2016國際豆類年，為什麼要排擠大豆？

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。

豆類作物可以作為綠肥（green manure），這在農業上已經廣被應用了。事實上，中國在漢朝時便已經發展出複雜的輪作系統，將土地分成三份，第一年夏天第一塊地種黍、第二塊地種小米、第三塊地種大豆；每一塊地以黍→小麥→大豆→小米的順序輪作，田地的養分會因為有大豆加入輪作而不至於缺氮，而每年都可以有小米、黍、大豆、小麥可吃（參 1）。

不過，近代的綠肥，卻是將豆類作物（pulse crop，泛指一年生的豆科植物，參 2）種在田地裡，在開花後、結子前將它們的莖與葉割下後，將莖葉耕入土中或是留在土壤表面作為覆蓋。等到次年在田地裡種植其他非豆類作物時，去年的豆類作物便「化做春泥更護花」了！

在這樣的操作下，所選擇的豆類作物便不一定要是大豆、蠶豆這類可以食用的豆類作物了；只要是豆科一年生的植物都可以採用。

可是，這樣的操作，在種植綠肥的那段時間，農夫是沒有收入的。難道綠肥真的就只能夠當作肥料使用嗎？與漢朝的老法子相比，究竟是把豆類拿來輪作好，還是直接當作綠肥好呢？

加拿大農業及農業食品部萊斯布里奇研究中心（Agriculture and Agri-Food Canada Lethbridge Research Centre）的研究團隊，比較將豌豆（Pisum sativum）、蠶豆與野豌豆（chickling vetch，Lathyrus sativus）作為綠肥，或是列入輪作系統，兩種不同的操作對於往後數年土壤中氮與碳含量變化的影響（參 3）。

研究發現，以豆類植物作為綠肥時，超過百分之八十的氮與碳都在第一年釋放到土壤中了。第三年以後，只有百分之三到五的氮與碳釋放出來。相對的，當我們把豆類植物列入輪作系統時，雖然第一年釋放的氮與碳較少（百分之七十的碳、百分之六十三的氮），但是到了第三年，還是有不少的氮與碳（氮百分之十三到十六，碳百分之九到十八）釋放到土壤裡。而且，比較豌豆與蠶豆發現，輪作能提供的碳與氮，相較於綠肥要多一倍。

除此之外，豌豆、蠶豆與野豌豆裡面，固氮效果最好的是蠶豆與野豌豆；尤其當把蠶豆納入輪作時，能固定的氮量更高。考慮到蠶豆是很好的食物（對蠶豆症患者除外），研究團隊建議可以把蠶豆納入輪作系統，而非只充作綠肥使用。如此一來，農夫可以有蠶豆作為收成的一部分，比單純將豆類作物當作綠肥的收益更高；且蠶豆在種植後數年，都會持續釋放出氮與碳，農夫也可以調整肥料的使用量，降低成本；再加上輪作可以使得單一作物的害蟲無法持續繁殖，真的是一舉數得唷！

我們不知道為何古人選擇輪作而非綠肥，畢竟古代的中國人並沒有將實驗數據一一整理留下的習慣；不過，看到加拿大的研究團隊的成果，不論古人是湊巧也好、是實驗後刻意的選擇也好，看來老祖宗們還真的走了一條經濟又方便的路呢！

參考文獻

1. T.R. Sinclair,C.J. Sinclair. 2010. Bread, Beer and the Seeds of Change：Agriculture’s Imprint on World History. ISBN：9781845937058
2. Wikipedia. Pulse (legume).
3. Newton Z. Lupwayi and Yoong K. Soon. 2015. Carbon and Nitrogen Release from Legume Crop Residues for Three Subsequent Crops. Soil Science Society of America Journal. 79 (6): 1650 DOI: 10.2136/sssaj2015.05.0198

編按：「紅豆！大紅豆！（芋頭！）ㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋ，你要加什麼料？」各種豆類不只是吃銼冰的好配料，它們默默成為我們生活中無比重要的一部分。 2016 年是國際豆類年，臺灣大學科學教育發展中心（CASE）針對各種常見豆類的基因體密碼作介紹，讓我們能更了解其中的「豆」知識。

