核四要不要蓋已經是意識型態的問題。即使是以理性的數據來討論，也會被說成知識的傲慢，所以只能等待多數決來解決。但是連這一點我也不抱太大的希望。最近的事件看到的都是一些人以自己的意見來挾持不出面發聲的人，讓依法選舉出來的民意機構不能執行其功能。我十分同意「當獨裁成為事實，革命就是義務」這句話。什麼是獨裁，這就是。
2014年4月26日 星期六
封存與廢核四
所以我只能談些瑣碎小事，像是封存封存與廢核四。我想談的是財務面。第一個連結是台電去年的資產負債表。當然 2014 年第一季的也應該出爐了，不過我相信也差不了多少。
台電是一家資本
3,300 億的公司，但是財務槓桿很大。現有資產 18,849 億，而負債也達 17,235 億。一般公司以如此的資本額根本借不到這麼多錢，主要的還是因為台電是大到不能倒，政府的信用在背後撐著。現在台電的淨資產為 1,614 億，虧損過半。主要的原因是國際原料漲，但電價多年不能漲。
要貸款總是要有資產做抵押。台電最大的資產是什麼？是不動產、廠房及設備，計 15,413 億，佔總資產的 81.8%。核四因尚未啟用，自然沒有折舊，所以已投入的資金約 2,700 億全是算在資產這一邊。這 2,700 億假設可以抵押借七成款，就是接近 1,700 億。
如果是封存呢？核四還能算資產，只要依期繳納本息，可以換取一些解決問題的時間。
廢核四呢？首先
2,700 億就得從資產部位註銷 (write-off)。單只是這一點，台電已經是資不抵債，記住，台電的淨資產只有 1,614 億。減去此金額之後，淨資產已為負一千多億。僅此一點，台電就應依法宣告破產。
但那只是災難的開始。以核四設備抵押的貸款會變成即時到期。這會馬上產生一個大的資金缺口。以最樂觀的估計，台電的所有的流動資產 857 億都能轉換成現金來支付，還遠遠不足。
政府增資台電呢？不是一千億可以了事的。一般這種大型的貸款都是以聯貸 (syndicated loan) 進行。典型的聯貸合約中幾乎都會有這兩個條款：交叉違約 (cross default) 以及負抵押 (negative pledge)。前者是指一家公司的某個貸款違約，則其它的貸款也都會跟著算違約。後者是指如果這家公司在其它的貸款合約中給較好的保障條件，則此次貸款也要一體適用。這兩個條款的效果是台電幾乎所有的長短債會全面一起到期，這是上兆元的事。
政府要再增資，那是至少幾千億的事。平均每個人要繳幾十萬元。我不知道其它人的意願，但是這錢我是不願意繳的。
台電當然也可以有一些作為，像是違約重新協商--這通常會導致利息大幅上升，但這只能苟延殘喘一陣子，也無法解決前述資不抵債的問題；也可以向法院申請破產重整，暫時逃過債務的追逼。這兩種方案都會有共同的結果：缺電、電價上漲以及離新能源越來越遠。缺少資金或破產的公司是沒有資格提研發新能源的。
直接廢核四的提議最令我訝異的是這些人都有執政經驗，應該暸解這樣做法的嚴重後果。在明知如此提案的後果，卻要求現任政府做此他們過去執政沒有做過、未來執政也沒膽子做的事。其心可誅。
2014年4月22日 星期二
關於能源的種種迷思
Richard Muller 繼《給未來總統的物理課》之後，又在 2012 年出版了《給未來總統的能源課》[1]。
這本書比上一本書更集中在能源議題，也包含了能源對環境污染的影響。它首先提的是福島核災、墨西哥灣漏油事件以及全球暖化與氣候變遷。好
Muller，先提負面影響。裏面很多的數據、預測與刻板印象截然相反。在書成之日，也就是距福島事件發生才一年多，福島地區附近很多地方的幅射值已低於美國的丹佛。像核島這麼嚴重災變會使一大塊地區變成長時間不能使用？恐怕這樣的說詞要重新檢討一下。因福島事件幅射外洩終將因而致死的，估計約一百人。這與 311地震及海嘯直接死亡的人數一萬五千人相比，連零頭都不到。而且這個數字放在每年因致癌而死的 20%人口之中，統計上完全不顯著。
對於燃媒發電，不只是全球暖化的問題。每年因燃煤空污 (主要是二氧化硫、汞、笑氣等懸浮粒子) 致死的人遠較歷來核電災難累計的死亡人數要多。這不是單單碳捕捉儲存就可以解決的事。而且燃炭在開採、運送的過程中還有另外的傷害。這期的
Economist以「何其不幸，煤炭將成未來燃料」(The fuel of the future, unfortunately.) 為題 [2]。其實這在科學界是人盡皆知的事，只是現在也轉移到較關注人文社會的群體之中。
書中當然討論了所有可能的替代方案，甚至包括冷融合。但每種方案都有其成本和限制。像氫電池表面上只產生水，是乾淨的燃料。但是氫是由水電解而來的，還是躲避不了發電的問題。而且這個過程有能量損耗，發電的污染還要乘一個乘數。又，氫每單位體積產生的能量遠不如石油，怎麼攜帶足夠的能量很費思量。
以美國的立場來看，天然氣加上碳捕捉是最佳方案。這主要的原因是因為美國頁岩氣的開採技術讓產量大增，成本下降，而美國蘊藏量甚豐。很可惜，這只適用於美國，不是台灣。台灣買天然氣發電，每千瓦成本仍遠高於煤及核電。看本書時要將此點時時放在心頭。
最令人一目瞭然的是書中 148 頁附表中的各種能源比較。每千瓦小時最便宜的是先進複循環
(advanced combined cycle)，其實就是 Gas turbine 加廢熱運用，每單位成本為 0.063 USD。聽起來誘人，但那是美國，記住 Gas turbine 是用天然氣的。台灣的成本在數倍之上。比先進核能
(0.114 USD) 便宜的方案還有水力
(0.009 USD)、地熱
(0.102 USD) 與風力
