拆裝機床就像堆積木一樣簡單－可重組化精微元件製造系統

在特務電影中，通常有一位（或一組）科技專家與之搭配，用魔法般的發明，預料執行任務中可能遇到的各種問題，事先設計發明或炫目或低調的科技。得在垂直的高樓玻璃帷幕上攀爬？沒問題，這是一雙戴上就宛如壁虎的手套。需要變臉偽裝？沒問題，這是一臺可攜 3D 皮膚列印機。需要從飛機上跳下來？沒問題，這是一套可變身滑翔飛鼠裝的西裝……。

如果把臺灣比喻為特務，那麼經濟部技術處就是那位科技專家。或許這麼比喻讓你覺得牽強，但在貿易戰未休、半導體缺貨、疫情一波波、淨零碳中和各種趨勢與危機夾雜的此刻，臺灣的確愈顯重要，也更需要技術手段幫自己脫困突圍。

於 109 年 10 月接任經濟部技術處處長的邱求慧，肩負為臺灣孵化更多科技的關鍵任務。技術處「運用經濟部『科技研究發展專案計畫（簡稱科技專案）』，整合法人研究機構、產業界、學術界之研發能量與軟實力，促成國家創新系統成員間的科技創新連結，開發具前瞻性、關鍵性及跨領域之產業技術，並將研發成果多元移轉落實產業界應用，促進創新研發成果走向產業化與國際化，以厚實產業技術能量，提升產業創新效益。」

上頭這串介紹技術處的文字，引用自官網，也的確「官樣」。這正是邱求慧欲改變的其中一點。「我來之前就已經在變了，我來之後可能變本加厲！」身形高挑、身著合身西裝的他接受泛科學採訪，坦言希望政府的科技成果也能更科普，別老是艱澀又官樣感。「這樣政府做的很多事沒人知道，就很可惜啦。」他說。

我來，是為了發展 100 個故事

雖然網站上關於技術處的介紹不太親民，「技術新知快遞」、「產業技術知識+」等專欄的內容亦針對產業界撰寫，稱不上科普。但技術處早就整合了 20 多間研究機構（工研院、資策會、生技中心、金屬中心等），透過「解密科技寶藏」的網站、社群媒體跟實體展覽，積極地想讓這些成果「被看見」。

邱求慧說，雖然技術處與法人面對的廠商大多都很專業，但也不是專業性都那麼高。而且再怎麼專業，也得跨領域跟其他專業互動。同時作為政府一環，技術處也要對立法委員、一般民眾溝通，讓大家都能懂。因此他要求同仁未來產出的內容別再官樣，要更科普，讓技術處裡處外與民意代表都能懂。

在去（2021）年 10 月，行政院跨部會主辦之台灣創新技術博覽會（前身為台北國際發明暨技術交易展）期間，技術處展出約 80 件具前瞻性及產業效應的技術。身為領導人，邱求慧積極現身推廣，邀請吳淡如、路怡珍兩位各具影響力的 Podcaster/YouTuber 合作，用輕鬆、聊天的方式談展出的技術。

「例如路怡珍就問我，什麼是 WiFi 雷達？」說到 WiFi 大家都知道，但 WiFi 雷達其實是用來精準定位跟監測人體生理訊號，由工研院在技術處支持下開發成功。簡單來說，就是像蝙蝠的聲納。WiFi 雷達可以用在電廠鍋爐爐管檢測、提高人員作業安全；也可監測是否有粗心父母、飼主把小孩子或寵物遺忘在車上；由於能感應呼吸心跳、翻身次數，WiFi 雷達也可用來偵測睡眠品質。邱求慧表示，就是要透過不熟悉這些技術的網紅，來幫大家問出專業覺得稀鬆平常、但對非專業卻隔層山的問題。

除了帶來外部流量，邱求慧也強化內部賦能。例如在為研究機構（法人）辦的講座，邱求慧請來《TVBS 一步一腳印》的主持人詹怡宜與暢銷作家/故事教練許榮哲對教科技人「怎樣把科技的故事講好」，「技術如何服務社會」。

「以前的技術處長可能是來發展 100 個技術，我來這邊，是為了發展 100 個讓人記得的故事。」他以身作則，親自訪談技術處企業創新研發專案補助的案例，挖掘故事。他說得很直白：「我看官樣的影片、文章，馬上就略過了啦！所以我來了以後就跟同仁商量，能不能換個方式，把過程中的故事擷取出來。」

補助是沃土植花，非錦上添花

在受訪前一天，技術處剛發表一則微電影「那些足球教我的事」，講的是聯發科獲得技術處「A+企業創新研發淬鍊計畫」的故事。邱求慧記得剛到技術處述職，就被質疑：「聯發科已經是傑出的廠商，為何還要靠政府補助？」由於這是他來之前的決策，一開始他也無法回答。

