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登陸月球跟我們有什麼關係?阿波羅計畫留下的科技遺產

Rock Sun
・2019/07/20 ・5598字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

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「這是一支太空筆,因為太空沒有重力,所以科學家設計了這支特別的原子筆。」

「教授,那他們為什麼不用鉛筆呢?」

這是來自於知名電影「三個傻瓜」的中的橋段,雖然在電影最後我們得到了為什麼不用鉛筆的答案,但是「太空筆」仍是在這部電影口碑爆棚的時候,成了大家耳熟能詳的太空科技⋯⋯但太空科技和我們之間的距離,難道只有筆嗎?

1962 年,美國甘迺迪總統在萊斯大學的登月演說中曾說「我們決定在這十年間登上月球並實現更多夢想,並非它們輕而易舉,而正是因為它們困難重重。(We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard)」你或許對這段話有些印象,但很少人會再記得下一句話:「因為這個目標將促使我們實現最佳的組織和挑戰現有的能力和技術(because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills)」於是我們也跟著仔細想想,在當時要完成這個目標的美國,需要多少的新技術呢?

從1950年代開始的太空競賽,可能是歷史上數一數二離我們最近、有大量新科技被研發的時代。就讓我們在登陸月球50週年之際,來從 NASA 科技交換及商業辦公室(NASA’s Office of Technology Transfer and Commercialization)的報告中,一起來認識這 17 樣你現在習以為常,但其實是因為阿波羅計畫而誕生或進步的科技吧!

太空科技讓體育相關用品變得更好

穿著太空人款的運動鞋追趕跑跳碰?

大家對登月最大的印象,可能就是留在月球上永恆的腳印(有趣的是~留下這個印子的嚴格來講是靴子的外套殼),但是這個腳印可得來不易。

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登月太空人所穿的登月靴在當時是非常革命性的設計,因為要在只有1/6重力的月球上活動,太空人的鞋子需要比在地球上具有更好的穩定性和吸收衝擊的能力,不然在月球上走路會非常的難以控制,太空人輕輕一碰可能就會失足跌倒。

阿波羅11測試過程中,阿姆斯壯在練習穿著太空衣爬樓梯。(圖片來源:NASA)

一位叫Al Gross的NASA工程師想到了方法,他把靴子足弓和腳跟的材料,從原本的熱塑性塑膠換成了泡棉,大量的降低了走路時的反作用力,同時「吹氣成形」這個主要跟玻璃聯想在一起的技術,也開始用在製作鞋子外殼和太空衣上,打造出一體成形的裝備,去除太多零件可能會受力不均勻而損壞的風險。

之後很多的鞋子製造商採用這種類似的技術,為各種運動打造出適合的運動鞋。

NASA 開的天窗

你有沒有想過,那些天頂可以開闔的大型運動場館,天花板會不會很重?

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在 NASA 研發的眾多太空衣全新技術中,有一種由Birdair 公司開發的聚酯纖維,特色是每平方公尺只重1.5公斤,比鋼鐵還強韌,除此之外纖維還是半透明的,具有反射部分光線的能力。

美國休士頓的信賴球場(現在的美式足球NRG體育館) 是全世界第一個運用了可開闔式天頂的美式足球運動場,天花板就是這種材質。(圖片來源:維基百科)

這種材料剛好適合用在這種大型天頂上,讓場地不只可以享有自然光,還能兼顧照顧草地,外層還能再加一層鐵氟龍塗料更進一步加強纖維對濕氣、高低溫的抗性,減緩屋頂被風化、裂解的速度,而且價格低廉又施工快速,可以撐20天以上,比同類型材料還要省30%,在歐美這些室外運動場林立的地方,如網球場、美式足球場,還有長期的半開放室外展覽會場一直到現在都大量使用這種纖維喔~

不靠魔法如何移動體育館內的7000個座椅?

在阿波羅計畫中,有很多麻煩的大東西需要到處移動,又要盡量減少碰撞,例如火箭引擎、太空艙、衛星……等等。不能單純的只靠卡車運送,所以 NASA 和通用汽車在阿波羅計畫之間針對如何移動大型物體做了很多的研究,包括利用簡單的氣墊就能把東西架高,輕鬆並安全的移動這主想法。

之後一間叫做 Rolair Systems 的公司靠著前通用汽車工程師,研發了一種稱作氣動升降技術,他們成功靠著氣墊技術輕鬆移動夏威夷體育場內將近7000個座椅,只要一次操作就可以輕鬆移動很多東西,而且也相當安全,或是例如以下倫敦體育館的影片,也是使用類似技術喔~

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守護太空人的技術,也可以保護你和地球

以前的太空裝是現在防火衣

太空競賽中免不了失敗,記取慘痛的教訓,阿波羅1號的悲劇就是這麼一個例子。阿波羅1號於1967年1月27日的一次例行測試中指揮艙發生火花,因為當時艙內都是純氧的環境,所以火災一發不可收拾,造成3名太空人死亡。所以 NASA 暫停了載人計畫,決定先好好的加強一下自己,而如何應對火災是很重要的課題。

