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唐獎永續發展獎 頒給能源效率教父羅森費爾德

趙軒翎
・2016/06/18 ・2551字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 552 ・八年級
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圖/唐獎基金會新聞稿。

第二屆唐獎永續發展獎得主——

亞瑟.羅森費爾德(Arthur H. Rosenfeld)

羅森費爾德原本是名粒子物理學者,但遇上了 1970 年代的石油危機,毅然決然投入能源研究,不僅研發一系列創新的能源科技,還實際參與能源政策的改革,被譽為能源效率教父。

美國國家科學院 2001 年研究發現,羅森費爾德教授的能源創新與政策,為人們省下 300 億美元的花費。估計至 2030 年,可為全球省下 1.8 兆美元的能源支出,並消除 70 億噸的二氧化碳排放,等於 15 億輛汽車每年的總碳排放。

來看看他到底怎麼做到的!

將屋頂刷白,變身涼爽屋頂

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圖/Chris Dick@flickr

羅森費爾德花多年研究「白色屋頂」,這件事可能讓你非常困惑,究竟屋頂顏色百百種,白色的屋頂有什麼特別好研究的。

在他的研究中,他發現將屋頂漆成白色後,因為白色會將太陽光和熱反射回去,因此可以降低我們生活環境的溫度,也減少我們開冷氣降溫的需求。而這項研究的結果讓「涼爽屋頂」的概念在 2005 年就被美國加州建構房屋的標準,必須在屋頂漆上白色的反光漆。根據他的估算,如果未來20年,所有都市建築物屋頂都漆成白色,就可以幫地球減少 24 兆噸的碳排放。

智慧窗戶和省電燈具

1974 年之後,他就開始投入能源使用效率的研究上。他在羅倫斯柏克萊國家研究室成立建築科學中心(Center for Building Science),致力於開發節能、省電的建築科技,也可算是綠色建築科技的先驅。

這個中心確實也開發出非常多令人驚豔的技術,其中一個就是「智慧型窗戶」(low-emissivity smart windows)。這種窗戶使用雙層玻璃,中間隔著惰性氣體如氬氣,而內層玻璃表面有一層薄薄的塗布,在冬天能將熱保留在室內,在夏天可將外界的熱隔絕在室外,但不影響光線的穿透。這樣的窗戶設計,能幫助室內達到冬暖夏涼,也減少冷氣、暖氣的使用。

Summer and Winter
智慧窗的概念圖。圖/arch.ttu.edu

螢光燈中藏著另一個羅森費爾德在這個中心研發的技術,那就高頻電子安定器(high-frequency electronic ballasts)。這種裝置不但能提高燈的使用效率到 10~15%,也能減少燈亮時產生的嗡嗡聲。在這個裝置正式推行到市面上之前,他們曾在舊金山的一棟摩天大樓中測試,發現在安裝具有新的高頻電子安定器的燈之後,與之前使用舊型安定器的燈具時相比,節省了 30% 的用電。後來這樣的技術,也成為現在市面上使用的緊湊型節能螢光燈所需要的器材之一了。

羅森費爾德效應、羅森費爾德單位

羅森費爾德效應,聽起來像是一個新的科學名詞,像是溫室效應、破窗效應、蝴蝶效應、星際效應等,但實際上這並不是一個科學現象。這是用來讚揚羅森費爾德,投身能源效率政策的改革,使得美國加州度過能源危機,且成為省電的模範。

在 1970 年至今,美國的人均用電量增加了 50%,但加州這個省分卻異於其他省分,人均用電量幾乎沒有成長。這歸功於羅森費爾德將「提升用電效率來省電」的概念大力推廣,鼓勵大家更換用電效率高的新電器來汰換舊電器,達到省電的功效,而非建立更多的火力發電廠。他成功地說服加州政府制定能源效率標準,加強冰箱和冷氣機等耗能家電的能源效率,而這些新標準也讓往後的 25 年中,冰箱的耗電率下降到之前的 1/4。

遠在 1970 年代就開始推行這樣的省電概念,直到現在都還是走在時代的尖端啊!他促成加州推行這些省電政策,也幫助了加州度過了兩次的電力嚴重短缺的危機。能源效率界因此就將這個現象稱為「羅森費爾德效應」。

除此之外,「羅森費爾德」這幾個字還成為了一種新的單位。2010 年,52 位能源效率科學家,為了表彰羅森費爾德在省電上的貢獻,他們將「羅森費爾德」制定為一個新的單位測量節省能源,一個單位的「羅森費爾德」就等同於節省 30 億度電。

得獎無數,但他最難忘的獎是…

列印
圖/唐獎基金會新聞稿

羅森費爾德今(2016)年已經是 90 歲高齡,他也是在 90 歲生日派對上向親友們公布他獲得唐獎的消息。

他為了節能科技和政策推行上奉獻了多年的心力,除了唐獎永續發展獎之外,一路上他獲獎無數,包含美國國家科技獎(National Medal of Technology)、全球能源獎(Global Energy Prize (Russia))、卡諾獎能源效率獎(Carnot Award for Energy Efficiency)、西拉德獎(Szilard Award for Physics in the Public Interest)等。

但他曾說他最感到驕傲的是他在 2006 年獲得的費米獎(Enrico Fermi Award)。這個費米獎對他的意義非常大。羅森費爾德在美國芝加哥大學攻讀物理學博士學位時,他的指導教授就是諾貝爾獎費米(Enrico Fermi),而他也是費米最後一個指導的學生。獲得這個以恩師名字為名的獎項,或許就好像是自己的老師對他這多年來投入心血的肯定一般,也是對他最大的鼓勵。

  • 唐獎永續發展獎公布記者會影片

 

參考資料

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趙軒翎
17 篇文章 ・ 1 位粉絲
在「一日生科,終身科科」的年代,即使鬧家庭革命都堅持要念生科,卻在畢業之際決定走出實驗室找尋新的出路。因緣際會就這麼踏入了科學傳播領域,雖然一路跌跌撞撞,但仍相信自己可以用知識改變這個世界。聯繫方式:scimonth.chao@gmail.com


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》