【還能怎樣】徐盺煒：頁岩氣革命對能源發展之影響

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌：https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

文／曾泰琳｜台灣大學地質科學系

隨著國際油價的上漲，人們不斷努力尋找石油替代能源或是精進探採技術以提高產能，終於在 1990 年末於北美地區成功開採頁岩油氣並開始量產。開採過程中的關鍵步驟之一是將加壓液體灌入地底，使緊實的頁岩層產生微小裂縫，再通過這些相連通的孔隙將底下的油氣沖洗（flush）到地面上蒐集，這種高端的技術稱為水力壓裂法（hydraulic fracturing），此原理也常被應用在地熱能源的開發以加強地熱流通量。雖然水力壓裂技術已存在數十年，也一直有所改進，近期學者們卻開始對這種破壞岩石的開採方式表示關切，因為在這些生產區已出現一些「不尋常」的地震活動。

美國中部地區的統計結果顯示地震在近幾年有明顯暴增的跡象（下圖）。規模大於等於三的地震數量由 1973–2008 年間平均每年24 個增加到 2009–2014 間的 193 個，而現在單是 2014 年就有 688 個地震發生。地震發生頻率增加的地方並不是隨機的，而是在特定的區域，許多是油氣開採作業區附近，有的則鄰近回收水灌注井（wastewater-injection well），因此懷疑地震是人類活動引起而非自然發生。雖然被懷疑為觸發的地震其最大規模都在 4.5 至 5.5 之間，在台灣只能算是中型有感，但在平常沒什麼地震活動的美國中部就顯得相當突兀，也有一些災情傳出。要分辨人為與天然地震並不容易，需要好的佐證資料，提升對小地震的偵測能力。

這幾年來陸續有學者針對油氣開採區做詳細的地震觀測，想要藉此了解注水與地震的關係及特性。以美國 Ohio 的 Township 為例，2014 年的地震群在其發生的空間與時間皆可跟水力壓裂工地的施作對應上，於是可以認定地震是被誘發的，而觀測到的地震規模普遍都在芮氏規模三以下。

最近 2015 年 1 月 23 日在加拿大 Alberta 的 Crooked Lake 則發生了一起芮氏規模 4.4（地震矩規模 3.8）的有感地震。加拿大學者試著監控井壓及地震活動的變化，將地震以雙叉分法（double-difference）精確定位，結果證實 2011~2013 年的群震活動在附近數公里外之作業井施行灌注的時間相符，兩者時間序列的交互相關高達 99%，井壓大約 60 MPa。隨後該區又在 2015 年 6 月 13 日發生一起同樣規模的地震，顯然類似的活動可以不斷發生。

從斷層面解來看，這類地震都比較像是屬於剪切錯動型態的地震，並沒有很強的體積變化或非力偶分量。地震規模及數量則可進一步推求 b 值（即大地震與小地震的數量比關係），這些地震的 b 值估算約為 0.8–0.9，與水力壓裂產生裂隙所直接造成的地震（b 值 ~2）不同，因此一般相信這些地震可能是原已存在的老斷層被觸發而引起錯動。

到底水力壓裂如何影響地震的發生呢？斷層錯動需要達到一定的有效應力人為的影響（無論注水或抽水）都可能造成應力與孔隙壓力的變化，當剪切力上升、正向力下降、以及孔隙壓力增加之時較容易達到斷層破裂（或錯動）條件而引發地震。一般來說地震誘發可以是發生地本身的應力受到擾動，也可能是距離較遠的觸發，兩種狀況都被發現過。誘發地震發生時會釋放原本累積在斷層上的大地應力（tectonic stress），跟天然地震其實沒什麼不同。

那麼這種被誘發的地震規模能到多大呢？這個問題目前尚未有定論，原本 2015 年初所發生的 Alberta 地震被認為是加拿大觸發型地震中規模最大的一個，沒想到 2015 年 8 月時又出現一個更大的類似地震在加拿大 British Columbia，規模為 4.5，而 2011 年美國 Oklahoma 中部所發生的規模 5.7 地震也被懷疑與注水有關。由於這種利用注水壓裂岩石的方法在開採工程上已經變得相當普遍，站在地震危害的角度來說，未來應要持續評估它對環境所可能產生的影響，謹慎看待。