後來與聯發科總經理黃合淇交流，他才了解其中來龍去脈。黃合淇對他說：「你不要看我們聯發科現在很風光，股價破千，但我在申請的時候股價才 200 多。」由於在 4G 階段，聯發科進度發展落後，與競爭對手高通的距離拉大，現金流短缺，研發經費只有高通的 ⅓ ，這時迎來 5G 競爭，明顯居於弱勢。

5G 以頻段區分，可分成 6 GHz 以下的 Sub-6 與 24GHz 以上的 mmWave 毫米波。高通選擇發展 Sub-6 GHz 與 mmWave 毫米波整合晶片，聯發科卻只發展 Sub-6 窄頻晶片，這在當時是個風險極高的大賭注。然而後來由於各國市場考量成本與產業生態鏈，率先採用 Sub-6，反而讓聯發科獲得先發優勢，恢復元氣，成為現在的破千股王。邱求慧表示，回到那個時間點，聯發科面臨的挑戰極為嚴峻，畢竟 5G 若再失敗，遑論 6G。

雖然經濟部破紀錄補助了 7 億，但聯發科自己投了 300 億。「我問他說：7 億跟兩三百億差那麼多，還要花時間寫報告給政府，何必呢？他說那是一個信心，代表政府願意跟他站在一起，去幫他背書。雖然聯發科在台灣很大，但在國際上的競爭對手更大。」

邱求慧笑著說，成功之後，人們才說現在股價那麼高，怎麼還拿政府補助？但誰想起 4 年前那場豪賭？於是他決定邀請導演，將這故事透過微電影演繹。

「作為處長，資源怎麼分配是很大的難題。」邱求慧語氣慎重地說，如今台灣大型科技企業每年研發經費至少 6000-7000 億，但技術處的 A+ 計畫補助一年才 20 億，補助對象還包括外國企業，如 A+計劃下的「全球研發創新夥伴計畫」邀請與我國企業有互補互利關係之外國企業在國內共同研發，補足研發升級之缺口。他另外補充表示，經濟部工業局的產業升級創新平台輔導計畫（TIIP）每年也才 10 億多，與 6000-7000 億的企業研發經費根本不同規模。

「40 年前，台積電可能可以靠政府全力支持站起來，但現在企業已經發展得很強了，不可能一體適用。我們只能挑有潛力、要起步的新創，幫助他們越過死亡之谷，或是挺現有企業挑戰極為困難的課題。」邱求慧說。

因此他認為政府的補助就算是雪中送炭，也只能送給有潛力的哪些。如何看懂、挑中潛力者，帶回千百倍的效益，就是他與技術處的挑戰。他強調：只要企業迎向挑戰，面臨巨大風險，政府會幫一把。「我是在他需要的時候支持他，不是在他好的時候。」

科技要有社會影響力

另外一部技術處近期上傳的影片「我的黑手阿爸」，則是傳統機械工廠的數位轉型故事。在技術處支持下，工研院開發了「智慧機械雲」，這是一套簡易的傳產數位轉型方案，透過數位機上盒收集機台資訊，讓資料透通，還可進一步客製化，基本的 ERP、進銷存、物流管理等服務都有，進階 App 如「射出機通訊模組」、「幾何公差標注模組」、「工具機剛攻性能評價」等熱門項目，皆可免費下載。

邱求慧說，要黑手老闆花 200 萬導入科技專案很難，要把 200 萬賺回來也很難，因此政府直接提供解決方案。為了推廣，技術處做了田野調查，找到一對父子，爸爸是黑手，兒子則在工研院服務，想用智慧機械雲幫忙，但卻被父親痛斥，覺得是在否定自己把孩子拉拔長大的技術。當然，父子後來互相諒解，攜手合作，按照數據反饋調整機台，提升良率。拍成微電影後，很多老闆看了，對機械雲興致大增，很快會員數就破千家。

以身作則說故事之外，邱求慧更進一步改變法人的績效指標，加入一個評量重點：社會知曉程度。他表示以前的指標不外乎專利數量、技轉金金額、成立公司家數……「但以後還要看有多少外界的人知道、在乎我們在做什麼」。

