手機變身數位顯微鏡 !

本文由 美國穀物協會 委託，泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎？

2007 年，從台北的八座加油站開始，民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3，指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示，則代表不同濃度，最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10，巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

為什麼要加酒精呢？

單論玉米乙醇來說，碳排放趨近於零。為什麼呢？因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟，接著被採收，發酵成為玉米乙醇，最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環，淨排放都是 0，是個零碳的好燃料來源。

當然，我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此，美國農業部經過評估分析，2017 發表的報告指出，玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF（永續航空燃料）前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%，而根據國際民用航空組織（ICAO）的預測，這個數字還會成長，2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF，開始成為航空業減碳的關鍵，及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續，都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高，以食用油為原料進行氫化的 HEFA，以及酒精航空燃料 ATJ（alcohol-to-jet）。

每種燃料的原料都不相同，因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料，因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油，再進行「氫化」。

就引擎來說，我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵，以氫原子佔據這些鍵結，讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高，不易氧化，適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯，接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵，成為長鏈烷烴，性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化，但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外，HEFA 取用的油品來源來自餐廳，雖然是幫助廢油循環使用的好方法，但供應多少比較不穩定。相對的，因為 ATJ 來源是玉米等穀物，通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產，因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF，都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息，例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100％ 的 SAF 燃料完成飛行，締下創舉。

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析，在所有交通工具的碳排放中，航空業佔了其中的 12%，而公路交通則占了 77%。沒錯，航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%，但真正最大宗的碳排來源，還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢？有人擔心，酒精可能會吸收空氣中的水氣，對機械設備造成影響？

其實也不用那麼擔心，畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅，來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說，酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑，當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查，結果發現，由於 E10 汽油摻雜的比例非常低，和傳統汽油的化學性質差異非常小，這 50 年來的車輛，只要符合國際標準製造，都與 E10 汽油完全相容。

解惑：這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎？

在環保議題裡，這種原本以為是一片好心，最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範，例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明，生質乙醇等生物燃料確實有持續性，但必須符合「永續」的標準，並且因為使用的原料是穀物，因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是，隨著目標變明確，專門生產生質酒精的玉米需求增加，這也帶動品種的改良。在美國，玉米產量連年提高，種植總面積卻緩步下降，避開了與糧爭地的問題。

另外，單位面積產量增加，也進一步降低收穫與運輸的複雜度，總碳排量也觀察到下降的趨勢，讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭，低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外，生質燃料車，是否也是個值得加碼投資的方向？

參考資料

• Corn to Power Airplanes? Biden Administration Sets a High Bar. – The New York Times
• 台灣中油全球資訊網-加油站查詢
• https://grains.org.tw/最新科學研究：玉米燃料乙醇大幅減少溫室氣體排/
• USDA Releases New Report on Lifecycle Greenhouse Gas Balance of Ethanol
• https://scijournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bbb.2225
• 本田・GE100% 可持續燃料航空引擎測試成功
• 阿聯酋航空邁向永續 完成 100％ SAF 驅動單一引擎首航
• https://tcc-gsr.com/module-1/transforming-transport-and-mobility/

本文由 國立臺灣師範大學 委託，泛科學企劃執行。 

摩斯發明電報和貝爾發明電話，這些似乎是上古時代的科技，其實都發生在過去兩百年內。而手機，作為近五十年來的產物，又經歷了怎樣的演變呢？

讓我們來探討行動通信是如何從 3G 發展到 6G 的。

1989 年，一張名為《The Great Radio Controversy》的搖滾專輯發布，迅速走紅，登上告示牌熱門榜。雖然專輯的歌詞與通信無關，但它的名字「偉大的無線電爭議」確實讓人聯想到無線通信的歷史。而這張專輯的樂團名為 Tesla，沒錯，這正是向那位傳奇的天才科學家特斯拉致敬。特斯拉對無線通信的貢獻可謂奠基石般的重要，而從 3G 到 6G，行動通信技術又經歷了哪些突破和變革呢？讓我們一起深入了解。

行動通信的歷史雖然只有短短幾十年，但其中包含的豐富內容實在說不完。從精彩的發明故事到商業競爭，再到行動通信所帶來的社會變革，每一個環節都值得深入探討。而在這集影片中，我們僅僅觸及了冰山一角。