資料來源：

• Ellsworth (2013) Injection-Induced Earthquakes. Science, 341, doi:10.1126/science.1225942.
• Rubinstein and Mahani (2015) Myths and Facts on Wastewater Injection, Hydraulic Fracturing, Enhanced Oil Recovery, and Induced Seismicity. Seismol. Res. Lett., 86, 1060-1067, doi:10.1785/0220150067.
• Schultz et al. (2015) Hydraulic Fracturing and the Crooked Lake Sequences: Insights Gleaned from Regional Seismic Networks. Geophys. Res. Lett., 42, 2750-2758, 10.1002/2015GL063455.
• Skoumal et al. (2015) Earthquakes Induced by Hydraulic Fracturing in Poland Township, Ohio. Bull. Seismol. Soc. Am., 105, 189-197, doi:10.1785/0120140168.

本文轉載自「星期五的地質– Friday Geology」，由中華民國地質學會授權轉載。

紀錄：王昱夫

This rock could power the world —– Times

頁岩氣究竟是什麼？竟然可以榮登Times雜誌的封面議題，反映出這項能源技術對目前能源產業的強大衝擊力，影響著國家政策與未來發展的佈局，讓我們一起，ㄧ探頁岩氣的前世今生，與它對於台灣，甚至全球能源發展的影響！

認識頁岩氣與其優缺點

頁岩氣，其實說白了就是大家平常熟悉的天然氣，但相較於傳統的天然氣，它的差別在於其蘊藏的位置不同。頁岩氣是由頁岩產生的天然氣，常被描述為「非傳統」的天然氣，但注意：非傳統的天然氣「不只」頁岩氣一種，其他非傳統的天然氣來源還包括像是煤層氣（coal bed methane）或是可燃冰（甲烷水合物）等等。

https://www.youtube.com/watch?v=cAZMWLhpF0k

既然平平都是天然氣，那頁岩氣憑什麼這幾年突然爆紅勒？其實最主要的原因在於開採技術上的突破！頁岩氣蘊藏在頁岩中，過去受制於深度與技術上的缺乏，要開採這部分資源的難度較高；而近幾年，由於「水平鑽井」和「水力壓裂」技術的突破及運用[1,2]，我們才有辦法大量鑿取到頁岩氣。當開採不再受限，我們要問的下一個問題：那為什麼要用頁岩氣？它有什麼優點或缺點嗎？在下面我們分幾點來討論：

優點一：頁岩氣儲量豐沛

雖說石化能源絕非取之不盡、用之不竭，但頁岩氣在現今地球上的儲量是十分豐沛的，其中包含北美和中國地區，開採蘊藏量都足以對當今的石油價格產生巨大的影響。（不過目前頁岩氣的生產達出口規模的僅有美國，中國的頁岩氣蘊藏量最豐富，但因開採技術的限制，預計逾10年內能夠達到量產出口的可能性並不高）

優點二：頁岩氣較傳統天然氣價格低

在美國，由於頁岩氣這種新興能源的開採量非常大，甚至有點供過於求，直接導致了頁岩氣在市場上的價格比起傳統液化天然氣來得便宜，比起東亞各國進口液化天然氣的價格，更是便宜了5倍之多！（價格：US$3/MBtu，許多廠商都為搶先進入市場而開採，甚至不惜虧本在賣）。光是其前面這兩點，就已足夠說明頁岩氣有機會改變全球的能源供給現況！

優點三：頁岩氣為最乾淨的化石燃料

雖說頁岩氣也是石化能源，但與燃煤相比，天然氣每發一度電可減少約一半的二氧化碳排放，配合其低成本的優勢，絕對是可以同時取代火力發電並且減少碳排放的重要能源。

缺點：生態破壞的疑慮

頁岩氣對生態的破壞主要來自於其採用的水力壓裂法技術，英國的Blackpool和美國俄亥俄州的Youngstown兩地就被發現，因為水力壓裂法引發了規模不小的地震；另外，水力壓裂法在開採過程中常會使甲烷和壓裂水流入地下水中，導致當地自來水被污染的情形（自來水自燃）。且除了甲烷滲入地下水的疑慮外，壓裂法後回流水的重金屬含量也大大增加，影響健康。

