好大的空氣清淨機呀—專訪工研院鈣迴路碳捕捉技術團隊

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

在特務電影中，通常有一位（或一組）科技專家與之搭配，用魔法般的發明，預料執行任務中可能遇到的各種問題，事先設計發明或炫目或低調的科技。得在垂直的高樓玻璃帷幕上攀爬？沒問題，這是一雙戴上就宛如壁虎的手套。需要變臉偽裝？沒問題，這是一臺可攜 3D 皮膚列印機。需要從飛機上跳下來？沒問題，這是一套可變身滑翔飛鼠裝的西裝……。

如果把臺灣比喻為特務，那麼經濟部技術處就是那位科技專家。或許這麼比喻讓你覺得牽強，但在貿易戰未休、半導體缺貨、疫情一波波、淨零碳中和各種趨勢與危機夾雜的此刻，臺灣的確愈顯重要，也更需要技術手段幫自己脫困突圍。

於 109 年 10 月接任經濟部技術處處長的邱求慧，肩負為臺灣孵化更多科技的關鍵任務。技術處「運用經濟部『科技研究發展專案計畫（簡稱科技專案）』，整合法人研究機構、產業界、學術界之研發能量與軟實力，促成國家創新系統成員間的科技創新連結，開發具前瞻性、關鍵性及跨領域之產業技術，並將研發成果多元移轉落實產業界應用，促進創新研發成果走向產業化與國際化，以厚實產業技術能量，提升產業創新效益。」

上頭這串介紹技術處的文字，引用自官網，也的確「官樣」。這正是邱求慧欲改變的其中一點。「我來之前就已經在變了，我來之後可能變本加厲！」身形高挑、身著合身西裝的他接受泛科學採訪，坦言希望政府的科技成果也能更科普，別老是艱澀又官樣感。「這樣政府做的很多事沒人知道，就很可惜啦。」他說。

我來，是為了發展 100 個故事

雖然網站上關於技術處的介紹不太親民，「技術新知快遞」、「產業技術知識+」等專欄的內容亦針對產業界撰寫，稱不上科普。但技術處早就整合了 20 多間研究機構（工研院、資策會、生技中心、金屬中心等），透過「解密科技寶藏」的網站、社群媒體跟實體展覽，積極地想讓這些成果「被看見」。

邱求慧說，雖然技術處與法人面對的廠商大多都很專業，但也不是專業性都那麼高。而且再怎麼專業，也得跨領域跟其他專業互動。同時作為政府一環，技術處也要對立法委員、一般民眾溝通，讓大家都能懂。因此他要求同仁未來產出的內容別再官樣，要更科普，讓技術處裡處外與民意代表都能懂。

在去（2021）年 10 月，行政院跨部會主辦之台灣創新技術博覽會（前身為台北國際發明暨技術交易展）期間，技術處展出約 80 件具前瞻性及產業效應的技術。身為領導人，邱求慧積極現身推廣，邀請吳淡如、路怡珍兩位各具影響力的 Podcaster/YouTuber 合作，用輕鬆、聊天的方式談展出的技術。

「例如路怡珍就問我，什麼是 WiFi 雷達？」說到 WiFi 大家都知道，但 WiFi 雷達其實是用來精準定位跟監測人體生理訊號，由工研院在技術處支持下開發成功。簡單來說，就是像蝙蝠的聲納。WiFi 雷達可以用在電廠鍋爐爐管檢測、提高人員作業安全；也可監測是否有粗心父母、飼主把小孩子或寵物遺忘在車上；由於能感應呼吸心跳、翻身次數，WiFi 雷達也可用來偵測睡眠品質。邱求慧表示，就是要透過不熟悉這些技術的網紅，來幫大家問出專業覺得稀鬆平常、但對非專業卻隔層山的問題。

除了帶來外部流量，邱求慧也強化內部賦能。例如在為研究機構（法人）辦的講座，邱求慧請來《TVBS 一步一腳印》的主持人詹怡宜與暢銷作家/故事教練許榮哲對教科技人「怎樣把科技的故事講好」，「技術如何服務社會」。

