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111.08.22.第262次公亮紀念講座-鈺創科技股份有限公司 中央研究院 廖俊智院長

第262次公亮紀念講座會場一隅。
吳理事長(右3)、廖院長(中)與出席貴賓合影。
主辦單位:中華民國工商協進會
時 間:111年8月22日(星期一)下午2時
地點:台北國際會議中心
主 題:臺灣淨零排放的科學解方及產業契機
主講人:中央研究院 廖俊智院長

摘要:
壹、溫室效應的起源
依據黑體輻射(blackbody radiation)理論,所有的物體都會輻射能量。太陽輻射的能量可輕易穿透大氣層,但地表向外輻射的紅外線能量卻會被大氣中的溫室氣體分子所吸收,再釋放回到地表,熱量疊加之後產生的升溫現象便稱為溫室效應。人類活動產生的溫室氣體以二氧化碳影響最大、甲烷次之,地球上的碳循環主要透過光合作用、呼吸作用及分解反應達成平衡,然而工業革命後大量化石燃料的使用,導致大氣中的二氧化碳濃度逐年上升,破壞碳平衡系統。據統計,全球二氧化碳排放量大約有73%來自於能源部門,台灣則高於全球平均達到91%,我國是否能達到減碳目標,能源項目至為關鍵。
貳、全球減碳走勢
2018年,聯合國氣候變化專門委員會(IPCC)「全球升溫1.5℃」特別報告指出,2020年至2030年是實現控制升溫1.5℃目標的關鍵10年,各國必須急速減碳,並於2050年達到淨零排放(Net Zero)。
2021年在英國格拉斯哥召開的COP26會議,各國達成逐步淘汰燃煤電廠、全球甲烷承諾、零碳車承諾、綠色航運承諾、格拉斯哥領袖森林與土地利用宣言等各項減碳共識,並成立格拉斯哥淨零金融聯盟。
2022年6月22日歐洲議會通過新版碳邊境調整機制(CBAM)草案,希望以貿易政策手段達到全球減碳目標,法案重要內容包括:
(1) 調升2030年溫室氣體減排目標至63%;
(2) CBAM機制於2023年起適用,並於2027年正式開徵,管制對象擴及水泥、鋼鐵、鋁、肥料、電力、有機化學品、塑料、氫及氨製品等行業,且徵收範圍包含間接排放;
(3) 通過設立社會氣候基金(SCF)。
民間透過經濟與產業推動淨零的力量也不容小覷,目前全球已有360家企業加入RE100倡議,承諾在2050年以前達成100%使用綠能的目標,國際品牌大廠如Apple、Google、Microsoft紛紛加入,帶動供應鏈淨零轉型。
2015年G20下金融穩定委員會組成氣候相關財務揭露(TCFD)專案小組,推動企業揭露氣候相關財務資訊,作為投融資風險評估指標,目前全球已有超過3,400家企業支持TCFD,這也是我國金管會「公司治理3.0」、「綠色金融2.0」重要推動項目。
值得注意的是,2022年7月歐盟通過決議,有條件將天然氣、核能納為綠能。其中,天然氣替代燃煤,但每度電二氧化碳排放量必須低於270g/KWh,此外天然氣電廠必須於2030年前獲得建廠許可,並規劃在2035年底前變更為使用再生能源或低碳氣體發電。核電廠則必須在2045年前獲得建廠許可,並在避免對環境及水資源造成重大破壞的原則下進行設立。
參、台灣淨零排放的科技政策建議
我國若僅靠現有科技,無法在2050年實現淨零碳排目標,必須設定新科技方向、投入研發資源,突破關鍵瓶頸,並從經濟、社會、教育、國際合作、貿易等部門提供有力支援。新科技研發是推動淨零排放的重要關鍵,建議依據不違反科學定律、突破/挑戰現有工程技術、首重排碳大項、強調速度與規模等四項原則,作為研發選項的決策標準。
在減碳工作部署方面,依據環保署2021年國家溫室氣體排放清冊報告,我國2019年溫室氣體總排放量為287Mt/CO2e,其中能源部門(燃燒燃料)約占總排放量91%,因應2050年能源需求大量電氣化,發展零碳電力將是減碳工作的重中之重,輔以鍋爐、爐具、運具改用替代燃料,方能實現能源部門減碳。工業部門(含用電)占排放量45.5%,又是影響GDP最重要的部門,其減碳重點將著重於製程改善、創新減碳技術投入與提高能源使用效率,同時配合產業轉型或導入循環經濟商業模式。占整體排放量12.9%的運輸部門(含用電)則須透過運具電動化,以及公共運輸系統、長程運具改用燃料電池等方式進行減碳。
台灣現有能源主要來自於進口石油、天然氣、煤,零碳電力可源自太陽能、風能、甲烷去碳燃氫、地熱、海洋能等途徑,其中甲烷去碳燃氫、地熱、海洋能三者由於相當穩定,一旦開發成功,可望作為基載電力。歸納台灣在推動綠與減碳的五大關鍵發展契機如下:
一、機會一:太陽光電效率提升
太陽能具有取之不盡、用之不竭的優勢,但需要大量的土地面積,台灣地小人稠,土地需求壓力龐大,應藉由提升太陽光電轉化效率,以科技換取土地。現有地面型太陽光電為單接合矽晶,轉化率約為22%,每公頃裝置容量轉化率為0.67MW,若以全台可裝置太陽能面積之40%計算,裝置面積約可達42.6千公頃,裝置容量可達28.41GW,若改用鈣鈦礦/堆疊型電池技術,每公頃轉化率可提升至33%,每公頃裝置容量轉化率達到1MW,同樣42.6千公頃的土地面積裝置容量便可達到42.6GW,有助於減緩土地需求之社會壓力。
中央研究院已於南部院區設立研發中心,推動次世代太陽能電池產產學研聯盟計畫,目標於2024年底前,開發完成轉換效率接近或超過29%,且能量產的次世代太陽能電池製造技術。

