石化能源的危機

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

塑膠是石油製成的，而石油是死掉的恐龍製成的，請問塑膠恐龍的成分中有多少真正的恐龍？
——史蒂夫．萊德福（Steve Lydford）

我不知道。

塑膠恐龍

煤和石油稱為化石燃料，因為它們是由千百萬年來埋在地底下的死亡生物殘骸所形成的。「地下的石油來自何種死掉的生物？」標準答案是「海洋浮游生物和藻類」。

換句話說，那些化石燃料中並沒有恐龍化石。

只不過，那個答案不太正確。

我們大部分的人看到的石油，只是它的精煉形式，例如煤油、塑膠，以及從加油槍流出來的東西，所以很容易把石油的來源想像成某種均勻的黑色冒泡物質，每個地方都一樣。

但化石燃料帶有自身原始來源的指紋。煤、石油和天然氣的不同特性，取決於進入其中的生物體，以及牠們的身體組織長久以來發生了什麼樣的變化；取決於牠們住在哪裡、牠們如何死亡、牠們的遺骸最終葬身何處，以及牠們經歷了什麼樣的溫度和壓力。

死亡的物質帶有自身生命歷史的化學印記，千百萬年來以各種不同的方式混雜在一起。我們將它挖出來之後，費了不少工夫剝掉這段故事的證據，將複雜的碳氫化合物精煉成均勻的燃料。當我們燃燒燃料時，它們的故事終於灰飛煙滅，釋放出束縛在它們身上的侏羅紀陽光，為我們的汽車提供動力。

無論是哪裡來的，塑膠恐龍成分中的石油，只有一小部分可能直接來自真正的恐龍屍體。如果是來自以陸地物質為主的中生代油田，含有的恐龍可能稍微多一點；如果是來自密封於冠岩底下的前中生代油田，可能完全不含恐龍。如果不花費心思追查特定玩具製造過程的每一道步驟，就沒辦法知道。

廣義來說，所有的海水在某段時間都曾經是恐龍的一部分。當這些水被用來行光合作用時，其中的分子成為食物鏈中脂肪和碳水化合物的一部分——但那些海水其中有更多，此刻正以水的形式存在於你的體內。

換句話說，你的塑膠玩具身上含有的恐龍，遠不如你身上含有的。

——本文摘自《如果這樣，會怎樣？2：千奇百怪的問題　嚴肅精確的回答》，2023 年 3 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。

氣候變遷比新冠病毒致命五倍

你也許以為地球升溫 1.5 度或 2 度沒什麼差別，但從氣候科學家模擬的結果看來，情況卻很不妙。在很多方面，溫度升高 2 度的情況，不是只比升高 1.5 度糟糕 33%，而是倍增的，例如難以取得乾淨用水的人口會多一倍，熱帶地區的玉米產量衰減也會多一倍。

氣候變遷造成的效應，單單一項就夠慘了，但你不會只遇到炎熱天氣，或只遭受洪災。氣候變遷的效應是環環相扣的。

以新冠病毒來做對比，這樣所有正在經歷這場大流行病的我們會更容易理解。想了解氣候變遷的破壞有多大，看看新冠病毒疫情，再想像一下同樣痛苦程度持續更長的時間。如果不把全球碳排放量減到零，這場疫情造成的人命損失和經濟苦難，將是日後經常會發生的狀況。

先說人命損失：比起新冠病毒，氣候變遷是否會造成更多人死亡？

我們用 1918 年西班牙流感和新冠病毒大流行的數據，估算出的結果是全球平均每年每十萬人口中約有 14 人因大流行病而死。

比起氣候變遷，哪個死亡率較高？預計到本世紀中葉，全球氣溫升高導致的全球死亡率增幅和大流行病一樣，也就是每年每十萬人中約有 14 人因此致死。而到本世紀末，要是排放量仍然持續增加，氣候變遷將導致每十萬人中約有 75 人因此致死。

換句話說，到本世紀中葉，氣候變遷的致命程度可能就和新冠病毒一模一樣，到了 2100 年，氣候變遷要比新冠病毒致命五倍。

經濟情勢也很黯淡。雖然氣候變遷對經濟可能造成的影響和新冠病毒不大一樣，也因使用的經濟模型而異，但結論確定無疑：未來一、二十年內，氣候變遷造成的經濟損失就像每十年發生一次新冠病毒大流行。

