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孕婦請注意!—雙酚A讓肚子裡的女寶寶更焦慮

miss9_96
・2015/10/11 ・2236字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

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孕婦媽媽們,妳們家的奶瓶,是那些廠牌呢?四款奶瓶被驗出有微量的環境賀爾蒙-雙酚A(Bisphenol A, BPA),可能會讓肚子裡還未出生的女嬰,長大後容易產生焦慮、過動還有憂鬱症喔 [1]!

讓我們來關注一下鱷魚的陰莖

幾十年前,生活在美國奧克蘭附近的阿波普卡湖(Lake Apopka)的鱷魚,正被一群科學家性騷擾 [2]。以小路易斯 J. 吉萊特(Louis J. Guillette Jr)等學者為首,開始一隻一隻地抓住正值青少年的公鱷魚,仔細地打量牠們的陰莖,並且將他們變態認真的研究紀錄發表在比較內分泌學(General and Comparative Endocrinology)期刊上。

上面這個故事不是在講那群變態的科學家故事,也不是在說今年的搞笑諾貝爾獎(已經頒完了啦!),而是百年來人類自己製造出的小惡魔--環境荷爾蒙。

鱷魚
鱷魚。圖片來源: wikimedia

環境荷爾蒙對細胞而言,就像是錯誤的鑰匙卡在鎖頭上,從此再也打不開門

小路易斯 J. 吉萊特等人發表的研究中描述,阿波普卡湖的年青公鱷,陰莖長度比其他湖的公鱷短了約1/4,體內的雄性激素濃度更低了70%,而讓公鱷們只能擁有短陰莖的原因,作者們推測是體內存在過多的環境荷爾蒙,而這些偽裝成正常分子的化合物,佔住了細胞上的受體(receptor),猶如錯誤的鑰匙卡住了鎖孔,讓正常的荷爾蒙無法發揮作用,使得湖中的年輕公鱷,只能擁有短陰莖 [2]。

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細胞需要荷爾蒙來調控生長,當化合物結構長得很像正常的荷爾蒙時,細胞可能就會誤認,此時化合物卡在細胞膜上的受器蛋白後,細胞無法執行任務 [3,4],因此就會影響到動物的生長。南京醫藥大學的王心如(Xin-Ru Wang)教授發現雙酚A會卡住細胞膜上的荷爾蒙受體蛋白,可能會阻礙正常訊息傳遞 [3]。而德克薩斯大學醫學中心的安L.沃茲尼亞克(Ann L. Wozniak)學者團隊,發現雙酚A會改變細胞內鈣離子的濃度,更解釋了雙酚A或其他環境荷爾蒙會影響細胞,並進而影響到動物的生長。

但以上都是理論,人類的世界呢?去年冬天英國衛報的一則新聞報導中提及,代表挪威、瑞典、芬蘭、冰島和丹麥的北歐理事會決定對化妝品等產品中的環境荷爾蒙採取行動,更提到醫學研究指出,北歐的男性因環境荷爾蒙的影響,生育能力已經減少了約30% [5]。

那雙酚A呢?來自哈佛大學的喬M.布勞恩(Joe M. Braun)以及各學校的學者,以雙酚A為例,想了解雙酚A對於胎兒和幼兒的情緒發展影響。研究中發現,不論是仍在母親中的女嬰,或是已經出生的小女孩,如果暴露在雙酚A 的環境下,女孩可能會變得更容易憂鬱、情緒焦躁不安 [1]!

奶瓶.2
塑膠製品之一,奶瓶。圖片來源: Alicia Voorhies

那裡會有雙酚A

雙酚A是工業上製造塑膠、環氧樹脂等產品的原料之一,其中製備出的聚碳酸酯(polycarbonate, PC),由於和其他種類的塑膠製品相較,具有透明度高、耐熱性較好等優點,所以是製備成奶瓶的良好材質 [6]。但各位讀者已經了解到,雙酚A對於幼兒的發育可能會有影響,所以台灣已經明令奶瓶不得被驗出含有雙酚A(加拿大為全球首國禁止)[7]。

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而食品藥物管理署在9月底發佈了一則消息,抽查了350件奶瓶、奶嘴,其中有4件商品驗出雙酚A,分別是喜洋洋1件、優生2件、培寶1件 [8]。