顯然，單向說故事並不夠。邱求慧要求技術處與旗下法人要重視社會影響力，以實際行動改變偏鄉、弱勢處境，解決問題。「政府存在，本來就是要照顧弱勢，解決市場失靈的問題。」以南投縣仁愛鄉的科技食農驗證場域為例，由於近年來山區缺水，導致作物收成不理想，技術處透過科技專案，導入工研院的農工整合技術，例如環境感測精準滴灌，能節省工時與一半以上的用水。或是針對當地特色作物「大和當歸」做 DNA 鑑定，採取「多重壓差萃取技術」，分析其含有豐富植物多酚、黃酮素等高抗氧化物，再加工開發「大和當歸薰香」、「大和當歸複方多醣體養生飲品」、「護手護足精萃」等產品，做到全株利用零廢棄。

「我們用經濟部技術處的品牌來跟通路洽談，跟農委會與交通部一起合作，打造伴手禮跟智慧旅運。例如一個小農要載貨到鄉公所，但沒有車，就可以用在地專用的叫車服務來集客、隨選駕駛。」邱求慧表示，技術處整合這些科技，帶來觀光客、讓物暢其流，也為地方創生打下基礎。本身熱愛登山跟歷史的他更興奮地表示，離仁愛鄉公所不遠，就是當年莫那魯道逃亡的路線，富有傳奇色彩與歷史意義，很期待當地能逐步整合這些特色。

接地氣還要接未來

介紹專案，邱求慧興致勃勃，談臺灣科技的下一步，他則戰戰兢兢。

他表示，技術處「永遠都有選題的問題」。淨零碳排、美中貿易戰、後疫情時代都是重要趨勢，但與其見風轉舵，他更在乎法人的創新力。

「法人的角色，在台積電成立後，偏向幫現有廠商解決技轉問題。做前瞻技術，成為新創的，比例不到 1%。」他稱這些都是「累加性的改良」，而不是「顛覆性的技術」，是在既有的神山上堆石頭，而不是另一場恢宏的造山運動。

他坦言「新的技術進到既有公司，有董事會、營收壓力，反而會壓抑突破性的創新。」新創公司的時間感則不同，比養在內部的團隊更有機會點燃創新。即使這兩年台灣半導體備受全球關注，他亦不諱言這是臺灣吃了 40 年的老本。韓國有 Naver、Kakao，中國、美國更不用講，臺灣呢？

「我們過去太成功了，在金融風暴時也太成功了，卡在成功的路徑上，覺得這樣很好。但我覺得台灣若再吃老本，也吃不了十年。」因此邱求慧鼓勵技術處與法人從選題開始，就要設想 10 年後，跨大步創新。他的目標是提高法人研發技術衍伸新創公司的比例，從1%提高到 20%。他說，生技公司莫德納（Moderna）的 mRNA 技術，10 年前也被看成笑話，臺灣要有投資 10 年後甚至更長遠的想法，不然只會原地打轉。

他坦言，法人被 KPI 導向思維綁住，待在舒適圈太久。「有哪個專案 KPI 會達不成？久了法人都把 KPI 設定得容易達成，但有產生真正的大效益嗎？」

為了替法人注入衝刺、挑戰的文化，得先移除對失敗的恐懼。邱求慧表示之前法人計畫若沒達成會扣款，但他認為失敗是正常的，失敗不該直接連結懲罰，反要鼓勵失敗繼續衝。因此他甘冒風險，推出一個關鍵改革：法人的研發成果收入上繳，從原本只收現金，改成現金或股票皆可。

他表示法人機構長年下來，已能精算上繳金額跟成長率，但「每年都成長 0.5%」。「我覺得『幹嘛呢？』每年都成長 0.5 %，10 年後也只不過是打平，這樣台灣怎麼會進步？」

雖然股票可能會成為壁紙，但也可能上市，如台積電那樣，成為臺灣下一個 30 年的護國神山。開放法人上繳股票，就是鼓勵法人把技術變新創。「我們就讓他一年成長 10%、20%、30%！當然，也可能後年降 5% ，但平均年成長率可以是 5%-10%。」

他說有人可能罵：為什麼你當處長，法人上繳的金額下降？「但我讓你罵嘛！大家要看長。你會發現，法人過了下一個 10 年，成長率是高的，而不是停滯的。」他滿懷信心，但也認真強調要讓法人去衝。當然，創新也要有風險概念，但「你的風險我幫你承擔，我的風險我想辦法承擔。頂不住我就不會戀棧。」

法人每年拿很多國內外獎項，有如 KPI 達成之外的加分題，但他認為若要真正彰顯得獎價值，要盡量「把獎項當工具，去為新創募資」，而不是把得獎當成最終目的。

技術處支持工研院研發的「智慧倉庫解決方案」，在 2021 年 4 月得到美國愛迪生獎人工智慧類別金獎，讓工研院連續五年獲得愛迪生獎。邱求慧說，有人質疑工研院怎麼做得過亞馬遜，關鍵在於臺灣地小人稠，才會發展出立體倉儲方案。他期待像這樣的軟體創新能夠更多，成為一股造山力量，畢竟臺灣不能只靠硬體神山。