「以前的技術處長可能是來發展 100 個技術，我來這邊，是為了發展 100 個讓人記得的故事。」他以身作則，親自訪談技術處企業創新研發專案補助的案例，挖掘故事。他說得很直白：「我看官樣的影片、文章，馬上就略過了啦！所以我來了以後就跟同仁商量，能不能換個方式，把過程中的故事擷取出來。」

補助是沃土植花，非錦上添花

在受訪前一天，技術處剛發表一則微電影「那些足球教我的事」，講的是聯發科獲得技術處「A+企業創新研發淬鍊計畫」的故事。邱求慧記得剛到技術處述職，就被質疑：「聯發科已經是傑出的廠商，為何還要靠政府補助？」由於這是他來之前的決策，一開始他也無法回答。

後來與聯發科總經理黃合淇交流，他才了解其中來龍去脈。黃合淇對他說：「你不要看我們聯發科現在很風光，股價破千，但我在申請的時候股價才 200 多。」由於在 4G 階段，聯發科進度發展落後，與競爭對手高通的距離拉大，現金流短缺，研發經費只有高通的 ⅓ ，這時迎來 5G 競爭，明顯居於弱勢。

5G 以頻段區分，可分成 6 GHz 以下的 Sub-6 與 24GHz 以上的 mmWave 毫米波。高通選擇發展 Sub-6 GHz 與 mmWave 毫米波整合晶片，聯發科卻只發展 Sub-6 窄頻晶片，這在當時是個風險極高的大賭注。然而後來由於各國市場考量成本與產業生態鏈，率先採用 Sub-6，反而讓聯發科獲得先發優勢，恢復元氣，成為現在的破千股王。邱求慧表示，回到那個時間點，聯發科面臨的挑戰極為嚴峻，畢竟 5G 若再失敗，遑論 6G。

雖然經濟部破紀錄補助了 7 億，但聯發科自己投了 300 億。「我問他說：7 億跟兩三百億差那麼多，還要花時間寫報告給政府，何必呢？他說那是一個信心，代表政府願意跟他站在一起，去幫他背書。雖然聯發科在台灣很大，但在國際上的競爭對手更大。」

邱求慧笑著說，成功之後，人們才說現在股價那麼高，怎麼還拿政府補助？但誰想起 4 年前那場豪賭？於是他決定邀請導演，將這故事透過微電影演繹。

「作為處長，資源怎麼分配是很大的難題。」邱求慧語氣慎重地說，如今台灣大型科技企業每年研發經費至少 6000-7000 億，但技術處的 A+ 計畫補助一年才 20 億，補助對象還包括外國企業，如 A+計劃下的「全球研發創新夥伴計畫」邀請與我國企業有互補互利關係之外國企業在國內共同研發，補足研發升級之缺口。他另外補充表示，經濟部工業局的產業升級創新平台輔導計畫（TIIP）每年也才 10 億多，與 6000-7000 億的企業研發經費根本不同規模。

「40 年前，台積電可能可以靠政府全力支持站起來，但現在企業已經發展得很強了，不可能一體適用。我們只能挑有潛力、要起步的新創，幫助他們越過死亡之谷，或是挺現有企業挑戰極為困難的課題。」邱求慧說。

因此他認為政府的補助就算是雪中送炭，也只能送給有潛力的哪些。如何看懂、挑中潛力者，帶回千百倍的效益，就是他與技術處的挑戰。他強調：只要企業迎向挑戰，面臨巨大風險，政府會幫一把。「我是在他需要的時候支持他，不是在他好的時候。」

科技要有社會影響力

另外一部技術處近期上傳的影片「我的黑手阿爸」，則是傳統機械工廠的數位轉型故事。在技術處支持下，工研院開發了「智慧機械雲」，這是一套簡易的傳產數位轉型方案，透過數位機上盒收集機台資訊，讓資料透通，還可進一步客製化，基本的 ERP、進銷存、物流管理等服務都有，進階 App 如「射出機通訊模組」、「幾何公差標注模組」、「工具機剛攻性能評價」等熱門項目，皆可免費下載。