下一集將深入探討 WiMAX 那成功的哥哥——Wi-Fi，也就是大家熟悉的無線區域網路技術。讓我們繼續探索這些改變世界的科技！

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參考資料

• Nikola Tesla predicted smartphones in 1926 like a boss – GeekWire
• Who Invented Radio? https://www.pbs.org/tesla/ll/ll_whoradio.html
• ITU-R FAQ on International Mobile Telecommunications (IMT)
• 你有聽過台灣納稅人的血淚 WiMax 嗎？中離王 Intel 與榮景不再的高通——4G 篇 – 寫點科普Kopuchat
• WiMAX 業者：政府騙了我們

本文由 國立臺灣師範大學 委託，泛科學企劃執行。 

你多久沒有用手機打電話了呢？現代人大多將手機當作上網的工具，每天接到最多的電話應該也是快遞、推銷跟詐騙吧。但其實以前電話可以說是最重要的溝通方式。畢竟比起電報只能傳遞幾個字，能一口氣說出想傳遞的內容，不是方便許多了嗎？

 這樣在通訊史上扮演著舉足輕重的角色，他的發明改變了人們的生活方式，也開啟了全新的溝通時代。今天我們就來介紹，讓大家能說話的那位關鍵科學家，亞歷山大．貝爾（Alexander Bell）。

貝爾不僅是一位發明家，他同時也是一位教育家，他擔任私人家教時曾教導過海倫凱勒。海倫凱勒與貝爾一生保持聯繫，她在回憶錄中寫道，貝爾全心投入於聾啞教育，做出了許多貢獻，卻從不以此自豪。

亞歷山大．貝爾最了不起的地方是他既擁有卓越的科技發明能力，又持續關心著聾啞教育。也許正是因為他如此關心人，才能發現各種尚未被滿足的需求，從而成為他發明的靈感來源。

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要看到並記錄微小尺度下的物體或是生物對一般人來說並不簡單，雖然顯微鏡使用的歷史已久，然而一般的顯微鏡雖然可觀察，但是體積龐大且不容易做數位的記錄，如果有小台方便使用的顯微鏡，可以隨身攜帶隨時記錄，會是很多學生與很多對自然有興趣朋友的好幫手。

一直以來有一類的USB顯微鏡可以做到這樣的功能，然而其必須連接電腦使用與較高的價位，使得用途很受限。最近在網站 instructables上介紹了怎麼利用生活材料做簡易的的手機顯微鏡，$10 Smartphone to digital microscope conversion! 主要想法是因為目前的手機像機的品質都相當好，如果能善用手機可以作為手邊很好的研究工具。其主要設計是利用雷射筆的鏡頭做為近拍鏡與利用螺絲調節的平台高低做為載物台來進行。

然而使用雷射筆鏡片的顯微鏡轉接台有著球面像差，放大倍率不大，照明不均勻與載物臺不穩定等缺點。 這些缺點如果能夠加以改進將會是很好的工具。因為這樣，所以scimage 設計了一款新的手機顯微鏡，主要改善了鏡頭與光源的設計，使用鏡片組做為鏡頭，加裝光擴散片改善照明均勻性與利用一些機械設計增加結構穩定性，使得成像品質能大幅改善。在外觀上也作了一些設計，讓攜帶與使用更方便。

因為這些改進，解析度與放大能力增加為原始設計的兩倍，也因為這些新的的設計使得顯微鏡用來可以看如血球細胞大小的物體，或是水族箱中的小微生物們，在應用層面上增加了很多可能性。經由科學影像的朋友們的贊助，首批製做了60多台，組件材料加工好後送到贊助的朋友手上，讓贊助製作的朋友自己完成整體的組裝，一來可以對小顯微鏡更熟悉，一來也可以DIY做出屬於自己的儀器！ 組好的成品圖如下，應該是非常有質感。（感謝Ｔina Lee 提供自己組裝好的成品圖）

這台手機用的顯微鏡理論上的光學解析度為約1 um，不過目前沒有手機能發揮到這極限，所以目前解析度的好壞依照手機的畫素而定。以下影片是用手機看小蘋果螺寶寶的影片與看細胞切片的成果，應該已經非常足夠一般朋友使用，如果要看其他水中浮游的小生物們也非常足夠。

這是科學影像第一次製作儀器，雖然不是全新設計，不過相信所做的新設計讓這樣的裝置變得解析度更好，也更實用與方便攜帶，希望能讓更多朋友自己看到有趣的微觀世界。之後如果有朋友也想索取這款顯微鏡，人數夠會再繼續製作，這台小顯微鏡的討論在FB “科學maker“社團裡進行，有興趣想使用的朋友歡迎先加入～

(目前開放登記中!   請先加入FB “科學maker“社團了解物品使用情況再於”科學maker“中登記~)