0

0
0

文字

分享

0
0
0

太陽能板力圖擺脫稀有元素

thisbigcity城事
・2013/05/02 ・670字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 577 ・九年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

作者:John EischeidGreen Futures

太陽能板製造可再生能源,但設備本身卻不太環保,今日太陽能板的高轉換率得歸功於稀有元素,包括銦、鎵、硒等,但若現有生產模式持續不變,銦產量將在十年內枯竭,因此人類必須找到其他方式,讓太陽能更符合永續原則,研究人員正在思考其他方式,而IBM似乎已找到其中一種解答。

IBM此次合作夥伴包括Solar Frontier東京應化工業DelSolar,宣布採用銅、鋅、錫與硫磺製造成太陽能板後,效能可提高10%,這些金屬的蘊藏量都比現有原料豐富許多。

新設計仍得使用稀有金屬硒,不過最終希望全數由硫磺取而代之,曾在IBM投入相關研究的Jiang Tang離職後,現為中國華中科技大學研究員,他表示,「銅、鋅、錫、硫磺產量龐大,可輕易達到上兆瓦特的發電規模」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這項設計生產時所需熱能只有目前的一半,原料切割次數也較少,故可減少廢棄物,此刻轉換率為11.1%,仍不及現有太陽能板的15%,不過新式設計仍可能具吸引力,因為製造成本較低、所需能源較少、生產程序較簡便。

鑽研可再生能源的美國羅格斯大學教授 Dunbar Birnie III指出,「轉換率若能達到15%當然很好」,但市場競爭力除了效能,成本也是一大考量,Jiang Tang認為,轉換率必須達到12%至14%,才符合經濟效益,但仍有機會達成。

 

轉載自 This Big City 城事。本文原刊於獨立永續專業團體「未來論壇」雜誌Green Futures,照片來源:Andreas Demmelbauer

文章難易度
thisbigcity城事
45 篇文章 ・ 0 位粉絲
《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。

0

2
0

文字

分享

0
2
0
人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
197 篇文章 ・ 303 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

0

1
1

文字

分享

0
1
1
地球資源很快就要耗竭?淺談永續生產的「限度」——《成長的極限》
臉譜出版_96
・2024/05/09 ・2905字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

限度:源頭和終點

為了維持或降低資源的成本,我們採用的科技常常需要不斷增加直接與間接燃料的使用量。⋯⋯此種作法耗費甚鉅但實屬必要,我們必須將愈來愈多的國民所得改用於資源加工部門,期能供應相同數量的資源。

——世界環境與發展委員會,1987 年

我們之所以擔心自然界會崩解,並不是因為我們認為地球的能源和原料已經快要耗竭。事實上,World 3 模型中的每一種設想狀況都顯示,到 2100 年,世界仍將保有 1900 年時的大部分資源。我們的擔心是來自於分析 World 3 中的各種推測後的結論:開發地球資源來源(源頭)和利用廢物吸收場所(終點)的成本將愈來愈高。

有關此種成本的資料並不充分。對此一議題的辯論卻非常熱烈。然而,我們依據所獲得的證據可以推論:再生資源開採量在成長中,非再生資源出現耗竭的情形,而且廢物吸收場所已快被填滿,這些現象加總起來,正緩緩地、勢不可擋的提高維持經濟物質流的數量和品質所需的能源和資本的總量。這方面成本的提高,牽涉到自然界、環境與社會相關因素。最後,這種成本會高到讓工業成長無以為繼的程度。當此一情形出現後,原本可擴大物質經濟規模的正回饋圈之運作方向將倒轉過來,造成經濟規模開始萎縮。

非再生資源面臨耗竭,垃圾場也即將被填滿。圖/envato

我們無法證明以上的論斷。我們可以設法使其看起來言之成理,然後提出某些建設性的反應。為達成此一目的,我們在本章內列舉了大量有關資源來源和廢物吸收場所的資料。維持新世紀的世界經濟和人口成長需要各式各樣的資源,我們將概述這些資源的現況及未來的展望。會對經濟發展和人口成長造成影響的因素可說五花八門且不勝枚舉,但我們可將之分成兩大類。