邱求慧說，要黑手老闆花 200 萬導入科技專案很難，要把 200 萬賺回來也很難，因此政府直接提供解決方案。為了推廣，技術處做了田野調查，找到一對父子，爸爸是黑手，兒子則在工研院服務，想用智慧機械雲幫忙，但卻被父親痛斥，覺得是在否定自己把孩子拉拔長大的技術。當然，父子後來互相諒解，攜手合作，按照數據反饋調整機台，提升良率。拍成微電影後，很多老闆看了，對機械雲興致大增，很快會員數就破千家。

以身作則說故事之外，邱求慧更進一步改變法人的績效指標，加入一個評量重點：社會知曉程度。他表示以前的指標不外乎專利數量、技轉金金額、成立公司家數……「但以後還要看有多少外界的人知道、在乎我們在做什麼」。

顯然，單向說故事並不夠。邱求慧要求技術處與旗下法人要重視社會影響力，以實際行動改變偏鄉、弱勢處境，解決問題。「政府存在，本來就是要照顧弱勢，解決市場失靈的問題。」以南投縣仁愛鄉的科技食農驗證場域為例，由於近年來山區缺水，導致作物收成不理想，技術處透過科技專案，導入工研院的農工整合技術，例如環境感測精準滴灌，能節省工時與一半以上的用水。或是針對當地特色作物「大和當歸」做 DNA 鑑定，採取「多重壓差萃取技術」，分析其含有豐富植物多酚、黃酮素等高抗氧化物，再加工開發「大和當歸薰香」、「大和當歸複方多醣體養生飲品」、「護手護足精萃」等產品，做到全株利用零廢棄。

「我們用經濟部技術處的品牌來跟通路洽談，跟農委會與交通部一起合作，打造伴手禮跟智慧旅運。例如一個小農要載貨到鄉公所，但沒有車，就可以用在地專用的叫車服務來集客、隨選駕駛。」邱求慧表示，技術處整合這些科技，帶來觀光客、讓物暢其流，也為地方創生打下基礎。本身熱愛登山跟歷史的他更興奮地表示，離仁愛鄉公所不遠，就是當年莫那魯道逃亡的路線，富有傳奇色彩與歷史意義，很期待當地能逐步整合這些特色。

接地氣還要接未來

介紹專案，邱求慧興致勃勃，談臺灣科技的下一步，他則戰戰兢兢。

他表示，技術處「永遠都有選題的問題」。淨零碳排、美中貿易戰、後疫情時代都是重要趨勢，但與其見風轉舵，他更在乎法人的創新力。

「法人的角色，在台積電成立後，偏向幫現有廠商解決技轉問題。做前瞻技術，成為新創的，比例不到 1%。」他稱這些都是「累加性的改良」，而不是「顛覆性的技術」，是在既有的神山上堆石頭，而不是另一場恢宏的造山運動。

他坦言「新的技術進到既有公司，有董事會、營收壓力，反而會壓抑突破性的創新。」新創公司的時間感則不同，比養在內部的團隊更有機會點燃創新。即使這兩年台灣半導體備受全球關注，他亦不諱言這是臺灣吃了 40 年的老本。韓國有 Naver、Kakao，中國、美國更不用講，臺灣呢？

「我們過去太成功了，在金融風暴時也太成功了，卡在成功的路徑上，覺得這樣很好。但我覺得台灣若再吃老本，也吃不了十年。」因此邱求慧鼓勵技術處與法人從選題開始，就要設想 10 年後，跨大步創新。他的目標是提高法人研發技術衍伸新創公司的比例，從1%提高到 20%。他說，生技公司莫德納（Moderna）的 mRNA 技術，10 年前也被看成笑話，臺灣要有投資 10 年後甚至更長遠的想法，不然只會原地打轉。

他坦言，法人被 KPI 導向思維綁住，待在舒適圈太久。「有哪個專案 KPI 會達不成？久了法人都把 KPI 設定得容易達成，但有產生真正的大效益嗎？」

為了替法人注入衝刺、挑戰的文化，得先移除對失敗的恐懼。邱求慧表示之前法人計畫若沒達成會扣款，但他認為失敗是正常的，失敗不該直接連結懲罰，反要鼓勵失敗繼續衝。因此他甘冒風險，推出一個關鍵改革：法人的研發成果收入上繳，從原本只收現金，改成現金或股票皆可。

