美國林產試驗所的全壘打
在球棒設計製程上一個小小的更動，就可以減少對林木過度的需求、保護運動員與觀眾的健康，並為其他木製品的應用效率帶來極佳的啟發！以下就來為大家概略介紹一下森林經營單位中，最有價值球員之一 ──美國林產試驗所（Forest Products Laboratory, FPL），以及他到底對球棒做了什麼好事。
棒球場上的噩夢──碎裂球棒波及觀眾與球員（圖源：www.woodbat.org）
林產試驗所是美國聯邦農業部林務署下的研究實驗單位，在試驗所底下又有7個研究工作小組、3個實驗室，以及許多測試研究工廠。
麥高維‧克萊（McGarvey Cline）（圖源：foresthistory）
在1907年的時候，木材利用處（Office of Wood Utilization）處長麥高維（McGarvey Cline）認為，為了改善不同區域研究中心的合作關係，有必要創設一個中央研究室，所以他就跑去與林務署署長吉佛（Gifford Pinchot）商量，最後選擇了威斯康辛州大學當作實驗室地點。於是在1910年，林產試驗所誕生了，它的核心目標是讓森林更健康，還有透過木材資源永續與使用效率的提升，來發展森林經濟。
讓利用更永續～林試所做了哪些好事？
美國林產試驗所有五個主要的任務，分別是：（1）對閒置木質生物能的研發與利用、（2）奈米技術應用於木製品生產、（3）森林生物質的煉製與利用、（4）考量生命週期及環境影響的木結構研究、（5）進階複合製品的研發與改良。
供極限運動用的軌構物（圖源：mtb-news）
鄉野式建築外觀之一種（圖源：Trendir）
鄉野式建築內部裝潢之一種（圖源：rejigdesign）
（1） 閒置木質生物能（underutilized woody biomass）的研發、利用：
在美國，長達數十年的林火撲滅政策阻斷了林火的自然週期，每當森林火災發生的時候，消防員必須在最快時間趕到把火撲滅，結果導致約84億噸乾柴囤積在林地。所以在美國的森林中，有著許許多多的小直徑樹木與未利用的木質生物能。
當這些木質物長期累積下來，卻沒有林火適當地清理林床的空間，長期累積的薪柴可能會隨著病蟲害或乾旱，帶給森林一發不可收拾的災難。所以適當地修剪這些林分、利用這些木質物，不僅活絡森林產物的適切利用，對森林的健康也有好處。
1993年開始，除了研究這些木質物的潛在用途，林試所也提供技術，協助鄉村社區運用生態系管理（ecological management）的方式經營森林，並從中得到森林副產品、發展在地經濟。除此之外，林試所也探索如何將這些小直徑木材做成橋樑、步道（boardwalks）、軌構物（trail structures）、露營地（picnic shelter）、儲藏間，或是其他的鄉野式建築（rustic-type buildings）。
（2） 奈米技術（Nanotechnology）：
奈米技術對木製品的表現與使用性能的影響有非常大的潛力。舉例來說，林產試驗所有一種可以在木質表層塗上抗菌、防水材料的技術，能用在容易淹水或颶風頻仍的地方，保護人們的健康與安全，提升木製品的韌性。
（3） 森林生物質的煉製（Biorefinery）與利用：
利用森林中的木質物，將之轉換成液體燃料與化學原料，相當有成本效益。此外，比起使用化石燃料，這種木質液態燃料只是將原本透過光合作用捕捉下來的二氧化碳，重新釋放到大氣中，在森林的持續經營下可維持一進一出的平衡，並不會排放額外溫室氣體，因而能達到碳中和（greenhouse gas neutral）。
（4） 考量生命週期及環境影響的的木結構研究（Advanced Structure Research） ：
在過去，建築結構研究主要是著眼於使用年限與安全的問題，現在的建築結構設計，則包括了功能性、環境影響評估，以及經濟等一系列的思考，而林試所也會針對這些課題做研究。
（5） 進階複合製品（Advanced Composites）：
建築與傢俱的主材料─木拼板製品（各種板材）向來能創造亮眼的利潤。近年用天然纖維製成的生質組合式產品（biobased composite products），以及像是「木料─塑膠」的複合材料製品，都一一問世。包括奈米技術在內的新複合技術，也都賦予各種小體積產品更高的附加價值。