當時一間叫做孟山都的公司(對,就是那個孟山都XD)開發了一種完全防火的化學塗料纖維叫做 Durette;另外,有個和 NASA 與國家標準局共同執行的計畫,也產出了一系列輕便的飛行面具、繩索、氧氣瓶;而許多的儀器、設備則是改用鋁複合材料製作,大幅降低重量,而且設計邏輯是可以迅速拆卸。以上三個技術,全盤考慮到了太空衣、急救訓練器材、儀器設備、逃生⋯⋯等等功能,所以之後的消防員裝備都以這些技術、設計邏輯為藍本,不斷的進步

阿波羅太空人在接受太空漫步的指導(圖片來源:NASA)

保全措施罩得住

當年美蘇冷戰又太空競賽,使兩個國家把國安都當作最高要務;雖然不能公開打仗,但能勾心鬥角。

身為當時高科技中心,NASA 當然也必須具備當時最先進的防盜技術,其中一個,可能你現在會覺得很蠢,很像搞笑間諜電影的陷阱:是一種動態感測器,這種機關裝在一個不鏽鋼的管子內,設置在機密設施門口,每當有莫名人士踩到這個經過特殊設計的地磚,就會有警報通知保全,之後包括銀行、工廠、住家都能移植這種防盜機制,還有博物館業會安裝這種系統在展示櫃上,已防止有人偷拿展覽品。

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當時要訪問太空人,連NASA自己的攝影師都要進行血液檢測,來確保沒有間諜(圖片來源:NASA)

食物

阿波羅太空人最好不要拉肚子,因為你和兩個隊友住在一個小小小房間裡長達8天,所以食物的消毒是一件非常重要的事。一間NASA的合約公司Caribbean Clear 開發了使用氯和溴消毒的方法,還可以依狀況替換化合物,而阿波羅計畫就是使用銀離子當做消毒系統的一部分,處理食物、殺菌、去除飲用水中的銅和藻類,讓太空人在任務中還能繼續享用高品質的飲用水。

模擬地震

其中一個 NASA 急需創新的範疇,就是包括所有的實驗儀器,因為阿波羅計畫有太多第一次了~~例如有史以來最強大的火箭農神五號,之前沒有任何設備能夠模擬它的影響,如果實驗設備震壞怎麼辦?地面承受不住呢?一間叫做Wyle-3S 的公司授命要打造出一個可以模擬火箭發射等級震動、衝擊的設備,來模擬農神五號發射時的狀況。這種設備後來變成了現在的地震實驗機,這還能怎麼衍生就無可限量了~ 現在所有公共交通,包括設計火車軌道、貨車、高速公路設計都需要做類似的實驗,還有就是防震建築的研究,來找出更有效率打造日常設施的方法。

農神五號第一級火箭@NASA 斯坦尼斯航天中心(圖片來源:NASA)

為了去太空,地球上的醫藥得更進步

心律調節、即時檢測、隨時保護太空人

整個太空人計畫中,如何了解太空人的身體健康,並即使在幾萬公里外也能發動救援,是很重要的一件事。NASA 與許多的醫療器材公司聯合開發了各種不同的儀器,包括迷你版的心肺復甦裝置,能夠檢測心跳、並在需要的時候給予電擊;還有新型的心律調節器,一反之前只有固定頻率的設計,現在可以自由調整,來檢測太空人的狀況。

電腦斷層掃描(圖片來源:NASA)

去除人體內有害物質

其中一個大家對於太空人生活的印象可能是要喝自己的尿⋯⋯過濾回收後製成的水。其實這原本是由 NASA 和 Marquardt Corporation 合作開發的一個技術,目的很簡單,就是要從液體中移除有害物質。

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而之後整個透析技術發展成了現代的洗腎、過濾系統。

冷酷的好點子

阿波羅計畫中,測試、火箭發射時都有可能會有高溫、甚至發生火災的狀況,為了讓太空人能夠應對並且取得時間逃離,NASA 研發出了一套水冷式服裝系統,之後發展成了裝甲車駕駛、消防員、和賽車手的標準配備。

水冷式衣服甚至還有醫療價值,包括輔助多發性硬化症、先天沒有汗腺或是對太陽光過敏的病患,還有研發出了協助檢測癌症的水冷式胸罩。更有趣的是~一樣的技術還可以加強了賽馬的表現,使用的冷卻墊可以讓馬匹降溫4~6度,讓牠們更好發揮實力。

阿波羅11號的後備組員吉姆·洛維爾和弗萊德·海斯正要僅行高度測試(圖片來源:NASA)

不多不少、準確使用藥物

去太空,一公克都是累贅,燃料能省要則省。在最早期的太空計畫中 NASA 就注意到這點,與 Parker Hannifin Corporation 共同研發了一種儀器,可以更準確的控制農神火箭的燃料使用,之後太空梭計畫也是一樣他們設計的閥門來控制外燃料艙,因為這種閥門體積極小,所以取名為花生閥門。

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但這跟醫療有什麼關係呢?之後 NASA 又與 Parker 開發了一個同樣邏輯,但功能完全不一樣的系統,拿來餵藥用的~靠著電腦控制、可以不斷提共如胰島素的藥物,或多或少剛剛好,不會有過量的問題。現在這種閥門也能夠在汽車內找到,功用就是回歸原始的控制燃料。

在回到地球之後,三位太空人在黃蜂號軍艦中與尼克森總統見面,但是需要待在隔離艙之內。(圖片來源:NASA)

居家阿波羅,多少日常可以追朔到登月時代?

