815全台大停電，你搞清楚發生什麼事了嗎？

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

我們的能源從哪裡來、往哪裡去？

全球每年對能源的需求量相當巨大，若用「瓩時」──即一度電這樣的度量單位──來表示會出現天文數字，因此改用「太瓦時」（TWh）來表示，太瓦時等於 10 億瓩時。

在一八〇〇年，全球約有 10 億人口，當時對能源的需求約為 6000 太瓦時；而且幾乎全部來自傳統的生質能源。到了二〇一七年，全球人口達到 76 億，發電量增加了 25 倍（156000 太瓦時）。

下圖顯示在二〇一七年全球主要能源消耗總量的百分比，其中近 8 成為化石燃料。其他再生能源包括風能、太陽能和地熱能，其中成長最快的是風場和太陽光電場。生質能源則主要來自傳統生質能源。

大約有 1/3 的全球能源消耗在將化石燃料轉化為電力和精煉燃料上。

剩下的稱為最終能源需求（final energy demand），是指用戶消耗掉的能源：每年約 10 萬太瓦時。

大約有 10％ 是來自開發中國家傳統生質能的熱，22％ 來自電力，38％ 用於供熱（主要來自化石燃料） 30％ 在交通運輸。熱能和電能主要都是用於工業和建築。汽油和柴油幾乎提供了所有用於運輸的燃料。

怎麼做比較不浪費？能量轉換效率大比拚！

我們看到供熱與供電一樣重要。兩者都可以用瓩時為單位，也就是一度電來測量，雖然電可以完全轉化為熱量，例如電烤箱，但只有一小部分以熱能形式存在的能量可以轉化為電能，其他的必然會散失到周圍環境裡。

在火力發電廠中，存在於化石燃料中的化學能會在燃燒後轉化為熱能。這會將水加熱，產生蒸汽，蒸汽膨脹推動渦輪的葉片，轉動發電機。只有一部分熱量被轉化成電力；其餘的熱量在蒸汽冷凝，完成循環時，就轉移到環境中，成了殘熱。

這份熱電轉化的比例可透過提升高壓蒸汽的溫度來增加，但受限於高溫下鍋爐管線的耐受度。

在一座現代化的火力發電廠中，一般熱能轉化為電能的效率約為 40％。若是在較高溫的複循環燃氣發電機組（combined cycle gas turbine，CCGT）裝置中，這個比例可提高到 60％。

同樣地，在內燃機中也只有一小部分的熱量可以轉化為車子的運動能量（動能）；汽油車的一般平均效率為 25％，柴油車則是 30％，而柴油卡車和公車的效率約為 40％。

另一方面，電動馬達的效率約為 90％，因此電氣化運輸將顯著減少能源消耗。這是提高效率和再生能源之間協同作用的一個範例，這將有助於提供世界所需的能源。

再生能源的過去跟未來

在十九世紀末，水力發電的再生資源幫助啟動了電網的發展，在二〇一八年時約占全世界發電量的 16％。而在再生能源──風能、太陽能、地熱能和生質能源──的投資上，相對要晚得多，是在二十世紀的最後幾十年才開始。

起初的成長緩慢，因為這些再生能源沒有成本競爭力還需要補貼。但隨著產量增加，成本下降，它們的貢獻開始增加。這些其他再生能源發電的占比已從二〇一〇年的 3.5％ 上升到二〇一八年的 9.7％，包括水力發電在內，再生能源的總貢獻量為 26％。

不過，就全球能源的占比，而不是僅只是考慮用戶消耗的電力來看，再生能源僅占約 18％，而傳統生質能則提供約 10％ 的能量。隨著太陽能和風能的成本在許多國家變得比化石燃料更便宜，它們在總發電量中的占比有望在未來幾十年顯著增加。

這世界花了很長的時間才意識到這一事實，從現在開始，再生能源勢必將成為主要的能源來源。

——本文摘自《【牛津通識課02】再生能源：尋找未來新動能》，2022 年 6 月，日出出版，未經同意請勿轉載。

• 本文摘自柿子文化出版， 尼古拉‧特斯拉，《被消失的科學神人：特斯拉親筆自傳》。

編按：尼古拉・特斯拉（Nikola Tesla）是上個世紀的偉大科學家，諸多發明和發現，廣泛應用於後世——旋轉磁場、第一台交流電發電機、特斯拉線圈、第一台無線電發射機、Ｘ-ray攝影技術⋯⋯然而在科學作為「謀利工具」的爾虞我詐的市場，特斯拉不敵當時代的競爭對手（如騙術百出的愛迪生電力公司），而顯得沒沒無聞。

近年特斯拉的生平及貢獻重新受到重視，以下為特斯拉自傳中的童年的回憶，讓我們一起看看這位鬼才科學家童趣視野。

搬家對我來說就像是一場災難，要跟舊家的小動物們分離，讓我傷心不已，其中有鴿子、小雞、綿羊，以及隊伍壯觀的鵝群，牠們總是在清晨時分昂首向天朝著飼養場前進，在日落時分排成戰鬥隊形從飼養場回來，那整齊劃一的隊伍，足以讓當今最精良的空軍連隊自慚形穢。

然而，到了新居，看著窗簾外的陌生人，我感覺自己就像是蹲苦牢的囚犯。我是個非常靦腆的小孩，寧願面對一頭獅子，也不願跟那些穿著入時、遊手好閒的城市紈褲子弟打交道。但是我最嚴峻的考驗發生在星期日，這一天我的服裝儀容必須保持整潔，還要參加教會禮拜的服事。

