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國產設備，搶攻第三代化合物半導體商機！
🔎大家知道最近很夯的「#化合物半導體」是什麼嗎❓半導體晶圓的材料發展，已經從第一代的矽(Si)、第二代的砷化鎵（GaAs）/磷化銦（InP）、演進到第三代以氮化鎵（GaN）及碳化矽（SiC）為主的化合物半導體。
💁♂️#第三代化合物半導體 的優點，是能承受更高的電壓、提供更好的高頻傳輸與電源轉換效率，使其可優化車用光學雷達、馬達控制器、高功率元件、5G射頻元件與基地台、風力發電，甚至軍用、太空衛星等電力控制系統領域的應用，因此許多國家開始將化合物半導體列為國家戰略重點🎯
面對第三代化合物半導體的商機，如何提高未來上中下游設備自主率是關鍵，因此 #經濟部工業局 於8月底委託 #金屬中心 辦理 「👨💼#半導體設備國產化產學研專家會議」，會中由環球晶、漢民、太極能源、穩晟材料等廠商及中山科學研究院、勤益科大等學研代表，針對「化合物半導體國產設備的機會：#長晶、#磊晶產業」為主題進行熱烈討論，與會者以實際場域應用者的角色提供寶貴的建言，期望我國廠商在第三代半導體發展初期能搶奪先機，佔有優勢的利基位置💪
這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣：只是炒作？真的會造成缺電嗎？專家一次說清楚（12/30/2020 風傳媒）
"你應該知道的是：豐田汽車社長痛批，電動車若更加盛行，可能造成日本大缺電，此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑，到底會不會缺電？電動車只是炒作的話題嗎？作者以專業背景解釋，電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效，但能源轉型困境並未因此紓緩，能源問題人人有責，不能把責任推給政府。"
作者：曲建仲 / 台大電機博士，知識力專家社群創辦人
近年來空氣污染讓大家忍無可忍，溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重，讓世界各國政府推出新的碳排放法規，不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號，許多車廠被迫積極開發電動車，彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題，豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作，許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋，所以電動車真的是未來環保的新希望嗎？事實恐怕和你想的不一樣？
電池的構造與原理
所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極)，基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion)，電子流入元件可以推動元件工作，也就是我們所稱的電能，如圖一(a)示；陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極，如圖一(b)所示；最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合，如圖一(c)所示。
電池的陽極(Anode)：是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode)：是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。
兩者恰好相反，千萬別弄錯了唷！大家可能會好奇，為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢？因為化學家定義放出電子的叫「陽極」；而陽極放出電子，代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸)，所以物理學家稱陽極為「負極」。
不同的鋰電池主要是陰極材料不同
不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同，目前最常用的陰極材料共有四種：鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4)，其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池，其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物，而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體，負極材料一般是使用石墨。
固態鋰電池未來發展值得關注
由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體，容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題，而固態鋰電池的電解質是固體，不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸，而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量，此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性，不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液，需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。