無線設備

在太空任務中,有很多的東西需要傳遞,例如物質和訊號,但是在空間、設備複雜度有限的情況下,有些東西你其實可以不用上線路傳遞,其中首當其衝就是訊號。

根據NASA在這段時間內的技術,一間叫做 Black & Decker 的公司開發了一種無線、輕盈、攜帶式的溫度計,讓醫生作業有更大的自由度。當然還有工具,例如馬力足夠又是攜帶式的電鑽之類的工具,而沒有這些技術,國際太空站也不會出現。

無線的電熨斗(圖片來源:NASA)

石~~~鐘

你知道嗎?阿波羅11號抵達月球的時間,只比預計的的晚了幾秒鐘。

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整個太空計畫都是在跟縝密的時間賽跑,一分鐘都是很大的誤差,為了這個任務,General Time公司研發了一台電子脈衝的石英鐘,一秒內石英震動4百多萬次,一年只會有一分鐘的誤差,給整個任務當作時間基準,也讓全世界的轉播都幾乎在同一個時間點上,之後校準時間變得更簡單了。

如何在月球上大興土木

你覺得阿波羅太空人從月球帶回來的岩石是地面撿的嗎?其實不只喔~ 他們還需要在上面鑽一個將近3公尺的洞,取得月球部分的表面。

為了這個實驗,太空人需要一個可以攜帶又方便操作的鑽孔機。 一樣由Black & Decker開發的鑽孔機靠著全新的技術最佳化電力消耗和馬力,猜猜看這技術後來用在哪裡呢? 這變成了手持式吸塵器的前身,一樣要轉、一樣要輕便,之後如果我們還要去火星的話,這個技術一定會在更加進步,期待之後工具越來越小。

艾德林在月球表面上準備安裝兩個實驗設備(圖片來源:NASA)

跨領域的科技,什麼都可能發生

太空數位化

為了處理阿波羅計畫中傳送的影片和照片,當時在影像分析的技術上有很大的進步,數位影像的處理讓我們可以更清楚的觀察太空人在月球上的活動細節和設備反應。

這種技術後來不只用在影像,還有MRI、電腦斷層、顯微鏡,Estee Lauder公司還衍生出了一種新用法:利用這些光影分析,來判斷保養品在皮膚上是否有效。

從月球看地球BY阿波羅11號(圖片來源:NASA)

特殊的金屬處理

太空旅行有一個東西很致命、破壞性極強的東西很常會被遺忘,那就是輻射,為了保護太空人和儀器不被輻射影響,NASA開發了一種絕緣填充物:由鋁鉑和杜邦公司的麥拉聚酯薄膜構成。

這種絕緣又具有反射功能的材料在之後很多的汽車、住家、廚房都找的到,通常被縫在金屬被毯內⋯⋯現在就是你很常看到的戶外用品材質,可以保暖、防曬甚至急救,汽車的話你可能會在引擎或排氣系統內找到它。 

NASA工程師正準備組裝農神火箭(圖片來源:NASA)

這是一隻間諜母豬

在一個豬舍中,通常15~25%的小豬在斷奶前就會夭折,造成豬農很大的損失,有時候母豬甚至會不小心把小豬壓死或是直接拒絕餵養某一隻。為了解決這個問題,一間農業機具公司Farmatic Inc 研發了一種機械豬媽媽,這個設備可以預存母奶、加熱再餵養小豬,甚至還會發出類似豬媽媽的聲音,讓豬農可以減少損失,但是這又跟NASA有什麼關係呢?看起來很不太空啊?

其實這一整套技術最一開始是阿波羅太空船內的循環系統,讓太空艙內保持正常的溫度和濕度,誰會想的到之後竟然變成豬農的好幫手呢?

母豬模擬器(圖片來源:NASA)

這些大概就是50年前,人類設下一個大目標後得到的科技,默默地爬進了我們的生活、產業中。

讓我不禁想問~ 那麼50年後~會有什麼太空科技來到我們身邊呢?50年後我們又會慶祝什麼呢?我們這些科學家、工程師們有能怎麼站到這個科技前緣上呢?

 

參考資料:

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Rock Sun
64 篇文章 ・ 957 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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E10 低碳汽油:台灣減碳新契機,為何我們應該接受?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/01/17 ・3468字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與美國穀物協會合作,泛科學企劃執行。

台灣將在 2040 年禁售燃油車。但別急,現在路上開的舊有車款不會馬上報廢消失,因為舊有的車輛會繼續開到年限結束。根據計算,當禁售燃油車的那一天來臨時,還有大約 60% 的車輛是燃油車。這時,在多數交通工具還是燃油的情況下,美國、歐盟等國已經開始使用酒精燃料來減少碳排放,那麼,台灣也能做到嗎?

