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怪獸電力公司需要多少尖叫的小孩才能供應一座城市的用電?

(本文不由 Monster Inc. 贊助)

怪獸電力公司(Monster Inc.)是一家永續能源企業,靠著人類小孩尖叫產生的能量發電,過程不會產生核廢料或者污染空氣。但究竟要多少尖叫的小孩才足以供應一座城市的用電?

叫亮燈泡

要由小孩子的尖叫來點亮燈泡,首先得將聲音轉換成電力,而聲音就是物質(空氣)的震動,所以從目前已知的科技來看,最有可能的就是利用「壓電材料」piezoelectric material)-一種能將動能轉換成電能的特殊材料。(參考影片

在2010年九月,三星綜合技術院(Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT)的研發團隊就發表了一項研究 [1, 2],利用奈米級的壓電材料,製作出可以靠聲音發電的裝置。

圖一:奈米聲波發電機的構造。

 

這個裝置上層是一面由鈀(palladium)/金製成的電極,下層的壓電材料是數萬根奈米級氧化鋅(zinc oxide, ZnO)排成的陣列(圖一),每根氧化鋅「柱」長10微米,直徑僅150奈米(圖二)。當聲波震動電極,壓彎底下的壓電材料-氧化鋅柱,就會產生電力(圖三)。在1平方公分下,100分貝(dB)能夠產生50毫伏特(mV)、約 0~0.3 微瓦(μW)的交流電,不過這是極限,即使再提高分貝,也不會產生更多電力。

雖然這電力看起來很微弱,但已經可以提供一些小型電子設備的部份電力。

圖二:奈米氧化鋅柱陣列的縱剖面。

圖三:聲波透過鈀/金薄膜,震動奈米氧化鋅陣列,產生電力。

 

假如怪獸電力公司真的採用這項科技來發電,比較可能的是將奈米聲波發電裝置裝在「任意門」的「外框」中(圖四)。

圖四:綠色區域就是「任意門」的外框。

 

多少尖叫的小孩才能支持一座城市的用電?

要回答這問題,得先知道小孩的尖叫或者哭鬧能產生多少分貝。根據一位身為母親的物理學家在自己的部落格提到,她女兒哭鬧聲是 122 分貝 [3],而人類的尖叫聲也在129分貝以下 [4]。這聲音強度雖然超過100分貝,但奈米聲波發電裝置的最大發電量就是每平方公分 0.3 微瓦。

如果「任意門」外框中使用50 cm2 的奈米聲波發電陣列,那麼一次尖叫可以產生15微瓦(0.3微瓦 / cm2 × 50 cm2)的電力。

那麼,多少尖叫的小孩才能支持一座城市的用電?

以台北市為例,根據環保署公開的非營業用電統計資料 [5],2013年六月住宅總用電量是352,640,859度,平均每小時消耗489779瓦。要支持這些電力,得找到32,651,934位尖叫或哭鬧的小孩才行!再根據內政部戶政司的資料 [6],2012年底全國1~4歲的孩童只有746,739名。因為每位小孩只能被嚇一次,而且怪獸電力公司只能在夜間發電,所以台灣的小孩只能供應台北市1分22秒的夜間用電!不過夜間屬於用電離峰時間,所以供電時間可以再長一點。(是能長多少?)

結語

雖然簡單的計算發現怪獸電力公司確實可以供應微薄的電力,但是要作為永續能源的話,還是把奈米聲波發電裝置設在高速公路的隔音牆中比較實在。而且節約用電才能真正永續,畢竟一小時超過3千2百萬個小孩在哭鬧我覺得比全球暖化還可怕……。

資料來源

  1. S. N. Cha, J. S. Seo, S. M. Kim, H. J. Kim, Y. J. Park, S. W. Kim, and J. M. Kim. (2010) Sound-Driven Piezoelectric Nanowire-Based Nanogenerators. Adv. Mater. 22, 4726.
  2. Nanotechnology energy generation using sound. nanowerk [Sep 23, 2010]
  3. How Loud Can Your Baby Cry? — Laser Mom
  4. Shout (sound) — wikipedia
  5. 環保署綠色生活網 非營業用電統計
  6. 內政部戶政司 人口資料庫

參考資料


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