(0.097 USD)。水力及地熱要靠老天恩賜。水力在台灣大概已無地方可下手，想想美濃水庫就知道了。地熱的能源密度極低，每平方公尺只有 0.1 瓦，連較貴的太陽能以最保守的方式估計尚且每平方公尺有 250 瓦，全世界適合地熱發電的地方一隻手就數完了。風力也是靠天賜，不能當基載電力，也有噪音及環保問題。離岸呢？成本驟升至 0.243
USD，這包括基座、維修及電力輸送所增加的成本。這個表是根據美國能源資訊局 (EIA,
Energy Information Administration，能源部底下的一個組織) 在 2011 年 12 月發表的年度能源展望 [3] 。如果嫌資料不夠新，可以用
Annual Energy Outlook 2013 [4] 及 2014 的修正 [5] 的數字來替代，我相信數字是差不多的，這些年度展望中都展望到了 2035 年以後了。
有反油電雙漲的、有反核的、有反燃煤空污的、有反全球暖化的、有反建水庫的、有反風力發電的噪音及破壞景觀的。我什麼都不反，只希望有用的起的電可用，而此刻你也正在用電。有人說網路現在是基本人權，我希望這個基本人權能被維護下來。如果要反對什麼，我樂於聆聽可行的替代方案。
2014年4月7日 星期一
自旋電子學 (spintronics)
一個電子基本上有兩個特性：電荷及自旋 (spin) [1]。過去的微電子學都是利用電子的電荷來傳遞、儲存訊息。電子自旋的特性沒有被充份利用是因為自旋流 (spin current) 不是守恆量，比較難以利用它來傳遞、儲存訊息。隨著物理學的進展，現在對自旋的暸解及掌握較精確，其技術已開始被應用到電子設備，包括磁碟的讀取利用巨磁阻 (GMR; Giant Magneto Resistance)
[2] 大幅提高其儲存密度 (自九Ｏ年代中開始量產)、利用 AMR (Anisotropic Magneto
Resistance) [3]、GMR、TMR (Tunnel Magneto Resistance)
[4] 來設計、製造手機及未來所有行動裝置必備的磁阻感應器 (magneto resistance sensor) [5]
(現在台灣已有公司開始進入量產階段) 以及在未來數年內會進入量產的 MRAM (Magnetoresistance Random
Access Memory) (主要是利用 TMR) [6] 等。注意以上的電子裝置基本上在裝置內利用自旋來儲存、操作，裝置外仍轉換成電荷訊號傳輸。這是自旋電子學第一階段實現的應用。
在 2006年，在自旋電子學的領域發現了一種新的材料拓樸絕緣體 (topological insulator)，材料本身中心是絕緣體，但其表面容許有導電態 (conduction state)
。此導電態一個最有用的特性是電子的動量與自旋維持一定方向關係 (spin-momentum locking) [7]，且不會因雜質散射而改變方向，這使得以自旋來傳遞訊息成為可行。
自此發現後拓樸絕緣體被考慮用來被整合入積體電路甚或取代現有以半導體為主的積體電路。其主要優點是其自旋電晶體 (spin transistor) [8] 在轉換狀態時能量極低，因為由電壓產生磁場改變自旋方向所需能量極低；而自旋流在拓樸絕緣體上傳導也無焦耳效應 [9]，能耗極低。此二特性可以有效解決目前以半導體為主的微電子線路之能耗及散熱問題。至於拓樸絕緣體可以到達的臨界尺度，理論計算相信自旋傳導線可以到達至少 5nm 以下。新的材質的搜尋以及技術方法有機會進一步壓縮其臨界尺度。
拓樸絕緣體的另一應用是量子計算 (quantum computation) [10] ，此一領域為高速計算的前瞻方向。量子計算機在解決非多項式問題 (non-polynomial problem) [11] 極有效率，此產品已有原型機販賣 [12]。
由於此領域的發展有高度的潛力，而且可能改變微電子產業的設計與製造，是產業方向大轉彎的變化，各國無不投入大量資源戮力以赴。目前積極投入國家包括美國、日本、德國、法國、韓國、大陸以及新加坡。日本於3月13日 才舉辦過以拓樸絕緣體來設計、製造積體微電子裝置的會議，而新加坡正在籌設自旋電子學中心，三星與韓國大學以及德國研究機構有長期合作。大陸更把此項目列為科研重點，清華大學副校長、北大物理學院院長等都由自旋電子學的專家出任，其給予的資源勝於各國。由於在半導體技術大陸目前稍落後，追趕困難，目前的戰略是從新的技術一舉超前。在拓樸絕緣體此一領域，估計其發表量占世界約 1/5。
台灣企業本質都是中小企業，有限的研發經費只能用在短期的新產品開發。對於中長期的科技研發，雖然有心，卻無力投資多項領域。而此正是許多企業在產業有方向性的技術轉變時遭遇滅頂的原因，譬如 flash 之於 DRAM 製造業。比較合理的做法是產業結合學術界及政府的力量，利用共同研發平台，共同投入中長期科學及技術的研發。自旋電子學有立即的應用，也有未來可能的改變產業方向的潛力。這是一個風險較低而可能有巨大成效的領域，產業和學界應認真考慮攜手長期共同合作的可能。
References:
[5]:http://www.meas-spec.com/position-sensors/position-sensor-components/magneto-resistive-sensors.aspx
[12]: http://www.dwavesys.com/
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