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【焦點話題】能源教育的迷失概念
本文作者／黃明輝
能源教育包含了解能源的來源、發電方式與其後果，這些都是現代國民必備的素養。本文指出其中數項常見但虛實參半的迷失概念。
石油耗竭與全球暖化是21世紀的兩大危機，而兩者又有因果關係，了解這兩項危機的成因、
後果與解決方法是現代國民必備的素養。從國小到大學，從政府到民間，都在推廣能源與環
境的教育。然而部分不完全正確的內容卻常常出現，尤其是許多民間團體、私人營利單位、
與熱心網友的作品，不斷在網路上以訛傳訛，造成民眾的誤解。本文簡短指出幾個常見的錯
誤，希望能補正部分迷失概念。
永動機？
學過物理的人都知道永動機是違反能量守恆原理，不可能出現的東西（稱為第一類永動
機）。但是在網路上出現一些圖案、影片或者動畫模擬，好像真的可以憑空產生能量。觀眾
以為「有圖（影片）有真相」，因而認為這是可能的，許多謠言就不斷地在網路上流傳著。
例如○○綠能環保集團的影片上，「以馬達推動水輪做功，同時帶動發電機產電，回饋到馬
達」。另一個類似案例是媽媽○○○○聯盟的臉書社團上流傳的「電→電解水→氫燃燒產熱提供
引擎做功、氧淨化空氣→引擎帶動發電機產電→電解水→……只需加水就可完成循環」。這
些都是明顯地以小能量產生大能量，或是能量不斷循環的第一類永動機。
另一種是不明實際機制，但能量似乎憑空產生。例如某些影片上出現的「Free Energy自由
能」，影片上看不出有何運動或變化，沒有「磁場變化產生感應電流」的法拉第效應，卻可
以用簡單的線圈就可以產生電。這些影片其實跟「魔術」是一樣的，觀眾也許不清楚魔術師
是用什麼手法做出神奇現象，等到魔術被破解了，就知道旁邊或道具裡另有蹊蹺，其實一點
都不神奇！同理，拍攝這些「Free Energy」影片的人在鏡頭之外或道具裡可能暗藏其他機
關。觀眾雖然不知道秘密，但只要掌握物理原理，就可以認定這只是一種表演而已。
水能源？氫能源？
上述「電解水→氫燃燒產熱」的流言，也被演變成「水能源／氫能源」。流言通常是真假參
半！此流言中部份事實是氫具有很大的燃燒熱：每莫耳的氫氣燃燒成水，可釋放出285.8 kJ。
反過來，其逆反應將水分解為氫與氧時，就需要輸入每莫耳285.8 kJ的能量。部分虛偽的是流
言中在電解水所需的能源似乎是憑空而來！事實上，電解水產氫的效率只約有50~80％，引擎
將燃燒熱能轉換成動能的效率也不到一半，合計只有約25~40％的效率。即使以效率較高的燃
料電池將氫轉換為電，再用電動馬達，整體效率也只有約40~60％。所以這種循環只是不斷地
耗損能量的負能源而已！電解產氫與氫燃燒產電的組合，猶如熱力學中熱機與冷機的組合；
此種流言成為違反熱力學第二定律的第二類永動機。
氫的燃燒熱這麼大，代表水的化學位能很低，化學性質很穩定。水無法額外再提供能量，因
此水當然不是能源。氫的活性大，地球上自然存在的氫幾乎都是氧化後的化合物，氫氣只存
在大氣層頂端，無法收集成為可用之能源，因此氫也不能當成能源（energy sources）。
氫氣可由電解水、熱裂解水或烴烷類、生物質厭氧發酵產生。這些程序都需要先輸入能量，
才能將低位能的化合物還原成為高位能的氫氣。產氫過程使氫氣儲存能量，而後再經氧化反
應釋放能量；因此氫氣只是能源攜帶者（energy carrier），跟可充電電池一樣。這種由氫
氣傳遞的能量可以稱為氫能；氫氣傳遞氫能，但氫氣不是能源！正如郵差送信，但郵差不是
信一樣！
電動車與電熱水器
電動車使用時不排放溫室氣體與其他廢氣，許多大都市都以政策推廣使用電動車，所以電動