令追求質感的仕紳階級興奮不已的木質複合智慧型手機
（圖源：www.inhabitat.com）
這些新技術為各種木質或生質纖維原料帶來巨大發展潛力，也使人們對木料的利用更有效率，因而降低環境的損耗。各種原料包涵了小直徑木材、工農業剩餘或廢棄物料、外來入侵種，以及可拆解與可回收的物質，這些物質當然也包括了林火抑制思維下在森林留下的大量的木質物。重新利用這些過去常常造成負面問題的原料，林試所為複合製品交出漂亮的成績。
小球棒大學問──林試所的全壘打
介紹完林試所的基本工作之後，讓我們回到標題，看看美國這個職棒強國，木材製程的改良可以有甚麼具體應用。在美國，有長達100年之久，棒球比賽普遍用的是梣木棒（ash bats）。在1990年晚期的時候，球棒製造商開始使用生長範圍遍布美國中西部與東北部的硬質糖楓（sugar maple）來製作球棒。
為什麼會開始使用楓木製作球棒呢？這是因為梣木、楓木氣孔的分布不同。白梣木（white ash）是環孔材（ring-porous），氣孔集中於早材（春天木材生長的部分），其他樹種如紅橡、白橡、榆樹（elm），都是環孔材；另外，糖楓（sugar maple）、黃樺木（yellow birch）與椴木（basswood）是散孔材（diffuse-porous），氣孔平均地散生於年輪上。
環孔材（圖源：www.lencoheaven.net）
散孔材（圖源：www.ulaval.ca）
早期所使用的梣木棒，由於球棒的擊出面與年輪平行，在持續打擊的狀況下，早材與晚材之間的氣孔會脆化、剝落，使年輪剝離，球棒很快就會毀損，於是製造商開始轉而使用楓木棒，避免球棒剝離的問題。
梣木棒年輪剝離的狀況（圖源：www.woodbat.org）
然而，在轉為使用楓木球棒之後，卻時常傳出球棒以另一種難以預期的方式碎裂、飛出球場，波及球員、教練、裁判與觀眾，因此造成了不少損失。
在這樣的情況下，2008年開始大聯盟著手處理頻繁發生的球棒破碎問題，他們提供資金，並由林產品試驗所進行技術研發。林試所的專家檢視了從2008年7月到9月球季之間每一支大聯盟破碎的球棒。他們分析了這數千支損耗的球棒，然後變更製程，降低了楓木球棒破碎率達50％之譜。結果，儘管現在楓木球棒的生產數量比以往還多，發生球棒破碎的事故卻越來越少。
研究團隊發現，不管你用的是哪環孔材還是散孔材，造成木質不連貫的「木紋斜度」，是球棒破裂的主因。善選弦面紋理（flat grain）或豎直紋理（edge grain），對不同木頭材質球棒的表現也會有不同狀況的改善。
木紋斜度，較平直的縱向木紋，意味著球棒碎裂的可能性較低。
（圖源：“ANC–18 Design of wood aircraft structures” Chapter 4）
弦面紋理（Flat grain） v.s. 豎直紋理（Edge grain）
（圖源：www.woodbat.org）
製造大聯盟每一季的球棒須消耗4萬棵樹，光路易斯維爾（Louisville Slugger）（美國知名球棒製造廠商）一家，一年就會製造160萬根木製球棒。對木紋斜度進行改善，林試所改善了球棒的品質、讓球場變得更安全。
林試所這記響亮的全壘打，是由許多努力與合作所累積起來的。也多虧了這些大有學問在的技術研發工作，觀眾可以更安心地坐在觀眾席上看球、大聯盟與各球隊省下許多成本，棒球明星也得以減少生命上的威脅，繼續在球場上發光發熱。
參考資料：
(1) “Review of 2009 MLB Baseball Bat Regulations, i.e. What to expect from the bat manufacturers?”, Roland Hermandez
(2) “MLB and Forest Service Team Up to Reduce Frequency of Shattered Bats”
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