0

0
1

文字

分享

0
0
1

煤炭有幾種?可以洗乾淨嗎?──煤的旅程(一)前處理篇

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/11/09 ・2674字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 文/陳柏宇

燃煤發電,由於空汙以及全球暖化等因素,目前可以說是人人喊打、不受歡迎。但其實同樣是燃煤,也是有很多種燒法的咧。究竟目前的技術有哪些處理可以讓燃煤電廠不要造成那~麼多的污染?煤炭真的會經過「清洗」嗎?

要讓煤可以燒得比較「乾淨」主要有三道程序:燃燒前處理(pre-combustion)、燃燒中(combustion)、燃燒後(post-combustion)。每個階段都有其重要性和功能。就算真的有超級乾淨的煤但燃燒得不完全,其燃燒後的廢氣也就是煙道氣,未經處理直接排出,有烤過肉就可以想像結果。(當然烤肉燒的是炭,與煤的成因截然不同。)

本文會先由燃燒前處理開始談起。

斯斯有四種,煤炭有五種

讓我們追本溯源,先由煤炭的種類談起吧!煤至少可以分成五種以上,目前我們主要使用於能源生產以及金屬冶煉的煤炭,來自於植物死亡,並且歷經數百萬到數億年(石炭紀,三億年前)的地理作用而形成。煤炭以含碳量與熱值區分,主要分為無煙煤(Anthrathite)、煙煤(Bitumious)、亞煙煤(Subitumious)、褐煤(Lignite)、泥煤(Peat)

  • 泥煤:沒什麼利用價值,水份很多,熱值超低。
  • 褐煤:發電用途,水份多,固定碳量少,灰份偏多,但硫份較少。
  • 亞煙煤:發電與產熱用途,相較於煙煤灰份較少,熱值較低,硫份也較少。
  • 煙煤:存量多,因為熱值高,普遍用於發電與冶金(焦炭Coke)用途,固定碳成分多,灰份多,硫份也較多。
  • 無煙煤:又黑又硬,熱值最高,固定碳成分也最多,灰份較低,硫份也較低,普遍用於家庭產熱,也用於發電。
不同種的煤炭成分含量示意。(資料整理:陳柏宇 圖:泛科學重製)
不同煤種的成分含量。(資料來源:台灣電力公司 圖:泛科學再製)

如果燃燒相同質量而不同等級的煤,含高灰份、高硫份的煤所產生的直接污染會比較高(二氧化碳另計)。灰份最後會變成粒狀污染物,硫份則會變作硫氧化物;因此就成分表內容,亞煙煤的確比煙煤乾淨。至於為甚麼不燒熱值高、灰份低、硫份也低的無煙煤?偷偷告訴你,無煙煤的價格大概是煙煤的兩倍、數量最少而不具有商業規模。

但如果考量到相同熱值,或是說同樣發出一度相同電力,需要燃燒的亞煙煤會比煙煤還要多上 1.2~1.5 倍不等;此外亞煙煤含水量較多,有可能影響電廠的燃燒效率。因此,並不是通通用亞煙煤就比較環保,實際上會在後續的步驟中根據電廠的需要調整比例。

台電用煤來源與特性。(資料整理:陳柏宇 圖:泛科學重製)

煤可以洗乾淨嗎?

談完了煤炭的種類,接下來談談煤的處理。每個地區開採出來的煤炭有各自的屬性,開採過後也不會直接使用,下個步驟的處理,是真的把煤洗乾淨喔!煤礦在開採後,一定還存在許多雜質,這個階段的煤我們稱為原煤 ROM(run-of-mine)。如果直接拿去燒,呃,我沒有經驗也不敢想像,大概就是工業革命時期的倫敦。