電極材料與液態電解質容易完全接觸，但是和固態電解質接觸不如液體，造成介面阻抗過高，影響整體電池效能，而且固態電解質製程良率低價格高，仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車，美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利，能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍，法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池，德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術，QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲，由於廠商投入資源研發未來發展可期。
電動車的普及有賴電力基礎建設
電動車要充電，但是如何充電是個大問題，像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤，使用者可以到電池交換站自行更換電池，但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上，只能以定點充電的方式進行，即使目前的規格要求在1小時內完成充電，使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。
如果必須把車開回家在停車場充電，最大的問題是目前的電力基礎建設不足，假設大樓停車場有100個停車位，每個都設置插座，當100台電動車同時充電時，大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流，因此整個電力基礎建設，包括：變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成，聽起來就不是短期內可以做到的事，可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池，當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電，考慮到成本與安全，大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。
電動車不會排放廢氣 更環保而且節省能源？
由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中，再以「電源供應器(PSU：Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電，如果使用的是交流馬達，則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電，每一次的電源轉換效率大約80%~90%，因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO：Institute for Economic Research)發布的一份研究報告，考慮電動車的碳排放量時，如果將鋰電池的生產製造、能量轉換，以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去，電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。
根據IFO的資料，最環保的能源形式是使用「甲烷」，也就是我們家裡用的天然瓦斯，它與一般的「瓦斯車」類似，差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量，而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低，是汽車製造商可以採用的環保能源，搞了半天最環保的竟然是瓦斯車，看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理，不過瓦斯車還是會排放二氧化碳，無法解決溫室效應的問題。
電動車只能改善空氣污染 無法解決能源問題
充電站裡的電是那裡來的呢？還是由發電廠來的，說來說去，又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供，核能目前被社會接受的可能性很低，在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠，因此又回到最原始的火力發電，不論是使用天然氣或煤碳，最後還是免不了要造成空氣污染的，因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染，轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電，這是應該做的，只是核能電廠要除役，太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠，沒辦法多出來給電動車使用。
汽柴油車與火力發電廠最大的差別，在於對污染物的控制，汽柴油車滿街跑到處噴廢氣，只能使用觸媒轉化器進行處理，由於價格與體積的限制，無法對廢氣有效回收處理；而發電廠是將廢氣集中處理，可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理，污染的確變低，因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染，再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步，發展電動車仍然是重要的選項之一。
氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重
傳統電池直接使用化學反應產生能量，優點是能量轉換效率很高(80%以上)，但是充電需要比較長的時間；而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量，優點是可以直接補充燃料，但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下)，科學家開始思考，有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢？於是燃料電池從此誕生了。