該怎麼避免奶瓶裡的雙酚A

首要當然是不要購買上述4件商品,再者也許可以改用玻璃製的商品,如此就可以避免接觸到塑膠奶瓶所溶出的雙酚A了。

寫在文末

在這則新聞播出以後,有些媽媽朋友請筆者去詢問食藥署,「有那些商品是合格,可以讓消費者安心購買的呢?」,但目前我還沒有獲得答案,無法給媽媽朋友們解答,筆者覺得有點沮喪。我希望能夠得到答案。

另外筆者在看了食藥署的「不合格產品清單」,發現到一個讓我很困惑的點。可能會溶出雙酚A的塑膠是聚碳酸酯(PC)和聚氯乙烯(PVC),而它們的塑膠分類標誌分別是「7」和「3」,但食藥署公佈的喜洋洋奶瓶上標誌卻是「5」,這是什麼原因呢?不解 @_@

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塑膠標誌
塑膠分類標誌,3代表PVC;7代表其他種類的塑膠,其中包含了PC。from: wikimedia
奶瓶
食藥署公佈的喜洋洋奶瓶外觀。from: 食品藥物管理署 [8]

參考文獻

  1. Joe M. Braun, Amy E. Kalkbrenner, Antonia M. Calafat, Kimberly Yolton, Xiaoyun Ye, Kim N. Dietrich, and Bruce P. Lanphear, (2011) Impact of Early-Life Bisphenol A Exposure on Behavior and Executive Function in Children, Pediatrics, 128, 873-882
  2. Louis J. Guillette Jr., Daniel B. Pickford, D. Andrew Crain, Andrew A. Rooney, and H. Franklin Percival (1996) Reduction in Penis Size and Plasma Testosterone Concentations in Juvenile Alligators Living in a Contaminated Environment, General and Comparative Endocrinology, 101, 32-42
  3. Li-Chun Xu, Hong Sun, Jian-Feng Chen, Qian Bian, Jie Qian, Ling Song, Xin-Ru Wang (2005) Evaluation of androgen receptor transcriptional activities of bisphenol A, octylphenol and nonylphenol in vitro, Toxicology, 216, 197-203
  4. Ann L. Wozniak, Nataliya N. Bulayeva, and Cheryl S. Watson (2005) Xenoestrogens at Picomolar to Nanomolar Concentrations Trigger Membrane Estrogen Receptor-α–Mediated Ca2+ Fluxes and Prolactin Release in GH3/B6 Pituitary Tumor Cells, Environmental Health Perspectives, 113, 431-429
  5. Germaine M. Buck Louis, Kurunthachalam Kannan, Katherine J. Sapra, José Maisog and Rajeshwari Sundaram (2014) Urinary Concentrations of Benzophenone-Type Ultraviolet Radiation Filters and Couples’ Fecundity, American Journal of Epidemiology, DOI: 10.1093/aje/kwu285
  6. 雙酚A (Bisphenol A, BPA),食品藥物管理署官方網頁。 http://www.fda.gov.tw/TC/siteContent.aspx?sid=3822#.VhEvTN-qqko
  7. 環保署公告雙酚A為第四類毒性化學物質 規範其運作以減少國人環境荷爾蒙暴露風險,環保署官方網頁。
  8. 公布「市售塑膠類奶瓶及奶嘴稽查專案計畫」之稽查結果,食品藥物管理署官方網頁。

 

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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

延伸閱讀

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家長留意!「胎兒小於妊娠年齡」影響生長發展,從出生到成年都會面臨健康問題
careonline_96
・2024/03/05 ・2446字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 林口長庚醫院 兒童內分泌科 邱巧凡醫師/新生兒科 江明洲醫師

兒童內分泌生長門診中很常出現的一個族群是「胎兒小於妊娠年齡」的孩子。

這些小朋友在長大的過程中,相較於正常出生體重的孩子,容易出現身材矮小、性早熟、過重、肥胖,甚至到成人時期罹患代謝症候群與心血管疾病的風險也明顯較高,兒童健康守護者應特別留意。