原煤階段的煤炭會被送進處理場 CHPP (coal handling & preparation plant)進行「洗選」。將煤礦破碎成比較小的碎片;再用物理方法,如大小等進行篩分;接著泡進水床裡,用比重大小篩去雜質、並溶出污染物等;從水床拿出後再進行乾燥。完成此階段處理煤炭其的熱值、灰份與硫份都已經和原煤階段大有區別,大約灰量減半、硫量減 30%,依處理廠技術有所區別。去除這些雜質也能夠達到減輕運輸量、減輕鍋爐的沾污和磨損,並減少電廠燃燒後煤灰處理量。

而大家最關心的污染物之一大概要屬煤炭中的硫份了。燃燒前的脫硫方法,除了前述的「洗選」之外,還有微生物脫硫技術──把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中,細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽,從而達到脫硫的目的。燃燒前脫硫技術中物理洗選煤技術已成熟,應用最廣泛、最經濟,但只能脫無機硫;生物、化學法脫硫不僅能脫無機硫,也能脫除有機硫,但成本昂貴,距工業應用尚有較大距離。

台灣很早以前還有類似的洗煤場設在菁桐,不過台灣煤礦工業已經 byebye 很久了。

大船入港,小心進廠

臺灣的煤炭都是由國外進口的。進口的煤由專門的運煤船運到專門接收港後,如果沒有處理好,有可能會對台灣的空氣品質造成風險。海港風大,如果煤炭裸露在外,將可能因為細碎煤炭顆粒四處亂飄而影響空氣品質。因此現在卸貨作業時,基本上都會盡可能全程密閉避免外漏,或是同步灑水減少粉塵四逸。運輸船打開儲艙後,會由抓斗式卸煤機 (Grab ship Unloader, GSU)或連續式卸煤機(Continuous Ship Unloader, CSU),將煤炭送至輸送帶上。目前連續式卸煤機的設計更能減少粉塵逸散。

臺灣的煤炭基本上都是靠運煤船漂洋過海而來。攝影/陳柏宇。

以 2014 年更新後的林口電廠為例,船艙打開後,會由連續式卸煤機卸煤至氣浮式密閉輸送帶上;經過約 2 公里的傳統式與氣浮式等密閉輸送帶,運輸至筒式煤倉(Coal Silo)儲存。電廠配置 10 座筒式煤倉,每座煤倉可儲存7萬噸燃煤,總儲存量達70萬噸。這些煤倉全數完工後能提供未來 3 部發電機組運轉所需的燃煤,並可儲備超過 30 天的安全存量。

氣浮式皮帶機在煤炭的運輸過程中,使用空氣膜支撐輸煤皮帶支撐替代滾輪,這樣的設計讓運轉較平穩、摩擦較小,大幅降低噪音及煤屑的產生。密閉式的運煤輸送帶,將燃煤的運輸完整包覆,送入廠內日用煤倉、磨煤機,最後才進入鍋爐燃燒。

林口電廠的連續式卸煤機。攝影/陳柏宇。

卸煤作業常常會受到天候干擾,其實相當艱辛。當船隻因為風大不能進港;或是煤倉打開時因為濕度太大、煤炭潮濕等因素都會導致輸送困難,這些零零總總的狀況都會影響運煤作業。

總之,從煤的分類、開採以及選洗過程,確實有許多方法可以讓煤燃燒得比較「乾淨」(污染較少)。但礙於台灣只能進口已經選洗過後的煤,在燃燒前處理這方面可以做的努力相對有限。而輸煤部分,近年來從林口電廠、興達電廠到台中火力電廠,都有相關措施進行改善,例如將過往的露天煤場改造成室內煤場等,這些都可以盡可能的減少對空氣品質的影響。

接下來,我們就把鏡頭移到棚內看看燃燒煤炭是怎麼回事吧!

