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永續綠能發展,台灣難以忽視的挑戰——專訪清大科法所副教授高銘志

科技大觀園_96
・2021/04/12 ・3282字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

工業革命之後,人類科技進步的幅度遠超過往,帶來了更為便捷的生活環境,但經濟高度成長所衍生的代價也逐漸浮現:工廠、交通工具所排放的二氧化碳等溫室氣體在大氣層內逐漸累積,形成了溫室效應,導致南北極海冰減少、海平面逐年上升、森林、海洋、濕地等生物棲息地環境惡化,甚至許多物種因而滅絕,同時伴隨更多的暴雨、颱風等極端氣候現象。

為了保護地球環境免於崩解,同時延續各類生物與人類的永續,2016 年有超過 170 國共同簽署「巴黎協定」,承諾遏阻全球暖化趨勢、降低碳排放量,力求將全球平均氣溫的升溫幅度控制在工業革命前的 2 度 C 內。

相比其他國家,台灣面臨的氣候暖化挑戰更為嚴峻,例如都會區的升溫幅度更是高於全球平均,旱災與水災發生的比率與強度也逐年升高,大大影響農業與養殖漁業的生計,因此台灣也無法置身事外,必須積極思考如何降低碳排放量。

所謂降低碳排放量,便是我們日常所說的節能減碳,一般人可以採取隨手關燈、多搭乘大眾運輸工具、實行資源回收等來響應低碳生活;而從國家的角度而言,則能透過政策來限制高碳排產業的開發,或是降低化石燃料、煤炭的使用,進而推廣對環境更友善的再生能源,例如太陽能、風力發電、水力發電、生質能等,也就是俗稱的綠能。

太陽能、風力發電、水力發電、生質能等,也就是俗稱的綠能。圖/PIXABAY

綠能自由化

目前全球有超過 90 個國家訂定要在 2025 年達成綠能佔總發電量 50%,甚至有超過 50 國預定要在 2050 年之前達成 100% 綠電。台灣近年來也積極發展綠能,政府當前訂下 2025 年綠電占比將提高至 20%、燃煤發電降低至 30%、天然氣發電調整至 50% 的目標

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為了順利達成這項目標,台灣陸續在相關法案上做出變革,例如 2017 年通過《電業法》修正案與 2019 年通過《再生能源發展條例》修正案,讓台灣的電力市場得以自由化。過去,台灣電力市場中的發電、輸電、配電、售電都是由台電公司獨佔,修法過後,企業或民眾就能夠選擇購買來自其他民營電力公司的電力,讓電力市場得以像一般市場自由競爭,藉此提升能源效率。

目前台灣在「綠電先行」的政策下,首先開放了綠電自由化(燃煤、天然氣等「灰電」規劃在未來數年後開放),讓綠電能夠自由買賣。同時,法案也規定用電量較大的企業或機構必須設置一定比例的再生能源發電設備,或是購買綠電來替代。一般民眾則能透過參與建置公民電廠響應綠能發展。

目前台灣的綠能以太陽能與風力發電為主力,位在亞熱帶區域的台灣一年的日照時間長且充裕,適合太陽能發展;另外,根據 4C offshore 的資料顯示,台灣從桃園至雲林沿岸都具有風力發電的潛力場址,台中一帶外海更是有許多適合作為離岸風電發展的海域,相比於陸域風力發電容易影響周遭居民,離岸風電的建置較不受限,可以架設更大型的風力機組來提高發電效益。由於台灣許多風場的品質在世界名列前茅,也吸引美國、日本、德國、丹麥等國廠商來台投資風力資源。

台灣許多風場的品質在世界名列前茅,也吸引美國、日本、德國、丹麥等國廠商來台投資風力資源。圖/PIXABAY

綠電發展遇上難題

種電而規劃設置太陽能板時,因可能影響候鳥棲息、魚類生存而暫緩開發;台東原本規劃於知本溪出海口建立太陽能光電園區,但園區場址除了涵蓋卑南族部落的傳統領域,也可能影響濕地生態,因而引起抗爭;而在台南七股魚塭所推行的「魚電共生計畫」,則影響了許多養殖戶的生計。

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設置地面型太陽光電需要廣大的腹地,但台灣不若法國、澳洲等地具有充足的閒置土地可供利用,必須在地狹人稠的環境下,審慎評估土地利用效益,以及開發過程中是否會影響環境生態、農漁民生計、周遭居民權益,才能決定是否設置太陽光電板。

但實務上該如何兼顧種種因素,卻不是一件容易的事。清華大學科技法律研究所副教授高銘志指出,國際上許多綠電大國都曾遭遇過台灣現今面臨的難題,對於綠電在開發過程中所引發的爭議,台灣可借鏡國際經驗來找出適合的解方。