第一類包括用來支持所有生物與工業活動的自然要素,如肥沃的土地、礦物、金屬、能源,以及可吸收廢物並調節氣候的地球生態系統。原則上,這些要素是有形的、可數的,例如可耕地和森林的公頃數、淡水的立方公里、金屬的噸數,和石油的 10 億桶數量。然而,實際上這些要素卻很難加以量化。其總體數量是無法確定的。

這些要素彼此會互動——某些要素可以取代或生成其他要素,因此欲得知相關的確切數據益形困難。此外,有關資源、蘊藏量、消費和生產等名詞的定義都不夠嚴謹;科學本身未臻完備,且官僚體系又經常基於本身的政治和經濟目的而扭曲或隱藏相關數據。另一方面,有關實體世界的資料常常是以經濟指數——如貨幣價格——表達,須知,價格取決於市場,遵循的法則也與支配自然資源的法則大異其趣。儘管有以上的現象存在,我們在本章內仍將焦點集中於自然要素上。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

第二類與成長需求有關的因素包括多項社會要素。即使地球的自然系統有能力支持更龐大、工業化程度更高的人口,但經濟和人口的實際成長,將取決於諸多社會要素:如和平與社會的穩定、公平與個人的安全、誠實且有遠見的領導人、教育和對新觀念的開放、承認錯誤和進行實驗的意願,以及促成穩定而適切的技術進步所需的制度基礎。

這些社會因素很難評估,更不可能進行精確的預測。本書及書中的 World 3 模型都未詳細、明確的探討這些社會因素。因為我們欠缺相關資料及可信手拈來的理論,故無法將這些因素納入正式分析中。但我們瞭解,肥沃的土地、充足的能源、必要的資源以及有益健康的環境,是成長的必要條件,卻不是充分條件。就算這些資源的存量非常豐富、這樣的環境確實存在,但我們想擁有這些要素時,會受到社會問題的阻礙。然而,我們在此處假設,世界是處於最佳的社會狀況中。

人口和資本工廠所使用的原料與能源並非憑空而來,而是我們在地球上開採得來的。原料與能源不會消失:當原料已經沒有經濟上的用處後,會被回收運用或成為廢物與污染物;能源經使用後,會成為沒有價值的熱流而被排放於空氣中。原料與能源會源源不斷地從地球的資源來源經由經濟次系統流向地球的廢物吸收場所(見圖 3-1)。回收利用和更乾淨的生產過程,可以大幅降低每一消費單位的廢物和污染量,但無法完全杜絕。

人們為了成長、維持身體健康、過著具有生產力的生活,及獲取資本和繁衍後代,必須有食物、水、乾淨的空氣、住所,及許多種類的物質。機器和建築物為了生產貨物和提供服務、獲得修理,及建造更多的機器和建築物,必須使用能源、水、空氣,以及各式各樣的金屬、化學原料和生物原料。資源來源生產這些資源流的速度和廢物吸收場處理這些資源流的速度不能超越某種限度,否則將會對人類、經濟或地球本身的自我再生與調節過程造成損害。

這些限度的性質非常複雜,因為資源來源和廢物吸收場所本身就是一個相互關聯的動態系統的一部分,並由地球的生物地質化學循環來維持其運作。限度有短期性的(如提煉完成並儲存於儲油槽中待用的石油數量)和長期性的(如地底下可供開採的原油蘊藏量)。資源來源與廢物吸收場所之間會進行互動,而且某些自然系統可能同時扮演兩者的角色。舉例而言,一塊土地可能既是糧食作物的來源,又是空氣污染所造成的酸雨的吸收場所。這兩種功能的成效存在著相互消長的關係。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