為臺灣打造科技新神山，是邱求慧的任務，但臺灣的山巒以及此間的古老故事，卻是邱求慧的精神棲地。

「我雖然是工程人，但在生活上都看人文、歷史的書。」他自陳從小就對人文有興趣，雖然由於社會、家庭的期許走上工程之路（還走得非常好），但他始終覺得自己是個「被耽誤的歷史學家」。在工作之餘，人文歷史的探究、山巒林間的縱走，幫他紓解了壓力，讓大腦切換再啟動。

「投入另一個領域，幫自己找到方向，可以 refresh 自己。最重要的是本身有興趣。」他時常在個人臉書上發表自己對古代文獻的研究心得，樂此不疲。

為了寫一篇文章，他要收集百篇文獻，釐清脈絡、時間。去年（2021）10 月，他登新竹五指山，還解開一宗清朝兇殺命案。為了寫這篇，他分析了林爽文事件前幾年，臺灣民眾對政府的不信任，為的是看出歷史事件代表的意義。

「有時候不是科學難懂，而是人們不相信政府。那要做什麼大家才會相信？」做為經濟部技術處處長，愛講故事的邱求慧一方面從歷史學教訓，也要培育科技與創新，讓台灣有值得傳誦到未來的新故事。

攸關生存的金屬

金屬具有完全不見於其他材料的種種特性。有些十分堅硬、強韌，適合用來製造工具，武器或結構零件，好比釘子或完整大梁。不過金屬也具有可塑性，不像陶瓷那麼酥脆——金屬受壓時會變形，不會碎裂，還可以拉成細絲，能用來固定、製造圍籬或傳導電力。多種金屬還能抗拒非常高的溫度，是打造高性能機器的理想材料。

你在「大墜落」過後，必須盡快重新養成的能力，不只是掌握用鐵，還得加上鐵碳合金：鋼。鋼含有鐵、碳混合原子，而且遠遠超過各部分的加總。把碳原子納入，大幅改變了金屬的特性，而且你可以因應不同用途，改變碳原子比例，從而控制鋼的強度和硬度。

我們到後面才會檢視，該如何從無到有，開始製造鐵和鋼，因為緊接災後，你肯定很容易就能撿到鋼鐵材料。只要重新學會鐵匠的傳統技能，這些撿來的品項，也就可以活化再利用：在平爐（編按：有蓄熱室的煉鋼爐）或鍛造爐上的砧板一邊處理作品，一邊讓它保持灼熱，同時也用鎚子和鐵砧改造外形。綜觀整段文明史，人類之所以有辦法利用堅硬的鐵，理由便在於，鐵受熱會暫時改變物理特性，質地軟化並具展延性，得以搥打塑造成形，輾軋成薄片或者抽成管、線。這很重要，因為這表示，你可以使用鐵製工具來處理鐵材，製造出更多工具。

如何加工鐵器

用鐵製造工具，最重要的知識就是有關於如何讓鐵硬化的原理——淬火和回火。要讓鐵硬化，可以把它加熱至火紅，好讓內部鐵碳晶體，轉化為硬組態的同素異形體（編按：同一元素因為分子式排列方式不同而有不同的物理形態，但化學生質相似）（它沒有磁性——這可以在加熱時檢測）。不過隨後若是讓它緩慢冷卻，這種晶體就會恢復原來形式，所以必須急速冷卻，才能得到你想要的。採淬火加工，再把高熱鐵件泡進水中或油中。然而堅硬的物質也會很脆——易碎裂的鋼鎚、劍或彈簧都毫無用處——所以製品淬火之後還必須回火。這種做法是再加熱，維持較低溫度一段時間，讓某個比例的分子結構鬆弛開來——刻意犧牲材料的部分強度，換回一些柔軟度。你可以經由回火來調節鐵的材料特性，而這就是因應功能來需求改造金屬的基本要點。

還有一項重要技術到比較晚近才發展成形，那就是銲接，用已融金屬來膠合金屬。乙炔能產生的熱度，凌駕所有可燃氣體，在氧氣流中的燃燒溫度超過攝氏三千二百度。要產生銲接氣炬，可以經由一支點燃的噴嘴，分別控制加壓氧和乙炔氣流。純氧可以藉由電解水取得，或者往後將液化氣體分餾後來取得。乙炔可以取水與碳化鈣塊相互反應後釋出，而碳化鈣本身，則是取生石灰和木炭（或焦炭）一起擺進火爐加熱生成，這兩種物質我們已經介紹過了。除了膠合金屬，氧乙炔火燄還能做為鋼鐵的切割氣炬，產生氧氣噴流來燒熱金屬，再切出整齊的線條。

