K-Horn's PCM

文/郭立昌

第28屆聯合國氣候高峰會(COP 28)在杜拜舉行，有22位世界領袖簽署宣言：「盡力達成2050年核能增加三倍(to make efforts to triple nuclear energy by 2050)----」這是約200國的共識，法國總統馬克宏(Emmanuel Macron)在2023 年12 月2 日的儀式上致詞時表示：「如果你想調和創造就業機會、戰略自主權，以及低碳排放，沒有什麼比『核能』更可持續、更可靠。」COP28會議結果，幾乎世界上每個國家都「同意放棄化石燃料」 (agreeing to transition away from fossil fuels)，確定未來20年的能源發展方向；可惜，大會唯一的局外人居然還緊抱「化石」(fossil)不放。

聯合國氣候高峰會COP 28

綜觀整個大會討論「能源轉型」(Energy Transition)，仍然侷限在放射材料—鈾/鈽/鋯/釷裡，其實達到「NZE2050」(2050年淨零排)的目標，還有另外的路—就是我的「PCM倡議」。PCM是「動力晶片模組」(Power Chip Module)的縮寫，PCM乃是「微型發電機」的心臟。走筆至此，不免想起成功大學電機系教授姚靜波這位長輩。

1998年1月25日協助台灣當局完成「APEC Technomart II」(第二屆亞太經合會科技交流展)之後，1月29日「中小企業巡迴服務列車」旋即開到台南，會後趕緊到成大宿舍看已經高齡八十歲的姚教授。當我拿起薄如郵票的「動力晶片」樣品展示給姚教授看時，他嚇了一大跳；然後回應道：「哇！這已經超出我能理解的範圍----」

成大電機系姚靜波教授與作者

姚教授是哈爾濱人，於1948年奉令遷移瀋陽兵工廠到台南中山公園對面，我們都稱之為「伍零肆兵工廠」，他開始在成大的前身台南工學院教電機，著有《基本電學》等教科書，桃李滿天下。姚教授因和表姑結婚，故應稱他表姑丈—但我們都稱呼他「姚教授」。1965年11月，先父要我陪他跑路到高雄之前，去向他辭行時，他說：「以後若有需要，不要客氣，儘管來找我----」表現出東北人的豪爽氣慨。

後來先父因白色恐怖被惡意逮捕入獄，我必須扛起養活一家九口的責任，所以在1966年創業創辦了「成光金屬加工廠」；而且能用我做的精密小零件和美商全球電子公司(AVNET, NYSE上市公司)做成生意，譜寫《翻身記》，姚教授扮演著相當重要的角色。特別是，他介紹他的同事—馬承九教授，送給我的《機械概論》，啟發我從一個工匠開始學會像科學家運用「理論」融入於實作，進而創造了台灣的精密工業。

1969年確定真空管遭到淘汰，大家都面臨轉型的危機；不過，我們這群工業人撐了過來，老友陳永田先生成功地開發「幸福牌手提電晶體收錄音機」，獲得美國猶太買主的大量訂單。其中所需的絕緣材料—「電木板」(Bakelite Plate)，日本的貨源極度不穩定；因此，我們1972年在永康鄉中正南路360巷建廠生產「電木板」。

幸福牌手提電晶體收錄音機

想不到，用紙積層壓合而成的「電木板」居然會漏電—變成「導體」。苦思無良策之餘，只好再去成大請姚教授幫忙，馬承九老師卻笑道：「你這是重大發現！----」經過他們協助，深入分析之後，問題出在「石墨」(graphite)的比例，我們很快就找到了修復缺陷的解決方案。後來，社會責任投資(SRI, Social Responsibility Investment)計劃發展利行機器人，動力的部份和馬承九老師研究的結果，我們又提起當年的「電木板漏電事件」，也談到《植物學》，後來我終於做出動力晶片的雛型。可惜，1998年1月29日那一天，姚教授連絡不到馬老師，而搭便車的一個暨南大學陳姓教授急著回南投埔里，沒能讓馬承九老師看見「動力晶片」樣品。

材料和積層科技作成的動力晶片樣品

後來在2008年，馬老師在94歲高齡時，還出版了《燃料電池札記》(馬承九，2008)這本書，提出了許多不錯的觀念，值得研究能源轉型者細讀。我們以前探討過的質子交換膜理論，他也收錄於其中，這算是動力晶片的理論基礎；質子的精度在10的負15次方，但是動力晶片使用「pico-tech」(1 x 10^-12m)，係精密工業下一個世代的技術。

馬承九老師94歲出版的《燃料電池札記》

「動力晶片」樣品—薄如郵票，卻能在壽命測試時，具有2~3年的壽命，最大的問題在於「因氧化而膨脹」；測試發現應用風吹波動產生能量的樣品會產生膨脹的缺點。接下來，必須投資合格實驗室，進行材料實驗，如同愛迪生找出鎢絲作電燈泡的材料那般，找到適合的材料，以改進氧化膨脹的缺點。

