永續發展從哪裡來能往哪裡去？減碳還不夠，下一站是「碳中和」

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

本文與 新北市青年局 合作，泛科學 協助刊登

前言

「2025 VentureStar新北新創之星挑戰賽」以競賽結合輔導，扶植並激發青年的創業能量，為期半年的賽事歷程，決賽獲勝的3組團隊獲得為期三個月的「創投陪跑」機會。創投導師變身為「指導教練」，給予公司發展、商業模式和募資規劃等具體建議，幫助團隊接軌市場，把夢想變現。

延續首屆「新北新創之星」競賽，今年邁入第二屆，新北市青年局局長邱兆梅表示，雖然活動以「競賽」為名，但過程反而更像是為新創團隊串接資源，成為創業加速的起點。有鑑於全球數位轉型與氣候變遷趨勢，2025新北新創之星聚焦AI與綠能，鼓勵青年創業者以新北為基地，有了政府資源的挹注，無後顧之憂開發新技術、推動產業升級，並建構台灣新創生態系。

「台灣有很好的科技人才，我們觀察到許多技術創業者都先累積了一些工作經驗、在市場上看見某些未解的問題，於是在30多、40歲選擇創業，自己打造一個創新產品或服務來解決他看見的問題。」邱兆梅說，科技創業必須從初期就思考規模化，必須透過持續與產業鏈合作來驗證產品、更新技術，擴展影響力，而規模化的關鍵就是「投資」。因此，去年起，新北市政府青年局與創投公會合作舉辦「新北新創之星挑戰賽」，實際練兵把募資流程搬上舞台。

「這個計畫正是我們推動加速新創落地、獲得資金的重要方式。」邱兆梅指出，有別於傳統競賽的形式，挑戰賽模擬真實創投情境的設計，讓新創團隊真正接觸到創投與市場的需求。除了獎金之外，另邀請頂尖創投專家，進行一對一實體輔導，可針對痛點、盲點即時回饋，解決創業難題。創投陪跑機制可協助團隊在實戰中學習與提升，而且競賽全程陪跑，一路手把手的陪伴，協助團隊更快「接地氣」進入市場。

新北新創之星的比賽原型借鏡新加坡，有效連結相關資源，對新創產業發展帶來極大助益，未來將一步步升級為具國際影響力的平台。邱兆梅說，從首屆賽事到今年第二屆，建置新創生態系，進而啟動創業再到陪伴團隊成長，過程真的非常難得。今年以最火紅的「AI人工智慧」與「綠能永續」兩大概念為主題，號召全台具潛力的新創團隊參賽，共吸引全台72組新創團隊參賽。經過層層考驗，「歐姆佳科技」獲得評審青睞奪得冠軍！

第一名「歐姆佳科技」

聚焦於半導體與通訊領域的量測、校正與測試服務，其「陣列快速校正演算法」核心技術可大幅縮短測試時間，從過去的數小時壓縮至數分鐘。這項技術的關鍵在於利用AI演算法自動比對多組感測數據並預測誤差分佈，再透過機器學習修正量測模型，讓設備能自行完成高精度校正。這樣的自動化流程，不僅能節省人力與能源，也呼應「綠色製造」的趨勢──以智慧化取代耗能式的反覆測試，讓產線更有效率、更環保。歐姆佳科技以實驗室研發出身，展現了AI在硬體產業鏈的實際應用：AI不僅生成內容，也能優化製造。

第二名「應援科技」

打造一站式金流雲端平台的「應援科技」，協助各式組織與個人整合捐款贊助、活動報名售票與周邊商品銷售，大幅降低政黨、宗教、演唱會等公眾活動的經營模式，可省下高昂的行政、法遵及行銷成本，並進一步優化營運流程管理。

這個平台的背後，是一套AI交易風險偵測與自動化金流監控系統，可即時比對交易異常行為，預防詐騙與帳務錯誤。此外，他們也導入「碳足跡計算模組」，讓大型活動的金流資料能反向轉換成能源消耗與碳排估算，提供主辦單位「綠色帳本」參考。這樣的AI＋Fintech結合，示範出數位金流如何跨入永續領域，成為新創中最具社會創新的典範之一。

第三名為「恰口科研」

致力於食農與事業廢棄物循環加值的「恰口科研」，以微生物發酵與AI監測技術處理農業與食品廢棄物，將其轉化為高值化肥料與生質材料。團隊研發的感測系統能即時監控發酵槽內的溫度、pH與氣體濃度，讓AI演算法調整曝氣量與養分比例，達成最佳化分解效率。這樣的智慧循環系統，不僅減少廢棄物焚化造成的碳排，也能讓農友用上低成本、環境友善的改良土壤資材。恰口科研的模式體現了「AI＋綠能＝農業再生的下一步」。