電弧銲機所產生的溫度還更高，約可達到攝氏六千度——如舞動閃電的威力。串接一批電池或使用一台發電機，就能產生充足電壓，持續觸發火花（或電弧），躍過目標金屬和碳電極的間隙，讓電極在金屬表面移動，就能銲熔或切割。這種臨時湊合的氧乙炔氣炬或電弧切割機，是拾荒小組奉派進入死寂城市時不可或缺的設備，可以用來拆解廢棄殘骸，拾回最有用的物資。使用電弧爐是熔解廢鋼料，回收再利用的有效做法。電熔爐基本上就是台巨型電弧銲機，電力從大型碳電極湧現，通過金屬並熔解，裡面還有石灰岩助銲劑，用來去除雜質，表面化為熔渣，熔鋼則如水壺倒水般傾倒出來。使用可再生電源來運作的電弧爐是一門必須掌握的重要技術，這樣才能紓解末日後世界對熱能燃料的需求。

不過取得金屬物資的能力，只做對一半，你還必須能夠熟練處理這類材料，依你所需樣式打造成形。假使你找不到還能操作的工具機，那麼你有多少機會，可以從頭製造出新機具？

製作小型工作室

一九八○年代，一位機械師提出了一項優雅的例證，他打造出一個支具齊備的五金工作坊——包括車床、金屬成型機、直立鑽床和銑床等一應俱全——材料不過就是黏土、沙、木炭和幾塊廢金屬。鋁是個不錯的選擇，因為鋁熔點低，方便鑄造，而且非常不容易腐蝕，因此就算在末日災變過後許久，依然可以找到。

這項出色計畫的核心是個小型鑄造設備，撿來的金屬桶，裡面鋪了一層黏土耐火內襯，使用木炭焙燒，並從桶側導入氣流來強化燃燒作用。用這台火爐熔化撿來的鋁，已經綽綽有餘，接著就可以把熔融金屬倒入模範裡，鑄造出五花八門的機具零件。外範的製造原料可以採用細沙混入黏土（做為黏著劑）並添點水，接著讓它緊緊包覆內模，外框則是個兩件式木盒。

以下影片，示範了如何用生活中可見的器具製作一個小型鑄造廠，並在融化鋁罐後，用沙範創造出五花八門的器具。

要打造的第一台機器是車床。簡單的車床含一件平坦長梁，稱為床座，頭座固定於一端，另一端則是尾座，能鬆開鎖具並沿著床軌左右滑動。工件裝置於頭座上的心軸——或栓在面板上，或以可動爪夾頭鉗住——接著整個工件由一套滑輪或齒輪系統帶動，繞著這個中心軸旋轉，至於原動力就看你已經駕馭了哪些類型（水車、蒸汽機或馬達）。尾座可以用來支撐工件的另一端，並能因應不同長度沿著床座滑動，也可以裝上鑽頭等工具，於是你就可以旋轉工件並沿著中心軸線鑽孔。車床還有個刀座，上面安裝切削工具，同樣能沿著床座滑動，由於採用橫滑台，能精準調校工件位置，邊轉動邊切削，雕琢出合宜的剖面。最令人稱奇的是，這台車床不只能夠複製出它本身的所有零組件，打造出更多車床，而且當你憑空徒手製造這第一台車床，還在初步階段之時，已經可以利用它來打造出其餘必要零件，完成這項設備。

為了能在工件上切出精確螺紋，你必須沿著床座方向安裝一根長條導螺桿，就能順暢移動刀座，而且最好是與頭座、心軸的齒輪耦合，讓雙方動作完美協調。你在末日後世界真正得期盼能撿到已經做好的長條導螺桿，因為要切削出螺距固定的螺紋，可說難如登天。依我們的歷史經驗，第一道精密的金屬螺紋是歷經反覆改良，走過漫長進程，才終於打造成形，接著才以此製造出其他眾多成品，你肯定希望不必再次走過這趟路程。

一旦車床到手，你就可以運用它來製造組件，完成其他遠遠更為複雜的工具機，好比銑床。車床的用途是利用車刀來處理在夾頭上旋轉的工件，銑床則是用轉動車刀，切削固定在夾頭上的工件，具有十分廣泛的功能——有了銑床之後，你大致就能打造出其他零件。所以這項示範，也就相當於技術史的縮影：簡單的工具製造出比較複雜的工具，包括自己的進化版，並反覆這個循環，一步步向上推展。

