【還能怎樣】徐盺煒：頁岩氣革命對能源發展之影響

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

文／曾泰琳｜台灣大學地質科學系

隨著國際油價的上漲，人們不斷努力尋找石油替代能源或是精進探採技術以提高產能，終於在 1990 年末於北美地區成功開採頁岩油氣並開始量產。開採過程中的關鍵步驟之一是將加壓液體灌入地底，使緊實的頁岩層產生微小裂縫，再通過這些相連通的孔隙將底下的油氣沖洗（flush）到地面上蒐集，這種高端的技術稱為水力壓裂法（hydraulic fracturing），此原理也常被應用在地熱能源的開發以加強地熱流通量。雖然水力壓裂技術已存在數十年，也一直有所改進，近期學者們卻開始對這種破壞岩石的開採方式表示關切，因為在這些生產區已出現一些「不尋常」的地震活動。

美國中部地區的統計結果顯示地震在近幾年有明顯暴增的跡象（下圖）。規模大於等於三的地震數量由 1973–2008 年間平均每年24 個增加到 2009–2014 間的 193 個，而現在單是 2014 年就有 688 個地震發生。地震發生頻率增加的地方並不是隨機的，而是在特定的區域，許多是油氣開採作業區附近，有的則鄰近回收水灌注井（wastewater-injection well），因此懷疑地震是人類活動引起而非自然發生。雖然被懷疑為觸發的地震其最大規模都在 4.5 至 5.5 之間，在台灣只能算是中型有感，但在平常沒什麼地震活動的美國中部就顯得相當突兀，也有一些災情傳出。要分辨人為與天然地震並不容易，需要好的佐證資料，提升對小地震的偵測能力。

這幾年來陸續有學者針對油氣開採區做詳細的地震觀測，想要藉此了解注水與地震的關係及特性。以美國 Ohio 的 Township 為例，2014 年的地震群在其發生的空間與時間皆可跟水力壓裂工地的施作對應上，於是可以認定地震是被誘發的，而觀測到的地震規模普遍都在芮氏規模三以下。

最近 2015 年 1 月 23 日在加拿大 Alberta 的 Crooked Lake 則發生了一起芮氏規模 4.4（地震矩規模 3.8）的有感地震。加拿大學者試著監控井壓及地震活動的變化，將地震以雙叉分法（double-difference）精確定位，結果證實 2011~2013 年的群震活動在附近數公里外之作業井施行灌注的時間相符，兩者時間序列的交互相關高達 99%，井壓大約 60 MPa。隨後該區又在 2015 年 6 月 13 日發生一起同樣規模的地震，顯然類似的活動可以不斷發生。

從斷層面解來看，這類地震都比較像是屬於剪切錯動型態的地震，並沒有很強的體積變化或非力偶分量。地震規模及數量則可進一步推求 b 值（即大地震與小地震的數量比關係），這些地震的 b 值估算約為 0.8–0.9，與水力壓裂產生裂隙所直接造成的地震（b 值 ~2）不同，因此一般相信這些地震可能是原已存在的老斷層被觸發而引起錯動。

到底水力壓裂如何影響地震的發生呢？斷層錯動需要達到一定的有效應力人為的影響（無論注水或抽水）都可能造成應力與孔隙壓力的變化，當剪切力上升、正向力下降、以及孔隙壓力增加之時較容易達到斷層破裂（或錯動）條件而引發地震。一般來說地震誘發可以是發生地本身的應力受到擾動，也可能是距離較遠的觸發，兩種狀況都被發現過。誘發地震發生時會釋放原本累積在斷層上的大地應力（tectonic stress），跟天然地震其實沒什麼不同。

那麼這種被誘發的地震規模能到多大呢？這個問題目前尚未有定論，原本 2015 年初所發生的 Alberta 地震被認為是加拿大觸發型地震中規模最大的一個，沒想到 2015 年 8 月時又出現一個更大的類似地震在加拿大 British Columbia，規模為 4.5，而 2011 年美國 Oklahoma 中部所發生的規模 5.7 地震也被懷疑與注水有關。由於這種利用注水壓裂岩石的方法在開採工程上已經變得相當普遍，站在地震危害的角度來說，未來應要持續評估它對環境所可能產生的影響，謹慎看待。

資料來源：

• Ellsworth (2013) Injection-Induced Earthquakes. Science, 341, doi:10.1126/science.1225942.
• Rubinstein and Mahani (2015) Myths and Facts on Wastewater Injection, Hydraulic Fracturing, Enhanced Oil Recovery, and Induced Seismicity. Seismol. Res. Lett., 86, 1060-1067, doi:10.1785/0220150067.
• Schultz et al. (2015) Hydraulic Fracturing and the Crooked Lake Sequences: Insights Gleaned from Regional Seismic Networks. Geophys. Res. Lett., 42, 2750-2758, 10.1002/2015GL063455.
• Skoumal et al. (2015) Earthquakes Induced by Hydraulic Fracturing in Poland Township, Ohio. Bull. Seismol. Soc. Am., 105, 189-197, doi:10.1785/0120140168.