燃料電池和傳統電池的原理相同，都是將活性物質的化學能轉換成電能，但是傳統電池的電極本身是活性物質，會參與化學反應；而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已，並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應)，必須將活性物質加入電池內，就好像我們的汽車補充燃料一樣，才能產生化學反應形成電能，是一種要補充燃料的電池，故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。
儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油
燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水，反應後排放的氮化物或硫化物極少，幾乎沒有任何污染，因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題；因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶，可以取代氫氣鋼瓶，Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai，創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄，已經是成功的商品了，那麼它的問題到底在那裡呢？
首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題，氫氣的來源則是更大的問題，大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣，問題是電解水產生氫氣的成本很高，而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本，目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」（Steam reforming）的方式分解生產氫氣，搞了半天還是要以石油做為原料，看起來人類要擺脫石油還真困難。
為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車？
很有趣的現象，世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車，為什麼是這個時間呢？主要還是覺得前面介紹的這些問題，包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠，或是太陽能、風力發電等新能源開發，大約需要20年時間，因此選擇了這個時間點，問題是如果時間訂定了，卻沒有看到政府加蓋發電廠，那時間到了要怎麼辦呢？
不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」，還有一門不可言傳的心思，那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍，但是眼見要解決這個問題困難重重，宣誓「2040 年」禁售汽柴油車，等於是給老百姓一個交代，反正2040年是 20 年以後的事了，到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人，這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」，何樂而不為呢？
能源問題人人有責 不能把責任推給政府
經過前面的介紹，大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單，政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車，而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於：電價太便宜，造成使用者沒有節約用電的習慣，各種價格較高的「家庭能源管理系統」（HEMS：Home Energy Management System）乏人問津，電價如果真的大漲又會造成物價波動，受限於選舉與政治因素，要讓電價上漲也是困難重重，只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣，才是最有效的方法。
責任編輯/周岐原
完整圖文內容請見：
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole
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綠能轉捩點到來？INFLECTION POINT FOR GREEN ENERGY（09/30/2020 Vogue Taiwan）
過度仰賴化石能源所造成氣候危機已不容忽視。隨著再生能源競爭力增強，全球能源結構正在加速邁向綠色低碳的未來。
文：AC LEE
今年以來石油產業波折重重。布蘭特原油現貨價從年初每桶66.25 美元一路下跌至4 月21 日的19.50美元， 為2002 年二月以來最低點。主要原因是COVID-19 疫情導致終端需求急凍，以及OPEC 和俄羅斯減產談判破裂。這些暫時性經濟因素目前雖已緩解，但在氣候變遷加劇，環保意識高漲，消費行為改變等壓力下，石油產業前景充滿挑戰。擁有全球五分之一石油儲量的沙烏地阿拉伯國營石油公司─沙烏地阿美 ( Saudi Aramco )，去年12 月首次公開招股（ IPO ），募股總額為256 億美元，低於公司預期約15%。全球首家市值高達兩兆美元的公司，曇花一現。
現有能源結構不利永續發展
能源類型分為非再生能源及再生能源( 或稱綠色能源)。前者包含石油、天然氣、煤炭三種化石能源，以及核能；後者則涵蓋水力、風力、太陽能、生質能源等。根據英國BP 公眾有限公司 ( BP plc ) 分析2019 年全球初級能源使用量，石油和煤炭分別占33% 及27%，天然氣占24%。石油主要用於運輸，而煤炭和天然氣主要用於發電，分別供應全球36%及23% 電力，再生能源占26%，其中60% 為水力發電，而風力發電及太陽能則各占20% 與9%。
