環境能源

破壞纖維素的剪刀手─纖維素分解酵素 (Cellulase)

2014/06/26
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破壞纖維素的剪刀手─纖維素分解酵素 (Cellulase)
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生鍾亞萱

近年來，工商社會的快速發展與都市化，使人民生活品質跟著提升，人類過度依賴化石燃料的結果，造成石油量逐年下滑，甚至已到逐漸枯竭的地步。因此世界各國開始重視替代能源的開發及相關的因應對策，而替代的永續性再生能源包含太陽能、風能、水力發電、生質能等，其中生質能源為透過生物原料轉換而成的能源。

其中的纖維素在地球上屬可再生性且含量極豐富，被應用的層面相當廣。由工業及農業所產生的纖維廢棄物富含大量的纖維素，像是稻米收割後剩下的稻草、稻稈及伐木造紙業產生的廢棄物等。透過纖維素生產能源是目前常被討論的一項技術，纖維素分解後會產生小分子的可溶性醣類，這些小分子醣類再經過發酵反應後產生的發酵產物如氫氣、乙醇及一些揮發性脂肪酸，這些發酵產物都可作為石油的替代能源。

纖維素是由葡萄糖單體所串起之大分子多醣，其構造單元體為纖維二糖，而纖維二糖為兩個葡萄糖分子以 β-1,4-糖苷鍵連結而成。鏈狀結構中的分子間包含排列整齊的結晶區及排列不規則的非結晶區，由於結晶區結構排列整齊，阻礙水分子及酵素分子進入結構中反應，使得纖維素結構不易被破壞，因此纖維素需先被分解，才能進行後續的開發及利用。

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隔夜水的危機 (The risk of overnight stagnant water.)

2014/06/14
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隔夜水的危機 (The risk of overnight stagnant water.)
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生陳紀臻

我們每天早上起床後所做的事，大多在衛浴間進行：刷牙、洗臉、如廁，這些日常行動都需要使用自來水。是否曾想過，使用水整晚未流動，是否仍舊乾淨呢？

首先，我們先從管線來檢視。為了使自來水沒有顏色、臭味、致病菌等問題，自來水會經過混凝沈澱、過濾及消毒的過程。而最常見的消毒劑就是含氯物質，例如氯氣、氯氨、二氧化氯及次氯酸鹽。為了使自來水在輸送過程中不滋生病菌，必須讓管線中的水依然保有少量的含氯物質，也就是我們所稱的「餘氯」。

然而，餘氯是否能確實保障隔夜水能安全呢？

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受污染之土壤中微生物的重要性

2014/06/13
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受污染之土壤中微生物的重要性
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生陳雅雯

土壤，是由岩石風化作用形成的自然體，主要由礦物質組成，經由各種風化作用與生物的活動之後，土壤的成分會與原本的岩石不同，為有機物與礦物質混合而成。土壤進入河川或湖泊之後，藉由重力而沉積在底部的物質即稱為「底泥」。

底泥又分為三大類，第一類為岩石風化後，以顆粒或黏質塊狀進入水體的砂礫或淤泥等；第二類則是水體中溶液結晶的析出而沉降於底部的物質；水中生物的殘骸或水中生物體排出的排泄物及生物產生的沉積物經由重力而沉積在底部的物質則為第三類。

河川或湖泊底泥中的微生物族群是維持水體水質、底泥生態環境重要的因素之一，不同的水質環境提供不同的碳源及營養鹽，以維持底泥中微生物的生長，形成了底泥中豐富的微生物多樣性，這些底泥具有高度多樣性的微生物所進行的碳、氮循環，鐵、錳等元素的還原以及甲烷、硫化氫的生成等生物代謝反應會進一步影響水體中的元素循環及水質狀態。因此，微生物在生物地質循環中扮演著相當重要的角色。

然而，隨著工業的蓬勃發展，一般的汙水處理程序對這些汙染物質的處理能力有一定的限制，造成大量排入河川湖泊中的水，含有一定量未被處理的汙染物質，造成河川湖泊的汙染，改變了河川水體水質的特性環境，進一步影響水中的生物型態。

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太陽能家戶發電

2014/06/10
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太陽能家戶發電 (Solar PV system for home)
國立臺灣大學土木工程研究所金育暉