參考資料

本文由台灣電力公司委託/廣告,泛科學企劃執行

文章難易度

0

1
0

文字

分享

0
1
0
準備出國啦!Surfshark VPN 快趁黑五買起來,上網購物最安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

本文由 Surfshark VPN 贊助。

兩、三年以來的防疫生活,終於迎來全面 0+7 的這一天啦!返國之後不再需要隔離的一天來了,冰友們,你是不是已經收拾好心情、收拾好行李,在進行機+酒的比價了呢?除了規劃好出國行程、找好景點與美食店家,想要讓自己不可或缺的網路生活也更加安全,一定要趁即將到來了感恩節黑五期間,把超優惠的 Surfshark VPN 服務買起來,為自己的網路生活加買最平安的保險!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

在疫情下,網購成為了更多人的日常。不僅各樣的在地購物節為網友帶來眾多優惠,全球化的購物活動,台灣當然也不會缺席!美國感恩節(Thanksgiving)都是 11 月第四個星期四,但是感恩節後的週五,便是聖誕節前的購物佳期啟動日,這一天通常都會業績超標(在收支表上呈現正向收入(顯示為黑色字體,而非赤字的紅色字體),各家的瘋狂優惠都會在黑五祭出!相信許多精打細算的朋友,對黑五購物節絕對不陌生(很可能還搶過很多優惠!!)

網購怎能漏掉「亞馬遜」!

雅虎奇摩之於台灣,就像是亞馬遜(Amazon.com)之於美國那麼的有名!絕對也是什麼都賣、什麼都不奇怪的最佳代表。

如果你平常就很喜愛一些美國品牌,趁著黑五的日子到亞馬遜清空購物車,覺對優惠不會讓你失望。這時候,透過 Surfshark 連線到亞馬遜美國站,絕對會顯示的價格絕對讓你眼睛為之一亮,這時候最新搭載 M2 晶片的 iPad Pro,獨家支援動態島顯示的 iPhone 14 Pro,絕對是最好入手的時機。除此之外,亞馬遜平台經典的 Kindle 閱讀器,也是超合適的禮物,送禮自用兩相宜啊!另外要特別留意,購買時可以確認商品有沒有幫忙送到台灣,如果還沒有,可以先跟美國的朋友確認一下,邀請他們回國時幫你一起帶回來!

跨國追劇最爽快

對於喜愛追劇的朋友,品味可能相當豐富且多元,畢竟欣賞優秀影視作品,不現語言,更是不限地區啊!只不過,若是你訂閱 Netflix 等跨國 OTT 服務,都會有各地不同的上架影視作品,可能會讓你無法在第一時間就能夠立即「追」到劇,讓你等得心癢癢!還好這一切只要連上 Surfshark VPN 都能解決,Surfshark 支援超過 100 國的 VPN 連線,無論你想看韓國、日本還是哪一國的最新戲劇,通通讓你一秒追到最新進度!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月

專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

出差大陸翻牆超方便

在過往出國、返國都需要隔離的階段,肯定讓不少工作上需要經常往返多國之間的朋友,感到生活驟變。所幸,在防疫政策解封之後,一切都可逐漸恢復正常。對於經常有需要到中國大陸出差的朋友,肯定都會感受到網路斷聯的不方便,因為無論是 LINE、Facebook Messenger、YouTube、Gmail 等你可很能天天都在使用的網路服務,大陸都無法使用。這還不打緊,連跟家人、朋友報平安也很不便。這時候 Surfshark 連上,就可以幫助你輕鬆「翻牆」,跟台灣親人網路無距離!

 

上網不留痕跡,不被追蹤最自由

對於一個人來說,最私密的資料之一,除了你的個資,就屬我們每天耗費大量時間逗留的網路。我們所在網路上留下的痕跡,絕對是超真實的自己,當然你不會期待這樣的自己被「搜尋引擎」、「網路廣告」公司了解得太透徹,好像你在網路上的一言一行,都被監視著。

..0000000\0;也可隱藏IP位置,避免被廣告商追蹤;更可以為你我阻擋惡意程式、釣魚軟體等,讓你防止被攻擊,以及被網路充斥的廣告打擾,好處多又多!