二、機會二:甲烷裂解-去碳燃氫
2021年我國總發電,燃氣占比為45%,未來上看50%,天然氣主要成分為甲烷(CH4),雖然穩定高效,卻會產生碳排。透過「去碳燃氫」技術,在天然氣燃燒前先將甲烷裂解出氫(H2)與固態碳(C),再以氫發電,便能減少二氧化碳排放,協助我國達到2050淨零排放目標。若以80%的裂解效率目標推估,裂解天然氣須耗1度電(KWh)但使用裂解後之氫氣發電可產出3.6度的零碳電力,目前此零碳電力雖尚未被規範,但若排碳夠低,有機會被列入國際認證的綠電,創造綠電複利效應,讓綠電量倍數增長。此技術生成的固態碳(碳黑),較目前碳捕捉利用儲存技術(CCUS)所捕獲之二氧化碳容易利用或儲存,且具有經濟價值,可製成高級工業材料、建材、或用以填海造陸。此外亦可為備用能源,以供不時之需,解決天然氣儲量過少的問題。

不過,天然氣混氫發電技術仍須有待突破,主要是氫分子小、燃燒溫度高,發電機材料及管線須改進,另外,現有渦輪發電機、内燃機使用天然氣最高只可混加10%氫氣,天然氣去碳程度無法符合歐盟綠電標準,不過,鍋爐燃燒可接受混氫大於10%,可作為短期解方,預計2030年將可開發完成全氫發電機,台灣可與國際大廠合作或自行研發。利用天然氣去碳燃氫發電之經濟效益,初步推估每噸產值為新台幣57,700元(準綠電售價+碳黑售價),較傳統燃氣發電(灰電售價)15,400元高出3.7倍。
裂解甲烷的技術包含催化裂解與電漿裂解,前者是在高溫爐中透過催化劑將甲烷分解成碳與氫,電漿技術則係使用電漿槍進行裂解,未來可將電漿反應器直接裝置於發電機上,分解出的氫氣可直接燃燒發電,解決氫能儲存與運送的問題,另外,裂解甲烷也會產生具經濟價值之副產品碳黑。
去碳燃氫技術尚待解決的問題包括天然氣混氫發電裂解效率有待提升、與現有設備是否相容、碳應用、碳儲存,以及國際認證綠電等。
中研院目前規劃七項發展路徑,逐步推動技術落地,臚列如下:
(1) 逐年提高轉換百分比
(2) 逐年降低裂解耗能
(3) 完成實驗室反應爐長期運轉
(4) 與自主採購的CH4發電機串聯做示範
(5) 建構一去碳產氫示範工廠與電廠串聯達到實質減碳的目標
(6) 推廣及於所有碳氫化合物(CxHy)如石油、生物材料
(7) 開發氫氣專用發電機,期程是2022年啟動執行去碳燃氫設備與13KW的甲烷發電機進行串聯示範,實現減碳10%的目標,並於2025年實現電廠混氫發電試營運。