由於原油價格不斷上漲，連帶著電力價格也跟著浮動，可預期的，未來電費勢必不斷攀升，為了減緩電價浮動所帶來的影響及提倡再生能源以減緩溫室效應的進行，政府正推動家戶安裝太陽能發電系統政策，期能以太陽能取代部分電力來源，促進再生能源發展。

對於一般家庭來說，經濟考量總是大於環保觀念，那太陽能發電究竟經不經濟，透過簡單的數字可以很清楚的了解。首先須有幾個基本假設跟資料：

  1. 依據台電所提供的 102 年度平均每戶家庭每月用電量為 $$291$$ 度，為方便計算，取整數為 $$300$$ 度，一年即為 $$3600$$ 度，平均每日使用 $$10$$ 度。
  2. 太陽能發電系統是由 $$1$$ 瓩(kWp)為單位，每 $$1$$ 瓩(kWp)一天可提供的發電量約為 $$2.6$$ 至 $$3.6$$ 度不等，其主要取決於設置地點，如於台北約為 $$2.6$$ 度，在高雄可達 $$3.5$$ 度。根據假設 $$1$$，若要滿足一般家戶每日用電需求約須三個單位的太陽能發電系統。
  3. 太陽能發電系統，依據不同系統設計，每 $$1$$ 瓩(kWp)單價由 $$7$$ 萬至 $$20$$ 萬不等，平均使用年限約 $$15$$～$$20$$ 年，若僅考慮太陽能發電板本身，幾不產生後續維護費用，所以在此先行省略維護費用。
  4. 依據台電所提供台灣 102 年家庭用每度電平均售價為 $$2.86$$ (元/度)，同年度鄰近國家，日本為 $$8.20$$ (元/度)；菲律賓為 $$7.75$$ (元/度)；新加坡為 $$6.61$$ (元/度)；泰國為 $$3.42$$ (元/度)；南韓為 $$3.25$$ (元/度)。
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天上掉下來的能源——淺談太陽能 Recognizing solar energy development

2014/06/01
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天上掉下來的能源——淺談太陽能 Recognizing solar energy development
國立臺灣大學土木工程研究所金育暉

隨著溫室效應、氣候暖化議題不斷發酵，再生能源的需求不斷被提出，過去已發展的再生能源也隨著科技進步，逐漸追上石油能源，比如，太陽能。

太陽能並不算新技術，早在 1839 年法國物理學家 A.E.Becquerel 就已發現某些物質經過光線照射後會產生電壓，他稱之為光伏特效應(photovoltaic effect)，再經過了約四十年（1883年），美國人Charles Fritts製造出了第一塊太陽能發電板，但其效率只有 $$1\%$$，無法有實際應用價值。

接著又過了約七十年（1954年），美國貝爾實驗室才研發出效率達 $$6\%$$ 的太陽能發電板，但也因其價格昂貴與效率不彰，多應用在太空設備上，為各式衛星提供穩定而持續的電力來源。進入廿一世紀，因石油危機與環境議題發酵，再加上半導體技術的進步，讓太陽能發電板的平均效率達到 $$15\%$$ 左右，太陽能發電才開始走上能源的舞台。

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擔心水裡有重金屬嗎？去除重金屬讓你用水更安心～ 複合性奈米鐵顆粒

2014/05/30
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擔心水裡有重金屬嗎？去除重金屬讓你用水更安心～ 複合性奈米鐵顆粒
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生羅偉倫

工業化時代，工廠林立，各種工業化產品讓我們的生活更方便，但在方便的背後，卻是污染危機，其中重金屬污染更是常見的問題之一，它長久以來存在人類生活環境中。我們常可以看到水中含有重金屬污染的新聞報導，如何去除該污染，也成為現今一大課題。

現今工廠處理含重金屬污水的方法，大多是加入萃取劑，用「液相萃取」的方式將重金屬成分萃取出。液相萃取，是利用重金屬在不同溶劑中有不同溶解度的緣故，而將該重金屬由其中一溶劑移轉到另一溶劑的一種方法，通常這兩種溶劑必須互不相溶或是微溶，並且在密度上有差異，才好分離，不過這種方法實際上仍未能將重金屬單獨分離出來，萃取後通常仍需以蒸餾或其他方法才可以分離出重金屬。用萃取的方式還是有缺點，萃取液雖然可以提升重金屬的萃取效率，但在反應過程中，萃取劑會溶出到水相中，造成水污染並降低萃取效率。