包括獲獎的3組團隊在內，入圍的10組團隊都含括了AI與永續兩大主題。邱兆梅表示，新北市擁有超過26萬家中小企業及百萬青年人口，青年更是城市的核心力量。這次賽事與創投公會合作，從徵件開跑、Pitch Day、10堂輔導課程及一對一實體訪視，希望解決新創產業的業務開發與溝通痛點。「得獎不是目的，而是實際將輔導過程中獲得的經驗實際運用。」許多去年獲獎的新創團隊，發展都已超出參賽預期，這也是新北市的新創能量的循環。

無論是半導體AI校正、智慧金流管理，還是生質循環材料，這三組新創都從AI與綠能交會點出發，實踐科技落地與永續的雙重願景。這不只是創業競賽的亮點，更象徵AI正在滲透製造、金融、農業等多元領域，為新北的新創能量注入「知識密度」與「綠色韌性」。

科學家模擬的末日場景

隨著二氧化碳排放持續增加，全球的政治局勢日益緊張，世界上各國的承諾屢屢在國際會議中被辜負，戰爭的結束也似乎遙遙無期。警示世界末日的「末日鐘」越來越接近午夜，人類與地球的未來變得越來越悲觀。

這並非一種刻意的悲觀，而是基於氣候變遷和人類衝突升溫的現實。許多人或許和我一樣好奇，末日會不會真的臨近？如果會，那又會是什麼樣的場景？是氣候徹底失控的《明天過後》？還是生態浩劫後的全面沙漠化，需要武力生存的《沙丘》和《瘋狂麥斯》？或者是核戰之後，所有人生存在廢墟中的《異塵餘生》？

我們的未來走向尚未確定，但科學家已經率先模擬了不同的可能結局，讓我們可以一窺未來的模樣。這些模擬告訴我們，如果人類繼續走某些路徑，地球的結局將是如何。至於我們是否能避免這些結果，就得由全體人類共同決定。

如何模擬出整顆星球的氣候變化？

要模擬整顆星球的大氣變化是一項龐大的任務，至少需要三大要素：理論、資料、和計算資源。

首先，人類對氣候系統的物理和化學模式需要有足夠的了解，也就是大氣理論必須足夠完備。其次，需要足夠多的資料來模擬整個行星。這些資料包括地球半徑、自轉速度、海洋分布、太陽輻射、大氣成分等等，甚至是地表的狀況與地形。台灣的中央山脈就能影響到西太平洋的颱風走向，進而影響整個東亞的氣候。如果希望盡可能還原地球的真實情況，還需考量海洋的垂直溫度分布、植物分布導致的生物地球化學反應等。

最後，還需要強大的計算資源，也就是超級電腦。由於資料量龐大，每個參數的小誤差都可能引發蝴蝶效應，影響到預測結果。因此，科學家通常會微調各項參數，並對每組參數進行多次計算，這些都需要大量的運算能力。

模擬沙丘中的荒漠星球

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯（Arrakis）是一顆完全荒漠化的星球，英國布里斯托大學的亞歷山大·法恩沃斯等人曾對這顆星球進行了模擬。他們使用在研究地球氣候變遷時使用的氣候模型，並結合小說中的設定，如大氣中的二氧化碳濃度和臭氧含量等，模擬了 500 年後的厄拉科斯氣候。

模擬結果顯示，厄拉科斯的赤道和熱帶地區夏季高溫達 45 度，冬季不低於 15 度。而高緯度地區則更為極端，夏季高溫可達 70 度，冬季最低可達 -75 度。由於大氣濕度和雲層的存在，極地反而比赤道更溫暖。此外，儘管小說中描述厄拉科斯幾乎沒有降雨，但模擬顯示高緯度和山區仍會有少量降雨。

這些結果顯示，科學家不僅愛科幻，也樂於用科學方法來驗證科幻中的設定。這些模擬能讓我們更了解地球的氣候系統，並讓我們警惕荒漠化的危機。

核戰後的世界：核冬天的可怕景象

如果人類全面爆發核戰爭，戰後的世界會是什麼樣子？研究顯示，大規模的核武攻擊將產生大量的輻射塵和煙灰，進入大氣層並遮蔽陽光，導致「核冬天」的到來。

2019 年的一篇研究模擬了美俄之間的全面核戰爭，結果顯示，爆發後的第一年，全球氣溫將大幅下降，北半球的夏季溫度將下降 25 度，冬季氣溫則會降至零下，植物生長期縮短至僅剩 25 天。煙灰遮蔽陽光，導致全球糧食供應崩潰，第二年可能有 50 億人面臨飢餓。

這些模擬結果告訴我們，全面核戰將帶來毀滅性的後果，核冬天將使人類無法正常生活，這是真正的末日場景。

地球的未來會是如何？

地球未來的命運取決於我們今天的選擇。如果我們對氣候變遷置之不理，兩極冰帽將完全融化，海平面上升，許多沿海地區將被淹沒。雖然不至於像《水世界》中那樣極端，但低地區域的居民將面臨嚴重的生存挑戰。

如果人類選擇繼續衝突，甚至爆發毀滅性戰爭，我們的未來將如《瘋狂麥斯》或《異塵餘生》般，生存在廢墟中，面對乾旱、糧食短缺與持續的環境破壞。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 鎖定每一個科學大事件！