他表示法人機構長年下來，已能精算上繳金額跟成長率，但「每年都成長 0.5%」。「我覺得『幹嘛呢？』每年都成長 0.5 %，10 年後也只不過是打平，這樣台灣怎麼會進步？」

雖然股票可能會成為壁紙，但也可能上市，如台積電那樣，成為臺灣下一個 30 年的護國神山。開放法人上繳股票，就是鼓勵法人把技術變新創。「我們就讓他一年成長 10%、20%、30%！當然，也可能後年降 5% ，但平均年成長率可以是 5%-10%。」

他說有人可能罵：為什麼你當處長，法人上繳的金額下降？「但我讓你罵嘛！大家要看長。你會發現，法人過了下一個 10 年，成長率是高的，而不是停滯的。」他滿懷信心，但也認真強調要讓法人去衝。當然，創新也要有風險概念，但「你的風險我幫你承擔，我的風險我想辦法承擔。頂不住我就不會戀棧。」

法人每年拿很多國內外獎項，有如 KPI 達成之外的加分題，但他認為若要真正彰顯得獎價值，要盡量「把獎項當工具，去為新創募資」，而不是把得獎當成最終目的。

技術處支持工研院研發的「智慧倉庫解決方案」，在 2021 年 4 月得到美國愛迪生獎人工智慧類別金獎，讓工研院連續五年獲得愛迪生獎。邱求慧說，有人質疑工研院怎麼做得過亞馬遜，關鍵在於臺灣地小人稠，才會發展出立體倉儲方案。他期待像這樣的軟體創新能夠更多，成為一股造山力量，畢竟臺灣不能只靠硬體神山。

為臺灣打造科技新神山，是邱求慧的任務，但臺灣的山巒以及此間的古老故事，卻是邱求慧的精神棲地。

「我雖然是工程人，但在生活上都看人文、歷史的書。」他自陳從小就對人文有興趣，雖然由於社會、家庭的期許走上工程之路（還走得非常好），但他始終覺得自己是個「被耽誤的歷史學家」。在工作之餘，人文歷史的探究、山巒林間的縱走，幫他紓解了壓力，讓大腦切換再啟動。

「投入另一個領域，幫自己找到方向，可以 refresh 自己。最重要的是本身有興趣。」他時常在個人臉書上發表自己對古代文獻的研究心得，樂此不疲。

為了寫一篇文章，他要收集百篇文獻，釐清脈絡、時間。去年（2021）10 月，他登新竹五指山，還解開一宗清朝兇殺命案。為了寫這篇，他分析了林爽文事件前幾年，臺灣民眾對政府的不信任，為的是看出歷史事件代表的意義。

「有時候不是科學難懂，而是人們不相信政府。那要做什麼大家才會相信？」做為經濟部技術處處長，愛講故事的邱求慧一方面從歷史學教訓，也要培育科技與創新，讓台灣有值得傳誦到未來的新故事。

本篇文章由科技部、經濟部贊助，泛科學策畫執行。

文／彭琬芸｜台大新聞所碩士生

雞蛋不能放在同一個籃子裡，這個道理大家都懂，但我們現在幾乎所有的能源都仰賴進口，一旦某個環節出了狀況，我們是不是就沒有電可以用了？你可以想像沒有電力的生活嗎？

無論是滑手機處理工作，或在夜裡點一盞燈閱讀放鬆，現代人生活都脫離不了電力能源。整個社會要能正常運作，能源是如貨幣般不可或缺的存在。

台灣的能源自主性非常低，高達 98% 的能源仰賴進口[1]。為了讓台灣不再過度依賴進口能源、提升能源使用效率，「第二期能源國家型科技計畫（National Energy Program Phase II，簡稱 NEP-II）」應運而生，希望從六大主軸切入，改善台灣的能源體質。

