光篩式低價塑膠望遠鏡2014年上天空

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。

橡膠對現代人的重要性

如果沒了這種物質，世界會是什麼樣子？試想沒有輪胎的汽車、沒有奶嘴的奶瓶、沒有腳蹼和潛水服的潛水器材、沒有橡皮擦的鉛筆、沒有黃色小鴨的童年⋯⋯

這種質地特殊的材質便是橡膠。橡膠來自原生於亞馬遜叢林、名為「巴西橡膠樹」的樹木（Hevea brasiliensis，命名來源就是因為這種植物生長於巴西）。

不過，歐洲人首次注意到的橡膠樹其實是圭亞那橡膠樹（Hevea guianensis）。樹如其名，這種橡膠樹生長於圭亞那。

在歐洲人「發現」橡膠樹的時代（印第安人當然很早就認識了這種植物），圭亞那是個鮮為人知的蠻荒之地，沒有火箭發射場也沒有淘金客。

當時也不流行生態旅遊、T 潘趣酒（ti-punch，一種蘭姆酒的調酒）或卡宴辣椒。當時的人也從未想到，這種看似平凡的熱帶樹木即將引發高潮迭起的植物和經濟熱潮⋯⋯偶爾還有些悲壯。

有位巧手的工程師正在尋找會哭泣的樹木

第一位對橡膠產生興趣的人，是胥修德里領主、加陶迪耶的弗朗索瓦．弗雷諾（François Fresneau de la Gataudière, 1703–1770），他在 1703 年生於牡蠣的原鄉、法國西南部的馬雷訥。他的全名看起來充滿上流社會的氣息，我們在這本書中稱呼他為弗雷諾就好。

弗雷諾本人似乎遭到歷史遺忘，但他的發現和成就改變了世界。就如同法國歌曲〈塑膠超讚〉的歌詞：「塑膠超讚，橡膠超柔軟」！今日的人類已經可以羅列出超過 25,000 種不同的橡膠用途。

路易十五的海軍大臣莫爾帕伯爵菲利波（Jean-Frédéric Phélypeaux de Maurepas, 1701–1781）任命弗雷諾為圭亞那首府開雲的皇家工程師。弗雷諾當年29歲，而且熱情滿滿。

弗雷諾的第一份工作便是研究新堡壘如何搭建。他也需要採收植物，以便充實皇家花園。他對當時圭亞那的可可園十分感興趣。工程師弗雷諾的得意作品中，最令他得意的發明作品是⋯⋯蟻巢毀滅器！果真是自由奔放的年輕人。

發明蟻巢毀滅器的天才：弗雷諾

當時，可可園遭受紅螞蟻入侵，而充滿創意與膽識、彷彿十八世紀馬蓋先（譯註 美國冒險影集《百戰天龍》主角）一般的弗雷諾便發明了可以將硫磺吹進蟻巢的機器。

螞蟻因此蒙受苦難。他持續搭建非常實用的引擎：將溝渠斜坡上的泥土提起並移走的起重機、磨碎木薯或小米的手磨機、從木薯根部榨出水分的壓縮機。他還策畫了奧亞波克河新哨所的防禦工事。

弗雷諾被自己的成功沖昏了頭，希望加官晉祿，要求升任上尉。當時的圭亞那監察專員也認為弗雷諾「熱情澎湃，宛如英雄」。

然而，他卻受到其他殖民地老長官和開雲教士社群的忌妒，升官之路受阻。於是，弗雷諾前往鄉間，僱用 八名「黑人」（請記得，當時的法國人仍使用「黑人」、「野蠻人」、「生番」等稱謂來稱呼和殖民者長相不相似的族群⋯⋯），並種植甘蔗、木藍等植物。

他也持續發展自己的防禦工事專長，發明了一種可以用來製磚的泥沙混和物。真是位天賦異稟的工程師啊！

——本文摘自《植物遷徙的非凡冒險》，2023 年 6 月，時報出版，未經同意請勿轉載。

• 作者／王潔、許惠晴

• 作者簡介
  • 王潔／麻省理工學院材料工程學系博士，任教於清華大學化工系，研究領域為生物可降解高分子的開發與應用。
  • 許惠晴／清華大學化工碩士班畢業，現為塑膠生物分解相關領域研究助理。

• Take Home Message
  • 聚乳酸（PLA）為生物可分解塑膠，在高溫與高濕度的堆肥環境下 PLA 能被微生物分解並轉換成二氧化碳。
  • 目前臺灣並未將 PLA 的回收和堆肥機制立法，即使業者能回收、製作堆肥，也不能合法販售，無法使金錢流與物質流一同循環。
  • PLA 屬於塑膠回收分類的第七類，但臺灣民眾認識不足、政策與回收物末端處理也未做好準備，因此自今（2023）年8月起將禁用 PLA 免洗餐具。