本文轉載自「星期五的地質– Friday Geology」，由中華民國地質學會授權轉載。

今年 2015年 7月 1日，位於龍門的核四廠正式封存。這座三十幾年來於興建過程中曾停建再復建的核能發電廠，尚在測試階段，未曾正式啟用，就進入三年的封存計畫。近年來，核四爭議遲遲未能停消，反核、擁核的爭論也未曾平息。

能源議題無庸置疑與我們的過去、現在跟未來息息相關，關於能源的使用跟發展，我們還「能」怎麼做呢？

由工業技術研究院、PanSci 泛科學與經濟部能源局聯合主辦的還「能」怎樣—公民的能源通識課，一共有八場，全台跑透透，而首場就在8/6於台北正式開跑。這次講座的講者總共有兩位，分別是 PanSci泛科學的專欄作者 廖英凱以及成功大學資源工程系副教授 謝秉志。

這次邀請的兩位講者，對於能源議題的知識領域各有所長。廖英凱介紹一般民眾較為關心的台灣再生能源（風力、太陽能、海洋能、地熱能）及非再生能源（火力發電、核能）發展及現況；講者謝秉志則介紹較不為一般大眾所熟知的非傳統能源─（非傳統）油氣能源（頁岩氣、油砂、天然氣水合物）的潛力和發展。

由核能議題探討台灣能源供應狀況──廖英凱

能源議題分成三個面向 – 經濟、政治社會、安全 ，期中最能以科學角度解釋的便是安全問題,它主要又可分成兩部分 :

一、發電方式是不是安全的？
二、發電方式的相關產物是不是安全的。

其中，大家最關心的當然就是核電問題，我們可以用幾個簡單的問答來

Q：核電廠在極端的狀況下會發生核爆嗎？
A：不可能。

因為要產生核爆，要足夠多的中子撞擊，而核電廠所使用的鈾235濃度過低，用產生核爆所需的臨界質量是人類無法企及的無窮大（最左邊的紅線）；既然不可能達到幾何級數般的連鎖反應，自然也無法產生核爆。就像啤酒不能燒，但酒精濃度較高的高梁酒、藥用酒精是可以燃燒的道理類似。

Q：既然低濃度的鈾 235無法核爆，核電廠的能量從哪來？核電廠的核分裂怎麼發生？
A：核電廠用低濃度的鈾 235，運用精準控制中子數量和速度（還要叫中子慢一點），讓中子撞擊產生的核分裂足以引發下一次撞擊。

Q：福島核災的爆炸是怎麼一回事？
A：那不是核爆，是比核爆等級小得多的氫爆，但是氫爆把反應爐廠房炸開導致輻射外洩。

Q：人類在地球上已經丟過多少顆核彈？
A： 2053 顆。

核廢料主要分為兩種 : 高放射性廢棄物與低放射性廢棄物。高放射性廢棄物也稱作「用過核子燃料」、「乏燃料」，全部源自於核能發電產物。這些發電產物的處理程序大概是 :

1.從反應爐取出。

2.濕式貯存（貯存在核電廠的水槽裡冷卻）五年以上。

3.轉乾式貯存四十年（臺灣目前處在這個階段）。

4.尋找適合之深地質永久貯存或是回收再利用再處理。

另一種比較常見的低放射性廢棄物，主要也是來自於台灣的核能發電（包括核電廠除役的建材），其他醫療、工業、農業及學術研究。

相較於高放射性廢棄物，低放射性廢棄物的處置方式比較簡單 : 先固化封裝（包含金屬或粉末，都會先水泥化再放進桶子裡）、再設計一些工程結構或埋在地質障蔽（例如小山丘），尋找近地表處置或坑道存放。目前政府也想另尋較低爭議的低放射性廢棄物貯存地，有在考慮台東縣達仁鄉及金門縣烏坵鄉，但目前進度仍止於徵詢地方意見。

台灣再生能源發展狀況

若不想用核能發電，我們還有什麼其他自然資源可以運用在發電上呢？河川、風力、地熱、海洋能（洋流發電、溫差發電、波浪發電、潮汐發電）、太陽能等再生能源雖然發展前景看好，但是在發展這些自然資源的同時，也別忘了它們的發展阻力。

．水力發電：會影響河川生態。

．風力發電：受季節性影響，台灣夏天風小冬天風大，發電高峰和用電高峰錯置。除此之外，也可能帶來環境公害：噪音、陰影，甚至影響沿海生態。

．地熱發電：開發地都位處森林、山區及偏遠地區，有水土保護疑慮，目前的計劃案都停留在環評未過的階段，也還有管路結構和高溫鑽探等技術層面的問題仍待克服。

．洋流發電：設備必須符合防水、抗侵蝕，加上海底地形造成施工難度高，加上易受颱風來襲時可能造程設備損壞，建設完成後也可能造成漁業生態浩劫及航安問題。（地熱及洋流發電在台灣要進展到可以實際投入發電的階段，可能尚需5到10年的時間）