尤其是德國,近年來其在綠電的表現有目共睹。德國在 1998 年實行電業自由化,並在 2000 年通過《再生能源法》,讓綠能透過 20 年躉購(意指政府在約定時間內保證以固定價格收購電力)制度,刺激更多廠商與公民進一步參與,迅速提升綠能發電量,至今德國有近半供電來自綠能。德國也透過與一般民眾的廣泛對話,收集公民意見,並與地方政府多次溝通,加強中央政府與地方政府的合作,制定出「2050 氣候行動計畫」,描述更明確的減碳方針。

德國在開發綠能時,也曾和台灣一樣遭遇過許多地方抗爭,面臨如何兼顧環境、居民與土地間的問題。為了實現綠能目標並同時獲取民眾認同,德國採取的方法之一是「鼓勵民眾在地參與」。社區能夠發起成立「能源合作社」,讓在地民眾能夠自由參與太陽能電板設置或建立風力發電機,讓地方電力供應不再需要仰賴大型企業,保障自身權益,也對綠能更有認同感。

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台灣能源局為了尋找適合的太陽光電設置地區,將台灣各區域地層下陷或不適合耕作的地點納為優先開發場址,並排除生態保護區等環境較敏感的地區。德國則更進一步考量到自然景觀、產業等因素,減少更多可能的環境或與民眾間的衝突。

如何降低衝突,英國也有豐富經驗。英國近年來風力發電量大幅上升,已佔總發電量近三分之一。不同於太陽能,風力發電會產生低頻噪音干擾周遭住民,也會影響鳥類遷徙路徑,如何選定場址是一大難題,過程中也曾遭遇許多居民抗爭。

英國採取的解決辦法,也是以「溝通」為一大重點,例如邀請民眾參與、投資,並積極對民眾報告相關開發計畫,解答民眾的疑問,讓民眾有十足的準備,才能有效降低對風電的負面觀感。

德英兩國在推動綠電上,采取「鼓勵民眾在地參與」和「溝通」的策略。圖/PIXABAY

如何推動台灣綠能發展

發展再生能源,除了要考量場址是否能提供足夠的資源(例如是否有良好的天候能提供充足的太陽光或穩定的風力),也須思考再生能源的土地利用是否會與當地居民、生態產生衝突。如何在確保綠能發展下,同時兼顧居民權益與生態環境,是台灣現階段必須要面對的挑戰。

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從行政面而言,高銘志認為,若能透過政策環評,在開發前期就妥善處理土地問題,就能夠大大降低未來的開發爭議,「利用政策環評,事先與民眾溝通,提早排除有疑慮的區域,自然開發起來就順遂。」政府在前期確保環境正義,符合正當開發程序後,反而更能加快開發速度。

「再生能源與傳統電廠不一樣,非常仰賴土地規劃。」高銘志強調,綠能要從土地規劃的角度切入,因此以台灣而言,需要內政部要扮演更吃重的角色,來整合參與更多的綠能開發項目。「推動綠能或能源轉型,都是非常跨部會的事情。」若能夠強化跨部會整合,將會大大幫助台灣的綠能發展。

高銘志觀察,台灣近年來的太陽光電發電量與風力發電量有顯著提升,未來若能進一步解決土地利用問題,就有更多發展空間,「從法治層面,就是要溝通,越早溝通越好。」

隨著台灣逐步推動綠能,台積電也已在 2020 年 7 月購買了沃旭能源 20 年的離岸風電發電量,預計有更多企業也將加入綠電的行列。台灣各地也開始建置公民電廠,讓在地民眾能參與綠能發展,並且共享綠能帶來的收益。

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缺乏礦產資源的台灣,仍有九成以上的能源仰賴進口,能源轉型之路若能成功,不僅能確保台灣的能源自主,還能免除火力發電帶來的空污與減少碳排放,實現真正的綠色未來。

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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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AI × 綠能:下一波新創浪潮,從新北起跑
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/11/12 ・2319字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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。

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侯友宜市長與三組獲勝團隊合影。(左起:第二名「應援科技」、第一名「歐姆佳科技」、第三名「恰口科研」)/ 圖片提供:新北市青年局

「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」/ 圖片提供:新北市青年局

第一名「歐姆佳科技」

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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」/ 圖片提供:新北市青年局

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。

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第三名為「恰口科研」/ 圖片提供:新北市青年局

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」。

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「護國神山」越高 電力壓力越大:臺灣海洋能是解方?
PanSci_96
・2024/11/07 ・3553字 ・閱讀時間約 7 分鐘

半導體廠和資料中心的耗電量巨大,隨著護國神山的持續壯大,台灣的電力供應是否還能承受這種壓力?