車是乾淨的！？答案不是一個簡單的「是」與「否」！
首先，電動車不排放廢氣，對於解決都市的空氣汙染有很大的幫助，所以「電動車對都市是
乾淨的」。但是追溯電的來源，以臺灣80％的發電使用石化燃料來說，電動車只是將排放廢
氣轉移到發電廠而已！除非電動車的充電全部使用綠色能源，不然電動車仍是使用骯髒能
源。現在部分的汽車使用高效能的引擎，石油燃燒直接轉換成動能，只經過一次能量轉換。
若是用石油燃燒發電，電儲存成電池的化學能，使用時再轉換成電能，最後經馬達變成動
能，總共經過四層轉換，損失更多能量，故不值得改用電動車，所以答案是「電動車對全國
而言是骯髒的」。
不過這一點在未來是有可能改變！一個原因是因為發電廠可安裝碳捕抓，有效減少CO2與其他
廢氣排放；而汽車的體積小，安裝碳捕抓的成本較高，不易推廣使用。其次，假如低碳排的
發電（核能與再生能源）的比例若能提高的話，電動車也會越來越乾淨。
每到冬季就常常聽到瓦斯中毒的案例，其實中毒者極少是因為俗名瓦斯（gas）的天然氣或液
化石油氣洩漏所造成，此種漏氣造成的多為起火爆炸等傷害。中毒的傷害多是燃燒不完全所
產生的一氧化碳，使受害者昏迷而後缺氧致死，應該稱為「一氧化碳中毒」。許多廠商特別
強調使用電熱水器時不燃燒氧氣，所以不會有一氧化碳中毒；而且電熱水器效率高達90％。
所以應該大力推廣電熱水器嗎？
這問題跟電動車類似，但答案就是「否」！瓦斯熱水器直接將瓦斯燃燒加熱水，只經一次轉
換。現在的瓦斯熱水器加熱效率都很高，國內規定是70％以上，有節能標章的更在80％以
上。若改成瓦斯→火力發電→電熱水器加熱水，多了一層轉換，多損失一些能量！以一般發
電廠效率35~50％，電能加熱效率90％，整體效率最高 32~45％!遠低於瓦斯熱水器的80％。況
且瓦斯發電的成本最高！相對而言，使用電熱水器浪費了約一半的能量，所以不但不應該推
廣，甚至應該以高稅率抵制使用。
再生能源與綠色能源
再生能源指的是可以重複出現、永續的能源；綠色能源通常是指汙染少、排碳低、對環境友
善的能源。一般人經常混淆兩者使用，以下探討一些兩者不同的思維。
地熱
地熱使用地球內部源源不斷的能量，所以可以當成永續能源嗎？地熱的溫水或蒸氣原本蓄積
在地層中，當這些地下水被引出後，若無適當地面水的挹注，地下水源也會枯竭。這些地熱
點通常出現在地殼斷層或火山附近，這些不穩定的地質結構可能使熱源轉移，並非永久存
在。例如1980年代美國加州曾使用地熱發電，到1990年代後就因地下水源枯竭而逐漸停止運
轉。最近才開始使用高壓灌水至地熱層，重新開啟使用。雖然此法可再生蒸氣，但需耗用大
量的水，並非永續經營的方式。地熱雖是綠色能源，但並非永續再生。
風力
風力發電是僅次於水力，技術成熟、成本低廉的再生能源！近年來民眾開始反對設立風力發
電機，主要問題是低頻噪音與眩光影響附近居民與生物的睡眠與精神，風機也可能造成鳥
擊。這些問題可以藉由強制規定風機設置地點，須遠離民宅與生態敏感地區來解決。另外臺
灣夏秋兩季常有颱風，風機在強風吹襲下，可能造成葉片斷裂飛出，塔柱傾倒，或煞車系統
過熱燒毀等安全問題。風力雖是再生能源，卻也有許多對環境不友善的副作用。
風力發電攔截了風的部分能量，可能造成氣候的微小變化。有一項研究顯示風機造成區域夜
間溫度上升。德州中西部有著世界上最大的四座風力發電廠，檢視附近一萬平方公里的衛星
影像後發現，從2003年到2011年的夏季，超過95％的時間中有風機的區域較沒有的區域夜間
地表溫度平均高出0.65°C。但此現象是否是熱島效應在風速降低時散熱較差所造成？還是有
更深層的意義？另一項研究模擬美國中西部佈滿風機，用全球對流模型模擬全球氣候變化，