膨脹現象是固態電池的缺陷

● 原擬投資新台幣3千億元作PCM進階發展

爰此，我們加緊腳步在APEC 1998講台上促成「電商法案」，期望讓我們的「the e-commerce system」(簡稱TES, 或The eStore System) 儘快商用—預期產出「125億美元」的利潤，將可以投資新台幣三千億元於「PCM倡議」，帶動十萬個新就業機會。可惜，2002年8月因赴北京簽了一張「工作委託書」，而被貪腐集團有機可趁，在隆隆砲火攻擊之下，我們遇到不是一般人能想像的困境，造成PCM進階研發延宕；所以，我才會不斷地透過國際交流平台傳揚「反貪腐之重要」。

全球通路-TES預計可獲利125億美元

如今，在「NZE2050」的全球共識之下，「核能」已經成為電力的重要選項，世人對小型的核能發電模組反應器(Small Module Reactor)—簡稱「SMR」產生濃厚的興趣，法國總統馬克宏表示：「這方面的投資有助於創造新的就業機會。」正符合K-Horn的社會責任投資(SRI)倡議。對比之下，「非核家園」的議題呈現脆弱得站不住腳之結局。

社會責任投資在1980年代開始，成功地取得薄如郵票的動力晶片樣品後，希望經由TES商用獲得之利潤，投資改良動力晶片，進而予以模組化—稱之為「PCM」(Power Chip Module)；就是將之加以串聯和並聯，組合成為一特殊的模組，裝進一個精巧的容器裡，以集電導線連接外部感測器(—承受“風吹、日晒、雨淋”等機械能以轉換為電能)，組合成為PCM微型發電機，目標壹天約可產生電力10度。(註：每度電為千瓦小時—kWh--為使用額定功率一千瓦之電器1小時，所耗用之能量)

「PCM微型發電機」經過理論研究，目標體積在A3紙箱產生10度電，輔助傳統電力生產方式；據預估，PCM微型發電機成本約在兩千美元之間，設備耐用壽命三年以上，將可能達成「電力家庭化」的理想，俾達到減碳的使命目標。可惜，社會責任投資遭到海島貪腐集團的攻擊，資源不斷流失；最終，居然遭到公器列為「密」件至2017年8月16日，完全阻礙這項對人類世界將產生無限貢獻的研究發展。

事實上，世界核能協會的「SMR」並未把「NUCLEAR」放進去，反而強調「MODULE」，顯得發展空間具有彈性。微型發電機是為解決未來電力問題的可行性工具，其基本單元為動力晶片—這是1990年代參加「科技與未來講座」者都曾經看過展示的發明。每個看見薄如郵票的動力晶片啟動LED發亮，無不驚呼：「哇！太神奇了----」當它模組化成為「PCM」即可組成微型發電機，造福人類。

「科計技與未來講座」演示動力晶片

我們發明的新科技經濟系統「TES」，稱之為「The eStore System」，其中的「eStore」是電子商店，也是「儲能器」(Energy Storage)。電子商店是合併ATM和自動販賣機的發明，是為了創造就業機會的發明；當它被安置於偏遠地區或極地時，本身也有自己供應的能源—因此稱之為「小基站」(Small Cell Site)，在2003年APEC講台，我們提出「One eStore One Business One Job」引發熱烈的迴響。大會的結論是：「這是協助2.4億人創業的最佳指引。」其實「eStore」就是可以模式複製的「微型發電機」，未來可以應用於人類生活的各個角落，在APEC倡議時普獲認同。

猶記馬承九老師提到高能物理電池的結論：「不能只在化學電池裡打轉！」所以固態的動力晶片樣品產自於木材廠，而不是電池廠。具有下列特性：「1.微型化—微型發電機體積預定在A3紙箱尺寸；2. 氣冷式—清潔無污染；3.原料：傳統金屬加絕緣材料—且含有植物成份；4.電容量可依需要增減；5.安全性高於其他—因為工作溫度在常溫左右。」缺點是需要資本密集和技術密集，惟當供應鏈建成時，將可以達成「NZE2050」之使命目標。此外，「PCM」的發展將會決定國力的強弱，當然也屬於「國安」的範圍。

可惜，按步就班前進的社會責任投資，居然因貪腐攻擊而停滯；不過，我們仍不忘在APEC及各項國際會議中宣揚「PCM倡議」。而且，全球電力需求量一年約300GW，PCM微型發電機是可能解決核能、水力、火力、太陽能發電問題的產品；粗估市場值在APEC約有3.8兆美元、在G20約有6.0兆美元—這個創新產業，將為新世代創造無數的新工作機會。

聯合國氣候高峰會COP 28總結達成未來「NZE2050」的方法，逐年減少化石燃料的能源轉型是大趨勢；因小型模組反應器(SMR)不需要大型反應器中的許多安全裝置—包括降溫排熱，被設想為取代化石燃料發電廠，因此所需的緊急規劃區設計半徑不超過約 300公尺。各國能源部紛紛提出SMR建造應用研究驗證和評估 (MARVEL)規範，世界核能協會(World Nuclear Association)列出了特點如下：