教堂禮拜闖禍，不受歡迎的兒童

有一次我不小心闖了大禍，即使事情過去了那麼多年，只要一想到當天的情景，依舊會血液像陳年優酪乳般凝固那樣地感到心驚膽跳。那是我的第二次教會驚魂記，在那之前不久，我才在一間教堂裡被困了一晚，教堂座落於人煙罕至的深山，一年只去造訪一次。那確實是一次恐怖的經歷，但是第二次的遭遇更糟。

城裡有個女富豪，她是個好人，但喜歡擺架子。她總是盛裝打扮上教堂做禮拜，臉上畫著精緻的濃妝，裙襬拖得老長，有一群僕人隨身服侍打理。某個主日，我一敲完教堂鐘樓的鐘，便急匆匆下樓梯，恰巧碰上這位貴婦大搖大擺走出來，我一個箭步正好踩到她的拖裙。

接著，響起一陣撕裂聲，聽起來就像是技術生疏的新兵射擊發出的槍響，她的裙襬當場被硬生生地撕裂。我看到父親氣得臉色鐵青，他打了我一巴掌，雖然不是很用力，但這是他第一次體罰我，我到現在都還能感覺到那一巴掌在心裡的力度。我覺得很丟臉也很困惑，筆墨難以形容當時的心情。

經過這次事件後，我等於是社區裡的不受歡迎人物，直到後來發生了一件事，我的名譽才得以平反，使得大家對我另眼相看，重拾尊嚴。

敏銳直覺讓他重拾尊嚴！

一名年輕創業家組織了本地一支消防隊。他採購了全新的消防車和制服，還計畫做一次消防演練和遊行展示。所謂的消防車其實就是一具消防泵浦機組，由十六個壯漢共同操作，並漆上美麗的紅色與黑色。一天下午，官方測試正在準備中，消防機組被運送至河邊，全城的人都蜂擁到河邊想要一睹壯觀的演練場面。所有致詞和儀式都告一段落後，長官下達命令啟動泵浦，但是噴嘴卻噴不出一滴水，現場的教授和專家也束手無策，找不出問題所在，眼看演練就要失敗了。

我當時還沒有任何機械方面的知識，對於氣壓沒有一點概念，但是直覺告訴我是河中的抽水軟管出了問題。我走近看到它塌陷在河中，於是下水將它打開，大量的水突然湧出，將我身上所穿的主日服噴濕了一大片。

阿基米德沐浴時發現浮力理論，當他赤身裸體奔跑過義大利敘拉古（Syracuse）街道，聲嘶力竭高喊「我找到了！」（Eureka）時所引起的騷動，還遠遠不如我當日受到的矚目，那一天我成了英雄，被人們扛在肩膀上，接受群眾熱烈的歡呼。

捕鴉冠軍手，引來鴉群動怒！

我們一家人在新居安定下來後，我進入師範學校開始了一個四年制的課程（即基礎小學教育），為進入大學或是文實中學（Real Gymnasium，一種中等教育體制，一般為五年級至十年級，高等文實中學則約為高中，但都較偏實科）做準備。這段時期，我仍然繼續我的孩子氣發明，當然也繼續製造麻煩。

此外，我還博得了「捕鴉冠軍手」的響亮名號。老實說，我的捕捉方法很簡單──進到樹林後，便躲在灌木叢後面，模仿烏鴉叫聲。通常，我會先得到幾聲回應，不久之後就會有一隻烏鴉飛到我附近的灌木叢。接下來要做的，就是把一片紙板朝牠丟過去，藉此分散牠的注意力，趁牠飛走逃脫之前，趕緊跳出來捉住牠。然而，一次意外事件讓我不得不對牠們另眼相看。

有一天，我捉到了一對漂亮的烏鴉，正當我和朋友一起往回家的路上走，準備離開樹林時，數千隻烏鴉突然群集在我們頭頂上空，發出恐怖的聒噪聲。幾分鐘後，牠們做出攻擊態勢，將我們兩個團團包圍起來，一開始我還覺得有趣好玩，直到後腦勺遭到一陣攻擊，把我撲倒在地，才覺得不對勁。接著，牠們朝我猛烈攻擊，我只得把捉到的兩隻烏鴉釋放。儘管如此，我還是開開心心地跑去跟朋友會合──他早已經躲到洞穴中藏身了！

被責罵的嗜好，成就偉大的水力發電廠

教室裡有一些讓我感興趣的機械模型，把我的注意力轉到了水渦輪機。我動手製造了許多水渦輪機，從操作中感受到巨大的快樂。若要形容我的人生際遇是何等奇妙，也許可以從這一個小插曲窺見一斑。我的叔叔不喜歡我這類消遣嗜好，所以我不只一次受到他的責罵。

我曾在書中讀到關於尼加拉大瀑布的描述而為之深深著迷，並在腦海中勾勒想像利用它的澎湃水力運轉的巨大渦輪，我告訴叔叔我將來有一天會去美國實現這個計畫。三十年後，我看到我的發想在尼加拉大瀑布實現成真（一八九五年，特斯拉為美國尼加拉水力發電廠製造發電機組，至今仍是世界知名的水力發電廠之一），也讓我對心智奧祕的深不可測驚歎不已。

——本文摘自泛科學2020年12月選書《被消失的科學神人：特斯拉親筆自傳》，柿子文化，2019年01月。