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太陽能之父憂惡性競爭將導致太陽能無法普及

國科會 國際合作簡訊網
・2012/07/01 ・1632字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

Martin Green 教授素有太陽能之父之稱,他是澳洲新南威爾斯大學(University of New South Wales, UNSW)卓越太陽能研究中心執行長。目前世界上效率最高的太陽能電池便是由 Green 教授的團隊所研發,他的學生們更創辦、且任居要職中國最大、也是世界最大的太陽能公司 — 尚德電力(Suntech)。Green 教授憂心惡性競爭將導致太陽能無法普及,故發表此公開信。

經過數十年的競爭與合作,世界上許多太陽能市場終於達到「市電平價」:即在無需補助的情況下,太陽能供電的價格低於一般供電價格;這也就意味著太陽能科技已能成為主流,以及解決全球能源及環境危機的解決之道。然而,市場保護主義卻阻止了這一天的到來。10 月 18 日,美國政府被要求對中國進口的太陽能相關產品進行課稅,因中國製造商獲有諸多補貼,能以不合理的低價將產品傾銷美國。不意外地,中國也對美國的太陽能產品祭出相同的作法。因此,原本應該是民眾有能力購買且具競爭力的產品就淪為中美兩大製造與消費國間政治角力的工具。

太陽能產業的成功並非單靠一家公司或是一個國家即能達成,而是需要全球的合作競爭,創造出更高效率、低價位的產品。而今中、美、或德國關稅抵制的作法非但造成太陽能電力價格提高,更會導致太陽能的不受支持、無法普及,讓數十年來的太陽能科技成果毀於一旦。Solar World 公司美國區總裁 Gordon Brinser 要求對外來太陽能產品課稅,主張太陽能由美國發明、就應該留用於美國。但事實上,這麼做實在是大錯特錯。

太陽能的光伏效應(Photovoltaic effect,陽光照在材料上從而產生電壓,轉換成電能)首在 1839 年由法國物理學家 Alexandre-Edmond Becquerel 發現,自此,各國科學家便開始研究光伏效應。十年後,美國科學家 Charles Fritts 創造出第一個能夠運作的太陽能電池,他利用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結,但器件的效率只有 1%。

直到 1887 年,德國科學家 Heinrich Hertz 發現光電效應(Photoelectric effect,金屬中的電子因吸收光能量而導致電子脫離金屬,形成電流),1905 年愛因斯坦以光子(photon)的概念,理論上成功地解釋此效應,因而獲頒諾貝爾物理獎。20 世紀末期由於太空競爭,為了在太空中取得電力,太陽能研究受到大力的經費支持,矽晶太陽能電池從而誕生。1958 年俄國的 Sputnik 3 號及美國的Vanguard 人造衛星,皆由太陽能電池供電。不久各國紛紛創立研究單位進行太陽能電池研究。1985 年,澳洲 UNSW 的光伏與再生能源工程學院(即 Green 教授的團隊)研發世界上第一個矽基太陽能電池,打破效率 20% 的門檻;1988 年,史丹佛大學(Stanford University)的背部點接觸式太陽能電池達到 22% 的效率。1994 年 Green 教授的團隊再度以射極鈍化背面局部擴散(Passivated Emitter Rear Locally diffused, PERL)太陽能電池創下 24% 的效率新記錄,並至今維持 25% 的世界最高效率記錄。然而這一切若無法在現實生活中應用,便毫無意義。

1954 年,美國的貝爾實驗室(Bell Labs)首度製造出可銷售的太陽能電池:有 6% 的效率,每瓦成本約 250 元。十年之後,日本夏普公司(Sharp Corporation)製造出首個可供地球上使用的太陽能模組,自此,全球都在投入太陽能效率的提升以及成本的降低。美國的 SunPower 是第一家將史丹佛大學的背部點接觸式太陽能電池技術量產的公司,數度創造商用單晶矽太陽能模組效率記錄。而中國的尚德電力則是第一家將澳洲 UNSW 的 PERL 太陽能電池技術量產的公司,其亦立刻打破多晶矽太陽能電池的效率記錄。

由於國際間的競爭,現今太陽能產電的成本大約是每瓦 1 元,這一切都不是單一國家自己達成的。能大量且精準生產晶片、電池、模組的儀器由德國公司製造;美國公司在生產太陽能電池的主要原料「矽」的降價上扮演重大的角色,才有今天每公斤低於 40 元的價格;中國公司,許多是由 Green 教授的學生所創設,在創新、以低成本的生產方法生產高品質的太陽能電池與模組上貢獻良多。這一切乃在各國的互相依賴下達成,就如同太陽光一般,太陽能產業屬於我們每一個人。我們當摒除狹隘的思想,反對太陽能產業的貿易保護主義,讓每個人、每個地方都能擁有經濟實惠的太陽能電力。

作者:駐澳洲代表處科技組
資料來源:A Solar Trade War Could Put Us All in the Dark—Technology Review [2011-12-19]

轉載自國科會國際合作簡訊網 [2012-04-05]

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國科會 國際合作簡訊網
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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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