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好大的空氣清淨機呀—專訪工研院鈣迴路碳捕捉技術團隊

雷漢欣
・2014/10/29 ・2469字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

榮獲2014全球百大科技研發獎的鈣迴路二氧化碳捕獲試驗廠。照片來源:工研院
榮獲2014全球百大科技研發獎的鈣迴路二氧化碳捕獲試驗廠。照片來源:工研院

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。

研發團隊的黃欽銘(右起)、柳月霞、徐恆文,與綠能所胡耀祖所長(左二)台泥辜董(左三)、工研院徐爵民院長(中)合影。照片來源:工研院
研發團隊的黃欽銘(右起)、柳月霞、徐恆文,與綠能所胡耀祖所長(左二)台泥辜董(左三)、工研院徐爵民院長(中)合影。照片來源:工研院

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。」

徐恆文(左三)、柳月霞(右一)、黃欽銘(右二)分享鈣迴路碳捕捉技術的研究歷程。照片來源:工研院
徐恆文(左三)、柳月霞(右一)、黃欽銘(右二)分享鈣迴路碳捕捉技術的研究歷程。照片來源:工研院

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。

文章難易度
雷漢欣
20 篇文章 ・ 3 位粉絲
PanSci的菜菜實習編輯,來自溫馨的動科系,心情好的時候喜歡說「你知道嗎!?」小故事,即使常得到「誰不知道阿.......」的冷眼回應,也不改其志。

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護國神山老本還能吃多久?孵化顛覆創新,臺灣缺什麼?——專訪經濟部技術處邱求慧處長
鄭國威 Portnoy_96
・2022/01/13 ・5854字 ・閱讀時間約 12 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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。

邱求慧接受泛科學採訪 / 攝影:吳逸驊

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。

2021 創博會展出各種具前瞻性及產業效應的技術,如自動駕駛。圖/台灣創新技術博覽會

「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。」

邱求慧接受泛科學採訪 / 攝影:吳逸驊

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。

聯發科以 Sub-6 窄頻晶片,在 5G 市場上取得先發優勢。圖/Pexels

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。

結合新科技,傳統工廠也可以很先進。圖/Pexels

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。」

邱求慧接受泛科學採訪 / 攝影:吳逸驊

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。

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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 757 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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台灣要減少能源外包,這裡有些可行的做法
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2016/09/22 ・2652字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

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。

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「捕獲」二氧化碳的設備。點擊看大圖。

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。

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透過雲端收集資訊的智慧電網管理系統,即將應用在台北市的公共住宅中。點擊看大圖。

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。

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「飄」在海中,利用洋流發電的浮游式黑潮發電先導機組。

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。

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植物的纖維轉換成生質能的流程。點擊看大圖。

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
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變身國王 自己決定電要怎麼發
劉珈均
・2015/03/17 ・3518字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 575 ・九年級

英國2050 Calculator網站:「你能將二氧化碳排放量減至1990年代基準的20%,避免劇烈的氣候變遷嗎?」。(圖:截圖自該網站)
英國2050 Calculator網站:「你能將二氧化碳排放量減至1990年代基準的20%,避免劇烈的氣候變遷嗎?」。(圖:截圖自該網站)

「讓一條公路上的汽車都使用生質能源!」

「讓建築大樓用電的10%靠再生能源,自己的用電自己發!」

如果讓你掌管一座城市,擔任呼風喚雨的國王,可以隨心所欲在滑鼠彈指間蓋一座核電廠或廢除它、豎立起幾座離岸風力發電機、多種植幾十公頃生質燃料要用的田──當然各種選擇都必須付出相應的代價,你的大臣、NGO也會叨叨絮絮的告訴你──這是你專屬的城市,你會怎麼選擇生活方式、分配發電組合?

2050能源供需模擬器」(2050 MyCalculator)便由此而生!點入介面,便一腳踏進能源界的模擬城市,自己發想策略,設法維持城市的能源供需。英國「能源及氣候變遷部」(Department of Energy & Climate Change)率先在2009研發能源模擬器,以情境分析為基礎,讓大家身歷其境,自己考量要如何行動。類似RPG遊戲,遊戲中有各種狀況、限制、要付出的代價(能源風險、成本、排碳量、電費),玩家可以任意改變各種發電組合與生活方式,能源模擬器會計算並告知,在該情境之下,能源供需是否達成平衡,同時能源安全、碳排與其他項目會發生什麼變化。