你聽過 E3、E10 汽油嗎?

這是指在汽油中加入酒精,E3 代表有 3% 的汽油被酒精取代,而 E10 則是 10% 的汽油換成酒精。酒精是一種抗爆震性能更好的燃料,且比化石燃料更環保,因為它可以來自生質燃料,碳排放也較低。即便算上運輸和加工的碳足跡,用玉米製造的乙醇仍比傳統汽油的碳排放低了 43%。其實,在美國、歐洲、澳洲等地,E10 或更高比例的酒精汽油早已廣泛使用,這在我們之前的影片中也有提過。

現在,台灣有 14 間加油站可以加到 E3 汽油,而中油也正積極促使相關部門開放 E10 汽油的銷售。

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不過,在推動這項改變之前,仍有許多民眾對酒精汽油有疑慮。大家最關心的問題是,把不是汽油的燃料放到引擎中,到底會不會對車輛引擎造成不良影響?例如會不會影響引擎運行,甚至影響里程數?
其實,換燃料確實會對引擎有影響,因為不同燃料燃燒後所產生的能量與副產物都不一樣。但別擔心,根據我們之前的討論,2011 年以後生產的所有汽車,還有大部分 1990 年代後期生產的汽機車,都能直接相容 E10 汽油。換句話說,除了少數舊車或特殊車型,約 95% 的汽機車都不需要擔心這個相容性問題。

2011 年以後生產的所有汽車,還有大部分 1990 年代後期生產的汽機車,都能直接相容 E10 汽油。圖 / 美國穀物協會提供

E10 汽油在效能上的表現,會不會受到影響?

學過化學的人都知道,燃燒其實是一種氧化反應,可以用化學式表達。也就是只要汽缸的大小是固定的,就能算出空氣中能參與氧化反應的氧氣分子有多少,進而推算出每次汽缸燃燒時,應該搭配多少的燃料。

當引擎運作時,汽缸內的氧氣分子會與燃料反應,產生動力。為了最佳化效能,引擎的噴油嘴會精準控制每次的進油量,確保空氣和燃料的比例,稱為「空燃比」。接著調整噴油嘴的設定,讓出油量符合我們的需求。

每當空氣成分改變,燃料量或燃料的種類更換時,空燃比就會產生變化。在燃料相對空氣來說比較多時,我們通常稱為「富油」;相反的,如果燃料相比空氣來的少,就稱為「貧油」。如果我們把汽油換成百分之百的酒精,因為酒精每單位體積所需要的氧氣比較少,而且熱值比較低,因此會產生貧油現象,推力感受起來自然也會比較低。

要解決這個問題,方法其實不難,只要增加燃料量即可。而巴西早已證明,使用 E100 汽油是可行的。巴西近 50 年來推動 E85、E100 燃料車輛,並展示了彈性燃料引擎的優勢。

而巴西早已證明,使用 E100 汽油是可行的。巴西近 50 年來推動 E85、E100 燃料車輛,並展示了彈性燃料引擎的優勢。圖/美國穀物協會

這類交通工具被稱為彈性燃料引擎,顧名思義,能很彈性的使用汽油、E100 酒精汽油、或是任何比例的甲醇、乙醇、汽油的混合物。彈性燃料引擎跟一般引擎最大的差別,就是內建了「燃料成分感測器」。能透過判斷燃料的種類與比例,調整噴油嘴的出油量設定以及點火正時,讓引擎的輸出動力維持在最佳狀態,確保引擎效能不受影響。

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所謂的點火正時,指的是火星塞點火的時機。不同的燃料,化學反應的速度與膨脹的體積不同,當然會對應不同的點火時機。

但是 E100 其實也不是純酒精?

大家都知道,蒸餾酒需要經過多次反覆蒸餾,為什麼不能只蒸餾一次就好呢?原因在於,酒精與水的沸點雖然不同,但它們不完全互斥,會產生交互作用。在蒸餾過程中,即使酒精的沸點較低,水仍然會在加熱的過程中,隨著酒精部分蒸發進入容器中。

事實上,當酒精濃度達到 95.63% 時,不論再怎麼蒸餾,濃度也不會再上升。這是因為當酒精濃度接近這個比例時,酒精與水的沸點非常接近,這種現象稱為「共沸」,意思是酒精和水的混合物會一起沸騰,無法再進一步蒸餾分離。

共沸現象的結果,就是為什麼市面上銷售的藥用酒精,濃度最高都是 95%,而非 100%。因為更高濃度就必須使用脫水劑等方式處理,成本會提高,或是因為有添加物而不符合藥用標準。所以當然,E100 汽油裡面,實際上使用的也是濃度 95% 的酒精,而不是 100%。

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E100 汽油裡面,實際上使用的也是濃度 95% 的酒精,而不是 100%。 圖 / 美國穀物協會提供

解決迷思:酒精汽油是否容易因吸收水分,而產生油水分離?