什麼是「胎兒小於妊娠年齡」

胎兒小於妊娠年齡(small for gestational age, SGA)是指「出生體重低於同樣妊娠週數新生兒第十百分位或低於負二個標準差者」。

如何知道我的孩子是否為「胎兒小於妊娠年齡」

大家可以參考以下圖片對照寶寶出生週數與體重,即可得知寶寶出生體重是否符合該週齡。

舉例來說:一個懷孕 39 週出生的足月寶寶,出生體重只有 1800 公克,屬於「胎兒小於妊娠年齡」。

為什麼會「胎兒小於妊娠年齡」

造成「胎兒小於妊娠年齡」的原因包含:母體因素、胎盤因素與胎兒因素。

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  • 母體因素:如高血壓、子癲前症、營養不良、甲狀腺功能低下、感染、抽菸、吸毒、飲酒、高齡妊娠等。
  • 胎盤因素:如胎盤血管異常(如單一臍動脈、雙胞胎輸血症候群)。
  • 胎兒因素:染色體異常、先天性異常、胎兒感染等。

胎兒小於妊娠年齡」孩子成長過程會面臨哪些健康問題

  • 新生兒時期

約有 1/3「胎兒小於妊娠年齡」寶寶,在新生兒時期因為肝醣儲積不足,脂肪量不足,造成「低血糖」的發生。也容易因為體表面積相對較大,皮下脂肪相對不足,而增加「低體溫」的風險。若早產合併胎兒小於妊娠年齡,也明顯「增加新生兒死亡率」。

  • 嬰兒期

「胎兒小於妊娠年齡」的寶寶往往在出生後 3~6 個月開始出現「追趕生長」,且常常體重追趕得比身長來的快。研究發現,此階段的體重快速增加將大幅提升未來長期肥胖、代謝性症候群與心血管疾病的風險。

  • 兒童時期與青春期

生長

大多數「胎兒小於妊娠年齡」的兒童,可在成長過程發生「追趕生長」。即生長速率可高於同齡同性別之平均值,使生長曲線逐漸邁入正常範圍。將近 90%「胎兒小於妊娠年齡」的兒童可在兩歲前完成「自發性追趕生長」;若「早產」合併「胎兒小於妊娠年齡」,則需要更長時間完成追趕生長,大部分可在四歲前追趕達標。

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然而,仍然有 10% 左右的「胎兒小於妊娠年齡」兒童無法完成自發性追趕生長,造成終生持續身材矮小。此族群目前在美國、歐盟與日本皆已列為「生長激素治療」之適應症族群。此族群透過適當的生長激素治療,除了可改善身高預後,還可改善身體組成(減少脂肪量、增加肌肉量)、改善高膽固醇血症,並提升骨質密度。

青春期發育

大多數「胎兒小於妊娠年齡」的青春期發育時間會落在正常時間:女孩 8~13 歲,男孩 9~14 歲。但平均而言,「胎兒小於妊娠年齡」兒童的青春期還是會早於正常出生體重的兒童(初經比正常出生體重兒童提前 5~6 個月),女孩容易發生「早發性陰毛發育」,青春期的進展速度也較快,但青春期階段的生長速率卻較為緩慢,而這樣「偏早又偏快的青春期,以及偏慢的長高速率」,往往不利於理想成人身高的達成。

神經發展與認知

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大部分「胎兒小於妊娠年齡」兒童的腦部發育是正常的。但在極度早產兒,會增加發展遲緩、認知功能障礙、注意力不足過動症與學習障礙的風險。

  • 成人時期

相較於正常出生體重的兒童,「胎兒小於妊娠年齡」兒童在成人階段有較高的機率罹患中樞型肥胖、脂質異常、胰島素阻抗、葡萄糖代謝異常、高血壓等代謝症候群與心血管疾病,特別是兒童時期高熱量飲食、體重快速增加的肥胖兒童。由此可見「小時候胖」幾乎註定成人以後肥胖的趨勢,甚至助長成人肥胖併發症的發生。

「胎兒小於妊娠年齡」的寶寶,從出生一直到長大成人,都有許多健康議題需要特別關注。建議此族群家長,應格外留意以下幾點:

  1. 「胎兒小於妊娠年齡」的寶寶,於兩歲以前的生長曲線未達標請先不要過度擔心,出生後應密切配合新生兒科醫師或兒科醫師的追蹤安排,留意後續的生長發育狀況。
  2. 若 3~4 歲生長曲線仍明顯落後,請就診兒童內分泌科進一步評估診療。
  3. 應留意是否過早出現第二性徵。若女孩 8 歲前胸部、陰毛發育,10 歲前初經來潮;男孩 9 歲前睪丸長大、陰莖明顯變長變粗、長陰毛,請務必就診兒童內分泌科。
  4. 應避免不當餵食導致過度的體重增加,因為這將大幅提升未來代謝症候群與心血管疾病的風險。

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除了像風車一樣,風力發電機還能長成什麼樣?風機百百種,沒有扇葉還可以靠震動發電?!
PanSci_96
・2023/12/11 ・5185字 ・閱讀時間約 10 分鐘

你有騎車被擊落的經驗嗎?比馬路更危險的是,水鳥可能在天上飛著飛著,就被巨大的風機送去投胎。

不是,風機蓋那麼大幹嘛?既然核電有小型核電廠,風電應該也要有小型版吧?