三、機會三:地熱能
地熱能80%為地球深處核衰變釋出之熱;20%為地球形成時的餘熱。地熱可作為基載電力,土地使用面積小,抵抗天災能力強,日本311大地震,東北九座地熱發電廠絲毫未受到損害。
台灣地熱蘊藏豐富,預估淺層地熱具有1GW、深層地熱具有32-35GW的潛能,目前規劃中地熱發電共18廠,多數為1MW以下的淺層地熱小型廠,總裝置容量約35.41MW,由於地熱蘊藏豐富地區集中在東部地區,未來仍須克服地熱資源探勘及東電西送的挑戰。
地熱能的技術研發重點在於精確找到地熱資源、地熱工程與發電系統,中研院現與中油公司合作在宜蘭平原探勘地熱資源。期望透過制定地熱能開發專法與完善環評對地熱能開發的規範,從法規面促成地熱能技術加速佈建。
四、機會四:海洋能(黑潮發電)
臺灣東岸是整個黑潮海域中,流場最穩定、最強勁之海域,發電潛力為鄰近國家日本、菲律賓的1.5-2.5倍,目前正透過測量洋流、逐步建構基礎資料庫。研發重點在於建構洋流模式,透過高解析度海流數值模式,挑選最合宜的場域、最佳化的渦輪機佈放型態;近年來國內外渦輪機設備已可達到具經濟效益的發電,應繼續追蹤最新進展並尋求可能的合作;最後則是抗風抗浪的海洋工程,以及大型發電機組平台佈建與維運。
五、機會五:生質碳匯-休耕地可貢獻6Mt/年碳匯
生質碳匯並不屬於零碳電力,而是負碳技術,台灣休耕地約27萬公頃,若能用來種植一些可快速成長收割的植物,如狼尾草,每年最多可貢獻6Mt碳匯,有助於實現2050年淨零排放目標。

人類活動不可避免產生碳排,展望未來,長期研發工作必須持續深入探討二氧化碳循環再利用,例如未來石油原料或糧食短缺時,二氧化碳如何有效地轉換為乙烯及澱粉,最終找到終極去碳的解方。相信在產學研共同努力下,2050淨零排放仍深具希望。
本場講座由本會吳理事長主持,採現場及線上同步直播方式進行,會後開放意見交流,與會來賓踴躍提問,現場氣氛熱烈,本會焦佑倫常務監事、江松樺理事、廖國富監事、陳美伶顧問、林聖忠顧問以及工商界人士計100人出席現場活動,直播影片累計至截稿為止觀看人次逾1,085次。

111.01.24.第261次公亮紀念講座-鈺創科技股份有限公司 盧超群董事長

第261次公亮紀念講座視訊畫面。
林理事長(右)與盧董事長(左)共同主持Q&A。
主辦單位:中華民國工商協進會
時 間:111年1月24日(星期一)下午2時
地點:工商協進會
主 題:半導體與AI邁向兆紀元
主講人:鈺創科技股份有限公司 盧超群董事長