事實上,酒精和水是高度互溶的,這使得高比例的酒精在汽油中有更高的水分耐受性。簡單來說,進入油箱的水氣,會溶在酒精汽油中而不會產生油水分離。

根據美國國家可再生能源實驗室的研究,即使在高溫高濕的極端環境下,E10 酒精汽油也需要經過三個月才會出現明顯的油水分離。而三個月也是一般汽油建議最長的保存時間,因為汽油放太久就會氧化。

也就是說,酒精與水混和物的特性,不是把酒精和水的相加除以二那麼簡單,它們的交互作用更加複雜。

一篇刊登在《國際能源研究期刊》的研究指出,在可變壓縮比引擎中的實驗結果,加入酒精後,引擎的功率會逐漸升高,在 E10 酒精時為最佳比例效果。

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當然,實際情況和實驗室當然不能直接類比。大多數汽車和機車並未專門為酒精汽油做調整,那這樣會有多大影響呢?根據英國政府的官方結論,直接使用 E10 汽油與一般汽油相比,每公升的里程數大約會降低 1%,但在日常駕駛中,這個差異幾乎不會被察覺。實際上,載貨量和駕駛習慣對油耗的影響,遠遠大於是否使用 E10 汽油的影響。

更好的一點是,酒精其實是一種常見的工業用品,以每美國為例,在過去一年中,酒精的離岸價格實際上都比汽油還低,因此不用擔心酒精會讓油價變貴。

此外,經過調校的引擎也不必擔心推力問題。事實上,F1 賽車從 2022 年開始使用 E10 作為燃料,納斯卡賽車更早在 2011 年就採用了 E15 燃料,運行上沒有太大問題。

F1 賽車從 2022 年開始使用 E10 作為燃料,納斯卡賽車更早在 2011 年就採用了 E15 燃料,運行上沒有太大問題。圖/unsplash

最重要的是,使用 E10 燃料的好處明顯更多。由於酒精和烷類燃料的分子式不一樣,酒精分子式中多了一個氧原子,這使得燃燒過程中反應會更完全,能夠產生更多二氧化碳而非有毒的一氧化碳,同時降低一氧化氮和二氧化氮等氮氧化物的產生。

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最關鍵的一點,酒精與化石燃料相比,能夠更快速地幫助減碳。只要確保使用永續農法、不與糧食競爭土地的前提下,所製造的玉米乙醇,碳排量就是比化石燃料還要低。

E10 低碳汽油是填補減碳缺口的最快方案,挑戰只在接受度

英國引入 E10 後,每年減碳 75 萬噸,相當於減少 35 萬輛汽車的碳排量。而台灣呢?目前根據政策規劃,台灣 2040 年起將新售的汽機車全面電動化。依照這個目標進程,在 2025 年將達成減碳 288.6 萬噸的目標。然而,這距離運輸部門須減少 487 萬噸碳排量目標,還差 198 萬噸。

如果燃油車全面改用 E10 低碳汽油,則能減碳 202 萬噸,幾乎能完全彌補缺口。這項方案的優勢在於,E10 與一般汽油性質相近,不需更換新的引擎設計或架設特規加油站,執行門檻低。

實際上,目前推動低碳汽油最大的瓶頸,大概就是民眾對於這個新燃料的接受度了吧!如果接受度提升,購買量上升,成本也有機會進一步再下降。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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解密離岸風電政策環評:從審查標準到執行成效,一次看懂
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/21 ・3546字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 環境部 委託,泛科學企劃執行。 

政策環評是什麼,跟一般環評差在哪?

隨著公共建設的規模越來越大,傳統的環境影響評估(EIA),難以應對當今層層疊疊的環境議題。當我們評估一項重大政策時,只看「單一開發案」已經不夠,就像評估一棵樹,卻忽略了整片森林。因此,政策環境影響評估(SEA)應運而生,它看樹,也看森林,從政策的角度進行更全面的考量與評估。

與只專注於「單一開發案」的個案環評不同,政策環評更像是一場全面性的檢視,強調兩個核心重點:「整合評估」與「儘早評估」。簡單來說,這不再是逐案評估的模式,而是要求政府在制定政策時,就先全面分析可能帶來的影響,從單一行為的侷限中跳脫,轉而聚焦在整體影響的視角。無論是環境的整體變化,還是多項行為累計起來的長期影響,政策環評的目的就是讓這些潛在問題能儘早浮現、儘早解決。

除此之外,政策環評還像是一個大型的協商平台,以永續發展為最高指導原則,公開整合來自不同利益團體、民眾與各機關的意見。這裡,決策單位不再只是單純的「評分者」,而是轉為「協調者」或「仲裁者」,協調各方的意見看法在這裡得到整合,讓過程更具包容性。

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政策環評並沒有所謂的「否決權」,而是側重意見的蒐集與整合,讓行政機關在政策推動時,能更全面地掌握各方意見。政策環評旨在建立系統化、彈性的決策評估程序(包含量化、特徵化等評估方式),也廣納社會面或民眾滿意度等影響因子,把正式與非正式的作法一併考量進去。再來,決策程序中能層層檢討、隨時修正,也建立了追蹤機制和成效評估標準(如環境殘餘效應、累積效應等),透過學習來強化決策品質與嚴謹度。就像一場球賽,隨時根據變化、調整策略。

這樣的制度設計,就非常適合離岸風電這類規模大、跨區域、影響層面廣泛的能源政策評估,讓我們可以在政策推動初期就想到整個工程對環境、產業發展與社會的諸多影響,也為後續政策執行奠定更穩固的基礎。

政策環評並沒有否決權,而是重在整合各方意見、量化影響以及建立追蹤與修正機制,這樣的制度設計便適用於離岸風電等大型政策評估。圖/envato

離岸風電為何需要的是政策環評?