從礦石中分離金屬

不過萬一你找不到純化金屬供鍛造或鑄造，或者你能撿到的都已經用光了呢？你該怎樣從岩石煉出金屬？冶煉的原則是去除礦石中金屬化合物的氧、硫或其他元素。這必須消耗一種燃料來達到高溫，還要一種還原劑和一種助熔劑。木炭（或焦炭）是發揮頭兩樣功能的極佳用料，它能燒出猛烈火燄，在熔爐中燃燒時，還會釋出一氧化碳，這種強效還原劑能去除氧氣，留下純金屬。簡陋煉鐵爐的藍圖，看來就像燒製石灰的窯爐設計。爐內裝填了一層層木炭燃料和粉碎的鐵礦石。礦石混入一些石灰岩，做為助熔劑來降低耐火脈石（無利用價值的固體礦物）的熔點，讓它在爐內化為液體並吸收金屬雜質。助熔劑形成熔渣並流掉，於是你就可以從爐中提取純金屬珍寶。

倘若熔爐的運作溫度，達不到足以熔鐵的高溫，那麼你就必須取出海綿團狀固體金屬，擺在鐵砧上搥打，讓鐵融合在一起並打出殘留熔渣。這種純熟鐵還不夠堅硬，不能用來製造工具，必須再次用木炭猛烈加熱，吸出一些碳並形成鋼材，接著又一次擺上鐵砧處理。這樣反覆摺疊、打扁，基本上就是在攪拌固態材料，產生出均勻的鋼材，最後便可以拿來鍛造成最後形式。這是會令鐵匠腰酸背痛的苦工，而且鋼材產量也嚴重受限。發展出現代文明的關鍵，是養成有效大量製鋼的產能。底下就告訴你該怎麼做。

解決之道是強力鼓風讓空氣向上流過層疊爐料，增強燃燒。中國人在公元前五世紀就發明了鼓風爐（比歐洲早了一千五百多年），隨後並改良設計，使用水車驅動活塞風箱。為達到更高效能，加熱到更高溫度，可以使用從熔爐煙道逸出的高熱燃燒廢氣來預熱空氣，鼓風入爐。鼓風爐中剛熔煉完成的鐵材吸收了許多碳原子，於是熔點便降到攝氏一千二百度。金屬液化從爐底流出，沿著地面的溝渠，再注入一列鑄範。最終成品就是生鐵（pig iron，直譯為「豬鐵」）——起這個名字是由於，中世紀鑄造工匠認為，那一個個鑄範，看來就像一窩新生小豬依附著母豬吸奶。

這種含碳量高的鐵，熔點降低了，必要時可以重新熔解，像熱蠟一般倒入範中。因此鑄鐵工序變得非常便利，能快速鑄造出種種品項，如鍋子、管路或機械組件等，維多利亞時代的人，還製造出許多鑄鐵大梁。不過鑄鐵有一項嚴重缺陷：由於含碳量高，質地很脆，舉例來說，鑄鐵橋梁有個缺點，一旦結構元件受力彎折或拉伸，整座橋梁往往就會崩塌。

後來是一項革新發明，才真正使工業革命後期不斷發展下去，採這種做法，就能把鼓風爐所煉出的生鐵，輕鬆變換成鋼材。就碳含量而言，鋼的比例介於純熟鐵和酥脆的生鐵或鑄鐵（3–4％）之間，從約含0.2％碳，用來打造機器齒輪或結構鋼材的堅韌鋼料，到約含1.2％碳，用來打造滾珠軸承和車床切削工具的堅硬鋼料。所以你該怎樣脫除含碳生鐵？

貝塞麥煉鋼轉爐（Bessemer converter）是個梨狀巨桶，內襯耐火磚，安裝在支軸上，因此桶子可以傾倒。先熔融生鐵，注入容器，隨後從桶底幾個開孔把空氣打進桶內，和冒出氣泡的水族箱幫浦增氧機相似。額外的碳原子和氧反應，化為二氧化碳逸出，其他雜質也經氧化，合成熔渣後清出。這裡有個很幸運的現象，碳原子燃燒時會釋出充分熱量，讓鐵裡外都保持熔融狀態。

這時會遇上難題，因為熔煉時必須把碳原子成分幾乎全部去除，卻仍得留下將近百分之一，實際操作時，很難準確判斷。掌握最後成分的訣竅，要靠事後反溯法，先進行轉化，直到你有十足把握，肯定所有碳原子都已經去除，接著就把你想放回純鐵裡面的最後碳原子依比例混入。這種貝塞麥煉鋼法是史上頭一種廉價的大量煉鋼法，你最好是盡快蛙跳返回這個時間點。

如果你所知道的文明已經不存在了，你要如何在新世界活下去？跳過原始生活，利用知識再開啟明治維新、工業革命，而末日後的新文明，會是什麼樣的文明呢？來自科學家的末日狂想，形成一本事事未雨綢繆的科普之書。《最後一個知識人》，臉譜出版。