如果對於 Surfshark 還覺得不夠熟悉的話,不得不告訴大家,今年 Surfshark 榮獲第六屆 CyberSecurity Breakthrough 頒發的「VPN 年度最佳解決方案」(VPN Solution of the Year),也就是成為今年最推薦的 VPN 方案。CyberSecurity Breakthrough 是全球領先的獨立市場情報組織,致力於表揚當今全球資訊安全市場上的頂尖企業、技術和產品。有了他們「掛保證」,代表 Surfshark 絕對是品質、信譽都讓你安心的VPN 服務。

講了這麼多,是不是讓你感到很心動了。如果你原本就是網路重度使用者,用來上網的設備是樣樣都有,Surfshark 一個帳號就能支援所有設備,CP 值超高!趁著年度超狂黑五購物節的到來,送給你自己兩年安心無虞的網路生活,肯定是送自己的最好禮物!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
155 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

1

1
0

文字

分享

1
1
0
首度解密電力研發基地!台電今起電幻 1 號所秀 25 項研究成果
PanSci_96
・2022/09/14 ・1529字 ・閱讀時間約 3 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

你知道台電有個電力研發基地嗎?台電綜合研究所因應電力研發試驗需求設立,至今已超過 20 年,平均每年進行近 400 項研究專案,是我國電力研究重鎮,今年更首次公開展出研究成果,舉辦「綠潮-2022 台電綜合研究所成果展」,今(14)日在板橋車站旁、全台首座綠能主題展館的「電幻 1 號所」盛大開展。台電表示,此次共展出 25 項電力研究成果,將電力專業知識轉化為與你我相關「看得懂的研究」,今日起免費展出至 10 月 14 日,歡迎民眾一同探索、揭開電力研發基地神秘面紗。

台電今日上午於電幻 1 號所舉辦「綠潮-2022 台電綜合研究所成果展」開幕活動,現場由中央研究院院長廖俊智、國家實驗研究院院長林法正及台電代理董事長曾文生等各界貴賓共同為展覽揭開序幕,並於希爾頓酒店舉辦「智能綠電新未來論壇」,邀請美國電力研究所(EPRI)、亞太能源研究中心(APERC)及彭博新能源財經(BNEF)分享國際電業趨勢,與產官學界進行深度對談。

台電說明,台電研發機構最早可追溯到1968年創立的「電力研究所」,隨研究需求及規模擴張,2001 年正式成立「綜合研究所」至今,扮演著支撐穩定供電、帶動能源轉型的電力核心技術關鍵研究單位,台電綜研所近年積極投入低碳能源與友善環境相關研究,並持續與美國電力研究所(EPRI)、彭博新能源財經(BNEF)等組織進行國際技術交流,以科學研究務實推動能源轉型。

台電指出,此次成果展以「綠潮」為主題,取自「綠」能與國際浪「潮」,突顯綜研所除致力綠能研究,更時刻與國際接軌。展覽共分為「Future、Power、Smart、Green」四大展區,展出 25 項電力研究成果,並第一次與YouTube影音平台訂閱超過 40 萬人、全台最大知識科普社群 PanSci 泛科學合作,將專業電力知識轉譯,搭配擬真模型、解說影片及 VR 裝置等生動有趣互動模式,主打「看得懂的研究」首次對外展出,期望打開民眾對電力的想像與視野。

台電也分享展覽 3 大「必看亮點」,首先推薦「Future」展區可看見未來智慧城市樣貌的「未來電桿」。台電說明,全國電桿數量超過 300 萬支,隨時都可能有各種如颱風天災等突發狀況,台電讓電桿搭載感測器,並結合 AI 影像辨識技術人工智慧及物聯網技術,使電桿具有自動檢測控制功能,目前先於桃園、新竹地區試驗,未來廣泛布建後,除可遠端即時掌握電桿狀態、提升搶修維護效率,更可讓電力線路基礎設施成為能源網路,甚至是城市資訊數據的傳輸平台。

而國際正夯的「碳捕捉」技術也可在展覽中的「Green」展區一探究竟,台電將位於台中電廠已實際投入發電機組排碳捕捉的碳捕集設備,打造成結合科技感互動與聲光展示的「超擬真」模型,直接搬到展場。此設備未來更將以年碳捕捉量 2000 噸為目標。