離岸風電是能源轉型的重要策略之一,但這不是只在某塊空地上架幾個風車,而是要在廣闊的大海中進行大規模建設,牽涉的不僅是發電,還涉及海洋保育、航空交通、水下文化資產等議題,更與當地漁民的權益息息相關。

這樣的大型離岸風電工程,因海洋環境的風險和不確定性極高,很容易讓人擔心生態影響。如何在海洋生態保護和綠能發展之間找到平衡點?這就需要政策環評的把關,從多方檢視這些複雜的挑戰,確保政策推行既能穩妥,又能達成發電目標。

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2016 年 3 月,經濟部自願提出「離岸風電區塊開發政策評估說明書」,是臺灣首次針對再生能源政策所進行的政策環評。根據這份評估說明書,政府將採分期公告、逐年檢討的方式,每三年開放 0.5~1 百萬瓩(GW)的電量額度鼓勵業者投入開發。當時環保署(現為環境部)歷經九個月召開 2 次意見徵詢會議,蒐集環評委員、專家學者、相關機關、民眾等意見,最終於同年 12 月的環評委員會作出徵詢意見。這些協商和檢討的過程,讓政策「名正言順」,得以充分顧及各方利益與生態平衡。

共通性環境議題與因應對策

在「離岸風電區塊開發政策評估說明書」中,環評會議盤點了開發過程中共通的環境議題。

首先,對於海洋生態保育的重點,特別是對中華白海豚的保護。環評會要求風機基座必須距離白海豚棲地1公里以上,以減少對其生態的干擾。實際上,這項規範在後續的實務執行中更為嚴格,例如,福海二期示範風場已退縮到 2.5 公里外,臺電二期風場甚至退到 4.2 公里外,顯示政策環評確實發揮了實質作用。此外,針對施工期間的聲音干擾,要求施工需有 30 分鐘以上的打樁緩啟動時間,並限制聲量不得超過 180 分貝等。

針對鳥類保育,政策環評也訂立了具體規範。其中,包括風機之間必須留設 500 公尺以上的鳥類穿行廊道,並在施工期間避開每年 11 月至隔年 3 月的候鳥過境期。同時,為確保這些措施確實生效,工程方也被要求設置「鳥類活動監測系統」,持續追蹤、評估風場對鳥類的影響。

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此外,環評會也確立了「先遠後近」的開發原則,要求優先開發較單純的航道外側區塊,待累積足夠經驗及相關資料後,再進行近岸區域的開發。這項原則考量了近海生態系的複雜性,也顧到養殖漁業的漁民權益,展現出政策環評在平衡發展需求與環境保護上的價值。

新一代的審查機制:達成能源轉型及環境保護雙贏

為提升環評效率並確保審查品質,環境部參考過去離岸風電審查經驗,制定「風力發電離岸系統開發行為環境影響評估初審作業要點」,建立了全新的二階段審查機制。

環境部推動二階段審查機制,提升離岸風電環評效率與審查品質。圖/envato

這套新機制分為兩個階段。第一階段,就像「初步檢查」,由環境部依照檢核表進行初審,並由環評審查委員會執行秘書邀集 2-5 位環評委員進行初審,通過第一階段初審之業者,可取得經濟部遴選資格,其初審結果有效期為兩年,必要時可申請展延一年。接著進入「第二階段」,開發單位檢附目的事業主管機關核配的容量證明文件等資料,提供更詳細的環境影響說明書以進行實質審查。

檢核表明確規範了 15 大項審查事項、112 項檢核項目,涵蓋開發案的全生命週期。

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工程面,包含風機及海上變電站基礎設置、海域電纜路線規劃、陸域設施工程等硬體設施的規範。其中,風機基礎設置必須避開海岸保護區、河口、潮間帶等環境敏感區域,且須進行地震危害度分析。海域電纜部分,除特殊情形外,埋設深度至少須達 1.5 公尺,且不得跨越中華電信海底電纜 1 公里的範圍。

環境保護上,檢核表則對施工噪音管制訂立了明確標準。舉例來說,打樁期間警戒區 750 公尺範圍內的水下噪音不得超過 160 分貝,且必須全程採用最佳噪音防制工法。同時,每個開發案或聯席審查的風場,同一時間內只能進行一支基樁施作,而日落前一小時到日出前也不得啟動新的打樁作業。

環境監測計畫更是檢核表中的重點,分為「施工前、施工期間、營運期間」三階段,每個階段都規定了詳細的監測要求(包括海域底質監測、水下噪音監測、鯨豚目視監測等)。以鯨豚監測為例,每年需執行20趟次,四季中每季至少執行 2 趟次。此外,所有監測數據都必須上傳至環境部「環保專案成果倉儲系統」(https://epaw.moenv.gov.tw/)供各界查閱。