降低火力發電衝擊—「減碳淨煤主軸」

能源自主，卻也帶來污染與暖化風險。火力發電占台電發電量比例近八成[2]，燃煤產生的二氧化碳（CO₂），正是造成暖化的溫室氣體之一。

台灣仰賴火力發電，無法避免二氧化碳產生，因此「捕捉」二氧化碳不讓它散入大氣，成為減碳解方。減碳淨煤主軸中心召集人談駿嵩說明，台灣工業研究院擁有「鈣迴路」捕獲技術專利，運用氧化鈣（石灰）「吸」住二氧化碳，目前這項技術應用在台塑麥寮工廠每天能多捕捉一噸的二氧化碳。

另一個解決之道，則是將發電產生的二氧化碳供給植物生長，自然地消耗掉。NEP-II 減碳淨煤主軸計劃，運用火力發電產生的二氧化碳培養微藻，方式是透過將二氧化碳轉換成碳酸氫鹽（HCO₃^–）溶入水中，作為微藻的生長的碳原。小小的微藻，營養價值極高，可以製成藻蛋白、DHA 等營養補充品，有很大的商業價值。

尋找潔淨新能源—「地熱與天然氣水合物主軸」

臺灣四面環海，海洋不但帶來漁業商機，也蘊藏能源潛力。例如天然氣甲烷（CH₄）在深海低溫與高壓的環境下，會與水分子形成像冰塊，卻可以燃燒的潔淨「可燃冰」。

地熱與天然氣水合物主軸中心召集人黃柏壽解釋，十年前台灣就發現西南海域有不少甲烷資源，但過去探勘技術不成熟，只能盲目地從海面上朝深海投放儀器，效果有限。

現在 NEP-II 地熱與天然氣水合物主軸計畫，已研發出結合視訊功能的探勘儀器，可以「看到」海底實際情況。另一項能在海底移動，由中山大學負責開發的「深海拖曳式光纖探測系統」，則能讓研究員取得即時、精確的海床影像。新偵測技術不但讓探勘可燃冰變得更容易，還能觀測海床地形、調查海洋生物，一舉數得。

• 深海拖曳式光纖探測系統取得的海床影像

「智慧電網主軸」以資訊網路技術調控能源分配

「智慧電網（Smart Grid）」的概念是用現代發達的網路技術，調節電力供應，更有效率地分配能源。智慧電網也能降低尖峰時段用電，避免發電單位超載。

台灣發電廠多位於偏遠地區，智慧電網主軸中心項下計畫主持人陳彥豪說明，發電廠距離需求端越遠，輸送時損耗的電力就越多，一旦發電廠故障，更會造成大區域停電，而智慧電網更即時與細緻的調度，有機會降低停電的規模。也因智慧電網具有監控電力使用與調配能源分配的特性，能增進再生能源利用率，並讓區域間電力交換分散式發電概念得以落實。目前澎湖群島已有智慧電網示範區。陳彥豪也預告未來將和台北市政府合作，在公共住宅中設置智慧電表、太陽能發電系統[3]，使公共住宅能作為小區域能源儲存站。

發展在地優勢能源的「離岸風力與海洋能源主軸」

離岸風力與海洋能源主軸設計的「浮游式黑潮發電機」，則瞄準圍繞台灣，流速快、流量大的黑潮洋流，機組「飄」在海中，就可以利用洋流動能發電。浮游式黑潮發電機不但可以調節浮力，還能自行利用海流調節深度，確保機器隨時處於最高效率。

受季風吹拂的台灣，擁有得天獨厚的風力能源。NEP-II 的離岸風力與海洋能源主軸計畫，建造了台灣第一座海洋氣象觀測塔，收集海象資料，作為離岸風力發電機的建置依據。未來將在在彰化芳苑、苗栗竹南外海設置示範風機，設備建置與建置後的發電成效值得持續關注。