經濟學家赫曼.戴利(Herman Daly)所提出的三項簡單原則,有助於我們定義原料和能源永續生產的限度;這三項原則為 1

  • 就再生資源(土壤、水、森林、魚源)而言,其永續使用率不能大於其來源再生率。(例如,當捕魚率大於剩餘魚群生長率時,則漁獲量將無以為繼。)
  • 就非再生資源(化石燃料、高等級礦產、地下水)而言,其永續使用率不能大於某一再生資源取代其角色的速率。(舉例而言,一處石油蘊藏的永續使用方式是,由它產生的部分利潤能有計畫的投資於風力發電機、太陽電池及造林工作,以便在此一油藏耗竭後仍有另外的再生能源可供使用。)
  • 就污染而言,其永續排放率不能大於其被回收利用、吸收或其於吸收場所轉化為無害物質的速率。(舉例而言,污染能永續排放至河流、湖泊,或地下水層的速率不能比細菌及其他微生物吸收其養分的速率來得快,否則將破壞地下水層的生態系統。)

任何活動若造成再生資源的數量減少,污染物吸收場的範圍擴大,或非再生資源數量減少卻沒有某一再生資源可以取代,則此一活動將無法永續進行。換句話說,此一活動遲早要沒落。在學術界、商界、政府與民間機構針對戴利的三項原則所進行的許多討論中,我們從未聽到有挑戰這些原則的言論(但也幾乎從未發現有人真正用心奉行這些原則)。假如有達成永續性的基本法則存在,那麼這三項原則必然包含在其中。今天的問題不在這些原則正確與否,而在於全球經濟活動是否尊重這些原則,以及果真如此會發生何種結果。

——本文摘自《成長的極限》,2024 年 03 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

討論功能關閉中。

臉譜出版_96
88 篇文章 ・ 255 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

1

5
3

文字

分享

1
5
3
馬斯克不屑一顧;比爾蓋茲卻視若珍寶!氫能源會成為永續發展的救世主嗎?
PanSci_96
・2024/02/04 ・5542字 ・閱讀時間約 11 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

馬斯克的「氫能愚蠢說」被打臉了嗎?

馬斯克曾多次斷言發展氫能是個愚蠢的決定,更說氫氣不會自然出現在地球上。

然而今年 7 月,美國新創公司 Koloma 從比爾蓋茲與其他投資者手中,獲得了總計 9100 萬美元的融資,準備開採地下氫氣。今年 9 月,地質學家更是直接在法國的地底下發現大量氫氣,總量估計有 4,600 萬噸。
而且比起需要搭配綠能或是熱裂解設備才能製造的綠氫與灰氫,這些氫氣價格將會十分低廉,難道,氫氣的時代要到來了嗎?為了環保,我們得挖呀挖呀挖?

地球上真的還有氫氣嗎?

這張照片就能證明地底中含有氫氣?

這拍攝於澳洲的珀斯盆地,大大小小的圓圈被稱為仙女圈,在仙女圈內沒有植物生長,甚至向內凹陷形成鹽湖。當科學家調查這些仙女圈,他們意外發現土壤中竟然含有氫氣。氫氣與仙女圈之間的確切關係還未知,有人推測可能氫氣抑制了植物或是微生物菌落的生長,使得該區光禿甚至土壤流失。

我們知道氫氣是世界上最輕的氣體,一旦進入大氣,就會向上飄散,直至被拋至太空,離開大氣層。然而地球的大氣層中還是有少量的氫氣被束縛住,大氣濃度約為 0.55 ppm ,是臭氧的 13 倍。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/pexels

但只要沒有進入大氣,還是被封在地底的氫氣因為不容易溢散,至今存量還很豐富。不只在澳洲,世界各地都觀察到了氫氣從地底向地表洩漏的情形。

第一炬奧運聖火至今還在燃燒?

