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內太空的衛星:水下環境監控系統

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/23 ・1679字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

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文/劉珈均

喇叭形狀的台灣海峽,讓台灣西部沿海具有良好離岸風場[註],深具離岸風力發電發展潛力,不過要建置離岸風機,海上工程需要完善的海洋環境監控儀器,即時掌握海象水文變化。船舶與海洋產業研發中心因應離岸風機產業需求,開發水下監控系統,預計明年裝設在第一座海氣象觀測塔。

此技術是因應經濟部能源局推動「千架風機計畫」中的離岸風機建設而研發,該計畫預計在2030年前建置600架離岸風機。經濟部規定,每座離岸風場必須設置一座海氣象觀測塔,塔上測量風速、風向、氣溫、氣壓、溼度、降雨等項目;水面下則測量海流流速、流向、波浪波高、週期、波向、水溫、鹽度、密度等。蒐集海底水文資料就是「水下環境監控系統」的重責大任,如同衛星設置在外太空中觀測環境變化,此系統設置在「內太空」的海洋裡,探測海洋環境供海上工程或研究用。

海氣象觀測塔模型。玻璃殼相當於水面,塔柱底部的白色掩體內部即為水下監控系統,含水下連接器與各式水下儀器。
海氣象觀測塔模型。玻璃殼相當於水面,塔柱底部的白色掩體內部即為水下監控系統,含水下連接器與各式水下儀器。

如何把尋常系統設備搬到水底如常運作,正是考驗研發團隊之處。計畫領導人、海洋產業處專案經理湛翔智博士說,團隊的技術重點在於整合系統,設計了水下連接器,連接器固定在海床上,為觀測塔和水下儀器的節點,負責對海洋儀器供電、將儀器數據資料傳輸至觀測塔(或從塔上傳輸指令控制儀器)。以往每組海洋儀器都得佈設一條水下纜線傳輸資料,可能因此受限水下測量項目,水下連接器整合了各種儀器的通訊格式,為了遠距且穩定傳輸大量資料,團隊採用光纖電纜與光電轉換器,將儀器電的訊號轉換為光纖訊號,一條光纖電纜就能傳輸所有海洋儀器的資訊,隨時傳輸資料到塔上。

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計畫主持人、海洋產業處專案經理湛翔智博士。
計畫主持人、海洋產業處專案經理湛翔智博士。

因為海水阻隔、水壓問題,海洋探測相當困難,我們對於海洋的知識不如對太空的多。拓展其他海洋探測應用是湛翔智對此技術未來藍圖的期許:「我們所用的光纖訊號線可以不經過中繼放大到達100公里,我們做這些技術研發的同時也是為了將來台灣可能會需要更多水下環境監控系統,佈放在幾十公里的外海。」

潛水夫難以到達超過水下50公尺深之處,若以水下連接器為節點,多布置幾座,便能形成水下觀測站的網絡、擴充觀測範圍。氣象局測量海象或地震;環保單位以此測量水下噪音;海軍或港灣公司也能用此系統監控水域環境;水下監控系統搭配水下機器人,在水下幾百公尺的深海處監測深層水管線、探測海底地質、礦物等海洋資源也是此系統潛在的應用可能。

水下連接器示意圖

35_01代表照
置於水槽中的水下連接器實體(左邊黑色圓筒)。
水下複合光纖纜線接頭。
水下複合光纖纜線接頭。

相較於陸域風力發電已發展了十年,離岸風機因為成本比陸域風機成本高了兩倍以上、尚未掌握技術等原因,還處在規劃階段。目前台灣有三個離岸風力發電計畫:海洋風力發電公司的「竹南離岸式風力發電計畫」、福海風力發電公司的「福海離岸風力發電計畫」、台電的「台電離岸風力發電計畫」。

前兩者去年通過環評,預計明後年分別在竹南與芳苑外海設置海氣象觀測塔與示範機組;台電為首個官方計畫,地點緊鄰福海的風場,今年九月剛初審第一期計畫。福海公司預計明年完工第一座海氣象觀測塔,而第一套的水下連接器就裝設在離岸八公里、水深20公尺的海氣象觀測塔下。

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水下環境監控系統研發團隊。
水下環境監控系統研發團隊。
  • 註:國際風力發電顧問公司4C Offshore根據美國太空總署六個衛星累積的氣象資料,比較十年(2000~2009)各國風場的平均風速,台灣西部沿海在前20名排行中就占了15個,集中在苗栗至彰化一帶;工研院2011年評估,台灣海域50公尺水深範圍內,離岸風力發電潛能約達6.2 GW。

更多資訊請參考解密科技寶藏

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創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
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由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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