工研院綠能所隨即跟進,2013完成台灣版的能源供需模擬器,並改良設計為更平易近人的遊戲。英國「能源及氣候變遷部」首席科學顧問、劍橋大學教授大衛˙馬凱(David MacKay)、工研院綠能所所長胡耀祖分別為英台兩款能源模擬器的主導者,他們在二月的「2050能源供需情境模擬器國際研討會」相聚,聊聊「建城」的過程與心得。

劍橋大學教授大衛˙馬凱(David MacKay)
劍橋大學教授大衛˙馬凱(David MacKay)

工研院綠能所所長胡耀祖。
工研院綠能所所長胡耀祖。

 

 

 

 

 

 

 

 

從桌遊紙卡到風靡各國的模擬城市

這款「能源模擬器」由英國吹向世界各地,比利時、日本、韓國、中國、巴西、印度、印尼、越南、南非……包含台灣在內,目前全世界共有18個國家依自身狀況,建設各自的能源模擬器。

英國是全球第一個將節能減碳目標賦予法律意義的國家,2008年英國制定「能源法」(Energy Act 2008)與「氣候變遷法」(Climate Change Act),明定減碳目標與時程,預定在2020年前達成15%能源來自再生能源、在2050年將二氧化碳排放量減至1990基準的20%,並建立碳預算系統,提供排放交易機制的基礎。

英國「能源及氣候變遷部」首席科學顧問、劍橋大學教授大衛˙馬凱(David MacKay)說,美好的想望得加上可靠的計算,才不會產生不切實際、設計不良的政策。面對盤根錯節的能源議題也是,必須同時考量供需兩端的現實需求與限制,再作判斷。

英國的能源模擬器從紙卡遊戲、網路圖表,演變為帥氣如電影《阿凡達》漂浮島的情境模擬。
英國的能源模擬器從紙卡遊戲、網路圖表,演變為帥氣如電影《阿凡達》漂浮島的情境模擬。

馬凱演講時提到,其實這款能源模擬器的最初原型只是紙卡遊戲,他的學生艾蜜莉亞˙麥爾維爾(Emilia Melville)重視互動,她設計了一款紙卡,上面標示各種發電資訊,參與者拿著紙卡拼貼發電組合、討論影響與後果。後來這紙卡遊戲放上網路,又覺得單只有圖表資訊太枯燥,繼續一代代改良,並加入能源成本等更多資訊,才變成現在這帥氣模樣。

馬凱說,要模擬各種能源搭配、計算該情境會帶來什麼影響,必須取得龐大資料作為支撐,過程中與政府各部門溝通、取得信任和共識是最困難的,DECC還曾經認為模擬器的地圖顯示了太多資訊,有國安顧慮。不過,模擬器開發完成後,英國已用這項工具蒐集數萬筆資料作為制定能源政策的依據。

影響能源供需的許多因素會不時波動,馬凱說,接下來英國團隊計畫加強視覺化,並將資料庫更新的時程縮短,讓模擬器能更切合地反映能源供需變化。

入境隨俗到台灣

工研院從過去四五十年累積的環境與能源資料提取,並納入台灣自有的130項低碳能源技術、整合為34個情境。他國模擬器大多無遊戲互動版本,比起原本的英國模擬器樣貌,台灣還加入了經濟成長率的連動性、碳排放量估算、限電代價等指標,這些都是變動條件,每三個月至半年要更新一次,胡耀祖開玩笑說:「經濟學家給我的GDP一年變動五六次,我們學工程的人真不習慣。」而在核能取捨的選項,模擬器也列出核一至核三是否延役、核四是否商轉的排列組合。

能源政策與氣候變遷、科技發展、國家環境相互牽動,減碳的必要性帶出了再生能源發展議題,長期而言,再生能源有利減碳,但站在供應端的立場,就必須注意電力充足與穩定性,若有任何時刻供應不足,就必須用傳統燃煤燃氣補充,而這又回到成本與政策討論,大家願意付出多大的代價維持供電條件。

台灣的能源模擬器簡易遊戲版介面,另有進階版、Excel核心運算模型、讓大眾討論意見的能源論壇。
台灣的能源模擬器簡易遊戲版介面,另有進階版、Excel核心運算模型、讓大眾討論意見的能源論壇。

