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這就是中山科學院研發的「旋風噴射環保金爐」嗎?還原度真高啊!

PanSci_96
・2019/04/05 ・2848字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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整理 / y編

清明祭祖、逢年過節、初一十五,還有許多我們搞不清楚的日子都要燒金紙。關於燒金紙的起源眾說紛紜。

有說是唐代《文宗備問》以為紙錢乃始於南北朝時,南齊廢帝蕭昭業好鬼神,剪紙為錢用來陪葬。也有是說在五代後周世宗出殯發引之日,百司路祭,以紙製作金銀錢寶之樣並雕印文字乃是金銀紙形制之始。更有民間信仰傳說燒紙錢的習俗來自東漢,據說是造紙術發明者蔡倫之弟子尤秀才,想出的推銷「紙張」手法。[1]

source:Wikimedia

先不論到底從何時開始,究竟這千年傳統能不能有全新感受呢?

於是現在,當燒金紙碰上了火箭科技,旋風環保金爐就這樣誕生了,將將將將!

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火箭科技 in「金爐」到底碰出了什麼新滋味呢?在知道環保金爐環保在哪裡之前,我們先來聊聊燒金紙對我們的影響吧!

三爐一機型環保金爐。source:國家中山科學院

燒金紙與焚香對環境的影響

祭祀活動所產生的污染物排放量雖然與工業、交通運輸等大型污染源相比可能並不高。但因為常常集中在特定節慶,所以其實仍會對空氣造成影響。根據環保署 105 年的統計,年焚燒紙錢的總量為 19.5 萬公噸,而燒香則是約 2.1 萬公噸。其主要的影響在於不論是燒紙錢還是焚香,燃燒過後會產生「硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、苯、甲苯、甲醛、多環芳香烴及細懸浮微粒等多種物質,且其中苯、甲苯、甲醛、多環 芳香烴具有致癌性。」[2]

而關於燒香,也有研究發現「廟宇工作人員體內苯、丁二烯和多環芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)的濃度明顯較高,他們的DNA修復能力也較差,顯示廟宇工作人員的罹癌風險會因為暴露在燒香產生的致癌物而增加。還有研究統計了超過六萬名華人的健康狀況,顯示心血管疾病死亡風險的提高也和長期暴露於燒香環境有關,研究結果發表在《環境與健康展望》。」[3]

Credit: Janne Moren
Credit: Janne Moren

根據環保署所述,推動減爐的宮廟其減爐前後所測得的PM2.5確實是有顯著降低的。[2] 但若因為各式各樣的原因無法速速的降低燒金紙跟焚香的總量,有沒有其他解方呢?

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將將將將!環保金爐登場

要將燒金紙對空氣污染的影響降低,另外一個方向便是盡量使其能完全燃燒,且降低懸浮微粒的飄散,這就是環保金爐的主要概念。

於是意想不到火花發生了!進行許多國防武器研製的國家中山科學院的飛彈火箭研究所,便以其相關技術研發了「旋風環保金爐」!

旋風環保金爐,還原度真高啊!source:國家中山科學院

燃燒反應要完全,需要有可燃物質、充分的氧氣以及能達到燃點的起始溫度。

燃燒反應的高溫會使氣體膨脹,碰上因為未完全燃燒所產生的煙霧以及灰燼,便會形成 因為愛情來得太快就像龍捲 風的  複雜的流場運動。然後混雜著各種物質的高溫氣體,就這樣沿著排氣通道洩往煙囪或排氣管口、與大氣混合,造成空氣污染。[4]

根據中科院的敘述,旋風環保金爐的爐體之流場構型產生之二次燃燒現象及旋風回流氣漩(聽來不明覺厲),因此能減少不完全燃燒的現象,也可以大量減少煙塵飛散,達到降低環境污染之燃燒效果。[5]

若要想要細一點知道到底旋風環保金爐內發生了哪些事,我們也可以從技轉之廠商的產品特色敘述中,知道旋風環保金爐主要的核心在於:

1. 風扇讓爐體能產生三種立體渦流,分別是:

a.濾口渦流:可以產生氣封的效果,讓灰燼及煙塵以離心力進入縱向渦流。
b.縱向渦流:是一上下旋轉的氣流,將上述煙塵壓回爐心高溫區域。
c.中心渦流:在爐心上方形成高溫的乾淨燃氣,並讓其能從中心部位溢出、排入大氣。

2.燃燒時讓爐心能維持維持高溫:

爐心駐焰器噴口與爐壁燃氣噴口形成一環狀對噴火焰柱,讓爐心維持富氧的高溫燃燒區域,其溫度可達攝氏一千度以上。 此一區域讓上方壓回的煙塵再次徹底燃燒,形成清潔的可排放氣體。

所以上述技術便能讓相同體積的爐體能夠產生最長的燃燒路徑,讓燃燒更完全、也將空氣污染物的排放量降低。[4]

利用跟旋風環保金爐相同原理的「旋風噴射火銷爐」,這帥到炸的名字怎麼回事。source:國家中山科學院

所以以此類推、照樣照句,這樣的技術不只能夠用於燒金紙,也能用來銷毀機密文件,讓它乾乾淨淨不留痕跡就像沒來過這個世界一樣。之後還可以想想它所產生的熱能是否還能轉化為其他用途。這樣的好東西,人人都該有一個啊!

當然大家家裡都很難有一個,但有些方法可以讓你家的傳統小金爐更能完全燃燒的做法,不妨參考看看(以下文字改寫自科技大觀園「環保金爐原理」):

常見的居家用小金爐,雖然四周都有通氣孔、也都附有底座,但底座通常不夠高,無法形成有效對流,容易悶燒。所以可以利用鐵棒等不可燃的器具,架高底座,讓底座下方保留部份通氣孔,新鮮空氣就能從紙堆的下方進入,補充助燃。

另外燒金紙的量也不宜一次太多,在燃燒的時候也要避免去攪動紙堆,這其實不止無助於加速燃燒、反而會揚起不完全燃燒的紙灰。如果想進一步防止飛灰逸散,還可以在外圍多加一圈鐵絲網。

source:Lordcolus

傳統與環境之間只有兩難嗎?

近年來有許多關於維繫傳統與改善環境之間的討論,例如 P編 也曾於2017/7 「捍衛信仰 守護香火」的遊行前夕,以「關於宮廟為了燒香燒金管制而上街抗議,我想從哈拉瑞的《人類大命運》來聊聊」為題進行了討論。

圖片取自眾神上凱道粉絲頁

而這兩點之間真的只有一線嗎?在相互辯證、衝突過後我們又會怎麼做呢?你們家在祭祀時會燒金紙嗎?你又是怎麼想的?歡迎留言一起討論吧!

 

  • 此整理文章的誕生感謝盲眼的尼安德塔石匠給的靈感,和我親愛的妹妹長安。是他寬宏大量的原諒我在約會中大遲到才能有這篇文章,果然有妹妹最高XD

參考資料:

  1. 紙錢,維基百科。
  2. 祭祀活動所產生的排放量甚微,政府為什麼要推動減香、減金、減炮?,環保署。
  3. 廟宇燃香對身體的影響,泛科學。
  4. 燃燒技術,維冠精密股份有限公司。
  5. 炫風噴射火銷爐旋風環保金爐,中山科學院。
  6. 環保金爐原理,科技大觀園。

其他清明的科學:

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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