位於土耳其奧林匹斯山山谷,就在希臘火神赫菲斯托斯的神廟廢墟上方,大大小小的火焰從土石間冒出,就好像赫菲斯托斯至今都還存在在該處一樣。該地的冒火處有十幾個,總燃燒面積高達 5000 平方公尺。

根據地質學家推估,這片火焰已經燃燒了 2500 年,根據史料比對,很有可能就是最早奧林匹克聖火的發源地。

圖/wikipedia

地質學家調查了這股火焰的形成原因,發現從岩石中噴出的氣體,除了含有 87 % 的甲烷以外,還含有百分之 7.5 到 11 是氫氣。這股持續 2500 年間不斷冒出的氣體,根據地質學家推估,與石油、天然氣成因不同,並不是因為遺骸或微生物等生物原因才產生的。而是大地之母地球源源不斷提供給我們的,這又是怎麼一回事?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

氫氣知多少:哪來這麼多地底氫氣?

地底的氫氣怎麼來?

這與岩石的變質作用息息相關,我們知道火成岩、沉積岩會在高溫高壓下產生變質作用,轉為性質截然不同的變質岩。而富含鎂與鐵的矽酸鹽類礦物,例如橄欖石、輝石,當他們在高溫環境下與水作用,會轉為蛇紋石、水鎂石、磁鐵礦等礦物,這個過程稱為蛇紋石化作用。

圖/wikipedia

這種作用是一種化學反應,會將大量的水吸入岩石,讓岩石的密度下降。在反應結束後,除了礦物特性產生變化以外,還會生成副產物,也就是氫氣。如果地層中又剛好有二氧化碳存在,就會在高溫的環境下進一步甲烷化,將氫氣與二氧化碳轉成甲烷。

目前科學家認為,大部分地層中非生物性原因產生的的氫氣與甲烷,多是由這樣的過程產生的。奧林匹斯山的聖火,推測也是這樣產生的。

而對於地質學家來說,也代表尋找天然氫氣這一目標,也可以從盲目搜尋,轉為限縮在尋找有經歷過蛇紋石化作用的地層上。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/usgs

但除了蛇紋石化作用以外,大自然還有兩種生產氫氣的主要方式:深層蘊藏與水的輻解。

地球內的氫氣

在地底深處,推測蘊藏著大量氫氣。它們深達地底,甚至可能存在於地函與地核之中。

我們現在的技術當然無法直接來個地心探險開採這些氣體,但科學家陸續從美國、俄羅斯、東歐等地的岩石鑽探結果可以觀察到,在越深的地方氫氣濃度越高。因此地質學家推測這些氫氣可能來自更深的地方,並正從橄欖岩緩緩地擴散,進入靠近地表的岩層之中。

然而,因為我們還無法進入地底,因此即便我們知道它們存在,但對於這些氫的形成原因目前還未有結論。有些科學家放眼整個太陽系的形成過程,推測在原始地球形成時,整顆行星包含地核之中就有氫的存在。而也有人認為,地核中的鐵元素與水反應,形成氧化鐵與一氫化鐵兩種物質型態,將氫存在地核之中。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這個問題的解答,就等待地球科學家為我們帶來解答吧。而且了解這些元素存在於地核、地函的形式,也可以解開許多未知謎團,例如地核的詳細組成分、地函存在異常低電阻區的原因、改善地函動力學模型,以及找出哥吉拉到底在哪裡等等。

圖/giphy

輻射也能產生氫氣?

地殼中的釷、鈾等放射性元素,在漫長的衰變過程中,會緩慢地將地層中的水分子鍵結破壞,形成氧氣與氫氣。例如一顆 1 MeV 的 α 粒子,平均足以讓 10 個水分子解離。而當岩石擁有更高的孔隙率, α 粒子會更有機會與水分子產生作用,會有更高的氫氣產量。

但其實,考慮到衰變的速度以及放射性元素存在於地底的超低含量,這個方式的效率並不高,而且實際上 α 粒子用來解離水分子的能量只消耗了 1 % ,剩餘的能量都還是被附近的岩層吸收,以熱的形式消耗掉。

除了產量不高以外,理論來說在輻射發生的地方,應該要能看到氫氣與氧氣同時存在,但目前實地調查的結果,都只有發現氫氣。氧氣是否進一步參與了其他反應,或是已經逸散,或甚至這個理論需要再做調整,還需要更多的研究。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

好的,我們知道氫氣是怎麼產生的,那麼重點是,我們到底有多少氫氣能用呢?