或許,大海能夠給予我們答案。

在我們的周遭,有一個龐大且源源不絕的能源,但卻長期被我們所忽視——大海。太平洋上的鄰居夏威夷,已經部署了一座 1.25 百萬瓦特(1.25MW)的波浪能發電示範裝置,並即將併入夏威夷的電網。雖然這個發電量看似不大,但一台裝置只需要 38 公尺長、18 公尺寬的空間。想要放置更多的裝置,需要更大的空間嗎?大海有的是空間。

看來從海洋中擷取能源,或許就是台灣能源的終極解答。但為什麼還沒有人大力投入這個領域呢?

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從海洋擷取能源

事實上,從海洋中獲取能量的想法並不新鮮。利用海洋的物理或化學特性所開發的能源,稱為海洋能。海洋能可以大致分為多種不同的形式,每種原理各有不同。

首先是波浪能。夏威夷建設的波浪能示範電廠,就是利用波浪的上下運動所產生的位能變化,或者是利用波浪中海水運動所帶有的動能,來產生電力。值得一提的是,無風不起浪。波浪的產生及其動能的來源,來自於風吹過海面時所產生的摩擦力。而風的出現,可能來自地球自轉,或者是太陽加熱地表和空氣所產生的氣壓差,空氣從高壓區流向低壓區,進而產生風。因此,波浪能的源頭其實是地球和源源不絕的太陽能,被視為永續能源。

其次是潮汐能。月球的引力是潮汐漲退的主要原因。潮汐造成海洋水位的變化,產生位能;同時,漲潮和落潮的水流也帶有動能,這兩種能量都可以用來發電。

另一種是海流能。這是利用海洋中洋流流動的能量。例如,台灣附近的黑潮,水流方向不論冬夏,都是由南向北,而且流速相當快,約每秒 1 至 2 公尺。只要在海流中放置水輪機,就能驅動發電機發電。

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接下來是較為特殊的兩種方式。溫差能(OTEC,Ocean Thermal Energy Conversion)利用海水表面和深海之間的溫度差來發電。我們知道,海水表面因為受到太陽照射,溫度較高;越往深海,溫度越低,一般溫差可達 14 至 25 攝氏度。我們可以利用這個溫差來發電,原理類似地熱發電。OTEC 系統除了發電外,還可以結合海水淡化、海洋養殖和空調冷卻系統等多種用途,可謂一舉多得。

最後是鹽差能。這是利用鹹水和淡水之間的鹽度差異所產生的化學電位差來發電。發電廠通常建設在河水和海水的交界處,將海水和淡水當作一個巨大的化學電池的兩極。

台灣適合發展海洋能嗎?

海洋每年蘊藏的能源遠超全球發電需求,潛力無窮。 圖/envato

地球表面約有 70% 是海洋,蘊藏著無窮的潛力。國際能源總署(IEA)在 2007 年發布的報告預估,海洋每年蘊藏了 21,100 到 93,100 太瓦小時的發電量。作為對比,根據統計公司 Statista 的資料,2022 年全球總發電量為 29,165 太瓦小時。也就是說,海洋蘊藏的能源,足以供給全球所需,甚至可能多出數倍。

海洋能除了蘊藏量龐大之外,發電不需要佔用陸地,又屬於不會造成環境污染的可再生能源,具備多重優勢。既然如此,為什麼我們不大力發展海洋能呢?畢竟台灣四面環海,感覺應該非常有利於開發海洋能。但事實上,不是每一種發電方式都適合台灣。

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根據工研院於 2018 年整理的資料,台灣的地理環境較有潛力發展的是波浪能、溫差能和海流能。在詳細介紹這些能夠發多少電之前,我們先有個概念作為對照。2023 年,台電系統(不包括民營電廠)發電總裝置容量約為 55 吉瓦(GW),而目前封存的核四,兩部機組的總裝置容量為2.7 GW。

首先,波浪能發電適合的區域包括東北角外海、富貴角一帶,以及澎湖和雲林、彰化外海,發電功率有望達到 2.4 GW。溫差能發電適合的範圍則在花蓮、台東外海,具有 2.8 GW 的發電潛力。至於海流能發電,適合的地區在富貴角、澎湖水道(台澎海峽),以及東部外海的黑潮,共有 4.2 GW 的發電潛力。此外,在金門和馬祖,也有一些潮汐能發電的潛力。

總計而言,台灣的海洋能蘊藏量至少有 9.4 GW 的潛力,相當於七部核能機組的發電量。這樣的發電潛力也意味著巨大的經濟價值,估計海洋能市場的產值可達數兆台幣。

發展海洋能的困難之處

既然海洋能蘊藏量龐大,為什麼我們至今未見台灣有大規模的海洋能開發計畫呢?

