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善用城市道路熱能

thisbigcity城事
・2013/04/10 ・645字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

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credit: CC by hyperboreal@flickr

市中心的黑色柏油路向來會吸熱,導致市區夏季格外炎熱、令人不適,美國麻州Worcester理工學院為此開發特殊管線技術,希望保存這些熱能,轉為其他用途,可能讓都市街道轉變為巨大太陽能收集裝置。

研發概念很簡單,柏油吸收太陽熱能後,即可為埋在地表下幾公分的水管加溫,藉由水源不斷流動,不僅能冷卻柏油、延長道路壽命,亦可提供熱水民用或發電。

開發原型使用銅管測試後,柏油平均可降低約攝氏十度,研究下一步將試驗其他管線材質,柏油內也會混雜各種傳導物質,希望改善整體吸熱比例。

領導研究的土木與環境工程系副教授Rajib Mallick表示,「初步成果為這項概念立下相當穩固的基礎,可能是未來可再生能源的重要管道」。

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但這項概念仍有缺陷,在道路下方裝設與維護管線可能所費不貲,也尚未精算潛在報酬。

太陽能專家Tim Anderson為奧克蘭科技大學機械工程資深講 師,他表示,「這項設計似乎很合,用水吸收道路熱能,儲存後另做他用,例如傳送至建築物」,但他懷疑在多數情況下,水溫是否足以符合投資報酬率,建議這套系統應運用在溫度不需太高的特定用途,例如機場跑道或道路除霜,他認為「這套系統若能幫助提高產能,就可能符合經濟效益」。

 

本文其他語言版本: 英語

轉載自 This Big City 城事。作者:Ian RandallGreen Futures),本文原載於獨立永續專業團體「未來論壇」雜誌《Green Futures》。

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thisbigcity城事
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《城事》為永續城市部落格,長期發掘關於建築、設計、文化、科技、運輸、單車的都市創新構想,曾數度獲獎。《城事》網羅世界各地城市生活作者,文章曾發表於Next American City、Planetizen、Sustainable Cities Collective、IBM Smarter Cities等網站。《城事》遍尋全球,在世界奮力邁向永續的時刻,呈現城市帶來的種種機會,力求保持樂觀,但不忘批判。

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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太陽能板沒地方鋪?世界第一條「太陽能路」開通!
PanSci_96
・2016/03/11 ・1025字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

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本文由科技部補助,泛科學獨立製作

文/王昱夫

世界第一條「太陽能路」開通了!不是小說裡的情節,也並非科幻電影的噱頭,真真實實由太陽能板鋪成的腳踏車專用道 2014 年 11 月 12 日正式於荷蘭啟用!

太陽能車道由 Imtech 公司與北荷蘭省(Noord-Holland)合作,座落於克羅莫尼(Krommwnie)這個以油布工廠及美麗風景著稱的城鎮。因應近年來日益增加的能源需求並期望提高再生能源使用的比例,太陽能路將會直接與國家電網連結,提供當地居民用電。這段劃世紀的太陽能路造價 370 萬美元,全段有兩線車道,其中一側車道鋪設有 2.5 × 3.5 平方公尺的組合磚,組合磚以水泥為基底,上方覆蓋太陽能電池並以 1 公分厚的半透明強化玻璃保護;另一側車道則沒有加裝太陽能板,單純作為測試表面材料之用。

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太陽能路
圖片來源:撰稿團隊取自phys.org網站

太陽能路,正要起步

太陽能電池的最基本構造,是由兩塊摻了雜質的矽所組成,根據摻入的雜質不同(雜質的電子組態與矽不同),可分別構成「n-半導體」與「p-半導體」兩種材料;兩者組合後,電子會傾向由 n-半導體往 p-半導體跑去和電洞結合,電洞則反之,它們的移動在內部形成一電場。而當系統吸收光子,會讓在 p-半導體上的電子再度與電洞分離(電荷分離)回到 n-半導體上,此時便產生ㄧ個電位差,足以提供能量。

在這條太陽能道路的三年測試期中,研發團隊希望能收集到許多在實驗室裡測試拿不到的數據,同時,也根據這些數據對太陽能車道進行效率優化,因應不同時段的日照強弱、考慮空氣污染、嘗試新的太陽能科技(如薄膜太陽能電池)來提升整個系統的效能。

儘管有人會說,比起裝設在屋頂上的太陽能板,太陽能車道的產電效能少了將近 30%耶,那豈不是很不划算?但考慮道路比起房屋具有更廣的面積,未來若能將太陽能路的技術擴展至更廣的路線範圍,其總體貢獻量絕對是不容小覷的!

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努力不浪費任何能量

另外值得一提的,在落實「以路面獲取能量」這個概念上,除了運用太陽能板外,也有公司嘗試發展道路熱電系統,希望可以將柏油路面的熱轉換為電力輸出,兼具路面降溫及額外發電的功能,在大面積鋪設條件下,對於小地區自給供電的目標似乎是可以期待的!

短期內,像是太陽能車道、熱電車道等等要普及化尚有種種技術困難,但再生能源的研究發展仍然值得投注努力;面對石化能源日漸枯竭的命運,科學研究不能未戰先逃。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧

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