把冷泉加熱，就會得到溫泉嗎？ 關於柴山湧泉的那些事

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當減碳、淨零排放蔚為風潮，再生能源發電成為各國積極發展的方向。2021 年 11 月，宜蘭清水地熱發電廠正式啟用，然而「地熱發電」究竟是什麼？為何火山、溫泉多的台灣，到現在才有第一座「民營」地熱發電廠？現行的地熱發電模式，竟和你家冷氣機運作原理相近？

隨著即將到來的全民公投，發電問題也再度成為議論話題。本集 y 編將與泛科學專欄作者阿樹，探討「地熱發電」能否成為台灣發展「再生能源」的新方向？

2:21 什麼是地熱發電？

近日，宜蘭清水地熱發電廠取得執照後開始啟用。此為台灣第一座「民營」地熱發電廠，但並不是台灣第一座地熱發電廠，當地過往也曾有「公營」發電廠。「地熱」能源為由地殼抽取的天然熱能，能量來自地球內部的熔岩，阿樹也提及台灣火山多，並位處板塊交接處，因此地溫梯度（Geothermal Gradient）上升得很快（平均為每 1km 上升 30℃），十分適合發展地熱發電。

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利用地球的熱情發電吧：深層地熱發電

7:41 美國、東南亞也有地熱發電

全球地熱發電量排名前十名的國家，除了包含火山活動頻繁的冰島之外，美國源於其西岸位處太平洋、北美洲板塊交界處，並且亦有多座火山，地熱資源豐富，因此地熱發電量位居榜首；東南亞的印尼、菲律賓兩國也因擁有許多火山，地熱發電量可觀；相對而言，地熱資源排名全球第三的日本，則並沒有很多地熱發電廠。阿樹也分享到蓋電廠涉及層面頗廣，涉及環境評估、居民意願等，即便興建的是再生能源發電廠，取用土地並非想像中容易。

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12:35 地熱發電難以發展的原因

阿樹提及，早期的地熱發電有很多技術層面需克服，例如：抽取到的地下水內含礦物質，容易腐蝕發電機組，或管線內沉澱鈣化合物，導致能通過的水量減少，導致發電成本高、效益不佳的結果。過往，1981 年啟用的清水公營地熱發電廠，也因上述原因，裝置功能消耗至僅剩原先十分之一，最終只好關廠停用。同時，地熱發電抽取的熔岩、地下水，容易含有重金屬成份，發電產生的蒸氣也可能含有有毒氣體，工安風險頗高。

15:40 發電和冷氣機運作模式很像？

經現代技術改良後，研發出「雙循環系統」（Binary Cycle System）有助於地熱發電。該機組有「存在熱源」、「工作流體」（地下水）兩個封閉的循環系統，透過熱交換器以熱源加熱工作流體，使其汽化產生推力，推動發電機組發電。阿樹也解釋其「熱傳導」作用方式，近似冷氣機讓冷媒由液體蒸發成氣體，進而從中排出「冷氣」。

阿樹也解釋，此系統特殊在於「取熱不取水」。「存在熱源」的循環，採用較低沸點的物質，與流體經加熱後發電，不僅可在熱源降低時進行，相較於沸點高的物質能產生更多蒸汽，達到更好的發電效果；「工作流體」循環則是從地底抽取的地下水，經發電過程使用後，由回注井再送回地底，讓地底高溫區幫它「加熱」再利用。

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18:19 地底下的技術瓶頸

由於希望讓發電使用後的地下水，再送回地底「加熱」，因此需動用常出現於石化工業的「水力壓裂技術」（Hydraulic Fracturing），往地底注入高壓水打破岩石裂縫，製造「回注井」輸送地下水。然而，阿樹解釋由於難以確認岩層狀況，需透過鑽井或甚至使用炸藥、打地震波等探勘方式，判斷地下岩石類型確實能被「鑽破」，分析「水力壓裂」製造裂縫後，水源確實能回柱到地底高溫區。

22:06 地熱發電的「附加價值」

y 編問及發展地熱發電時，是否還能有其他「附加價值」，阿樹則回應多半可作為發電的地區，也可能發展為「溫泉遊憩觀光區」，也提及由於地熱發電所需條件較高，要找到適當地點並不容易，相對而言找到「溫泉」的機率還是比較大。他也提到，只要有較完整的地質架構圖，地質學家便可以判斷此處是否可能有溫泉。