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水有怪味？別懷疑你的鼻子～ 自來水中潛藏的秘密

2014/05/28
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水有怪味？別懷疑你的鼻子～自來水中潛藏的秘密
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生柯賢駿

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(圖片來源：http://www.gcpnews.com/zh-tw/articles/2008-07-11/C1000_25104.html)

是否曾有過在一個美好的早晨，卻在嗽口時，從自來水中傳出淡淡的怪味壞了好心情？原因是，自來水從水廠引出來之後，在水管管線中停留過久時間，會溶入管線所溶出的鐵銹、塑膠管灰塵異味；另外，自來水的源頭和處理方式也是水中怪味的主因。

到底，自來水工程的做法有哪些？對民生健康是否安全無虞？就讓我們一起來了解自來水工程的處理方式。

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邊坡災害的發生與預防

2014/05/04
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邊坡災害的發生與預防
國立臺灣大學土木所大地組卓玉庭

臺灣山區邊坡常常因受到自然災害，如豪雨、颱風、地震等自然力侵襲進而產生滑動崩壞等現象，像1999年的921集集大地震造成中部地區多處山崩（如圖1所示），以及2009年的莫拉克颱風造成之土石流災害（如圖2所示），均為強烈的外在自然力所導致，但是，邊坡的滑動除了受到自然力，及本身地質構造、地形、地層種類等影響外，人為開發更是造成災害發生的重要因素之一。

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太陽能的大突破：最新光伏系統可用

2014/04/30
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太陽能的大突破：最新光伏系統可用
國立臺灣大學科學教育發展中心

編譯來源：Earth Day Collaboration Aims to Harness the Energy of 2,000 Suns

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圖片來源：IBM Research

IBM在2013年世界地球日發表了一篇關於利用太陽能、新光伏系統的突破性報導。

有沒有一種科技，只要使用撒哈拉沙漠約百分之二的面積，就能提供全世界所需的電力？儘管現有普遍的太陽能科技價格高昂，製作費工費時，然而由IBM公司、瑞士大學和氣光能源公司 (Airlight Energy)正在合作開發一個負擔得起的光伏系統（photovoltaic system），能夠將相當於2000顆太陽的能量集中在數百個1平方公分的晶片（chip）上。

這個高效能光伏熱（High Concentration PhotoVoltaic Thermal, HCPVT）系統原型機主要是一個大型拋物面裝置，內含多個圓盤狀鏡片，此拋物面裝置在太陽追蹤系統（tracking system）基座上，此追蹤系統能隨時調整拋物面，使其一直在最佳接收太陽能的角度。鏡面反射太陽光到連接許多微通道水冷凝受器的三接光伏晶片上，每一個小方塊光伏晶片可以在每天八小時的太陽日照下產生200-250瓦特不等的電力。這樣的系統能裝置在任何陽光充足的地區，有效利用超過百分之三十的太陽光成為電力，並且有至少百分之五十的浪費熱能得到回收。

HCPVT的直效冷卻系統來自於人體血液供應系統的啓發，並已經經過IBM工程師在電腦上的測試，而這項設置也能提供當地新的水資源。利用最新科技中冷卻超級電腦的系統，約攝氏90度的水經過一多孔膜蒸餾系統，變成可用飲水。系統內每平方公尺的冷凝面積每天可以提供30~40公升飲用水，同時每小時產生超過2000瓦的電。

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空氣汙染與酸雨

2014/04/28
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空氣汙染與酸雨
國立臺灣大學土木所大地組卓玉庭

何為空氣汙染

空氣中含有許多化學物質，像是氮、氧等，每種氣體的濃度並非固定，會隨著外在環境而有些微增減，但在一般情況下各種氣體會維持一定的平衡，不會對生態造成影響。但由於工業活動發達，排放出的化學物質越來越多，使得空氣中某些化學物質的濃度高於標準，開始對生態造成危害，造成空氣汙染（如表一、圖1所示）。

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表一、空氣汙染的成因

空氣汙染的汙染物主要有碳、鉛、氯、碳氫化合物、硫酸鹽等懸浮顆粒，其顆粒細微，不受外力影響的狀況下能長時間懸浮在空氣中，若隨著呼吸進入人體，會堆積在呼吸道及肺部危害健康。此外，一氧化碳、氯氟烴、二氧化硫等氣體，也是常見的污染氣體；尤其，二氧化硫這種酸性氣體與水混合後，會形成酸雨，對生態造成極大的危害。

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