摘要:
盧董事長指出目前AI已深入生活各處,對商界產生具體影響,全球半導體正從GSI世代(10億級109:Giga Scale Integration)進入TSI世代(兆級1012:Tera Scale Integration),實現單一晶片裝載Tera(兆)級元件密度,目前三星的閃存記憶體已達標。半導體產業兆世代,將帶來4個「T」成長,包括全球1兆美元的投資額、電晶體(Transistor)的新結構和材料應用、單一晶片裝載的元件達1兆個,以及2030年營收達到1兆美元。
盧董事長指出,全球投入晶圓廠建設規模前所未有,2021至2022年建設中的晶圓廠31座,包含中國8座、台灣8座、美國6座、歐盟及中東地區3座、日本2座、韓國2座(但規模等於4座),顯見半導體被視為國家資產,推動半導體自主化已成現實,美國兩週前正式發出宣言,投入至少1兆美元號召全球科技人才加入該國產業。智慧業產業投資十大應用,包含高效能運算(HPC)、雲端資料中心、VR/AR/XR/6DMVerse、人工智慧(AI)、機器人和工業4.0、自駕車、環境治理、Mobile/5G/IoT、太空通訊、生技醫藥等,都得仰賴半導體晶片的充足供應,但很多預測顯示,關乎半導體動能的「摩爾定律」(Moore's law)可能會在2025年終止。

半導體的第一個時代是矽世代1.0,摩爾定律提出,積體體電路單位節點面積內的電晶體數量約每2年可增加1倍,每一節點線寬微縮0.7倍,30微米至28奈米共20節點,這就是在過去60年中,半導體收入從零增長到480百萬美金(2018)的功臣。
然而矽世代1.0在28奈米節點終止,從28米節點以下到今日半導體技術走到7奈米世代,為矽世代2.0。盧董事長認為,矽世代2.0是以創新的面積微縮法(Area Scaling)促成有效摩爾定律,以維持經濟投資效益。台積電先進製程3D面積微縮進度,2016年實現10奈米量產、2018年7奈米量產、2020年5奈米量產,展望未來研發進程,2022年目標3.5奈米、2024年2.5奈米、2026年1.8奈米,對台積電而言也是一個極大的挑戰。
矽3.0世代主要依賴體積微縮法則(Volumetric Scaling),進一步促成有效摩爾定律經濟(EME),即利用底部的面積加上封裝技術拉出一個3D空間,再回算成單位面積,透過這種做法,摩爾定律的精神再度被延續。盧董事長於2004年首度發表文章提出異質整合(Heterogeneous Integration, HI)概念,亦即在一個非常小的封裝中堆疊多層,3D NAND就是運用此技術,鈺創自2000年生產銷售無封裝晶粒(KGDM)迄今達24.8億顆,成為3D技術領頭貢獻者。2016年iPhone採用台積電獨門的異質整合技術,衝高彼此業績。
異質整合是矽4.0世代成功的關鍵,矽x非矽異質性整合+功能x價值之微縮漲模型法則+奈米級系統設計,將創造類摩爾定律經濟(VME),衍生巨大商機,半導體同體異質技術將促成產業經濟大幅成長,製程技術可望實現1.0奈米積體電路,產值超越1兆美元。

世界半導體貿易統計局(WSTS)預估,2021年全球半導體市場規模將超過5,530億美元,較2020年成長25.6%。台灣半導體產業群聚完整且高度分工,為全球12吋晶圓廠密度最高的地區,已在全球舉足輕重。據IEK估算,2021年台灣半導體產業產值達4.1兆元新台幣,較前一年成長25.9%,占全球產值約20%,世界第二。附加價值(企業盈餘+勞動報酬+折舊)突破1兆元,2020年為1.8兆元,占台灣GDP之9%。晶圓專業代工與封測代工均為全球第一大、IC設計排名全球第二,台灣半導體產業具有全球與台灣無法低估之核心重要性,占台灣GDP之1/13,出口值1/3,工業產值1/5,但從業人員僅占1/100。