「讓一條公路上的汽車都使用生質能源！」

「讓建築大樓用電的10%靠再生能源，自己的用電自己發！」

如果讓你掌管一座城市，擔任呼風喚雨的國王，可以隨心所欲在滑鼠彈指間蓋一座核電廠或廢除它、豎立起幾座離岸風力發電機、多種植幾十公頃生質燃料要用的田──當然各種選擇都必須付出相應的代價，你的大臣、NGO也會叨叨絮絮的告訴你──這是你專屬的城市，你會怎麼選擇生活方式、分配發電組合？

「2050能源供需模擬器」（2050 MyCalculator）便由此而生！點入介面，便一腳踏進能源界的模擬城市，自己發想策略，設法維持城市的能源供需。英國「能源及氣候變遷部」（Department of Energy & Climate Change）率先在2009研發能源模擬器，以情境分析為基礎，讓大家身歷其境，自己考量要如何行動。類似RPG遊戲，遊戲中有各種狀況、限制、要付出的代價（能源風險、成本、排碳量、電費），玩家可以任意改變各種發電組合與生活方式，能源模擬器會計算並告知，在該情境之下，能源供需是否達成平衡，同時能源安全、碳排與其他項目會發生什麼變化。

工研院綠能所隨即跟進，2013完成台灣版的能源供需模擬器，並改良設計為更平易近人的遊戲。英國「能源及氣候變遷部」首席科學顧問、劍橋大學教授大衛˙馬凱（David MacKay）、工研院綠能所所長胡耀祖分別為英台兩款能源模擬器的主導者，他們在二月的「2050能源供需情境模擬器國際研討會」相聚，聊聊「建城」的過程與心得。

從桌遊紙卡到風靡各國的模擬城市

這款「能源模擬器」由英國吹向世界各地，比利時、日本、韓國、中國、巴西、印度、印尼、越南、南非……包含台灣在內，目前全世界共有18個國家依自身狀況，建設各自的能源模擬器。

英國是全球第一個將節能減碳目標賦予法律意義的國家，2008年英國制定「能源法」（Energy Act 2008）與「氣候變遷法」（Climate Change Act），明定減碳目標與時程，預定在2020年前達成15%能源來自再生能源、在2050年將二氧化碳排放量減至1990基準的20%，並建立碳預算系統，提供排放交易機制的基礎。

英國「能源及氣候變遷部」首席科學顧問、劍橋大學教授大衛˙馬凱（David MacKay）說，美好的想望得加上可靠的計算，才不會產生不切實際、設計不良的政策。面對盤根錯節的能源議題也是，必須同時考量供需兩端的現實需求與限制，再作判斷。

馬凱演講時提到，其實這款能源模擬器的最初原型只是紙卡遊戲，他的學生艾蜜莉亞˙麥爾維爾（Emilia Melville）重視互動，她設計了一款紙卡，上面標示各種發電資訊，參與者拿著紙卡拼貼發電組合、討論影響與後果。後來這紙卡遊戲放上網路，又覺得單只有圖表資訊太枯燥，繼續一代代改良，並加入能源成本等更多資訊，才變成現在這帥氣模樣。

馬凱說，要模擬各種能源搭配、計算該情境會帶來什麼影響，必須取得龐大資料作為支撐，過程中與政府各部門溝通、取得信任和共識是最困難的，DECC還曾經認為模擬器的地圖顯示了太多資訊，有國安顧慮。不過，模擬器開發完成後，英國已用這項工具蒐集數萬筆資料作為制定能源政策的依據。

影響能源供需的許多因素會不時波動，馬凱說，接下來英國團隊計畫加強視覺化，並將資料庫更新的時程縮短，讓模擬器能更切合地反映能源供需變化。

入境隨俗到台灣

工研院從過去四五十年累積的環境與能源資料提取，並納入台灣自有的130項低碳能源技術、整合為34個情境。他國模擬器大多無遊戲互動版本，比起原本的英國模擬器樣貌，台灣還加入了經濟成長率的連動性、碳排放量估算、限電代價等指標，這些都是變動條件，每三個月至半年要更新一次，胡耀祖開玩笑說：「經濟學家給我的GDP一年變動五六次，我們學工程的人真不習慣。」而在核能取捨的選項，模擬器也列出核一至核三是否延役、核四是否商轉的排列組合。

能源政策與氣候變遷、科技發展、國家環境相互牽動，減碳的必要性帶出了再生能源發展議題，長期而言，再生能源有利減碳，但站在供應端的立場，就必須注意電力充足與穩定性，若有任何時刻供應不足，就必須用傳統燃煤燃氣補充，而這又回到成本與政策討論，大家願意付出多大的代價維持供電條件。