在日常生活中購買商品時，常會看到商品標榜使用生物可分解塑膠（biodegradable plastics）作為盛裝容器，而聚乳酸（polylactide，PLA）則是許多人耳熟能詳的種類之一。自臺灣 2002 年實施限塑政策以來，PLA 逐漸被業者所採用，但在今（2023）年8月卻又將被政府修法禁用。

為什麼 PLA 過去能在塑膠市場中嶄露頭角？如今又為何被禁用？

來自可再生資源的PLA

雖然 PLA 的耐受溫度受限在 50℃ 以下，但它的外觀或材料強度，與日常可見的傳統塑膠如聚乙烯對苯二甲酸酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚丙烯（polypropylene，PP）等十分相近。如果我們在生活中特別留意，可以發現生鮮托盤、雞蛋盒、冷飲杯、餐具等都可能是 PLA 製品。因此在拋棄時需要特別注意，將它與傳統塑膠區分開來，歸在塑膠回收分類的第七類（即其他類）。相較於傳統塑膠，PLA 除了號稱生物可分解之外，原料與製程也與傳統塑膠大有不同——PLA 的原料來自植物澱粉，例如玉米、馬鈴薯等，也就是所謂的生物基（biobased）。

澱粉經加熱或酵素分解成葡萄糖後，再藉由特定菌種的糖解（glycolysis）與發酵（fermentation）作用，成為聚合前的乳酸（lactic acid）單體，隨後再經由一連串加熱、脫水、聚合成為最終的高分子成品—— PLA。由於 PLA 的原料來自於可再生的植物資源，並非不可再生的石油，且植物在種植過程會吸收大氣中的二氧化碳，也能對溫室氣體的減量做出貢獻。因此在世界各國強調減碳的趨勢之下，PLA 確實是十分優秀的替代物。

可堆肥塑膠的生物分解過程

既然被稱為生物可分解塑膠，PLA 究竟如何被生物分解呢？PLA 屬於聚酯類（polyester），聚酯中的酯鍵較能被環境中的水分或生物水解酵素分解，可說是生物可分解塑膠類別裡的大宗。此外，在學術期刊中也能找到 PLA 藉由生物酵素、菌種或堆肥分解的資料。

不過在現實生活裡，處於「生物分解」過程中的塑膠會是什麼模樣呢？若以歐洲的可堆肥塑膠認證標準（EN 13432）為例，通過重金屬檢測的塑膠材料在「控制環境條件的堆肥」中存放三個月後，必須有90％ 崩解成小於兩毫米（mm）的碎塊；塑膠中 90％ 的有機質在六個月內能被轉換成二氧化碳；最後則是將此堆肥用於生物毒性測試，確認植物是否能於其中生長良好。

筆者團隊參考生物分解性試驗（ISO 14855-1 / ASTM D5338）的國際標準，透過控制環境條件的小型堆肥，實證 PLA 塑膠片的生物分解性（圖一）。在實驗中僅使用一般市售腐植質培養土作為資材，其中的菌類活躍程度應不如發酵中的堆肥，但依然能在兩個月內看見塑膠片碎裂、消失（圖二）。此外，含有PLA 塑膠片的堆肥相較於無添加 PLA 的堆肥，也被偵測到有較多的二氧化碳產出，透過計算可得出約有60％ 的 PLA 已被轉換成二氧化碳。然而，這些堆肥的「控制環境條件」特殊，溫度除了必須設定在50℃ 以上之外，還需要維持在高濕度。

PLA 堆肥實況與臺灣現況

如果在實驗室外、變動因素較多的環境下，PLA 塑膠也能如此順利地被分解嗎？對於這點，臺灣其實已有業者實做出 PLA 塑膠袋的回收與大型堆肥（圖三），並將熟成後的肥料實際用在自家農園中。然而這些堆肥其實也不僅是混合植物資材、動物糞便等有機質及 PLA 而已，堆肥中的各個資材種類需有特殊配比，才能讓堆肥在發酵至腐熟的過程中可以發熱至一定的高溫。此外，溫控設備需要將堆肥的溫度穩定控制在 60℃；還需要定期灑水與自動曝氣，幫助維持堆肥中微生物的生存條件。雖然號稱為生物可分解塑膠，但要讓 PLA 回歸大自然似乎不是件輕而易舉的事。

透過堆肥的方式使生物分解後繼續作為農用肥料，或是回收再製成二次塑膠，其實都是讓 PLA 留在物質循環裡的方式，也切中了近年來許多單位提倡的「循環經濟」（circular economy）。以現今的堆肥技術而言，PLA 堆肥已能夠穩定熟成並有所產出，在塑膠回收再製方面也有一定程度的技術，因此「效益」便是選擇做與不做的關鍵。