現有的能源結構並不利於環境永續發展，有限的化石燃料終會枯竭，汙染亦對生態環境造成極大的傷害。煤炭蘊藏豐富，可供人類使用約200 年。石油和天然氣已探明的蘊藏量估計只能供人類開採約51 ～ 53 年。三種化石能源中，天然氣的碳排放量最低，比煤炭低50% ～ 60%，然而其發電成本較高，以台灣為例，燃氣發電成本比燃煤高48%，而且開採、輸送、儲存的過程中存在燃料外洩的風險，若發生爆炸恐將釀成災害。核能發電穩定、成本低，且不會排放汙染物於大氣中；但有輻射外洩隱憂，且核廢料處置問題至今仍無解。為了減緩氣候變遷，全球能源結構勢必需要轉型，減少對化石能源的依賴，提高再生能源的使用。
綠能競爭力與日俱增
過去再生能源給人昂貴的印象，隨著技術成熟與裝置量增，產業競爭加劇，加上政府大力補貼，發電成本在過去十年間已大幅下滑。
根據國際可再生能源機構 ( International Renewable Energy Agency，IRENA )的資料，太陽能的發電成本從2010 年至今下跌超過80%，導致成本下降的主要原因是太陽能電池轉換效率從初期的4% 提升到目前的25%。陸上風電發電成本下跌39%，主要是占成本60% 以上的風電機組價格在十年間下降逾50%。離岸風電則藉由提升設備容量，發電成本下降29%。相較於水力及風力發電，太陽能發電的地理限制少，發電容量大及穩定度高，發展潛力大。根據投資銀行拉札德 ( Lazard Ltd. ) 以及IRENA 的分析，目前無補貼太陽能平均發電成本較燃煤發電高約30%，較風力發電高約20%。隨著成本持續下降，2021 年後新啟用太陽能廠運轉成本將比現有裝置少42%，將低於現有燃煤電廠及風力發電廠的運轉成本，換言之，太陽能將會成為未來再生能源的主流。
不過，太陽能電池的轉換效率已接近極限，需要新的技術提升效率。近期美國國家再生能源團隊利用三五族半導體開發出新型太陽能電池，轉換效率可以達到47.1%，是目前最高的紀錄。此外，太陽能屬於間歇性能源，太陽不可能時時刻刻照耀，夜晚、陰天則無法發電，需要搭配大規模的儲能系統使用。目前主流儲能系統為抽水蓄能電站，地理條件嚴苛。最新趨勢是使用鋰電池儲能技術，其建廠的地理限制少但成本高，且平均6 ～ 8 年即需汰換電池。產學界正積極研發新技術，例如改採用續航力更優異的氫燃料電池，或延長鋰電池的壽命。特斯拉 ( ESLA ) 近期申請的鋰電池專利，聲稱可延長電池壽命三倍之多。然而，新技術距離商業化仍有一段很長的路要走。
各國迥異的能源政策，為轉型埋下隱憂
聯合國環境規劃署估算，如果要達到巴黎協議中到本世紀末將全球升溫幅度控制於攝氏1.5 度之內的目標，從現在到2030 年，全球溫室氣體排放量每年需減少7.6%。然而各國能源政策大相逕庭，恐讓巴黎協議難以達成目標。
中國是全球最大碳排放國，排放量比排名第二的美國高出90%，主要是因為65% 的電力來自於成本低廉的燃煤發電，但人民卻深受霧霾之苦。為了改善空汙，政府原計畫以天然氣取代煤炭並加速發展再生能源。然而在歷經2019 年初因天然氣供應不穩所導致的缺電窘境，政府去年底宣布擴大使用化石能源來穩定能源供給，興建多座燃煤電廠，加大國內油氣開發力度，再生能源從政策核心退於配角。
在美國，前總統歐巴馬提倡增加綠能發電來減緩氣候暖化，而川普卻計畫擴大化石能源使用量，振興煤炭產業，增加頁岩油開採量。未來十年內，美國頁岩油日產量預估將增加近七成至1,400 萬至1,500 萬桶。然而，各州政府反其道而行，持續關閉老舊的燃煤電廠，提供各種政策及補貼發展綠能。美國能源資訊局預估，今年再生能源發電占比將首度超越燃煤達21%。
歐洲高度仰賴能源進口，因而積極發展綠能。2019 年再生能源( 含水力發電) 占總發電量達到37%，高於中國的27% 及美國的17%。去年12 月，歐盟頒布綠色新政綱要 ( European Green Deal )，並在今年3月公布氣候法草案 ( Climate Law )，目標到2030 年碳排放量將比現在減少50% ～ 55%，2050 年前要讓歐洲成為世界上第一個碳中和的大陸。歐盟也針對各產業詳細規劃能源轉型方案，提供金融工具支持企業採用綠能；若從碳定價不如歐盟的國家進口貨物，歐盟也考慮進行徵稅，將對全球貿易帶來巨大影響。中美是否會因此加速能源轉型，亦成為各方關注的焦點。
台灣綠能發展嚴重落後
如同歐洲各國，台灣90% 以上的能源仰賴進口。煤炭及天然氣發電占比分別達46% 及33%，再生能源只占4.9%。偏重於化石燃料的能源結構，使得台灣人均碳排放量高於全球平均，世界排名二十五，亞洲排名第一。為提升能源自主與兼顧環境永續發展，政府從2016 年開始推動能源轉型，目標到2025 年燃煤發電比重降到30%，核能退場，天然氣占比則提高至50%，再生能源比重增加到20%。再生能源裝置總容量需達27GW，其中20GW 來自太陽能，其餘為風力發電。
台灣位於亞熱帶，日照充足，且海岸狹長，東北季風強，具有發展太陽能及風力發電的潛力。然而，至今年三月，累積太陽能發電容量僅有3.9GW，風力發電容量只有0.8GW。導致進度嚴重落後的原因是政府缺乏全面性的規劃、複雜的土地變更及環評過程，加上鼓勵業者使用較昂貴的國產設備，降低業者投資再生能源的意願。再者，台灣電價為全球第三低，營業用電最低每千瓦新台幣2.12 元，民眾擔憂能源轉型會導致電價上漲。台灣應借鏡歐洲經驗，建構有系統且長遠的轉型政策，提供綠色金融工具及補貼吸引產業提高綠能使用量，並深耕綠色電力消費的宣導與教育，才能真正落實能源轉型。
近年極端氣候對全球威脅與日俱增，去年的歐洲熱浪、澳洲大火、加州野火到年底的威尼斯水災，氣候變遷所導致的災害越來越頻繁。為了環境永續發展，從政府到人民，都必須要做出改變。轉型雖然緩慢且艱鉅，但只要能增加綠能發電，就能減少對環境的威脅，期以順利邁向綠色低碳的未來。
（本文轉載自《INHERITAGE》2020年夏季號）
完整內容請見：
https://www.vogue.com.tw/lifestyle/article/greenenergy-2020
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