「替代主軸」降低台灣對化石燃料的依賴

植物組成、萃取出的「生質能」燃料，則是台灣少數可以全自主生產的能源。NEP-II 的替代主軸的生質精煉廠已能將玉米桿、牧草轉化為工業用酒精。

要把植物的纖維素轉化為酒精，必須借助酵素，纖維素才能被水解成小分子的葡萄糖與木糖，替代主軸開發的「高活性酵素生產技術」，則把步驟成本壓低，和國外進口酵素相當。

最後，替代主軸也研發出能將葡萄糖及木糖一起發酵成酒精的乳酸菌，讓台灣能真正自主掌握生質能源的生產技術。

生產生質能源的技術，也能應用在其它生質原料上，替代主軸計畫主持人郭家倫補充，過去台灣要製造聚乳酸（PLA）生質塑膠產品，需進口上游原料，現在台灣自己就有生產技術，不但能降低對國外市場的依賴，對環境友善的聚乳酸塑膠包材也很實用，可以廣泛運用在附加價值高的耐高溫包裝、醫療用手套、線材等。

提高現有能源運用效率的「節能主軸」

去（104）年，台灣有三成以上能源消耗在運輸、住宅與服務業上[4]。NEP-II 節能主軸發展電動車技術，以減少石化能源浪費。進入試量產階段的電動車，未來將為中華航空、新竹物流等業者所用，業者也會回報使用數據給研究員，進一步改善電動車技術。

節能主軸計劃也研發出「高效率馬達」，用在風扇類產品中可以節省用電達 1/4。國內吊扇製造場也參與產品開發，預計明後年就能在市場上找到省電又涼快、「CP 值高」的住商用風扇。

邁入第三年，國家能源型計畫 NEP-II「減碳」、「地熱」、「智慧電網」、「離岸風力」、「替代」與「節能」六主軸詳細成果，將於 9 月 29 日至 10 月 1 日在台北世界貿易中心展覽一館展出。

參考資料

1. 第二期能源國家型科技計畫（NEP-II） 網站
2. 104 年發電量占比，台灣電力公司
3. 台北市公共住宅結合智慧電網計畫
4. 104 年經濟部能源局能源供給與消費流程圖

工研院綠能所的團隊經過多年的努力，研發鈣迴路碳捕捉技術，可以減少燃燒廢氣中90%的二氧化碳，此技術已經從新竹的實驗室移轉到花蓮台泥和平水泥廠進行放大試驗，技術上不僅有重大突破，未來還有很大的研發潛力，因此獲得全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards）。

除了跟大家分享工研院的研發成果，泛科學也想聽聽研發團隊的故事，L編跟Z編來到好山好水的花蓮，不僅吃了扁食、參觀了捕捉二氧化碳的碳捕捉試驗廠，我們也捕捉到工研院的徐恆文、柳萬霞跟黃欽銘三位研究員，與我們分享得獎光環背後這段勵志又靈異（！）的研究人生。

地方的研究需要業界支持

研發團隊進行研究的最終目的，是讓技術可以實際幫助產業。在實驗室裡，所有條件都能受到良好的控制，但是規模也小。若想要放大到商業規模，得經過重重階段，才能達到預期，若貿然轉移給產業，反而會增加失敗的風險。柳萬霞說：「我們這個鈣迴路的計劃中包含了在產業實踐的試驗廠，多做這一層研究，就能搭起實驗室跟產業之間的橋樑，這是比較完整的模式。」

經過多次的提案經驗，徐恆文領悟到研究單位找業界合作的祕訣，他認為「不僅要找到對的人，更要找到能做決策的人。」通常提案在企業中會一層一層的往上審核，即使雙方再怎麼相談甚歡，若公司的決策者最後無心參與，團隊還是前功盡棄。與台泥的合作案一開始也沒那麼順利，但由於辜成允董事長秉持著「環保是企業責任，不是成本」的信念，大力支持工研院的鈣迴路碳捕捉計劃，最後試驗場才得以順利進行。可見找到有意願又有權力決策的人是很重要的。