發現美國中西部的風機陣列與北大西洋的氣壓分布產生連動性變化，足以造成氣候的變異。
風機對氣候是否有著蝴蝶效應的影響？類似的現象也可能出現在洋流發電上。這些仍是熱烈
探討中的課題，仍無定論！
太陽光電
太陽光電直接將光能轉換成好用的電能，矽晶圓的太陽光電板壽命長（＞10年），似乎是最
佳的綠色能源！不過太陽能的能量密度低，太陽光電板效率仍低（＜20％）；因此太陽光電
需要占用大量面積，可能與農業生產、照明等產生衝突。
太陽光電產電時不產生CO2，因此被認為是綠色能源，這是跟電動車一樣的假象！因為製程耗
費相當多能量，因此成本高昂，考慮整個生命週期（原料→製造→使用→回收）時，產生每
度電約製造38 g CO2。臺灣的日照量較少，若用效率10％的光電板為例，30年所發的電不一定
能抵銷生命週期所耗用的電。此外矽晶圓的光電板製造時需要用到許多毒性物質！薄膜型雖
然比較安全，但效率更低、壽命更短。
以反核團體常提及的光電雞舍為例：投資一千萬元於太陽光電廠，每年可以售電給台電賺取
約106萬元，該系統試算的效率約16％。以年利率3％計算，要到第15年時才開始賺錢！更何
況台電收購太陽光電是以8.6元/度計算，是市價2.7元/度的3.2倍！這種虧本生意是靠政府補
貼，並非永續經營的方式。若是以相同價格收購電力（例如以太陽光電提供家庭自用），回
本時間最少要增加3.2倍，或者是要運作48年才划算！此案例即可證明這種低效率高耗能的太
陽光電並非綠色能源，因為它是一種負能源：以現在或本地低成本的能源製造太陽光電板，
然後在未來或外國生產更貴的電使用！因此目前仍非大量推廣使用太陽能的最好時機，需要
再等更高效率、製程更低耗能的太陽光電的出現。
生物質或生質能
國際能源總署2009年的統計顯示生質能（biomass energy）佔總能源的10％，但最大量的生物
質（bio-mass）使用仍是直接燃燒！製作生物酒精（bioethanol）、生質柴油（biodiesel）等
生質燃油的比例仍相當低。第一代生質燃油使用玉米、澱粉、蔗糖等食物，引起「拿窮人的
食物去做富人的燃料」的道德批判。第二代生質燃油改用農業廢棄物、纖維等非食物。纖維
素難以分解，醣類多為穩定化合物，有賴微生物或酵素分解，不是效率太低，就是需要消耗
更多能量。有研究指出這些生質能都是負能源！但是未來海空運輸仍無法替換掉燃油，故生
質燃油仍有發展必要。
生物質跟氫氣一樣是能源攜帶者，只是將太陽能儲存在生物質內。生質能與太陽光電兩者都
需要大面積的土地。現代企業化經營的農業，大量仰賴石化工業所提供的肥料與能源來耕
作、運輸等。生產一份能量的食物需要一成的太陽能與九成的石化物質能量。當石油短缺
時，如何填補這九成的缺口？肥料可用生物質回收製作有機肥，再度回到食物鏈，但過程中
總是會有損耗。運輸可用生質燃料，但需要額外的土地種植作物。全部靠太陽時，最少需要
用1/0.1＝10倍的土地才能維持相同的產出！土地成為維持糧食生產與人類生存最重要的資
本！那時還有多少農地可以做為太陽光電使用？有遠見者，應該知道現在把農地變成工業區
與豪宅的政策是多麼離譜的作法！。
結論
能源教育是科學素養的一部分。當民眾在作社會重大議題的判斷時，科學素養就是抉擇背後
的原理。本文澄清幾項能源的誤解，希望能有助於社會大眾在面對如核四公投等能源相關議
題時的正確抉擇。
（本文摘錄自作者在2013年中華民國物理教育聯合會議的報告，全文將另行投稿。）
（作者任教於聯合大學能源工程學系、通識教育中心）
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