至今為止，臺灣對於制定可堆肥塑膠的相關政策仍未臻完善，並未立法建立回收機制讓 PLA 廢棄物能進入堆肥中。即使業者自行將塑膠獨立回收進行後續的堆肥處理，完成後的肥料也不能合法販售，無法形成完整的金錢流與物質流一同循環。

最後，PLA 在臺灣的普及度相較於傳統塑膠來說本來就不高，回收率又十分低迷：根據 2021 年環保署回收基管會的統計數據，PLA 在臺灣的回收率僅有5～6％。除了市場流通量小，再加上因為制度與民眾教育不足所導致的低回收率，使得 PLA 廢棄物的處理缺乏效益。沒有經濟誘因，何來循環？

歐盟政策推動塑膠永續的做法

歐洲對於塑膠永續的推動，在國際上可說是領先的角色。歐盟（European Union，EU）更是持續支持生物可分解塑膠或可堆肥塑膠的發展，並在去（2022）年11月底提出了《生物基、生物可分解與可堆肥塑膠政策框架》（EU policy framework on biobased, biodegradable and compostable plastics），聲明生物基、生物可分解與可堆肥塑膠在汙染議題中的目標、應用價值及適當的使用方式，進而引導往後的立法，以及永續的塑膠市場。

首先，以 PLA 的材料本質來說，它的原料來自於玉米、馬鈴薯等植物，雖然能夠減少消耗石油資源，但仍應當兼顧生態多樣性、土地與水源利用。畢竟種植經濟作物的同時，勢必得開發自然土地、占用部分水源，甚至不可避免地需要使用化學肥料或農藥，進而危害到原始生態系。另外，為了生產塑膠影響到糧食供應也可能是個隱憂，若能優先使用回收塑膠、有機廢棄物或副產物作為塑膠原料，將能夠降低為了生產 PLA 對生態系與糧食的影響。

歐盟的政策框架對於「生物可分解」塑膠的性質，則認為「廢棄物管理不周」的問題不應該以生物可分解塑膠作為解方。生物可分解塑膠常被應用在消耗快、難以資源循環、生命週期短的產品上，雖然容易被丟棄但仍有它的特定分解環境與分解時間需求。像是需要在高溫、高濕環境才能分解的 PLA 就是很貼切的實例，它需要搭配消費者正確的認知、使用與回收習慣，才不會和傳統塑膠一樣累積在環境中造成汙染。

總結來說，歐盟對於生物基、生物可分解與可堆肥塑膠的運用，希望以減量、再利用及回收，也就是「3R」（reduce、reuse、recycle）為優先原則，並達成資源循環、資源利用效率、氣候中和、零汙染、生態多樣性維持等永續目標。

PLA 的未來

雖然本意是為改善傳統塑膠汙染問題並因應限塑政策，但臺灣卻在立法、回收機制、廢棄物後端處理，以及民眾教育均尚未準備好的情況下就讓 PLA 進入市場。傳統塑膠回收分類中的六大類已經夠讓人眼花撩亂，再多一項 PLA 加入第七類，更會增加人們拋棄塑膠時的困擾。

也由於民眾尚未建立完整的回收概念、後端堆肥處理機制也未完善，導致 PLA 被使用後的去處如同沒被回收的傳統塑膠般，變成了垃圾；即使 PLA 被正確回收，也沒有廠商能二次使用或再製成堆肥。這兩項原因最終都可能讓 PLA 進入到焚化爐、掩埋場或流向大自然。

還有一種情形是民眾落實了塑膠回收，但卻將 PLA 與傳統塑膠歸在同一類，使 PLA 混入傳統塑膠的再製過程，影響了它二次塑膠的性質。美國知名速食業者在臺灣也曾以含有開口的 PLA 杯蓋取代傳統塑膠吸管的使用、冷飲杯與沙拉碗同樣使用 PLA 材質，但也因為察覺到消費者回收上的不便，以及質疑 PLA 的最終流向，令他們在 2020 年停用了 PLA 材質包裝。臺灣也終於要修法，即將於今年8月禁止使用生物可分解塑膠免洗餐具。

面對塑膠汙染議題，其實從來就不只是「塑膠材質是否為環境友善」單方面的責任。PLA 在來源以及生物可分解方面確實相較於傳統塑膠有它的優勢，但卻也需要使用者正確的觀念配合及政策支持才能完整達到環保的目的。最後，「塑膠減量與再利用」也是緩解塑膠汙染重要的一環。透過綠色塑膠材質與減量雙管齊下，才能讓塑膠發展平衡地邁向永續。

• 〈本文選自《科學月刊》2023 年 5 月號〉
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