除了地震和地下水，開採頁岩氣也會造成空氣污染問題：由於要把成本壓低，開採廠商通常會把每次開採多餘無法收集的天然氣直接對空燃燒，這對環境來說亦是一大損害。

綜觀上述優缺點，頁岩氣未來若是想持續普及化，必定得透過生產流程的改良來減低對環境的衝擊（目前歐洲許多國家都卻步於水力壓裂法的安全性，明定有反對水力壓裂法的法規，使得頁岩氣市場難以進入歐洲），然而，也勢必得在流程改良造成的成本提高與原有的低成本優勢間找到好的平衡，頁岩氣才有可能成為全球性的替代能源。

頁岩氣對全球能源的影響

無庸置疑，頁岩氣在美國是成功的，然而在其他國家呢？全球天然氣市場主要分成三大區域：北美（出口國）、歐洲（與中東進行管線天然氣交易）和亞太（大多為天然氣進口國，需要靠船運數入成本較高的液化天然氣）三區，彼此的天然氣價格互不影響。目前頁岩氣的成功僅止於美國本地，主要是由於其國內在頁岩氣開發的基礎設施數量尚不夠多，美國距離成為完全的天然氣進出口國也至少要等到2020年之後，若歐洲或是其他各國沒有辦法跟進、複製美國的頁岩氣開發模式，頁岩氣革命在短時間內是無法擴及到全世界的。

不過頁岩氣革命造成的影響，也可以從其他角度來切入：首先是美國周邊的國家，墨西哥、加拿大等國可以直接得到美國低價頁岩氣的輸出，同時減少石油的進口，再進一步，這些北美國家將提高燃煤的輸出（國內能源夠用，把多餘的便宜賣別人）；相對地，歐洲國家進口北美過剩的低價燃煤，便會促使其內部使用燃煤的比例提高，降低對石油的需求依賴，全球的石化能源價格都將受到抑制。

至於頁岩氣蘊藏量最大的中國，目前也正積極開發頁岩氣資源，但是，其訂定的產量目標恐很難達成，主要原因在於中國原本的基礎設施數量就不多（僅有100口不到的頁岩氣井），加上開採技術與經驗有限，以及需要配合不同的地質結構調整新的開採方法，造成產能不如預期。

頁岩氣對再生能源的影響

正面看法：美國在成功開採頁岩氣後，其能源成本下降，有助於改善國力與財政狀況，將擁有更多的餘力挹注於再生能源的研究與開發，對太陽能和生能源有正面幫助。

反面看法：2011年的MIT報告顯示，頁岩氣的持續發展，有可能延緩再生能源發展，預計將使美國再生能源延遲20年的進度。

就目前階段而言，我們應把頁岩氣視為一種由石化能源到再生能源間的過度能源，彌補兩者的不足，在再生能源尚未發展成熟、價格呈高的狀況下，頁岩氣提供了更低成本，且較燃煤更乾淨的能源方案。應以此為基礎，支持再生能源進一步的發展。

頁岩氣對台灣能源發展之影響

台灣的能源高度仰賴進口，其中輸入的天然氣幾乎都以發電目的為主，然而台灣地區的天然氣儲存設施並沒有很多（安全存量約7天），加上如果要從美國進口頁岩氣，需要背負海運長程運輸的風險，從成本上考量不太能大量進口，因此，短期內台灣受這波頁岩氣革命的影響應該有限。

從長期來看，由於美國頁岩氣會抑制全球油價並導致燃煤價格降低，使得全球對再生能源的急迫需求得到舒緩，可能會導致再生能源市電同價的時程（表示再生能源的價格與電力市價等值的時間點）延緩10年以上。而台灣即使未來得到進口美國頁岩氣的機會，其成本受制於航程和基礎設施的限制，影響恐怕也不大，倒是可以注意中國大陸地區能否成功大量開採頁岩氣，其地緣關係對我們造成的經濟、能源衝擊，更是我們不容忽視的議題。

備註：

1. 水平鑽井技術：垂直鑽井至所需深度，在橫向鑽探至氣田儲量豐富的位置。
2. 水力壓裂技術：利用高壓將液體注入井內，以壓裂氣藏岩石，使得天然氣可通過裂縫流向井筒，再流向地表。此技術需要大量水，卻也引發一些環境問題。

【關於能源多元化系列講座】

能源多元化系列講座是Pansci舉辦的科學聚會，活動的主要形式是找兩位來自能源相關領域的講者，各自在 30 分鐘內與大家分享能源相關知識或相關的想法，並讓所有人對能源議題有興趣或關心台灣能源產業現況的人都能參與討論。本系列活動由PanSci 泛科學、工業技術研究院與經濟部能源局聯合主辦。