25:11 溫泉是被「法規」定義出來的

日本及台灣皆各自以《溫泉法》訂定溫泉的「標準」，台灣《溫泉法》下的《溫泉標準》則明定，地下自然湧出或人為抽取之泉溫須達攝氏三十度，且具有陰離子或其他特殊成分，才可被稱為「溫泉」；三十度以下且仍具有上述成分，則可被稱為「冷泉」。

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30:46 為何日本台灣的溫泉很有名？

全世界都有地熱資源，但日本、台灣卻形成特殊「溫泉文化」，進而讓溫泉成為觀光名勝景點。阿樹從地科角度指出，日、台的溫泉其實未有特殊之處，而是歷史脈絡的發展讓它變得特別，「溫泉」也只是溫泉文化形成的「背景條件」而已。

我溫泉 都不用溫泉 改用冷泉加熱 再放一些味噌湯包
那就是味噌湯了吧……
不是味噌湯，這溫泉泡起來跟味噌 87%口感很像
那就是味噌湯阿幹
──你不可不知道柴山兩津開發秘辛

什麼是溫泉？

近日有政治人物表示：把冷泉加熱就會變成溫泉。

欲分析這個主張背後的科學原理，或許可以先從法規上對於溫泉的定義來看看。由經濟部為主管機關的「溫泉法」¹中，將溫泉定義為「符合溫泉基準之溫水、冷水、氣體或地熱（蒸氣）」。而所謂的溫泉基準，又被另訂在「溫泉標準」²之中，在這份標準中，溫泉被分成了「溫水」與「冷水」：

• 第二條　符合本標準之溫水，指地下自然湧出或人為抽取之泉溫為攝氏三十度以上且泉質符合下列款、目之一者：
  • 一、溶解固體量……（略）
  • 二、主要含量陰離子……（略）
  • 三、特殊成分……（略）
• 第三條　本標準之冷水，指地下自然湧出或人為抽取之泉溫小於攝氏三十度且其游離二氧化碳為五百（mg/L）以上者。

因此，就溫泉標準中的「冷水」來看，不只是溫度需低於攝氏三十度，還需要有較高的二氧化碳濃度。例如著名的「蘇澳冷泉」，水質屬於碳酸氫鈣泉，泉水中富含二氧化碳，透明無色且帶有氣泡。在日本時期，日本軍人竹中信景，更以蘇澳冷泉為原料，在蘇澳設置汽水工廠，而打造了名聞一世紀的「彈珠汽水」！

也因此，回顧一下來看我們平常習慣稱之的溫泉，實為法規上的溫泉溫水；而如蘇澳冷泉，則是法規上的溫泉冷水。又因為法規並沒有規定把溫泉水加熱、冷藏或結冰，會影響到它的定義。所以不管拿到的是冷掉的溫泉還是加熱的冷泉，都仍屬於法規上的「溫泉」了。

你的冷泉不是你的冷泉

但是！此處就有兩個需要留意的陷阱題了！

其一是，冷泉（如蘇澳冷泉）之特別與可貴的因素，與泉水中含有的游離二氧化碳濃度有關。所謂游離二氧化碳，指的是二氧化碳以碳酸和分子的形式溶解於水中。如同氣泡水喝起來會比較酸且有氣泡的原因一般。一旦將泉水加熱，會使得氣體的溶解度降低，水中的氣泡感就變少了，這就略浪費了冷泉的優勢。

其二是，「柴山冷泉」雖然以冷泉為名，但泉質完全不符合溫泉法規上的溫泉冷水！

柴山冷泉的本質，其實就是滲漏到地表的地下水。這種含水層 (aquifer) 裸露於地面層的情況，在順向坡、斷層線山腳、火山碎屑岩和安山岩層層相疊的火山山腳都有可能會發生，最常見的例子便是有時在山壁上會看到湧出的山泉水。因此柴山「冷泉」更精確或好理解的用詞，應是「湧泉」。