當然，降低成本的渴望也會促使科技研發往前推進，胡耀祖說：「現在看太陽能發電成本就與3年前差了一半！」但另一方面，科技也有其限制，例如台灣研究碳捕捉與封存技術（CCS）已有十年經驗，可抓下電廠煙囪的二氧化碳，甚至獲得素有科技界奧斯卡獎之稱的「R&D 100 Awards」。但胡耀祖認為，20年內還無法利用CCS解決碳排問題，因為「捕捉碳之後沒有地方存！一聽要把二氧化碳打入地底，在當地幾乎沒獲得任何人支持。」工研院轉而找水泥廠合作「碳迴路」，將二氧化碳100%回收、液化重新使用，多的還可以賣給乾冰、碳酸飲料等民生二氧化碳需求。胡耀祖說，IEA提到CCS可貢獻3%至17%的減碳量，前提是有地方存，否則作到如工研院現在的進展後就會停滯了。

模擬器的選擇分成「Level 1」至「Level 4」四種等級，像光譜的兩端，靠向Level 1的一端是放任、不刻意作改變；Level 2是國家的政策現狀；Level 4則是「理論上可行就定下了」，必須極有魄力地改變社會，有時甚至顯得極端。

胡耀祖說，四個等級的每個參數都有所本，都是經過學者討論、共識決而定下的。他舉例，估算地熱的發電量有許多不同的意見，循環量、土地的加熱狀況、溫度維持等各種條件充滿假設與計算，各方計算的數據可達十倍差異，團隊便邀集學者溝通、論辯，取各專家協商之後公認的可接受值；對於口號響亮的「陽光屋頂百萬座」計畫，綠能所團隊花了快一年半的時間才敲定面積計算方式，自己人就「吵半天」，不斷計算、對照各處數據才公布；土地面積是建設規模的侷限，若為了保護白海豚，不在牠們的棲地建置離岸風機，反映成數據便必須將200支風機移往更深水處，這又牽動工程難度、成本與地質考察，加上政府希望帶動台灣發展離岸風機產業，重新計算後，總裝置容量達6.2GM的離岸風機時程便要往後延五年。其他發電方式的參數也比照處理，胡耀祖說，公布的數值不一定可如實執行，但那些數據都是經過縝密精算的潛能。

淬鍊民意　不再雞同鴨講或「西瓜偎大邊」

胡耀祖說：「這款模擬器是為了幫助大眾在事實認定的基礎上作價值判斷。」有了開放平台、有了具公信力的數據資料，便能促進有效溝通，開放的數據也方便大家相互確認各方的論證；馬凱亦抱持類似觀點，他強調，他們並不推行特定解決方案，方案要自己想，模擬器的用意在於提供論證、充分告知各種能源搭配的影響後果。

路徑反映著玩家的選擇，匯聚起來便成民意所趨，可能從中解讀大眾對能源發展的意見。台灣的能源模擬器自2013年上線，工研院會定期向經濟部報告模擬器的成果與意見，目前累積七千多筆有效路徑，胡耀祖說，目前的路徑數還不足以分析出具統計意義的結論，未來會繼續分析這些路徑背後的意義。

胡耀祖說，根據調查，能源局的節能標章已達80%的認知度，「但這花了十年的時間才達成，期間經過兩次計畫補助。」工研院計畫從學校切入，對大學生與高中生開設講座與工作坊推廣能源模擬器，從教育著手，知識會擴散較快。

回到本文首段的兩個問題，馬凱說，如果把生質燃料所需的植物就種在路旁，假設公路為雙線道、車輛時速為60英哩、行駛30英哩便要用掉一加侖燃料、車間距為80公尺，一年一平方公里的田地可產生1200公升的生質燃料，計算之後，公路旁邊的田要綿延8公里寬的面積才足以供應所需；讓建築物自己發電供應10%的方案是大倫敦市政廳（the Greater London Authority）於2005提出，「Strata SE1」落實了這想法，它是倫敦最高的住宅大樓，特殊之處在於頂部嵌入三座9米高的風機，設計者估算那3支19KW的風機能為該建築物提供8%的能源，但馬凱指出，若真如照該設計運作，成本會比使用低碳能源高十倍。

價值選擇須以知識基礎作為支撐，正如馬凱演講時說的：「美好的想望得加上可靠的計算，才不會產生不切實際、設計不良的政策。」而模擬器的存在意義正是提供數據、論證與知識，充分告知每個抉擇在各層面掀起的影響，讓個人有穩固的資訊後盾作最終決定。