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心，其他單位需經同意始可轉載。

新的一年，小編也開始構思新的主題，不過在這之前，還有好多的晚餐桌科普可以和大家聊聊，今天就從黃豆開始吧！

紅豆生南國，那黃豆生哪國？

中國人「吃豆腐」的歷史可追溯到漢朝年間，因此我們對黃豆一點都不陌生，而且黃豆營養價值極高、富含油脂、蛋白質，也是素食者主要的蛋白質來源，但是大家知道嗎？雖然紅豆和黃豆不同國，不過黃豆和毛豆可是同一國呢！其實毛豆就是只有八分成熟的黃豆！毛豆成熟後會變小、脫水變硬成為黃豆。

小編知道這個資訊時，也著實嚇了一跳，後來查過資料後，發現不止黃豆，甚至黑豆也同屬食用大豆，在未成熟的時候，豆莢呈綠色帶有毛，也就是毛豆哦！大家不妨也上網搜尋一下，毛豆的營養和黃豆（也就是大豆）有什麼不同呢？

熱牛奶的白色薄膜哪兒來？

無論是喝黃豆製的豆漿，或是喝熱牛奶時，嘴唇常常會碰到一層薄薄軟軟的薄膜，有的人特別愛吃這層薄膜〜但薄膜究竟是哪裡來的呢？

或許大家知道牛奶中含有豐富的蛋白質，但牛奶中所含的蛋白質有許多種類，他們的組成及分子大小都不相同。加熱時，牛奶中的各種成分分子包括蛋白質，會激烈的流動，其中分子較小較輕的蛋白質紛紛浮上表層，遇到比牛奶冷的空氣後迅速冷卻凝固，而結合形成了一層薄膜。當然囉！大豆裡一樣有豐富的植物蛋白，就和牛奶一樣，加熱後也會在表層形成薄膜。

哎呀！這個小常識好像該改成「早餐桌上」的科普話題、或是「宵夜」科普話題啊！因為熱牛奶和豆漿總是早餐和宵夜的常客。小編還沒寫新的系列，先偷偷收錄在晚餐桌分享給大家。

芝麻小事？「鈣」重要！

前面說到牛奶，裡面的營養，第一個就想到「鈣」。鈣質也是對人體很重要的元素哦！除了骨骼牙齒的發育，對於神經和肌肉也很重要，缺鈣時可能會有骨質疏鬆、神經緊張、肌肉痙攣(也就是抽筋)等現象。

除了多喝牛奶，還有什麼食物能幫助我們攝取鈣質呢？

其實不只動物類食物如牛奶、大骨中含有鈣質，許多植物包括食用的豆類或種子中也都富含鈣質，舉個例子來說，100公克的芝麻中約含400毫克的鈣，含量非常高呢！

大家還有沒有什麼「補鈣良方」呢？譬如說小魚乾、莧菜……等等。

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聯合國農糧署（FAO）訂 2016 年是「國際豆類年」。對居住在東亞地區的我們來說，提到豆類，第一個想到的就是大豆（黃豆，Glycine max）。不過，根據農糧署的網站資料，所謂的「豆類」（pulses）包含了所有在收穫後用作乾粒糧食的一年生豆科植物（leguminous crops），包括扁豆（lentils，濱豆、兵豆，學名 Lens culinaris）、蠶豆（broad bean，學名 Vicia faba）、豌豆（peas，學名 Pisum sativum）與鷹嘴豆（chickpeas，學名 Cicer arietinum）等。

至於大豆呢？由於在國外大豆通常用來榨油，反而不在農糧署對豆類的定義中了。 大豆不是豆類？對於早上起來一杯豆漿、中午跟晚上的菜餚裡免不了會有豆腐、豆干、豆芽，茶點裡少不了一盤毛豆的我們來說，把大豆排除在外實在覺得非常「不蘇湖」！畢竟，黃豆對於東亞民族來說，可不是只用來榨油的呢。

黃豆發源於中國，可能在新石器時代便開始被食用了。秦漢之前大豆主要是以「豆飯藿羹」（豆粒飯與豆葉羹）的方式食用，到漢朝開始以豆製醬、做豆腐等等，使大豆成為華人生活不可或缺的好伙伴。光是包裝豆米漿在台灣一年就有 40 至 50 億元的市場，這還沒有把路邊攤、餐車以及連鎖早餐店的部分算進去呢！光是看臺灣去年進口多少大豆（271 萬多公噸）就可以理解，大豆對我們的重要性了。

成熟的大豆可以磨豆漿、發芽後作為蔬菜（黃豆芽）食用，豆漿凝固後的豆腐與豆皮，又可以製出五花八門的黃豆加工品：豆干、豆包、豆雞、豆腸……八分熟的大豆豆莢是零嘴（毛豆）、發酵豆製品是味噌、醬油、納豆，對東亞民族如此重要的黃豆，到了歐美，竟然只用來榨油跟以及工業使用，真的令人長嘆三聲啊！