台電綜合研究所所長鍾年勉(左)向中央研究院院長廖俊智(中)及台電代理董事長曾文生(右)講解台中減碳園區碳捕捉流程。

台電此次展覽亦第一次對外發表國內首創的「產業動態指數」,綜研所分析近3萬具高壓智慧電表所收集的電力大數據,並依據產業用電特性,結合生產力指數、節假日及氣象等多元資料,透過 AI 模型演算,建構出可每日即時更新的經濟領先指標「產業動態指數」,目前已透過 B2B 商業模式,提供企業作為產業發展分析重要依據。

台電表示,此次綜研所成果展自今日開幕,將於電幻1號所展出至 10 月 14 日(開館時間 10:00-18:00,週一休館),歡迎有興趣的民眾前來探索台灣電力研發基地的神秘面紗!

台電綜研所成果展分為「Future、Power、Smart、Green」四大展區,將於電幻1號所展出至10月14日。
所有討論 1
PanSci_96
1011 篇文章 ・ 1132 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

2

10
1

文字

分享

2
10
1
地球在 20 年間「亮度」變低了!——地球暖化讓陽光反照率直直落
Mia_96
・2021/10/23 ・2760字 ・閱讀時間約 5 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

地球暖化會造成溫度升高?不稀奇!地球暖化會造成人類生活環境越來越嚴峻?也不稀奇!但你有聽過,因為地球暖化,讓我們的亮度竟然逐年遞減,地球變得越來越暗嗎?

地球亮度的改變並不是近期才出現的新興議題,關於地球亮度的變化,科學家早在 1990 年代前後便提出一種現象「全球黯化」(global dimming)去解釋為何地表獲得的太陽光能量越來越低。

當時透過資料指出,進到地球的太陽能量大幅降低,從 1950 到 1990 年入射至地表的太陽光能量,竟然平均減少 4%! 也就是身處在地球上的人類會覺得地表的亮度似乎逐漸地降低。

但入射地表能量降低的原因並非是太陽發出能量的變化,而是因為近幾年我們最常耳聞的,空污現象! (圖/pixabay

當人類使用石油、煤炭等非再生能源發電時,會在環境中產生許多氣膠微粒,而這些氣膠微粒進入大氣,微粒可以吸收、反射入射到地球的太陽光,使太陽之能量無法進到地球表面,進而造成地球亮度降低。

而全球黯化同時也影響著人們過去對於全球暖化的理解,當全球黯化造成入射到地表的太陽光減少時,代表著地球所獲得的能量並不如過往我們所想像的這麼多。換句話說,全球黯化所造成的冷卻效應竟比不上人們所造成的暖化速度!

知曉地球改變亮度的方法——地照!

近期最新研究更是顯示,1998 年到 2017 年近十年內,地球的反照率逐年下降!除全球黯化造成地表獲得太陽能量減少外,當從外太空看著地球時,地球竟然也越來越暗了!

反照率是一種常用於亮度表示的方式之一,其指的是太陽電磁波段入射至地表的總量質,除以被地表反射的量值所得出的數字。不同的地表特性即有不一樣的反射量質。因此,透過反照率的升降,科學家也可以推估氣候變遷對環境所產生的變化與影響。

計算反照率的方式十分特別,在科學中我們將其稱為「地照」!

地照現象指的為當太陽光照射到地表,地表會反射部分太陽光,而當地表反射太陽光至月球未被太陽照到的地方時,月球又會將地表所反射至月面的光線反射回地球。

看似應該沒有被太陽光照射到的月球表面,其實也會因為地球反射之陽光而產生微弱的光。而最適合觀測地照的時間通常為弦月時分。 (圖/Wikipedia

地照的變化與地表的改變息息相關。例如冰雪的反射率較高,當地表溫度較低,累積較多冰雪時,地照數據便可能會上升;而洋面的反照率較低,當地表溫度較高,造成冰雪融化成海洋,則地照數據便可能會下降。