就算還有科學不確定性，我們理解的也已經夠多。有兩件事是我們可以做的：

努力適應：努力把已經發生和確定會發生的暖化衝擊減到最小。蓋茲基金會的農業團隊把工作重點放在幫助農民適應。例如，資助許多新品種作物的研究，希望研發出耐旱、耐洪的作物，以對抗未來更頻繁、更嚴重的乾旱和洪水。

減緩暖化：另一件我們不得不做的事，是停止排放溫室氣體到大氣中。若想要躲過災難，全球最大排放國（富裕國家）必須在 2050 年以前實現淨零排放，其他國家不久後也要跟上。

有人反對富裕國家應該先減排：「為什麼是由我們來承擔？」答案不只在於暖化問題主要是由富國造成的，還因為這是大好的經濟機會：有能力建立起成功的零碳公司和零碳產業的國家，將會在未來幾十年中領導全球的經濟。誰有辦法在能源上取得重大突破，並且證明這種突破能在全球廣泛運用，價格又不會太高，誰就能在新興市場中找到許多願意買單的客戶。

石油比汽水還便宜

你今天早上刷牙了嗎？牙刷的材質通常包含塑膠，而塑膠是由石油製成的，石油就是一種化石燃料。

你也許已經吃過早餐，土司和穀類片中的穀物，都是用肥料種出來的，肥料的生產過程會排放溫室氣體；收割穀物會用到曳引機，曳引機是由鋼製成的，煉鋼需要用到化石燃料，過程中也會釋放碳，而且曳引機還需要汽油才跑得動。你如果像我一樣，午餐有時會吃漢堡，製作漢堡排需要飼養牛，過程中也會排放溫室氣體，因為牛打嗝和放屁都會排出甲烷；製作漢堡麵包則需要種植和收割小麥，一樣會排放溫室氣體。

你換衣服準備出門，衣服的材質可能是需要施肥和收割的棉花，也可能是聚酯纖維，從石油提煉出來的乙烯製成。你用的衛生紙，是砍樹而來，製造過程中也會排放出更多的碳。

你今天上班或上學坐的交通工具，如果是用電驅動的，那很好，不過發電來源十之八九也會是化石燃料。你的交通工具如果是火車，火車在鋼製成的軌道上行駛，會穿過由水泥建造的隧道，而生產水泥會使用化石燃料，過程中也會排放碳這個副產品。你乘坐的汽車或公車，週末騎的腳踏車，都是由鋼和塑膠製成的。你行駛在由水泥和柏油鋪成的馬路上，而柏油是從石油提煉而來的。

你如果住在公寓大樓裡，四面的牆應該都是水泥；如果住木造房子，砍伐和裁切木頭都需要用到由鋼和塑膠製成的氣動機械。你家裡或辦公室如果裝了暖氣或空調設備，不僅會消耗大量能源，空調使用的冷媒，還可能是一種很強的溫室氣體。你如果正坐在金屬或塑膠椅子上，提煉這些材料也會產生更多的碳足跡。

以上所有這些東西，小到牙刷，大到建築材料，統統都經由卡車、飛機、火車和輪船從其他地方運來，這些交通工具都需要化石燃料驅動，製造過程也都會用到化石燃料。

化石燃料無法避免，清潔再生成為關鍵

換句話說，化石燃料無所不在。就以石油為例，全世界每天消耗 150 億公升以上的石油，任何產品達到這種用量，已不可能說不用就不用。

更重要的是，化石燃料之所以無所不在，是因為它太便宜了。石油比汽水還便宜。 2020 年下半年的平均油價約為每桶 42 美元，也就是每公升 0.264 美元，而好市多大賣場8公升裝的汽水要價 6 美元，也就是每公升 0.75 美元。世界各地的人每天都要使用一種比健怡可樂還便宜的產品，而且用量達到 150 億公升以上。

問題還不只是每個人會消耗更多能源，全球人口也在增加，而且大部分的人口成長會出現在碳排放密集的都市。都市發展的速度將十分驚人，在接下來四十年，相當於每個月都會蓋起一座紐約市。

問題的規模之大，光想到就令人發暈。但我們也不需要驚慌失措，只要能夠普遍採用清潔再生能源，同時在零碳能源技術上取得突破，就能把淨排放量減到零。這其中的關鍵就在於使清潔能源技術和目前的化石燃料技術一樣平價並穩定供應。