湧泉對於生態與文明的影響非常深遠，海生館助理研究員邱郁文老師的研究即發現，高雄早期地底的湧泉，孕育了拉氏青溪蟹、台灣米蝦、鱸鰻等濕地生物。昔日柴山湧泉最主要的出水口「龍巖冽泉」，更曾被清朝詩人以「玉磯噴雪碎，石乳撒花濺。蟹眼千尋濼，龍澌百丈淵。」讚揚。只可惜自來水建設逐漸替代了湧泉的功能，而最終讓湧泉水直接引入地下水道排放出海。³

另外，柴山湧泉還有一個生態與文史方面的重要性，與另一個出水口、位於龍巖冽泉南側的石頭公湧泉有關。高師大生物科技系梁世雄教授考據了石頭公湧泉，發現湧泉處有乳白色硫化物，分析認為是由微生物群聚產生的硫化氫組成，認為這可能是一種「硫化湧泉」⁴。梁世雄、邱郁文、楊娉育等人考證石頭公廟前水道附近，於日治時期有「高雄溫泉」之歷史紀錄⁵。打狗文史再興會社理事陳坤毅亦提出 1922 年時，當地設有溫泉浴場，將硫化湧泉加熱做為溫泉使用的紀錄⁶。

因此，儘管柴山湧泉不符合法規定義上的溫泉，但仍具有相當觀光、生態與環境教育的價值。湧泉之利用，也可以如同一些水質優良的山區，就會有業者推出利用山泉水養魚泡茶，或是將山泉水引入泳池與洗澡水等。對於水質更好的地方，更會將飲用水視為一種重要的產業（望向金球獎最大贏家 – Fiji water girl =w=）。

柴山湧泉表示：「我渴了」

然而，2012-2015 年間謝寶森、邱郁文、梁世雄、黃大駿等人所主持的「全國湧泉濕地生態資源調查⁷⁸」，卻發現龍巖洌泉面臨水源枯竭與水泥化之嚴重威脅，大部分時間均為枯竭狀態，唯有在颱風或長時間大量降雨後才會出泉，水量稀缺有待復育。

而在水質的部分，2014 年秋季，龍巖冽泉因生化需氧量 (BOD) 偏高，汙染程度 (RPI) 為 2.25 ，屬中度污染程度。其鄰近的石頭公廟湧泉除秋季 RPI 為 1.5 屬於未（稍）受污染，其餘三個季節均為中度汙染。研究團隊也推測此區水質，有受到生活汙水的影響。

因此，如果觀光局長真的有心想發展湧泉的觀光，建議先踢皮球給環保局長和水利局長把污染防治和生態復育先做好吧XDD

至於還有一種湧泉叫做傳說中的高涌泉(拜)又是另外一則故事了……

參考資料

1. 水利法規查詢系統：溫泉法
2. 水利法規查詢系統：溫泉標準
3. PanSci：「生猛科學」首聚：保證在地、保證生猛，宇宙史上第一次熱炒店科學開講！
4. 環境資訊中心：柴山下奇特的「硫化湧泉」 可能等不到透徹研究就消失了
5. 柴山湧泉的沒落與再現
6. KUN 土申！冷泉加熱成溫泉？
7. 行政院農業委員會林務局生態調查資料庫：全國湧泉濕地生態資源調查
8. 林務局自然保育網：101-14 全國湧泉濕地生態資源調查

• 作者／潘昌志；繪者／陳彥伶

火山爆發時會造成什麼災害呢？

可能會燒毀附近區域、造成山崩、地震和土石流。

火山噴出的熱氣，會與周圍岩石碎屑混合，形成「火山碎屑流」，溫度極高且流速極快，從山上滾下來時會燒毀並活埋一切。火山碎屑流遇到河水、雨水或雪水，會變成很像土石流的「火山泥流」，黏性高，易壓毀經過的樹與建築。

火山猛烈爆發時，會噴出大量溫度高達 900 ∼ 1200°C 的岩漿，容易引起大火，還可能伴隨地震和海嘯。

「火山灰」是什麼呢？

火山灰是火山噴發出的細小岩石粉末和玻璃顆粒。

火山灰比大部分的灰塵還要細，可以飄到遠方，不但會影響到飛航安全，也可能遮蔽陽光，造成天氣變冷。2010 年冰島的艾雅法拉火山（Eyjafjallajökull）爆發時，大量火山灰曾造成全球 10 萬次的航班被迫取消。

