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火力發電的廢氣如何處理?一套不夠裝兩套就好了嗎? ——煤的旅程(三)燃燒後處理篇

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/11/22 ・2800字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 543 ・八年級
  • 文/陳柏宇

前面我們討論了火力發電的讓污染減少的燃燒前處理以及燃燒新技術,但是事情還沒完……

小時候,不論是大人或是老師,都會告訴我們做事情要做到最後一刻,有始有終。對於污染物的處理也是一樣,來到最後一關,在火力發電的最後就是燃燒後處理(Post Combustion Process)上場的時刻啦。

化石燃料在經過鍋爐燃燒後會產生煙道氣(廢氣)。而煙道氣裡面主要含有以下幾種物質:硫酸鹽(SOX)、硝酸鹽(NOX)、有機揮發物(VOC)以及我們最在意的 PM2.5 懸浮微粒、重金屬。

現在的火力發電廠要符合空污法規,基本上都必須加裝許多空污的處理設備。再厲害的燃燒技術,沒有這些設備的污染的排放量還是很嚇人的,加裝脫硫設備的前後比較如下圖。

數據來源:RenewEconomic 。泛科學重製。

以下針對燃煤與火力電廠標準配備污染物處理流程進行討論!

煙道氣從燃燒室出來後,會先經過選擇性催化還原反應(Selective Catalytic Reduction, SCR)脫去氮氧化物,再經過除塵設備去除大部分懸浮微粒,最後經過排煙脫硫設備(Flue Gas Desulfurization, FGD),脫硫後從煙囪排出。

燃煤電廠標準配備污染物處理流程,煙道氣會經過重重關卡才會排出。

第一關:SCR,現出原形吧氮氧化物

所謂煙氣脫硝技術或是選擇性催化還原反應(Selective Catalytic Reduction, SCR)是指在煙道氣中噴入氨氣等還原劑,在金屬或是金屬化合物催化下,將氮氧化物還原成氮氣與水。這是國際上相對普遍且成熟的做法,整體效率大約為 85%~90%以上。

此設備常放在第一站與鍋爐體結合,使煙道氣的溫度還維持在攝氏350~400度的時候,在金屬催化下進行氮氧化物的還原。

氨槽與觸媒單體 。圖片來源:台電網站

第二關:除塵設備,微粒都給我不要跑

除去微粒的設備主要有兩種,分別是靜電集塵器濾袋集塵器

靜電集塵器(electrostatic precipitator, ESP),是一般大型電廠用來去除微粒的方法,藉由放電電極線產生電暈放電 (corona discharge),使空氣分子游離而形成帶電的空氣離子,空氣離子與微粒摩擦使之帶電,緊接著帶電的微粒在因為異性電相吸,被兩側的帶電擊板收集。收集板或累積之粉塵微粒需定期由敲擊器震落,由底部之漏斗收集及儲存,蒐集的灰飛可以用作他途,例如溶入建材。

ESP。圖/FLSMIDTH

靜電集塵器通常的使用時機為:除塵效率要求高、具有經濟效益的粉塵回收、高溫廢氣除塵或廢氣及粉塵不具爆炸性。靜電集塵器與袋式集塵器相類似,對於 1 µm 左右之微粒去除率很高(更小的粒子不易帶電無法吸附),整體來說有 99% 以上的效率。台電中火目前預備要將 ESP 進行升級,預計進一步提升去除效率。

濾袋集塵器(Bag Filter or Particle Reduciton System, PRS),除污效率就更高了,其原理就跟一般家裡的吸塵器類似。早期受限於材料特性,對於大型燃煤電廠不太適用;近幾年因於材料(複合材料)的進步,大型燃煤電廠也開始可以選擇以濾袋集塵器做為去除粒狀污染物的設備,林口電廠就是此例。

第三關 FGD、和硫氧化物說分手

最後,我們來到除污設備的最後一道關卡,排煙脫硫設備(Flue Gas Desulfurization, FGD)。台電方面主要採用的是濕式脫硫塔(石灰石膏法),將煙道氣送入塔內,塔中噴灑化學藥劑,讓硫酸鹽與石灰石(碳酸鈣)等鹼性物質作用,形成石膏(硫酸鈣)。同時由前面步驟「漏網」的懸浮微粒,也可以將懸浮微粒洗入漿液中,這也是這個設備架設在最後端的原因。生成的石膏可以製成石膏板等其他用途,整體的去除效率大約 90~95 %。

林口電廠以及麥電則採用海水脫硫法,利用海水的鹼性中和硫氧化物,整體效率也可達 95%,相較於石灰石膏法,可避免使用大量淡水以及產生固體廢棄物,但廢水排入海中時必須要受到相當監控,避免污染海洋生態。因此林口電廠也試著在排放口設置一套海洋牧場養魚,希望借以印證其排放水對海洋生態影響不大。

FGD。圖片來源:台電網站

最後,經過層層關卡的煙道氣最終還是要排入我們的大氣。以林口電廠為例,煙道氣排出前會經過煙氣連續監測設施,所有的排放數據,電廠都有即時的監控、呈現在調度室的儀表板,並且直接與地方政府資訊連線,為民眾健康把關。

電廠的調度室,可以從右側螢幕看到煙氣連續監測設施的即時數字。攝影/陳柏宇

我們前面談到的這些整套設備都要價不斐,但這些設備都是有效率極限的,所以如何在最合理的情況下控制污染,以及從前頭的處理讓煙道氣本身的污染減少,都是需要考量的。

所以我說,那個二氧化碳呢?