這套標準化的審查機制不僅解決了「同一風場可能有多家廠商重複調查或審查」的資源浪費,也透過明確的檢核項目,讓開發單位在規劃階段就能掌握更具體的環境保護要求。不僅如此,該機制亦確保了環境保護標準前後一致,避免不同案件之間標準不一。

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結語

透過新的審查機制,環境部正積極推動再生能源開發案的環評審查作業,在提升行政效率之餘,也確保環境影響評估的品質,支持臺灣的離岸風電開發及國家能源轉型政策,也做好把關。藉由標準化檢核表和二階段審查制度,期待能在推動能源轉型的同時落實環境保護。

為確保制度能持續精進,環境部每半年至一年會進行制度檢討,並持續公開所有環評書件於「環評書件查詢系統」(https://eiadoc.moenv.gov.tw/eiaweb/)。此外,環評會議召開前一週,也必須在指定網站公布開會訊息,讓民眾能申請列席旁聽或發表意見。透明化措施一方面展現了政府推動永續發展的決心,另一方面也確保全民能共同參與監督離岸風電的發展過程。未來,這套制度將在各界的檢視與建議中持續完善,為臺灣的永續發展貢獻心力,發揮環評作業的最大效益。

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臺灣宇宙夢! 「太空科技長程發展計畫」30 周年
喀報CastNet_96
・2021/06/06 ・3125字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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科技部的「太空科技長程發展計畫」從 1991 年起以衛星為發展主軸,陸續進行了第一期、第二期的基礎性研究,以及福爾摩沙衛星一、二、三、五、七號計畫,直至 2019 年進入計畫第三期。總投入高達 251 億元,希望培育太空科技人才,建立自製衛星的實力,並且結合既有半導體、資通訊科技和精密機械等優勢產業,在後疫情時代建立台灣衛星產業供應鍊,進軍全球太空產業。

然而,在如此保守穩健的執行過程中,不只多數台灣民眾對太空發展仍不甚了解,許多懷抱熱忱的教授和學生們缺乏足夠資金、開放資訊和完備教育資源,連民間廠商晉陞太空科技公司自行研發製作的火箭「飛鼠一號」,也因沒有合適的法規依據與發射地點而引發「魚塭變火箭基地」的違法用地糾紛,發射最終黯然落幕。

本文以質化問卷調查形式,收集20 位來自陽明交大、成大、中央等機械與航太相關科系學生、研究生對台灣在此領域的現狀和前景的看法。面對各國日漸純熟的航太技術,以及 Space X、 Amazon 、和 Kymeta 等國際大廠紛紛搶進太空商機之下,第三期太空科技長程發展計畫的推動和現行教育,真的能幫助他們學以致用並實踐太空夢嗎?

同時也分別採訪政府端的福衛三號計畫主持人和研究員,以及結合學術端和產業端的國立陽明交通大學 ARRC 前瞻火箭研究中心(以下簡稱 ARRC )主任,期望透過此文為大眾塑造更完整的台灣太空科技近程,也點燃台灣每個人心中對未知探索的勇氣和一起離開地球表面的信心。

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衛星和火箭為太空發展的兩大重要關鍵支柱,在政府「太空科技長程發展計畫」第一、二期的努力下,台灣已有衛星研製能力,可惜皆委外發射,須看外國臉色。
衛星和火箭為太空發展的兩大重要關鍵支柱,在政府「太空科技長程發展計畫」第一、二期的努力下,台灣已有衛星研製能力,可惜皆委外發射,須看外國臉色。圖/傅思瑜攝

政府積極帶頭,台灣前進太空

從調查問卷中可見 20 位學生對台灣發展航太產業的信心指數和前景看好度平均分為 5.5 分(滿分為 10 分 ),原因主要為:缺乏資金、社會氛圍不積極、政策步伐緩慢導致延宕的太空法規制定與發射場的土地問題。另外,成大航太系劉祐昇同學表示系上實際學程多以航空為主,太空方面的知識和師資相對不足,若對太空領域有興趣,需要接觸成大的太空學程,或到成大電機、物理、地科……等科系去學習相關課程。

去年五月新科技部長吳政忠上任後,積極推動立法並解決火箭試射場地問題,為這項產業打造友善的發展環境。初擬「科技部短期科研探空火箭發射場域作業指引」,確定由科技部擔任科研火箭的主管機關,並計畫屏東旭海為發射場。而「太空發展法」草案也已通過行政院審核階段,規劃提高科技部下國家實驗研究院太空中心的層級,將其獨立成為具備行政法人性質的「國家太空中心」,以協助推動國家發展航太產業必要。

頑固的太空夢不止

然而,在如此保守穩健的執行過程中,不只多數台灣民眾對太空發展仍不甚了解,許多懷抱熱忱的教授和學生們缺乏足夠資金、開放資訊和完備教育資源,連民間廠商晉陞太空科技公司自行研發製作的火箭「飛鼠一號」,也因沒有合適的法規依據與發射地點而引發「魚塭變火箭基地」的違法用地糾紛,發射最終黯然落幕。

