從能量守恆定律出發　學者談ADS技術為台灣能源限制尋找物理出口

生活中心／台北報導

中興大學日韓總和研究中心資深研究員金士懿博士，11日受邀至東吳大學物理學系，以「能源系統中的能量守恆：永續材料的物理邊界」為題發表專題演講。他深入剖析當前全球永續材料開發與減碳策略中隱藏的物理限制，並提出在能量守恆鐵律下，台灣能源轉型應具備的新思維。

學術與實務的橋樑：東吳物理系的國際視野

演講在東吳大學源流講堂舉行。金士懿在開場時，肯定了東吳大學物理系在系主任巫俊賢副教授帶領下所展現的成就。該系梅長生教授不僅長期培育台灣基礎物理人才，更憑藉其在哈佛大學醫學院完成博士論文及擔任博士後研究學者的背景，為學系建立起與哈佛醫學院聚焦超音波實驗室（Focused Ultrasound Lab）的國際學術合作。

這項國際合作包括了學生暑期實習與教師聯合研究，多年來先後培養出陳澄、金昀廷、陳一德、李冠緯、馮盛會等優秀學子。這些學生在哈佛實習期間的表現深受國際肯定，對其個人職涯及研究視野產生了深遠影響。金博士強調，梅教授在醫學物理與高能聚焦超音波手術（FUS）領域的研究，正是物理學作為基礎科學應用於生醫前沿的典範。

能量守恆定律：永續發展的「鐵律」

演講的核心議題回歸到物理學最根本的「能量守恆定律」（Law of Conservation of Energy）。金士懿強調：真正的務實減碳永續發展，必須建立在能量流與系統承受力的框架內，而非僅僅依賴碳排放數字或宣傳標籤。

金士懿指出，永續材料從來不是孤立的技術，其生產、應用與回收的全生命週期都深深嵌入能源系統之中。以積體電路（IC）為例，其高純度矽晶圓製造與奈米級蝕刻過程涉及極高能耗，這些能量不會憑空消失，而是轉化、分散或耗散於環境中。所有關於永續與循環的創新，都必須先過物理能量邏輯這關。該系的微型積體電路中心在培育相關半導體人才不遺餘力。

揭開「低碳」陷阱：低碳並不等於低能耗

在演講中，金士懿提出一個發人深省的觀點：「低碳不必然等於低能耗」。若忽略背後的能量轉換效率，便容易落入「表面低碳、實際高能耗」的物理陷阱，導致系統整體的熵增（Entropy）反而惡化。

為此，他總結了永續材料必須面對的三大物理邊界：

元素與鍵結門檻：任何材料的永續性，首先受制於提取元素的能量門檻，物理上，根本不存在所謂「零能耗」的材料。

性能與回收的取捨（Trade-off）：回收過程會面臨「物理退化」的挑戰，無法完全恢復原始物理性能，必須透過額外的能量補償來維持質量。

尺度放大的限制：實驗室中的奈米級創新在微觀下表現卓越，但當其放大至能源系統尺度時，基礎設施的侷限與能量需求的激增往往令其實踐性大打折扣。」

物理減碳的出口：葉恭平教授與 ADS 技術

金士懿引用國際知名物理學家、曾參與發現「頂夸克」（Top Quark）的美國費米實驗室（Fermilab）葉恭平教授（Dr. G.P. Yeh）所推動的加速器驅動系統（Accelerator Driven System, ADS）。

ADS 技術是利用加速器產生的微量高能質子束介入原子核能級，實現所謂的「核種轉換」（Transmutation）。這項技術在物理減碳與能源永續上具有里程碑意義：它能將核廢料中需要隔離長達十萬年的長半衰期錒系元素，轉化為僅需約 300 年即可回歸環境背景值的短壽命元素。

ADS 在處理廢料的過程中會釋放巨大的熱能用於發電。這項源自高能物理前沿的技術，呼應了演講主旨：真正的永續不應避諱能量投入，而是應透過極致的轉換效率與物理手段解決系統末端的耗散問題。在土地有限的台灣，這種能將能源管理時間縮短、能量密度極大化的方案，可能是尋找能源出口的選項。

高密度社會的系統取捨：台日韓的共同挑戰

金士懿也橫向對比了台灣與日、韓等高密度能源進口社會的現況。他提到日本正透過重新定位核能與再生能源，試圖在低碳與電網穩定之間尋求物理平衡；韓國則因應半導體與 AI 產業的龐大需求，正積極面對負載成長與物理供電速度的挑戰。

對於台灣，在應對電力密度、電網穩定度及能源依賴結構時，必須立基於更嚴謹的科學基礎。土地資源的先天限制限制了物理邊界，因此在政策回應上，不能僅看碳稅或碳交易的帳面數字，必須考慮到物理邏輯上的「實體承載力」。

回歸物理實相的未來

在演講的最後，金士懿總結：「物理學不提供完美的、如宣傳口號般的答案，它只負責劃出不可逾越的邊界。真正的永續設計，可以在能量守恆的框架內，做出最合理的系統取捨。」