．太陽能發電：夜晚和日照不足其他的替代能源。另外，太陽能板的構造為半導體，製程有產生污染之疑慮，雖然在台灣尚未發生，但大陸已經有相關汙染事件

據工研院能源局及綠色公民行動聯盟的報告指出，再生能源發展未來潛力有限，在2025年，再生能源也。若是想要非核家園，以德國2013年的一周（7/1~7/7）用電量為例，白天太陽能發電約占總發電量1/3，然而大部分的發電量還是倚賴火力發電。回到台灣，若是在再生能源全力開發後，再加蓋2~5座台中火力發電廠的發電量，想必就能解決用電問題。但提到火力發電，就絕不能不提煤碳燃燒產生的空氣汙染、氣候變遷、全球暖化及全球暖化後續帶來的問題和影響。

以比爾蓋茲提出的公式：CO₂ = P × S × E × C（人類產生的排碳量 = 人數 × 每一個人使用的服務 × 這些服務所消耗的能源 × 以及生產這些能源所產生的二氧化碳）這個公式來思考，隨著全球人口數目、科技的發展，全球暖化和氣候變遷的問題恐怕難以避麵，雖然許多人都說要發展再生能源跟綠能，但以臺灣的環境而言，未來能源並不是個容許無限想像的問答題──恐怕是一個選擇非常有限的選擇題。

https://www.youtube.com/watch?v=SaJoR9k5oLI&feature=youtu.be

油氣能源的現在與未來──謝秉志

呼應比爾蓋茲提出的 CO₂ = P × S × E × C 公式，因為世界人口只會增加，經濟、科技的發展也需要許多能源，對於能源的需求只會越來越高，儘管大家都希望再生能源的發展可以讓化石能源比例壓低，根據一些比較有權威性的報導，在 2035年時，除非再生能源有突破性的進展，化石能源預計還是會佔七成。

其中，油氣資源主要可以分作兩大項：傳統油氣資源和非傳統油氣資源，非傳統油氣資源比較有名的例子，包含美國的頁岩氣、台灣有可能發展的天然氣水合物和加拿大的油砂。

非傳統油氣資源──頁岩氣、油砂

首先是這兩年最火紅的頁岩氣。顧名思義就是從頁岩岩層裡所開採的天然氣，在過去，因為技術層面的問題，導致頁岩氣資源難以被運用，但是在水力壓裂法（Hydraulic fracturing）技術日益成熟後，各國也重新開始省視頁岩氣的可能性。

例如：美國因為成功地商業化開採頁岩氣，已經是全世界最大的天然氣生產國，預計到 2040年，美國有將百分之五十的天然氣會來自頁岩氣，到了 2080年甚至有可能達到能源自主，成為第五個能源自主的國家。

接下來是最早出現的非傳統油氣─油砂。油砂是一種含有高粘度石油的砂子，必須要使用特殊方法讓它流動才能生產出來，，加拿大是唯一將油砂商業化開採的國家，也因此成為世界石油蘊藏量第三大的國家。

天然氣水合物─台灣的機會

再來看一下台灣的機會—天然氣水合物。

所謂的天然氣水合物，又稱可燃冰或甲烷氣水合物，天然氣水合物通常存在於海面下，必須派出探勘船進行震波測勘，如果我們發現反射面和海床的形狀平行我們稱為擬海底反射（BSR）就是天然氣水合物最底層的訊號，因為在天然氣水合物的下方通常是天然氣層，其密度很低，聲波從高密度的地方進入低密度的地方訊號差異會很大，所以就會出現強烈的擬海底反射訊號。

天然氣的開採說來容易，只要挖一口井到達天然氣水合物的地層裡面，把壓力降低，就會造成物質流動，天然氣就自然流出來了 。問題是，在海域上鑽井要價不菲，成功率只有七分之一，總投入的成本更是可觀，所以儘管台灣的西南海域藏有全世界最龐大的天然氣資源，據推估大約有兩兆七千億立方公尺資源量，但礙於技術瓶頸尚未突破，眼前並無商業化的機會。

二氧化碳捕獲與封存

提到油氣資源，不免就得一併提到碳排放的問題。二氧化碳封存的概念其實很簡單，就是「從地下來，回到地下」，在自然界也有非常多的例子。在美國有許多濃度超過百分之九十純二氧化碳氣層，在地底存放了上百萬年，也沒有發生任何意外。

台灣目前已經有相當成熟的地下儲氣技術──台灣飛牛牧場旁的鐵砧山上有一個很有名的鐵砧山儲氣窖，這個儲氣窖原本是生產天然氣的地層，天然氣使用完畢之後，地層結構就變成儲氣窖，經過多次地震測試確定是相當安全，可見二氧化碳地質封在台灣技術上已經是可行的了。

但即使可行，我們如果要進行碳封存，首要之務是與當地居民妥善溝通，當地民眾也必須完全參與了解達成共識，民眾擔心的點有幾個：會不會發生地震、會不會外漏等等，科學家一定要好好與民眾說明與溝通。

https://www.youtube.com/watch?v=12JX1N0t63U&feature=youtu.be