地底有多少氫氣?

世界各地都有發現自然氫氣的存在。對了,雖然這張地圖看起來氫氣的發現地點都集中在北亞與東歐,但這只是因為目前的探勘都聚集在這邊,並不代表真實的氫氣分布。

這些來自地底的氫氣,我們稱為地質氫,如果用顏色來分類,則稱為白氫或是金氫。如果氫氣的開採規模能像天然氣一樣龐大,白氫的價格,預計會落在每公斤 1 美元。

相比之下其他的氫氣生產方式,例如我們上次提到,由蒸汽重組產生的灰氫,售價約為 0.9~3.2 美元。由綠能生成的綠氫則是 3~7.5 美元。因此,如果白氫正式被大量使用,將大幅降低現在的氫氣價格,甚至帶動氫氣運輸、儲存、發電機組等產業鏈的發展,連帶降低其他顏色氫氣的隱含成本。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

比爾蓋茲與氫能產業

與馬斯克看衰氫能不同,比爾蓋茲不僅投資白氫的開發,也投資了不少氫能產業。

例如他就投資了西班牙公司 H2SITE ,一間致力於氫能運輸與氫氣製造的公司。因為現在運輸氫氣的成本是製造氫氣的三倍,如果能降低運輸成本,將有助於整個氫氣產業的發展。在開採方面,各國也都開始投入地質氫的調查與開採技術研發。

美國地質調查局初步估計,全球地底下可能藏有百億噸的氫氣等著被開發,能滿足全人類數千年的能源需求。當然,這個數字並沒有考慮到開發的困難度,只是單純地以全球存量作分析。

但也有人正打算轉個念頭,何不將熱水注入富含鐵的岩層中,促使更多的氫氣產生?類似於地熱發電會使用的增強型地熱系統,只是我們獲得的不是直接的熱能,而是氫氣。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

什麼?氫氣也是溫室氣體?

話說回來,氫氣真的會成為救世主嗎?先等等,事情可能沒那麼簡單。

氫氣作為最輕的氣體,存在於大氣的壽命大約只有兩年。但氫氣在存在的這段時間中,會與大氣中的羥自由基和其他氣體作用,產生一系列的反應。造成的結果包含增加甲烷停留在大氣的時間、臭氧的增加、與平流層中水氣的增加。

圖/wikipedia

因此,氫氣屬於一種「間接」溫室氣體,氫氣的一百年全球暖化潛勢 GWP 100 ,被評估為 11.6 ,也就是以 100 為區間進行評估,氫氣的溫室效應是二氧化碳的 11.6 倍。

此外,我們對氫氣的研究還太少,所以才到現在才發現它就在我們的身邊。而就跟我們上次提到的一樣,大量使用天然氣,就意味會有許多天然氣洩漏。而伴隨著氫氣被大量開採,一定會有更多的氫氣被釋放到大氣之中。這對我們的大氣是否會產生負面效應,甚至於弊大於利,都還需要更多研究。

最後想問問大家,馬斯克與比爾蓋茲,對氫能的看法十分兩極。你呢?你認為氫能會改變未來的能源形式嗎?

  1. 會,不論是什麼顏色的氫,大家都很認真的在進行研究,一定很快就有好結果。
  2. 不會,氫能運輸、儲存成本怎麼看都還太高
  3. 不論有沒有氫能,人類懂不懂得節制,才是關鍵中的關鍵

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

參考資料

所有討論 1
PanSci_96
1220 篇文章 ・ 2239 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。