為什麽自 2012 年起,吳宗信要四處演講倡議台灣發展火箭產業,並自行發射能夠載物的火箭? ARRC 主任──或大家更熟悉的五月天 MV <頑固>中的火箭阿伯吳宗信解釋:「要發射火箭,必須整合數學、機械、電機、資工、物理、化工、材料、航太···等技術,每一個產業都要拿出最頂尖的技術和人才。」吳宗信認為「太空」已從過去的戰略科技蛻變至今有高附加價值的「太空經濟」。火箭能成為一個火車頭,帶領台灣產業前進。如果台灣有能力自製火箭並將載物火箭射向天空,不僅證明台灣尖端科技的研發與系統整合的能力,也有機會讓所有產業升級!並指出陽明交大具有充沛的各領域教師和人才,但可惜散在不同學院和學系,因此倡導陽明交大未來能成立「航太系統工程研究所」( Institute of Aerospace System Engineering, IASE )整合無人機、衛星、火箭系統研發資源以培育跨領域人才,幫助台灣此產業推動。

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火箭,不只是場煙火秀;太空,不只是場白日夢。六十年前始於美蘇的科技競賽,除了國家軍事的較勁,也推動了我們的科技發展並改善日常生活。至今,許多太空的知識已廣泛運用於我們日常中:透過衛星所獲得通訊資料、影像、數據提高氣象預報準度並有助防颱準備,運動鞋、消防設備、尿布,甚至是電腦、 GPS ,都是發展太空科技下的產物。因此,發展太空科技之必要,不僅在其有助於加強一個國家的自信心與認知度,更在於其整合各領域專業並帶動國家產業升級,回應社會需求並提升人民生活品質之效益。

問及探索太空、投入火箭的意義,吳教授說:「因為心中有台灣」,同時分享其JAP( Justice / Justification, Action, Plan with Preserverance)人格特質與理念,認為自己義比玉山,鼓勵學子對於「對的事」就去做,有計劃地採取行動並堅持目標。(圖片來源/傅思瑜攝)
問及探索太空、投入火箭的意義,吳教授說:「因為心中有台灣」,同時分享其JAP( Justice / Justification, Action, Plan with Perserverance )人格特質與理念,認為自己義比玉山,鼓勵學子對於「對的事」就去做,有計劃地採取行動並堅持目標。圖/傅思瑜攝

台灣,機會無限

儘管放眼追逐太空科技之際,台灣有許多不足,國家太空中心福三計畫主持人方振洲博士和林信嘉博士仍持樂觀態度與高度信心。他們指出台灣和中美等大國比較投資經費雖然落差巨大,資源相對稀少,但台灣在人才和技術上具優勢,熟稔的「備份」和「篩選」技術實現商業規格零件取代高昂的太空規格零件的可行性,也讓世界航太產業龍頭伊隆・馬斯克傾心並大量採用台灣商規零件「經濟上太空」。

就像電腦的發展,從教室大小進階到筆電,再到手機與智慧眼鏡的輕薄短小演進過程,衛星的演進也是如此。台灣善於「玩小」,建議台灣結合電子零組件與精密機械等兩大強項發展自己的特色,不比拚大衛星而比拚微型衛星,其中立方衛星就是台灣值得發展之處。

方博士認為各界應該秉持「開源」的正向發展模式,即技術公開分享、資訊共享,呼籲台灣人才不要只進台積電、做半導體,要做太空!(圖片來源/林泓君攝)
方博士認為各界應該秉持「開源」的正向發展模式,即技術公開分享、資訊共享,呼籲台灣人才不要只進台積電、做半導體,要做太空!圖/林泓君攝

飛向宇宙,浩瀚無垠

「心情一片平靜,覺得自己彷彿變成更好的人。」這是許多太空人回到地球之後的相同感受,心理學家把這種因為太空旅行在視覺和認知上對世界感到敬畏、驚奇,見證到世界的美,並想要保護地球及其生態和所有人類的認知轉變稱做「綜觀效應」。

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相信台灣能在實踐太空夢的路上愈變愈好,因為或許,我們與生俱來地將太空當成一個目標追尋的堅持,不只是為了展現國力或提升生活品質,還為了馳騁好奇、揮灑熱忱,一起離開地球表面,透過幾光年外的另一個角度引領我們對熟悉家園的更多思考,思考這份由浩瀚太空揭櫫的感動的同時,我們的承諾──好好永續這份美的義務和責任。

重量約為1至10公斤的立方衛星與動輒1,000公斤以上的大衛星相比體積小、重量輕,更重要的是設計和製造的成本都低。(圖片來源/傅思瑜攝)
重量約為 1 至 10 公斤的立方衛星與動輒 1,000 公斤以上的大衛星相比體積小、重量輕,更重要的是設計和製造的成本都低。圖/傅思瑜攝
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國立陽明交通大學傳播與科技學系大三學生自媒體,文章撰寫類目含括科技新知、藝文評論、人物特寫、社會議題和專題新聞,以大學生的觀點出發撰寫與自身和社會相關的文章,內容豐富。 喀報CastNet網站:https://castnet.nctu.edu.tw/