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靈光一閃 閃到抗暖鎖碳良方

活躍星系核_96
・2012/01/06 ・1363字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

「水可載舟,亦可覆舟。」二氧化碳是全球暖化的重要影響因子,那麼是不是也可以用來抑制抑制全球變暖呢?美國明尼蘇達州的2位科學家馬丁薩爾和吉米麥道夫(Martin Saar and Jimmy Randolph),在天然氣加油站加油時突然靈光一閃,「閃」出一個抑制二氧化碳持續上升的好點子。

漫長的公路旅行在美國是出了名的,這兩位科學家在這個漫長的旅程中,腦海中只想兩件事情。首先,他們已被明尼蘇達州地質調查局的委託二氧化碳區域性儲存調查的工作。其次,他們談到了吉米目前的研究的地熱能源。

地熱發電工程的作用原理,利用鎖在地球深層的巨大熱能,注水至岩石裂隙中成為高溫沸騰的蒸氣,一旦回到地表可用於驅動渦輪機。地熱能源無需燃料,所以它是一種最低碳密集型電源。隨著全球碳排放量的目標愈來愈加嚴格,地熱能源變得愈來愈普遍。

滿足低碳的另一選擇是使用低碳電力。避免發電所產生的二氧化碳進入大氣中為首要之務。就如眾所皆知的「碳捕捉和儲存技術」,二氧化碳以液態儲存在地底,無法如溫室氣體般作用。

當從明尼蘇達大學來的馬丁遇見吉米,發現綜合上述2個不同的想法得以實現時,最大的「發現」時刻終於來到。

「單純地儲於地底液態二氧化碳,為什麼不能用它同時來提取地球能量發電呢?」馬丁說:「這真的是靈光一閃。」雖然當時只是半開玩笑,但三年後兩人順利地使該技術成為現實。

這個想法,被稱為以高壓二氧化碳代替水增效再生能源(CO2 Plume Geothermal ,簡稱 CPG),通常被儲存在地下的二氧化碳液體,通過地熱岩石加熱。相對於傳統的地熱發電,CPG有許多競爭優勢,像是二氧化碳從岩石中取熱的效果比水更佳。此外,用來碳捕獲地貌非常廣闊。事實上,如此之大的地貌,如果在美國所有可用的地點可以被使用,整個電氣發電基礎設施有可能呈現碳中和。傳統的地熱發電,需仰賴壓裂岩石並使水流動。然而,這會導致地震活動。在瑞士巴塞爾,一個地熱發電計畫在引起地震不得不被關閉,就是血淋淋的活例。

這種戲劇性的事件從未得到廣大市民的迴響。雖然CPG大大減少地震風險,它是與一個在媒體上詆毀多年專有名詞-「二氧化碳」有關。研究碳儲存的倫敦帝國學院塔拉佛斯(Dr.Tara LaForce of Imperial College London)博士表示,氣候變遷上新聞時宣稱「二氧化碳是危險、不好的。然後說:喔,對了,我們將把二氧化碳注入你家地面下。」她看見許多二氧化碳儲存計畫延期或遲或因公眾反對而計畫終止。不幸的是關於二氧化碳封存計畫這一點,她說指出:「技術性障礙並沒有社會性障礙那麼多。」

除了缺乏公眾的支持,碳捕獲計劃因產生二氧化碳而受到抨擊。源自於新構想的的CPG則可改變這一切。馬丁說:「從在這些位址產生的地熱能量,可以運轉所有的幫浦以及其他所需的和其他電力系統,這種做法可以使碳捕捉技術在經濟上可行。」不但減少大氣中二氧化碳排放量,也降低電力流失量。

由於化石燃料庫存耗盡,石油價格水漲船高,諸如CPG的計畫,可能會愈來愈有吸引力,如果我們真的嚴肅地看待我們對於大氣的衝擊,甚至勢在必行。也許真有一天,地熱能源和碳捕捉說不定會做成像是3年前激發馬丁和吉米靈感的那個加油站。

資料來源:Carbon dioxide could fight global warming

論文引用:Randolph, J., & Saar, M. (2011). Combining geothermal energy capture with geologic carbon dioxide sequestration Geophysical Research Letters, 38 (10) DOI: 10.1029/2011GL047265

翻譯:陳品潔

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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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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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》