產學合作重要的溝通技巧

找到夥伴後，產學合作的雙方需要互相學習才能成功，學界研究人員儘管學歷高，也要能虛心受教，現場人員才願意分享寶貴的實務經驗。工研院研究的主軸不在前瞻的開發，而是發展能提升產業的實用技術，這需要產業的合作，才能驗證理論的可行性，真正幫助的業界。黃欽銘說：「學界、業界各有所長，沒有誰好誰壞，首先要開誠布公地說明彼此的優缺點，兩者才能互相幫助。」徐恆文點頭贊同：「我們在新竹實驗室的碳捕獲規模為3KWt，原本預計在花蓮先建造十倍大的試驗廠，若成功了再一步步擴大試驗，台泥和平廠的鎮廠之寶黃廠長卻建議我們直接做2MWt的規模，這整整是實驗室規模的600倍！對我們來說是很大的冒險，但我們相信黃廠長在業界累積的專業經驗，接受他的意見直接做2MWt的試驗廠，以現在的成果來看，黃廠長的確做了很正確的決策。」

徐恆文繼續說：「我們剛來台泥建碳捕捉試驗廠時，燃燒機的設計有待調整，採集樣本非常困難，黃廠長見狀主動幫我們改良燃燒機的設計跟下料位置，為我們解決了很多問題。」柳萬霞說：「其實合作時研究單位會用到業界的資源，在水、電、場地、人員管控上都會造成現場工作人員的麻煩，黃廠長提供我們很多援助，也參與我們的研發討論，讓我們吸收到很多業界的經驗。」

克難做實驗，甘苦誰人知

資源的缺乏是很多研究人員共有的煩惱，柳萬霞想起一段往事：「鈣迴路試驗廠建立的第一年，我去匹茲堡參加了煤炭研討會，在會議中巧遇舊識，寒暄兩句後發現彼此都在做碳捕捉的計劃，朋友很高興地跟我說：『我們今年跟美國的公司合作，領到400萬美金的經費喔！你呢？』我當下被這個金額震懾住了，但還是要故作鎮定的回答：『我們有40萬。』『哦？美金還台幣呢？』面對這尷尬的問題，我只能樂觀地回應：『呵呵，未來無上限啦。』其實面對400萬美金的預算，四十萬台幣這幾個字我根本說不出口！」柳萬霞哈哈大笑。「所以台泥給我們的資源真的很重要，業界有心，我們才能一起克服研發的困難，希望有更多業者能支持實驗轉商業這個階段的研究。」

除了業界的資源，工研院團隊也收到許多專業人士的幫助，柳萬霞說：「我們在這個研究領域起步較晚，需要很多人的幫忙，除了交大熱心提供實驗儀器外，我們也受到各界專家的指導，像是西班牙CSIC的專家Abanades Carlos、還有在美國俄亥俄州立大學任教的范良士院士等等，都不藏私地提供我們很多協助。」

養肝千日，用在實驗時

克服了儀器、經費的問題，研究人員也需要具備超人的毅力和體力，不僅要「拋家棄子」遷居花蓮進行試驗，還要應付日夜顛倒的研究生活。黃欽銘說：「當時我們在工研院旁邊有一個試驗廠，每一次的實驗都會時續兩三天，我跟同事就必須輪班接力，有一天我們同事兩人在觀察移動床煅燒的硫化現象，當時是清晨五點左右，廠區內只有我跟同事兩人，天色還暗著，我已昏昏欲睡，在眼睛闔上的前一刻，忽然有一道白影從前方一百公尺處迅速飛向廁所，我以為自己精神不濟而產生幻影，也不疑有他，剛好尿急就準備動身前往廁所，這時同事卻說：『你膽子真大，看到白影飛向廁所還敢追上去看！』我才發現，原來之前看到的不是眼花，害我晚上都不敢去上廁所！」

徐恆文說：「這個實驗真的很玄，我們搬來花蓮的試驗廠後，同仁輪大夜班時，也曾發生空氣壓縮機被關閉的事件，我們排除了一些可能了人為因素，還是找不到原因，很有趣吧。」聽完研究團隊笑中帶淚的故事，才知道鎂光燈下的榮耀背後有多少汗水。希望他們試驗廠的下一步發展也能這麼順利，期待未來聽到更多好消息！

本系列文章由工研院支持，PanSci編輯部策劃執行。