不過，陪伴著我們一路走來的豆科作物可不只有大豆。在台灣，冬天一盅熱氣騰騰的紅豆（Vigna angularis）湯暖暖肚子，夏天一碗冰鎮綠豆（Vigna radiata）湯消暑解渴，真的是十分愜意的享受；如果不管農糧署的定義，光是可以端上桌當作蔬菜的豆科植物，就包括了菜豆（敏豆，學名 Phaseolus vulgaris）、豇豆（學名 Vigna unguiculata），當然還有豌豆與綠豆芽囉！至於蠶豆在台灣主要是油炸後當作零嘴，當作蔬菜反而少見。同樣在台灣被當作零嘴的豆科植物還有落花生（Arachis hypogaea），另外花生還可以榨油。

當作主食的豆類作物，除了黃豆以外，在台灣的阿美、排灣、卑南、泰雅等原住民族食用的樹豆（pigeon pea，Cajanus cajan）也是其中之一。樹豆原產於印度，為多年生植物。它除了可以與米一起煮以外，也可以磨粉、煮湯、榨油、做豆腐、豆醬、孵豆芽作為蔬菜食用。不過，樹豆吃多了容易脹氣，所以也被稱為「放屁豆」。花蓮縣光復鄉的原名「馬太鞍」（Fata’an）在阿美族語意即為樹豆，據說是早期阿美族在此棲息時，隨處可見樹豆樹，因而將其作為地名。

提到豆類，可絕對不能錯過用作綠肥的豆類作物們。最早對於綠肥的記載出自於西晉郭義恭的《廣志》：「苕草，色青黃，紫花，十二月稻下種之，蔓延殷盛，可以美田，葉可食。」苕草（苕子，學名 Vicia villosa）即是豆科植物。到了南北朝時，綠豆與紅豆也列入綠肥的行列；另外紫雲英（Astragalus sinicus）、黃花羽扇豆（魯冰花，Lupinus luteus）、太陽麻（Crotalaria juncea）也都是作為綠肥的豆科植物喔！豆科植物之所以能用作綠肥，是因為它們會與根瘤菌（Rhizobium）共生形成根瘤，根瘤菌能夠抓取空氣中的氮（N₂）產生氨，提供給植物使用。由於農作物最常缺少的就是氮肥，在哈伯法（Haber-Bosch Process）尚未發明之前，農夫除了使用糞肥以外，就只能依靠豆科植物的綠肥來提升土壤中的氮素含量了。 如果以為豆科植物只在農業上有貢獻，那就錯了。大名鼎鼎的豌豆，就在十九世紀時幫助了孟德爾發現了遺傳學；而大豆在早期光敏素的研究上，也有相當大的貢獻呢！

為什麼在「國際豆類年」裡面，要把大豆排除在外呢？可能是因為歐美人士沒有吃大豆製品的習慣吧！大豆在十八世紀才傳入歐洲與美國，由於未加工的大豆並不容易消化，雖然他們知道大豆營養豐富，但在缺乏加工技術的情況下，使得他們一開始只把大豆拿來當作地被植物、榨油與餵養牲畜。即便是大豆油，也要到 1920 年代，由於棉籽象鼻蟲肆虐、造成棉子油來源不繼之後，大豆油才逐漸受到重視。因此，雖然美國、巴西與阿根廷是世界三大大豆生產國，但他們卻鮮少將大豆作為糧食使用，也就難怪聯合國農糧署要把大豆排除在「國際豆類年」的行列之外了！不過，對於身為東亞民族一員的我們，講豆類卻不提大豆，怎麼說都覺得怪怪的，不是嗎？

參考文獻：

1. 彭世獎著。2012。中國作物栽培簡史。中國農業出版社。ISBN：9787109169258
2. Bill Laws著，王建鎧譯。2014。改變歷史的50種植物。積木文化。ISBN：9789865865351
3. 郭信厚著。2011。臺灣經濟作物圖鑑。貓頭鷹。ISBN：9789861208695

編按：「紅豆！大紅豆！（芋頭！）ㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋ，你要加什麼料？」各種豆類不只是吃銼冰的好配料，它們默默成為我們生活中無比重要的一部分。 2016 年是國際豆類年，臺灣大學科學教育發展中心（CASE）針對各種常見豆類的基因體密碼作介紹，讓我們能更了解其中的「豆」知識。

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心，其他單位需經同意始可轉載。