• 地科小故事：維蘇威火山和龐貝城

西元 79 年 10 月，義大利的維蘇威火山爆發。當時鄰近的龐貝城很快就被高速流動的火山碎屑流摧毀。直到超過 1500 年後，這座古羅馬城才被挖掘出來。

火山只有可怕的災害，完全沒有益處嗎？

火山的地熱可用來發電，也常形成溫泉。

火山底下的熱源，可用來作為「地熱發電」，也能將地下水加熱成「溫泉」，還常因特殊的地形景觀而成為知名的觀光景點。日本九州因為遍布眾多火山，形成許多知名溫泉。

火山那麼燙，科學家要怎麼研究它呢？

科學家會穿著特殊的隔熱防護裝備，近距離的調查火山。

火山岩漿的高溫超過 1000°C，因此火山學家研究活火山時，常穿戴特殊的防護裝備與防毒面罩，隔絕高溫和毒氣。若是快要爆發的火山，科學家就不會靠近，而是運用觀測站或人造衛星的數據，距監測火山活動以確保安全。

火山爆發有辦法提前知道嗎？

大部分火山噴發前都有徵兆，透過長期監測就能預警。

火山噴發前可能有地震、地表隆起；如果地底的岩漿很活躍，有些小噴氣孔噴出的化學成分也會有變化。臺灣的活火山很少，不曾發布火山預警。但在火山密集的日本，就將火山警戒分五級，數字越大代表越危險。

——本文摘自泛科學 6 月選書《地震100問：最強圖解X超酷實驗 破解一百個不可思議的地科祕密》，2020 年 4 月，親子天下。

我溫泉 都不用溫泉 改用冷泉加熱 再放一些味噌湯包
那就是味噌湯了吧……
不是味噌湯，這溫泉泡起來跟味噌 87%口感很像
那就是味噌湯阿幹
──你不可不知道柴山兩津開發秘辛

什麼是溫泉？

近日有政治人物表示：把冷泉加熱就會變成溫泉。

欲分析這個主張背後的科學原理，或許可以先從法規上對於溫泉的定義來看看。由經濟部為主管機關的「溫泉法」¹中，將溫泉定義為「符合溫泉基準之溫水、冷水、氣體或地熱（蒸氣）」。而所謂的溫泉基準，又被另訂在「溫泉標準」²之中，在這份標準中，溫泉被分成了「溫水」與「冷水」：

• 第二條　符合本標準之溫水，指地下自然湧出或人為抽取之泉溫為攝氏三十度以上且泉質符合下列款、目之一者：
  • 一、溶解固體量……（略）
  • 二、主要含量陰離子……（略）
  • 三、特殊成分……（略）
• 第三條　本標準之冷水，指地下自然湧出或人為抽取之泉溫小於攝氏三十度且其游離二氧化碳為五百（mg/L）以上者。

因此，就溫泉標準中的「冷水」來看，不只是溫度需低於攝氏三十度，還需要有較高的二氧化碳濃度。例如著名的「蘇澳冷泉」，水質屬於碳酸氫鈣泉，泉水中富含二氧化碳，透明無色且帶有氣泡。在日本時期，日本軍人竹中信景，更以蘇澳冷泉為原料，在蘇澳設置汽水工廠，而打造了名聞一世紀的「彈珠汽水」！

也因此，回顧一下來看我們平常習慣稱之的溫泉，實為法規上的溫泉溫水；而如蘇澳冷泉，則是法規上的溫泉冷水。又因為法規並沒有規定把溫泉水加熱、冷藏或結冰，會影響到它的定義。所以不管拿到的是冷掉的溫泉還是加熱的冷泉，都仍屬於法規上的「溫泉」了。

