參考至：Wu (2005))
本計畫採用之不同透水磚抗壓強度比較
植物微生物燃料電池
在本示範研究，植物微生物永續綠能系統乃是植物微生物燃料電池技術結合人工濕地工法，此系統兼具植物微生物燃料電池與人工溼地的功能。
植物微生物燃料電池為植物結合微生物電化學技術的具新穎性的科技，兼具植物的光合作用與微生物燃料電池技術之特性。
為探討韌性城市的理念，目前以城市水環境、糧食環境、能源環境為主要的方向。位於台北市福德坑環保復育公園的植物微生物永續綠能系統
，不僅具有人工溼地的元素，也有收集雨水、過濾污水的功能，本身有產生電力的功能。
以上剛好符合城市水環境與能源環境的方向。若是未來能使用農作物與蔬菜等為植物微生物永續綠能系統的植物，將能落實糧食環境的理念。
選取植物的部分，分別使用美人蕉、狼尾草與五節芒為永續綠能系統植栽盆內的植種，圓葉節節菜為盆栽外的植物。
美人蕉為美人蕉科的植物，狼尾草與五節芒為禾本科植物。美人蕉原產於美洲，是美洲原住民常見的小型糧食作物，塊莖可食，栽種容易，對於土壤環境要求較低，
具有藥材、食用與觀賞等多功能之作用。狼尾草是禾本科多年生的草種，台灣的主要畜牧作物之一。狼尾草可扞插繁殖、再生能力強、產量高，而且栽培過程中鮮少有病蟲害的發生。
五節芒是台灣常見的植物，具有藥材、防風與觀賞等作用。五節芒也是禾本科植物，依據禾本科植物的產電特性與五節芒在台灣的普及性，五節芒似乎很適合本韌性設施的植株。
土壤以福德坑環保復育公園的現地土壤為主，由於環保公園的前身為垃圾掩埋場，導致現地土壤的有機物或是重金屬含量可能較高。
由於植物微生物燃料電池的陰極與陽極的電位差距愈大以及土壤中的離子濃度愈高，愈有利於輸出電壓的表現。
另外，微生物電化學反應與植物吸附的機制，可能有助於土壤污染的去除與降解。
為探討韌性城市的理念，目前以城市水環境、糧食環境、能源環境為主要的方向。
位於台北市福德坑環保復育公園的植物微生物永續綠能系統。
產電成果方面，本系統共建置24組電池，每一組電池皆植入三種植物(美人蕉、狼尾草與五節芒)，並連續馴養三個月觀測其產電能力。
第一個月將系統建置完畢後，量測各組電池之開路電壓(Open Circuit Voltage, OCV)以評估電池能輸出之最大電壓。
結果顯示，24組電池的開路電壓平均為567 mV。待系統穩定輸出後，十月始接上阻值為510毆姆的負載，
評估本系統各電池的工作電壓輸出能力(Direct Current Voltage, DCV)。結果顯示系統接上負載後的工作電壓第二個月時，
24組電池平均負載電壓為165 mV，平均單顆電池輸出功率約為0.05 mW。當系統馴養至第三個月時，
24組電池平均接上負載後的工作電壓上升為258 mV，平均單顆電池輸出功率約為0.13 mW。
植物微生物燃料電池的運行原理示意圖 資料來源：Strik et al. (2008)
完工後的植栽種植
生物滲濾系統
生物過濾系統設計上應考量目標污染物濃度及特性、該系統位於的環境條件(降雨時空分布、地形等)、放流水用途等多項因素以利設計適合的操作系統(Hatt et al., 2009)。為提升處理效率，可從濾材特性、水力條件等方面進行設計調整。生質材料取自動物、植物或微生物等生物體。由於生物可藉由新生、再生而生生不息，因此生質材料具有取之不盡、用之不竭的特性，此外還包含了低碳足跡，以及堆肥易生物分解等優點，符合循環經濟目的，目前已被廣泛研究與應用。本系統選用椰殼活性碳以及台灣常見生質廢棄物稻殼、蚵殼作為濾材。生質廢料(如椰子、污泥、茶葉、稻殼等)可透過物理性沉澱、化學性離子交換、表面吸附、錯和等機制去除水中污染物，可用來做為生物過濾系統的濾材，在去除地表逕流中污染物的同時，將生質廢棄物資源化利用，兼具永續發展及循環經濟之理念。水力條件設計上，則應考慮水力停留時間（Hydraulic Retention Time, HRT）和濾床阻塞（Clogging）的問題。
利用生物過濾系統處理水中污染物的研究發展多元，國內外研究顯示生物滲濾系統可有效去除之污染物包含懸浮固體、重金屬、細菌等。Kuoppamäki等人的研究中利用生物炭作為生物過濾系統濾材來淨化城市地表逕流中污染物，圖90為該研究中生物過濾系統示意圖，系統中包含了礫石、細砂等支撐層以及過濾層，濾材包含污泥、生物炭以及泥炭，以人工合成雨水模擬地表逕流，進行兩年水質監測，分析項目包含銅、鋅、鉛、鉻、鋁，研究結果顯示該生物過濾系統對鉻、鋁、鉛最佳去除率為99 %，銅、鋅分別為91% 與87%，並證實生物炭對水中金屬去除有良好的效果(Kuoppamäki et al., 2019)。
生質材料淨化系統之外觀(系統最初架設時)
生質材料淨化系統之外觀(系統運作九個月後)
雨水花園
近年氣候變遷使降雨型態改變，澇旱現象加劇、降雨頻度減少但強度增加的現象，加上都市的迅速發展，使得原本的綠地消失，取而代之的是大量的不透水鋪面，當面臨暴雨情況時，雨水無法適時入滲地表，導致排水系統無法負荷，道路淹水問題屢屢發生。
生物滯留池(bioretention basin)是都市雨水管理最佳途徑(BMPs)，發展用於減少逕流量及改善水質的自然且具美觀性的方法，而雨水花園(Rain Garden)正是其中一種方式。雨水花園被認為是都市報與管理最佳途徑之一，與一般綠地的差別在於滯洪能力。
雨水花園亦蓄水功能，逕流經過植栽、介質的淨化得以循環做其他利用以達到節水效果。