盧董事長指出從18世紀工業革命到20世紀科技革命,21世紀的今天則是科技多元化應用革命,其基礎是量子力學,應用則是AI+矽電子智慧,多元智慧普惠應用將擴大指數型經濟成長,AI、IoT、HI、IC、Semi新多元技術互乘整合,正締造人類技術新猷與文明進入普惠多元智慧(pervasive intelligences, PI)新世代,也是未來產業發展方向。舉例來說,自然人類智慧(Human Brain Intelligence, HBI)利用晶片技術與機械輔助,讓不良於行、無法言語的人可以行動、思考、溝通;AI人工智慧與機器、機器人與人類協同之人機智慧(Artificial and Machine Intelligence)除了應用在AR/VR,AI加入DL辨識系統,可實現3D深度圖(Depth-Map)量測,取得清晰之深度與影像精確計算被測物及四周距離、手勢動作、障礙物迴避等,將自然視覺轉化為電腦視覺需要的數位訊號,也是進入元宇宙必要的條件。細胞/細菌智慧(CELL Intelligence, CI)用以創新精準醫療及新型醫藥,未來吞下生物電腦可偵測疾病訊號,或是創新基因工程改善生命;長壽品質與生活愉悅智慧(Aging Intelligence, AGI)則已廣泛應用如人工視網膜、人工耳蝸、癲癇控制系統、帕金森之深腦刺激系統等生物醫學IC系統應用,醫療用途的AI視覺無接觸操控技術則可應用於外科手術;人類與環境共生智慧(Environment Intelligence, EI)應用於生產履歷生態,提升生產技術及品牌價值;太空與地球互轉智慧(Space and Earth Intelligence, SEI)也值得注意。
盧董事長領導的鈺創公司深耕AR(擴增實境)/VR(虛擬實境)/MR(混合實境)、高速傳輸、AI人工智慧,鈺創生產的全球體積最小的3D雙目視覺模組、雙目3D彩色圖像扭曲校正處理晶片組平台、OIAC光纖線纜以及應用在高溫的利基型記憶體KOOLDRAM,全力搶攻元宇宙兆元產業。鈺創為業界少數兼具記憶體與邏輯能力的IC設計廠商,最近再開啟新的商業模式,推出控制器與記憶體整合的服務方案KOOLDRAM,適合高溫相關應用,可大幅延長DRAM資料保存時間,目前已通過認證並開始量產,出貨給國外車用客戶。鈺創原本是關鍵零組件提供商,隨著科技不斷發展,現在成為IC次系統(sub-system)提供者,為了AI人工智慧發展,整合公司相子公司鈺立微、eCapture推出全球體積最小的3D雙目視覺模組,具防塵、防水與環境適應等特性,輕薄短小易於導入設計,可降低成本,並助客戶快速導入與量產。
盧董事長指出未來十年的智慧產業爆發與過去的產業環境是不一樣的,要未雨綢繆、先做準備,不然競爭者太多,台灣很有可能錯失機會,若以變應變會因應不來,智慧型世代台灣恐怕是跟不上的,但「台灣產業有個特性,就是窮則變、變則通,所以對台灣的未來還是樂觀的。台灣人才是個隱憂,在少子化下每年大考考生減少,今年只剩五萬餘人,且現行教育制度讓大學聯考自然科學分很低,這是需要改革的。此外,盧超群強調,科技業需要女性、男性共同合作,未來不是單純靠金錢吸引人才留在台灣,因為人們想出國主要是因為教育與公司制度有問題,台灣優秀的學生進了產業卻只能做螺絲釘、不得不為五斗米折腰,產業界要改良,讓年輕人突破管理與智慧系統,台灣才有未來。
最後,盧董事長表示,未來3年全球半導體投資金額將達1兆美元,投資規模將是前所未見,包括中國、台灣、美國、歐洲、日本及韓國都將半導體視為最重要的先進科技資產,都積極投資建置半導體廠。政府對半導體產業的獎勵及稅務優惠應再加強,並保證水電穩定供應,以期根留台灣。
  本場講座由本會林理事長主持,透過Teams視訊會議方式進行,本會吳東亮常務監事、黃清苑理事、魏寶生監事、田弘茂顧問、洪奇昌顧問以及工商界人士共計147人上線與會。
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