講完如何讓煤燒起來乾淨一點後,其實,我們都還沒討論到大魔王,也就是國際間最關心的污染物,二氧化碳

大家都知道它會使氣候變遷惡化,這邊就要回到真正的「乾淨的炭」(Clean Coal)的意思,一般意指燃燒化石燃料的二氧化碳捕捉與封存( Carbon Capture and Storage, CCS)。

技術性上為了讓二氧化碳容易捕捉,我們勢必得再提高煙道氣裡的二氧化碳濃度(煙道氣裡多數是氮氣)。理論上會採用一些技術讓燃燒更有效率;再透過一些能與二氧化碳反應的化學成分或是吸附劑進行捕獲。不過這些也都是另一個故事了,這邊就讓我偷懶省略一萬字,在使用煤炭仍然主流的趨勢下,國際上也越來越多電廠搭配上相關的新技術。畢竟未來有減緩二氧化碳排放、碳稅即將開徵的壓力。

但想額外強調一點,化石燃料的使用,即便有再好的科技做搭配,排放二氧化碳仍是無法避免的。而所有更「乾淨」也都需要付出更多經濟上、或者其他面向的代價。

值得被看見的技術進步

隨著便利的電力帶來的繁榮,人們也逐漸要求更高的生活品質;某種程度上,這也是為何空污議題會越來越受到重視的原因。在電力生產的背後,有許多人在崗位上努力為空氣品質、健康把關。空污處理技術、電力穩定、能源轉型,這些都是臺灣現在面臨相對複雜的問題,必須要花更多心思理解。燃煤發電固然帶來了較高的空氣污染,但配合優良的防制技術,仍然可以有效地抑低空污排放,在實務上這些電力也很可能是我們維生所必需的資源,不宜輕易全盤否定。

近幾年台灣的火力電廠,不管是燃煤或是燃氣,在飽受批評的同時,也都開始引入許多改善的方法,每個環節的改善與技術的進步都是淚水與汗水的累積,這些努力也值得被看見;也期許更多的朋友可以透過系列文章,對於電廠除污技術有更多的了解。

參考資料

  1. Lean and clean: why modern coal-fired power plants are better by design
  2. 循環式流體化床鍋爐

本文由台灣電力公司委託/廣告,泛科學企劃執行

 

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「血液病理診斷」導入 AI 應用,輔助醫師快速精準判讀、減輕負荷量

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/01/17 ・2491字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣諾華 協助刊登,審定編號 TW2201057472。

  • 作者/許君咏

我們想讓你知道:

被喻為困難診斷疾病的骨髓增生性腫瘤,難在哪裡?由於「病理切片判讀」很難找出「兇手」,因此,林口長庚醫院與台灣諾華及雲象科技合作,將 AI 運用於血液病理診斷,有望幫助醫生進行快狠準的判讀,可以減少經驗多寡限制,以及減輕醫生的判讀的負荷量,更重要的是,為病患做出正確的診斷,幫助及早進行治療。

在血液癌症的診斷中,病理切片是必要條件之一,例如骨髓增生性腫瘤(myeloproliferative neoplasm,簡稱 MPN),因為種類繁多,臨床症狀、病理變化及突變特徵重疊性高,過去需仰賴經驗豐富的臨床血液科及血液病理科醫師人工鑑定,然而對抗血液腫瘤就如同與時間賽跑,若無法立即提供判讀結果,延誤了治療時機,將影響病患存活率。

「骨髓增生性腫瘤」到底是什麼?