透過地照反射的光線強弱,可以推測地球反照率的變化,進而推測地表本身變化。 (圖/Wikipedia

除了利用地照觀測地球反照率外,為使觀測更加精確,科學家利用於 2000 年發射的 CERES 儀器(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System)觀測大氣至地表的太陽光輻射與地表放出之輻射,並進一步分析對影響地球溫度的重要因子──雲,和太陽輻射的交互關係。

CERES 主要希望可以解答雲在氣候變遷中所扮演的角色與造成的影響,是美國國家航空暨太空總署地球觀測系統(EOS)計畫中的一部分。 圖/Wikipedia

研究結果分析發現,從 2000 年到 2015 年,地球反照率曲線一直維持接近平坦的狀態,但近年,地球反照率的衰退卻日益明顯,如下圖表示:

(圖/參考資料 1

橫軸座標為年度,縱軸座標為地照反照率之異常改變(單位為每瓦/平方公尺),黑色為地照異常之數據,藍色為 CERES 觀測到異常之數據,而灰色陰影區域則為誤差範圍。從圖中可以看出,地照反照率在這幾年下降約 0.5 W/m2,而 CERES 之數據則是下降約 1.5 W/m2

十年一變──太平洋年季震盪

科學家推測,改變反照率的原因,是週期性發生在太平洋的氣候變化──太平洋年季震盪。

太平洋年季震盪指的為太平洋的海水溫度會以十年為週期尺度產生變化:當北太平洋和熱帶太平洋間的海水溫度較高時,稱作暖相位;而當北太平洋和熱帶太平洋間海水溫度較低時,稱作冷相位。

而地球亮度改變的原因,正是因為太平洋年季震盪到了暖相位,造成海面低雲減少,反照率降低!

低雲較為溫暖,其主要成分是由水滴組成,當太陽輻射照射水滴時,較多太陽反射至太空,地球的反照率較高,也造成地表溫度降低;而高雲主要成分由冰晶組成,透光性較佳,再加上高雲通常體積較低雲薄,故太陽輻射可以順利進入地表,地球反照率相對降低。

當北太平洋與熱帶太平洋間海水溫度升高時,洋面上空氣需達到飽和的水氣量相對增加,氣塊達到飽和條件較高,低層雲較難生成。(其實背後原因極其複雜,作者僅是以最簡單的方式嘗試解釋。)當低層雲減少時,反射率降低,造成較少太陽輻射至太空,地球亮度因此變得越來越暗。

雲在地球輻射能量中一直扮演著重要的角色,低雲反射太陽輻射的能力較強,高雲吸收地球輻射的能力較強,因此較多的低雲往往造成地表降溫,而較多的高雲則會造成地表增溫。 (圖/pixabay

交織纏繞的反饋機制

看完整篇文章也別急著下結論!其實地球上的現象不僅環環相扣,影響因素更是族繁不及備載,從海溫改變的原因、高低雲量多寡的變化、反照率升降的主因……,我們都很難用單純或是絕對的一段話去完整解釋自然界的現象。

科學家所能做到的,是透過原因推導、盡力的去解釋現象,所以關於地球反照率下降的趨勢原因,除了太平洋年季震盪、海溫升高、低雲變化等,或許也還有科學家尚未清楚的其他可能性。

但同時,令科學家擔心的事情是,因全球暖化造成地表的反照率降低,代表地表接收到的能量、進到地表之能量相對增加,而吸收的能量又加速全球暖化的速度,地球或許會因為這樣的回饋機制持續升溫,造成更加嚴重的溫室效應。如何去因應溫度上升造成的種種問題,也將會是我們需要不斷去思考問題。

參考資料

  1. AGU AdvancesEarth’s Albedo 1998–2017 as Measured From Earthshine
  2. science alert,《Two Decades of Data Show That Earth Is ‘Dimming’ as The Planet Warms Up
  3. Wikipedia,《Clouds and the Earth’s Radiant Energy System
  4. Wikipedia,《行星照
所有討論 2
Mia_96
15 篇文章 ・ 20 位粉絲
喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師