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首先,海洋能的技術發展仍存在許多挑戰。在各種海洋能中,潮汐發電目前最接近成熟的商業化階段,且已有正在運作的商業發電廠。例如,全球有十多座潮汐發電廠在運作中,其中韓國的始華湖潮汐發電廠是全球最大的,發電容量達 254 MW。此外,還有一些潮汐發電廠處於規劃或建造階段。

然而,潮汐發電的效益取決於潮差(滿潮和乾潮之間的水位差)的大小。一般而言,需要潮差達到 5 公尺以上才有經濟效益。台灣除了金門、馬祖等外島之外,潮差均不足5公尺,因此潮汐發電的潛力較低,並非首選。

至於台灣適合發展的波浪能、溫差能和海流能,目前全球的發展進度都較為遲緩。以波浪能發電為例,雖然蘇格蘭曾有過小規模的商業化案例,但已經退役。不過,最近也有新的波浪能計畫正在進行,包括本文開頭提到的夏威夷案場,這是愛爾蘭公司 OceanEnergy 在夏威夷設置的波浪能轉換器 OE-35,裝置容量為 1.25 MW。另外,瑞典公司 CorPower Ocean 在葡萄牙設置了 C4,裝置容量為 600 kW。雖然規模不大,但已達到商業化的程度,有望在不久的將來成為新的商業化發電方式。

至於溫差能、海流能和鹽差能,都還處於技術發展或小規模實驗測試階段,距離成功商業化發電還有一段路要走。

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那麼,海洋能發展緩慢的原因是什麼呢?技術層面是一大挑戰。首先,海水對電器設備具有腐蝕性。同時,海上的強風大浪可能造成設備損壞。海洋生物也會附著在設備上,影響其運作效能。因此,打造耐用且抗生物附著的海洋能發電設備,本身就是一個巨大挑戰。

海洋能發展緩慢因設備易腐蝕、受強風大浪及生物附著影響。圖/envato

此外,即使我們能夠製造出能夠承受各種海洋環境的發電裝置,是否能長期高效地發電也是一個問題。如果無法建立耐用且具有一定規模的海洋能發電設施,成本將無法下降,進而阻礙海洋能的開發。

台灣在海洋能開發的進展

波浪能方面,工研院開發了「懸浮點吸收式波浪發電」系統,包含具有運動模組和浮筒模組的上浮體,以及具有穩定作用的下浮體。當波浪經過時,上、下浮體會產生相對運動,能量擷取系統藉此吸收波浪的能量。

國家海洋研究院則與台灣海洋大學合作,進行「振盪水柱式波浪發電系統」的研究。該系統利用波浪的上下擺動,擠壓空氣艙內的空氣,將空氣擠出至口徑較小的排氣口,造成空氣流速加快,進而驅動排氣孔中的扇葉發電。成大也有實驗室透過數值分析軟體,進行發電裝置最佳化設計的研究。

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海流能方面,國家海洋研究院、台灣大學、中山大學和台灣海洋大學均參與了「浮游式洋流發電機組」的研發。發電機艙採流線型設計,類似一台風箏。機艙後方的葉片在受到洋流衝擊後轉動,驅動發電機產生電力。目前,20 kW 級的發電機組「錨碇」已在90公尺深的海中初步測試成功。中研院也正在研發 100 kW 等級的渦輪機,預計今年在台東外海下水測試。

在進度較慢的溫差能發電方面,台泥預計在和平火力發電廠打造台灣第一個溫差能發電系統。

未來展望與政策目標

不知不覺中,台灣在海洋能的開發上已經投入了不少資源,雖然還需接受海洋環境的考驗,但前景可期。根據目前的政策目標,台灣將從技術較為成熟的海洋能開始,分階段推進。目標是在 2030 年完成 10 萬瓦特到 100 萬瓦特等級的示範發電機組,並於 2035 年設置 100 萬瓦特到 1000 萬瓦特的商業發電機組。根據屆時的技術發展狀況,期望在 2050 年達成裝置容量 1.3 至 7.5 GW 的目標。

在政策執行方面,海洋能開發涉及多個部會的管轄,如環境部、農業部漁業署、內政部國土管理署等。為簡化申請流程並促進開發,設立單一窗口相當重要。值得一提的是,根據最近的消息,台灣已有民間公司提交了 100 kW 的波浪能示範電廠申請,預計最快在 2025 年完成台灣首個海洋能示範場。

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台灣作為四面環海的島國,有機會在這個領域取得突破,為未來的能源供應找到新的解決方案。

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