1. 小功率和精巧的架構，以及採用被動概念於核蒸汽供應系統和相關安全系統；因此，減少了對主動安全系統和附加泵浦以及用於緩解事故的交流電源的依賴。

2. 精巧的架構實現了工廠內製造的模組化，以促進更高品質標準的實施。

3.較低的功率導致架構簡單化，反應器中較小的放射性原料庫存。

4. 反應器單元的路基（地下或水下）位置有可能提供更多的保護，以免受自然—例如裝置所在的地震或海嘯，或人為—例如飛機撞擊之危害。

5. 模組化設計和小尺寸適合在同一地點安裝多個單元。

6. 冷卻水的要求較低—因此適合偏遠地區和採礦或海水淡化等特定應用。

7. 能夠在壽命結束時拆除反應器模組或就地退役。

2020年5月，美國能源部(DOE)啟動了「先進反應器示範計畫」(ARDP, the Advanced Reactor Demonstration Program)，提供1.6億美元啟動資金，在成本分攤的基礎上建造兩座可在七年內投入運作的先進反應器。ARDP將集中資源進行「負擔得起」(affordable)建造和營運的設計，計劃將擴展到降低未來演示的風險，並包括在「先進反應器概念 2020」(the Advanced Reactor Concepts 2020)路徑下為創新和多樣化設計提供支持，並有可能在 2030 年代中期實現商業化。先進技術的測試和評估將在愛達荷國家實驗室的「國家反應器創新中心」（NRIC, National Reactor Innovation Center）進行。NRIC已經於2019年8月啟動，是能源部「加速核子創新閘道」 (GAIN, Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear) 計畫的一部分，旨在加速先進核技術的開發和商業化。

同時各國正「逐步淘汰燃煤」，以達成減少碳排放的目標。例如中國北方的供熱市場非常大，現在幾乎完全由「煤炭」提供，造成了嚴重的污染—特別是灰塵、顆粒物、硫和氮氧化物 (dust, particulates, sulfur, and nitrogen oxides) 的污染。爰此，中國正在建造「最先進的SMR」，該項目由兩台250 MWt高溫氣冷器 (HTR, high-temperature gas-cooled reactors) 組成；也在開發容量為 100 至 200 MWt的「小型區域供熱反應器」 (small district heating reactors)，據評估，該反應器可能具有 400 台左右的巨大潛力。其他G20的國家也紛紛投入SMR的計畫之中，期望能落實NZE2050的目標。

另一個重要的發展方向是 50 MWe 以下的「小型快堆」 (small fast reactors)。有些是為遠離輸電網絡且負載較小的地區而設計的；其他的則被設計成「集群運作」(operate in clusters)以與大型單位競爭。

另外一項趨勢是「輕水反應器」(Light water reactors)的發展，這些反應器由普通水調節和冷卻，技術風險最低，與當今大多數運行的電力和海軍反應器類似。它們大多使用濃縮度低於5%「U-235」(鈾-235)的燃料，換料間隔不超過六年，而且監管障礙可能是所有小型反應器中最少的。

「能源轉型」確定是聯合國氣候峰會COP 28的共識。舊金山APEC領袖會議以「曼谷目標的生物循環綠色經濟」 (APEC’s Bangkok Goals on the Bio-Circular-Green Economy)為基礎，該目標確立了推動永續和包容性經濟政策，同時確保這些政策也能應對環境挑戰，揭示「非約束性公正能源轉型原則」 (the Non-Binding Just Energy Transition Principles)，促使區域經濟體合作發展新興能源。不管發展小型模組反應器(SMR)，或是動力晶片模組(PCM)微型發電機，皆需投注龐大的資金；在此大趨勢之下，創新的技術和產品必定會出現成果，當然也會如同新「科技經濟系統」(TES)的社會責任投資(SRI)成果遇到剽竊智慧財產權，更可能有惡賊遂行偷盜的行徑，更可能有公權力和財閥掛勾進行迫害弱小的發明人，以上被定義為「貪腐」的作為，皆需聯合國「反貪公約」 (UNCAC)關注，加強對智財賊和剽竊的制裁力度，俾能達成所望之使命目標。

總之，增加核能的使用量是全球公認達成2050年淨零排放的重大手段，各國紛分投入巨資發展小型模組化反應器(SMR) ，期望達成世界核協會的目標。不過，「綠能轉型」(Green Transition)才是聯合國的大趨勢，並非僅限於放射性原料而已，反倒是有許多未知卻早已存在的寶藏亟需開發，K-Horn的「PCM倡議」就是重大的選項—許多精密的創新技術將會被開發，帶動新工作的需求；而且成功之後，可以減少放射性原料的使用，為下一代保有乾淨而美麗的明天。