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台灣要減少能源外包,這裡有些可行的做法

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2016/09/22 ・2652字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

本篇文章由科技部、經濟部贊助,泛科學策畫執行。

文/彭琬芸|台大新聞所碩士生

雞蛋不能放在同一個籃子裡,這個道理大家都懂,但我們現在幾乎所有的能源都仰賴進口,一旦某個環節出了狀況,我們是不是就沒有電可以用了?你可以想像沒有電力的生活嗎?

無論是滑手機處理工作,或在夜裡點一盞燈閱讀放鬆,現代人生活都脫離不了電力能源。整個社會要能正常運作,能源是如貨幣般不可或缺的存在。

台灣的能源自主性非常低,高達 98% 的能源仰賴進口[1]。為了讓台灣不再過度依賴進口能源、提升能源使用效率,「第二期能源國家型科技計畫(National Energy Program Phase II,簡稱 NEP-II)」應運而生,希望從六大主軸切入,改善台灣的能源體質。

降低火力發電衝擊—「減碳淨煤主軸」

能源自主,卻也帶來污染與暖化風險。火力發電占台電發電量比例近八成[2],燃煤產生的二氧化碳(CO2),正是造成暖化的溫室氣體之一。

台灣仰賴火力發電,無法避免二氧化碳產生,因此「捕捉」二氧化碳不讓它散入大氣,成為減碳解方。減碳淨煤主軸中心召集人談駿嵩說明,台灣工業研究院擁有「鈣迴路」捕獲技術專利,運用氧化鈣(石灰)「吸」住二氧化碳,目前這項技術應用在台塑麥寮工廠每天能多捕捉一噸的二氧化碳。

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「捕獲」二氧化碳的設備。點擊看大圖。

另一個解決之道,則是將發電產生的二氧化碳供給植物生長,自然地消耗掉。NEP-II 減碳淨煤主軸計劃,運用火力發電產生的二氧化碳培養微藻,方式是透過將二氧化碳轉換成碳酸氫鹽(HCO3)溶入水中,作為微藻的生長的碳原。小小的微藻,營養價值極高,可以製成藻蛋白、DHA 等營養補充品,有很大的商業價值。

尋找潔淨新能源—「地熱與天然氣水合物主軸」

臺灣四面環海,海洋不但帶來漁業商機,也蘊藏能源潛力。例如天然氣甲烷(CH4)在深海低溫與高壓的環境下,會與水分子形成像冰塊,卻可以燃燒的潔淨「可燃冰」。

地熱與天然氣水合物主軸中心召集人黃柏壽解釋,十年前台灣就發現西南海域有不少甲烷資源,但過去探勘技術不成熟,只能盲目地從海面上朝深海投放儀器,效果有限。

現在 NEP-II 地熱與天然氣水合物主軸計畫,已研發出結合視訊功能的探勘儀器,可以「看到」海底實際情況。另一項能在海底移動,由中山大學負責開發的「深海拖曳式光纖探測系統」,則能讓研究員取得即時、精確的海床影像。新偵測技術不但讓探勘可燃冰變得更容易,還能觀測海床地形、調查海洋生物,一舉數得。

  • 深海拖曳式光纖探測系統取得的海床影像

「智慧電網主軸」以資訊網路技術調控能源分配

「智慧電網(Smart Grid)」的概念是用現代發達的網路技術,調節電力供應,更有效率地分配能源。智慧電網也能降低尖峰時段用電,避免發電單位超載。

台灣發電廠多位於偏遠地區,智慧電網主軸中心項下計畫主持人陳彥豪說明,發電廠距離需求端越遠,輸送時損耗的電力就越多,一旦發電廠故障,更會造成大區域停電,而智慧電網更即時與細緻的調度,有機會降低停電的規模。也因智慧電網具有監控電力使用與調配能源分配的特性,能增進再生能源利用率,並讓區域間電力交換分散式發電概念得以落實。目前澎湖群島已有智慧電網示範區。陳彥豪也預告未來將和台北市政府合作,在公共住宅中設置智慧電表、太陽能發電系統[3],使公共住宅能作為小區域能源儲存站。

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透過雲端收集資訊的智慧電網管理系統,即將應用在台北市的公共住宅中。點擊看大圖。

發展在地優勢能源的「離岸風力與海洋能源主軸」

離岸風力與海洋能源主軸設計的「浮游式黑潮發電機」,則瞄準圍繞台灣,流速快、流量大的黑潮洋流,機組「飄」在海中,就可以利用洋流動能發電。浮游式黑潮發電機不但可以調節浮力,還能自行利用海流調節深度,確保機器隨時處於最高效率。

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「飄」在海中,利用洋流發電的浮游式黑潮發電先導機組。

受季風吹拂的台灣,擁有得天獨厚的風力能源。NEP-II 的離岸風力與海洋能源主軸計畫,建造了台灣第一座海洋氣象觀測塔,收集海象資料,作為離岸風力發電機的建置依據。未來將在在彰化芳苑、苗栗竹南外海設置示範風機,設備建置與建置後的發電成效值得持續關注。

「替代主軸」降低台灣對化石燃料的依賴

植物組成、萃取出的「生質能」燃料,則是台灣少數可以全自主生產的能源。NEP-II 的替代主軸的生質精煉廠已能將玉米桿、牧草轉化為工業用酒精。

要把植物的纖維素轉化為酒精,必須借助酵素,纖維素才能被水解成小分子的葡萄糖與木糖,替代主軸開發的「高活性酵素生產技術」,則把步驟成本壓低,和國外進口酵素相當。

最後,替代主軸也研發出能將葡萄糖及木糖一起發酵成酒精的乳酸菌,讓台灣能真正自主掌握生質能源的生產技術。

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植物的纖維轉換成生質能的流程。點擊看大圖。

生產生質能源的技術,也能應用在其它生質原料上,替代主軸計畫主持人郭家倫補充,過去台灣要製造聚乳酸(PLA)生質塑膠產品,需進口上游原料,現在台灣自己就有生產技術,不但能降低對國外市場的依賴,對環境友善的聚乳酸塑膠包材也很實用,可以廣泛運用在附加價值高的耐高溫包裝、醫療用手套、線材等。

提高現有能源運用效率的「節能主軸」

去(104)年,台灣有三成以上能源消耗在運輸、住宅與服務業上[4]。NEP-II 節能主軸發展電動車技術,以減少石化能源浪費。進入試量產階段的電動車,未來將為中華航空、新竹物流等業者所用,業者也會回報使用數據給研究員,進一步改善電動車技術。

節能主軸計劃也研發出「高效率馬達」,用在風扇類產品中可以節省用電達 1/4。國內吊扇製造場也參與產品開發,預計明後年就能在市場上找到省電又涼快、「CP 值高」的住商用風扇。

 

邁入第三年,國家能源型計畫 NEP-II「減碳」、「地熱」、「智慧電網」、「離岸風力」、「替代」與「節能」六主軸詳細成果,將於 9 月 29 日至 10 月 1 日在台北世界貿易中心展覽一館展出。

參考資料

  1. 第二期能源國家型科技計畫(NEP-II) 網站
  2. 104 年發電量占比,台灣電力公司
  3. 台北市公共住宅結合智慧電網計畫
  4. 104 年經濟部能源局能源供給與消費流程圖

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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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