你的冷泉不是你的冷泉

但是！此處就有兩個需要留意的陷阱題了！

其一是，冷泉（如蘇澳冷泉）之特別與可貴的因素，與泉水中含有的游離二氧化碳濃度有關。所謂游離二氧化碳，指的是二氧化碳以碳酸和分子的形式溶解於水中。如同氣泡水喝起來會比較酸且有氣泡的原因一般。一旦將泉水加熱，會使得氣體的溶解度降低，水中的氣泡感就變少了，這就略浪費了冷泉的優勢。

其二是，「柴山冷泉」雖然以冷泉為名，但泉質完全不符合溫泉法規上的溫泉冷水！

柴山冷泉的本質，其實就是滲漏到地表的地下水。這種含水層 (aquifer) 裸露於地面層的情況，在順向坡、斷層線山腳、火山碎屑岩和安山岩層層相疊的火山山腳都有可能會發生，最常見的例子便是有時在山壁上會看到湧出的山泉水。因此柴山「冷泉」更精確或好理解的用詞，應是「湧泉」。

湧泉對於生態與文明的影響非常深遠，海生館助理研究員邱郁文老師的研究即發現，高雄早期地底的湧泉，孕育了拉氏青溪蟹、台灣米蝦、鱸鰻等濕地生物。昔日柴山湧泉最主要的出水口「龍巖冽泉」，更曾被清朝詩人以「玉磯噴雪碎，石乳撒花濺。蟹眼千尋濼，龍澌百丈淵。」讚揚。只可惜自來水建設逐漸替代了湧泉的功能，而最終讓湧泉水直接引入地下水道排放出海。³

另外，柴山湧泉還有一個生態與文史方面的重要性，與另一個出水口、位於龍巖冽泉南側的石頭公湧泉有關。高師大生物科技系梁世雄教授考據了石頭公湧泉，發現湧泉處有乳白色硫化物，分析認為是由微生物群聚產生的硫化氫組成，認為這可能是一種「硫化湧泉」⁴。梁世雄、邱郁文、楊娉育等人考證石頭公廟前水道附近，於日治時期有「高雄溫泉」之歷史紀錄⁵。打狗文史再興會社理事陳坤毅亦提出 1922 年時，當地設有溫泉浴場，將硫化湧泉加熱做為溫泉使用的紀錄⁶。

因此，儘管柴山湧泉不符合法規定義上的溫泉，但仍具有相當觀光、生態與環境教育的價值。湧泉之利用，也可以如同一些水質優良的山區，就會有業者推出利用山泉水養魚泡茶，或是將山泉水引入泳池與洗澡水等。對於水質更好的地方，更會將飲用水視為一種重要的產業（望向金球獎最大贏家 – Fiji water girl =w=）。

柴山湧泉表示：「我渴了」

然而，2012-2015 年間謝寶森、邱郁文、梁世雄、黃大駿等人所主持的「全國湧泉濕地生態資源調查⁷⁸」，卻發現龍巖洌泉面臨水源枯竭與水泥化之嚴重威脅，大部分時間均為枯竭狀態，唯有在颱風或長時間大量降雨後才會出泉，水量稀缺有待復育。

而在水質的部分，2014 年秋季，龍巖冽泉因生化需氧量 (BOD) 偏高，汙染程度 (RPI) 為 2.25 ，屬中度污染程度。其鄰近的石頭公廟湧泉除秋季 RPI 為 1.5 屬於未（稍）受污染，其餘三個季節均為中度汙染。研究團隊也推測此區水質，有受到生活汙水的影響。

因此，如果觀光局長真的有心想發展湧泉的觀光，建議先踢皮球給環保局長和水利局長把污染防治和生態復育先做好吧XDD

至於還有一種湧泉叫做傳說中的高涌泉(拜)又是另外一則故事了……

參考資料

1. 水利法規查詢系統：溫泉法
2. 水利法規查詢系統：溫泉標準
3. PanSci：「生猛科學」首聚：保證在地、保證生猛，宇宙史上第一次熱炒店科學開講！
4. 環境資訊中心：柴山下奇特的「硫化湧泉」 可能等不到透徹研究就消失了
5. 柴山湧泉的沒落與再現
6. KUN 土申！冷泉加熱成溫泉？
7. 行政院農業委員會林務局生態調查資料庫：全國湧泉濕地生態資源調查
8. 林務局自然保育網：101-14 全國湧泉濕地生態資源調查