事實上除了大型水平軸式風機外,我們還有轉向不同的垂直軸式風機、天上飛的高空風力發電機,甚至靠抖抖抖就能發電的風力發電棒。等等,這真的能發電嗎?

為何需要新的風力發電技術?

從古巴比倫人和古埃及人的時代,「風」就被視為構成世界的元素之一,因此人類也很早就開始研究如何運用風的能量。古希臘時代,有一款叫做 Heron’s Windwheel 的風琴,就是利用風力驅動風車,並帶動幫浦為風琴不間斷送風。在這之後,中國和歐洲相繼出現各種風車來替人們進行農務工作,例如大家熟悉的荷蘭式風車。雖然現在常見的現代風力發電機組個頭大很多,但構造與荷蘭式風車沒有太大差異,都是扇面垂直於地面,並且扇葉轉軸和風向平行的水平軸式風車結構。但這種已經用了幾百年的風車設計,真的是最理想的發電方式嗎?有沒有更新穎的設計構造可以用來捕捉更多風能呢?

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Heron’s Windwheel。圖/wikimedia
荷蘭式風車。圖/wikimedia

先來說說大家熟悉的水平軸式風車,國際間最普遍的風力發電機組是三葉式的水平軸,台灣西海岸的諸多風力發電場採用的也是這類設計。你曾經好奇,為什麼扇葉是三葉的嗎?或是不知不覺就認為,三葉就是最正常的結構?既然推動風車的力量來自於扇葉,不是越多扇葉就能獲得更多能量嗎?而且看看風車,扇葉的面積明明就不大,旁邊都是空隙,這些能量不是浪費了嗎?實際上也確實不是越多扇葉越好,其中牽涉到許多複雜的因素。簡單來說,更多的葉片會帶來更多的風阻,也會降低葉片旋轉的速度,因此從三葉增加到四葉或五葉所帶來的效率成長非常少。也就是你如果有 12 支扇葉,4 座三葉發電機的發電量,會高於 3 座四葉發電機的發電量。因此,在單支風機的建設成本就是億元起跳的情況下,三葉成為最佳選擇。

對了,雖然更多葉的風機較少見,但反過來說,還真的有雙葉片,甚至單葉片的機組設計。畢竟較少的葉片代表較低的建造成本,以及較快的轉速。但是,單一葉片在旋轉時並不穩定,需要在對面方向額外加裝重物來平衡重量,顯得多此一舉。那雙葉呢?它的問題在於扇葉角度在隨風向調整時,容易產生震動而不穩定,對扇葉和機組的強度要求也更高。在綜合因素考量下,現在大多數的風電機組都是採用三個葉片的設計。

有水平軸式風車,就有垂直軸式風車,也就是轉軸與風向平行的風車。在台灣,你可能在某些工廠或是房屋屋頂上能看到它,我不是指工廠的排風球哦,而是看起來由幾根弧形線條構成的裝置。為什麼要設計成垂直的呢?因為比起水平軸發電機有一個特定的面風向。垂直軸的優勢在於不論風來自哪個方向,它都可以發電,不需要特別轉向;此外,它也不需要水平軸式風車長長的扇葉,相對不占空間,甚至能做成各種美感十足的設計。這幾個優點讓它特別適合設置在都會區中,用來捕捉方向不固定的小規模氣流,因此台灣有些地方就可以看到這種以垂直風力供電的路燈。

垂直軸風機葉片的型態多樣且美觀。圖/PanSci YouTube

不過城市內的風畢竟還是有限,為路燈或是小型家電發發電可以,但要能成為支撐整個城市的電力,還不及海上那些水平軸式巨無霸。在外海,不僅可以設置葉片長度超過 100 公尺的巨型風機,外海的風能,就是比內陸強烈且穩定。但這些巨無霸雖然會為我們帶來戰力,也會波及無辜。雖然風機遠離人類居住的地方,但外海還是有其他原始住民的,短暫地把人類的文明,建立在其他物種的痛苦之上 最後還是會害到整體。然而,巨大風機施工和運轉的噪音會干擾到海中生物,扇葉旋轉還會擊落蝙蝠和鳥類。雖然我們在上一集,有提到可以透過驅離或是扇葉塗黑的方式,讓其他生物注意到風機的存在,進而減少誤傷。但我們有沒有全新的設計,可以一勞永逸?