當然,降低成本的渴望也會促使科技研發往前推進,胡耀祖說:「現在看太陽能發電成本就與3年前差了一半!」但另一方面,科技也有其限制,例如台灣研究碳捕捉與封存技術(CCS)已有十年經驗,可抓下電廠煙囪的二氧化碳,甚至獲得素有科技界奧斯卡獎之稱的「R&D 100 Awards」。但胡耀祖認為,20年內還無法利用CCS解決碳排問題,因為「捕捉碳之後沒有地方存!一聽要把二氧化碳打入地底,在當地幾乎沒獲得任何人支持。」工研院轉而找水泥廠合作「碳迴路」,將二氧化碳100%回收、液化重新使用,多的還可以賣給乾冰、碳酸飲料等民生二氧化碳需求。胡耀祖說,IEA提到CCS可貢獻3%至17%的減碳量,前提是有地方存,否則作到如工研院現在的進展後就會停滯了。

模擬器的選擇分成「Level 1」至「Level 4」四種等級,像光譜的兩端,靠向Level 1的一端是放任、不刻意作改變;Level 2是國家的政策現狀;Level 4則是「理論上可行就定下了」,必須極有魄力地改變社會,有時甚至顯得極端。

胡耀祖說,四個等級的每個參數都有所本,都是經過學者討論、共識決而定下的。他舉例,估算地熱的發電量有許多不同的意見,循環量、土地的加熱狀況、溫度維持等各種條件充滿假設與計算,各方計算的數據可達十倍差異,團隊便邀集學者溝通、論辯,取各專家協商之後公認的可接受值;對於口號響亮的「陽光屋頂百萬座」計畫,綠能所團隊花了快一年半的時間才敲定面積計算方式,自己人就「吵半天」,不斷計算、對照各處數據才公布;土地面積是建設規模的侷限,若為了保護白海豚,不在牠們的棲地建置離岸風機,反映成數據便必須將200支風機移往更深水處,這又牽動工程難度、成本與地質考察,加上政府希望帶動台灣發展離岸風機產業,重新計算後,總裝置容量達6.2GM的離岸風機時程便要往後延五年。其他發電方式的參數也比照處理,胡耀祖說,公布的數值不一定可如實執行,但那些數據都是經過縝密精算的潛能。

淬鍊民意 不再雞同鴨講或「西瓜偎大邊」

胡耀祖說:「這款模擬器是為了幫助大眾在事實認定的基礎上作價值判斷。」有了開放平台、有了具公信力的數據資料,便能促進有效溝通,開放的數據也方便大家相互確認各方的論證;馬凱亦抱持類似觀點,他強調,他們並不推行特定解決方案,方案要自己想,模擬器的用意在於提供論證、充分告知各種能源搭配的影響後果。

路徑反映著玩家的選擇,匯聚起來便成民意所趨,可能從中解讀大眾對能源發展的意見。台灣的能源模擬器自2013年上線,工研院會定期向經濟部報告模擬器的成果與意見,目前累積七千多筆有效路徑,胡耀祖說,目前的路徑數還不足以分析出具統計意義的結論,未來會繼續分析這些路徑背後的意義。

胡耀祖說,根據調查,能源局的節能標章已達80%的認知度,「但這花了十年的時間才達成,期間經過兩次計畫補助。」工研院計畫從學校切入,對大學生與高中生開設講座與工作坊推廣能源模擬器,從教育著手,知識會擴散較快。

回到本文首段的兩個問題,馬凱說,如果把生質燃料所需的植物就種在路旁,假設公路為雙線道、車輛時速為60英哩、行駛30英哩便要用掉一加侖燃料、車間距為80公尺,一年一平方公里的田地可產生1200公升的生質燃料,計算之後,公路旁邊的田要綿延8公里寬的面積才足以供應所需;讓建築物自己發電供應10%的方案是大倫敦市政廳(the Greater London Authority)於2005提出,「Strata SE1」落實了這想法,它是倫敦最高的住宅大樓,特殊之處在於頂部嵌入三座9米高的風機,設計者估算那3支19KW的風機能為該建築物提供8%的能源,但馬凱指出,若真如照該設計運作,成本會比使用低碳能源高十倍。

價值選擇須以知識基礎作為支撐,正如馬凱演講時說的:「美好的想望得加上可靠的計算,才不會產生不切實際、設計不良的政策。」而模擬器的存在意義正是提供數據、論證與知識,充分告知每個抉擇在各層面掀起的影響,讓個人有穩固的資訊後盾作最終決定。

劉珈均
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PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。