骨髓增生性腫瘤(MPN),以前稱為骨髓增生性疾病,是一組以一個或多個血細胞(白細胞,紅細胞,血小板和/或纖維細胞)過量產生為特徵的疾病。

首先,骨髓是人類的造血器官,它的重要功能就是產生造血幹細胞,之後這些造血幹細胞透過分化再生成不同的血細胞,例如紅血球、血小板、顆粒球、單核球等。而骨髓增生性腫瘤是一組罕見的血液癌症,會導致骨髓中產生過多的紅血球、白血球、血小板,根據 2016 世界衛生組織的分類,這組疾病中較常見有四類,各有不同的預後及治療方式,包括原發性血小板增多症(ET)、真性紅血球增多症(PV)、原發性骨髓纖維化(PMF),原發性骨髓纖維化又有兩種亞型:早期骨髓纖維化(pre PMF)及顯著骨髓纖維化(overt PMF)。

骨髓增生性腫瘤種類

至於確切的罹病原因目前並不清楚,科學家尚在研究中。林口長庚醫院血液科郭明宗醫師說:「骨髓增生性腫瘤臨床上常見有 3 種基因突變,分別是 JAK2V617,CALR,MPL。不論是後天的基因變異,或是環境因素等皆為可能致病因子,目前在臨床上面臨的最大挑戰不僅是治療,其實從診斷程序挑戰就已經開始。」

難如登天的「病理切片判讀」,究竟要如何找出「兇手」呢?

被喻為困難診斷疾病的骨髓性增生腫瘤,難在哪裡?

郭明宗醫師進一步說明,因骨髓性增生腫瘤屬於血液增生性疾病,和其他實體腫瘤不同的是,病患沒有明顯可觸及的腫塊,通常是因為出血、中風、脾腫大等併發症而求診,無法直接看出病因是什麼。這時醫生就像偵探一樣,必須從其他類似的症狀、血液檢查數值等尋找線索,列出可能的疾病名單,而最關鍵的證據除了基因變異之外就是「病理切片判讀」。因此, 2016 年世界衛生組織也將「骨髓切片」列為骨髓增生性腫瘤診斷的必要條件之一。

但最難的部分就在於「病理切片判讀」,林口長庚紀念醫院解剖病理部莊文郁副主任說:「骨髓切片主要是由血液病理次專科醫師進行判讀,而骨髓增生性腫瘤判讀的複雜度遠超乎一般人所能想像,病理醫師必須仔細評估各種造血細胞在顯微鏡下的數量及形態,特別是巨核細胞的形態特徵、數量及空間分布,才能得到精準的診斷。」

莊文郁主任實施病理切片判讀

也就是說,傳統的病理切片裡的血球型態與其他疾病極為相似,需由經驗豐富的醫生判讀,並進行診斷,然而人工判讀的缺點在於,難以取得客觀量化的數據,並且可能會有人為誤差。如前段提及骨髓增生性腫瘤有不同種類,預後和病程進展有極大差異,需要不同的治療策略。郭明宗醫師分享:「早期世界衛生組織尚未明確分類時為例,曾有 20% 的患者原先被診斷為原發性血小板增多症(ET),後續分類後重新診斷為早期骨髓纖維化(pre PMF)。」說明病理切片判讀在診斷上有一定的困難及複雜性。

病理切片耗人又講求經驗怎麼辦?AI 來幫忙!

莊文郁副主任說:「林口長庚每月有近萬個案例、高達上萬筆的病理玻片需要判讀,病理團隊每日皆須面臨龐大且急迫的病例,為了能及早且精準幫助病患確診,已全面將病理玻片數位化,為全台少數完成跨院區病理科數位化的醫療院所,可大大提升判讀方便性。」

這次合作跨界三方,結合不同優勢,林口長庚龐大的病理資料庫,雲象科技的 AI 技術,加上台灣諾華長期投入血液腫瘤研發治療的經驗,共同提升台灣血液腫瘤篩檢量能,幫助病患在進入急性期或惡化前獲得及時診斷及擬定適合的治療策略,延續病患生命並提升生活品質。

血液疾病的診斷與治療相當困難,然而因病患數不如其他器官癌症,故新技術如 AI 較不會第一時間應用在血液疾病上;不過,對血液疾病來說,以形態學為基礎的病理診斷扮演關鍵角色,而型形態辨識正是 AI 在醫療上能有最大發揮空間的面向。

這個概念就像是平常大家將合照上傳社群軟體,平台會透過自動人臉辨識系統,標記照片裡的朋友人名。運用 AI 進行深度學習,辨識骨髓玻片裡的細胞型態、特徵和空間分佈的情形,能夠提供量化且客觀的數據。

莊文郁副主任打趣地說,隨著時代與醫療的進步,AI 技術不僅可以認臉,也可以辨別極度困難與複雜的細胞了!

雲象科技骨髓切片判讀

而台灣諾華在癌症治療領域耕耘已久,諾華腫瘤(台灣)總經理陳喬松說:「身為全球製藥領導者,從第一代標靶治療到目前最新的細基因療法,建立了許多治療創新里程碑。」目前除了利用資料科學發展新興藥品外,諾華爲重新改善患者生活品質,並延長其存活期,亦發展大數據分析及 AI 技術,希冀幫助更多血液腫瘤病患及早診斷、治療,讓血液腫瘤的早期診斷向前邁出一大步。在 AI 的加持下,未來血液病理的發展,或許能夠和近年備受重視的分子和基因診斷攜手合作,更進一步加強疾病診斷與治療品質。

 

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