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風力發電還能長什麼樣?

面對目前風力發電的困境,有人重新思考風力發電的構造,提出全新的設計。其中一種便是漂浮式的離岸風電機組。

我們為了獲得更多風能,近年來積極發展離岸風電廠,作法非常簡單,就是把原本在陸地上的風電整根插到海床上。這光想起來就是非常浩大的工程曠日廢時,而且成本高,施工過程中產生的水底噪音也會影響到海洋生態。

可是海上的風就是比陸地上強上好幾倍,這麼香的風力來源怎麼能放著不用呢?來自挪威的公司 World Wide Wind 提出了一種浮標式風電機組,省去了海底工程的麻煩。這種風電機組採用垂直軸的設計,這樣機組就不會被海風吹著跑。整個裝置可以靠著海面下的配重平衡地直立在海面上,除了電纜之外不須要任何固定措施。這大大地擴展了離岸風電的發展空間。許多最佳的風場位在離岸較遠的深海區域,我們沒辦法在這些海床上豎立巨大的水平軸風車,這時候就可以透過漂浮式構造來擴張風電的勢力範圍。

反轉式直立渦輪(COUNTER-ROTATING VERTICAL TURBINES)。圖/World Wide Wind

不只如此,最特別的是,它是以兩組旋轉方向相反的葉片組成,因此被取名為反轉式直立渦輪(COUNTER-ROTATING VERTICAL TURBINES)。這麼做不只可以讓旋轉時更加穩定,還可以增加發電效率。由於發電用的渦輪是透過兩組扇葉之間的相對旋轉來發電,所以反向旋轉就像是用雙手擰毛巾一樣,等於收集到幾乎兩倍的能量。而且因為上下兩組扇葉所接收的風來自水平方向,所以彼此干擾並不大,展現了垂直軸風電的獨特優勢。一般的水平軸風車可沒有辦法玩這套,因為風在流過第一組葉片之後就會變成速度較慢的亂流。

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垂直軸提供了新選擇,但只要有軸,發電機就是會旋轉,還是有機會擊落海面上飛行的生物。如果要不傷及鳥類,看來……只能讓風機不旋轉了嗎?等一下,風機不旋轉還能發電嗎?誒,還真有可能。一家西班牙的新創能源公司 Vortex Bladeless 在幾年前開發出了全新的「渦流」發電技術,就是這根抖動的棒子。

不要懷疑,這個像搖頭娃娃一樣左右震動的棒子是一種完全不需要扇葉的渦流震動發電機。奇怪了,為什麼風吹會造成這種震動呢?原來當有空氣流經過圓柱狀的物體時,會在後方形成不穩定的渦流,讓物體產生左右震動的現象。如果振動頻率剛好和物體的自然頻率接近,便會產生出乎意料的強大共振。1940 年代,有座位在美國的塔科馬海峽吊橋,就是因為氣流共振導致扭曲斷裂,所幸最後無人傷亡。這個威力強大的現象如今也被拿來進行發電。

塔科馬海峽吊橋與氣流共振。

而這根風力發電棒的尺寸和材質,都經過特別設計來和渦流產生共振。它的上半部可以自由的晃動,位於底部的磁鐵和線圈接著可以將震動轉換為電能。這種設計不只看起來很有趣,產生的噪音也小很多,還能減少對鳥類的威脅。甚至因為沒有快速轉動的葉片,也能設置在靠近人群的都市環境中。目前一根約三公尺高的裝置,在有風的情況下可以產生一百瓦的電力。想像一下,只要把高速公路分隔島上排滿這種震動發電機,就能產生很可觀的電能。對了 這就像一個人訂閱泛科學看似影響不大,但如果每個人都同時按下訂閱泛科學,就能給我們莫大的支持與力量,麻煩各位了,跟我們一起共振吧!

話說回來,這種振動發電的轉換效率終究是比渦輪旋轉發電低,能夠捕獲的風量也較少。它的競爭優勢則在於較低的建造和維護成本,或許適合和太陽能互補為住家和都市地區提供電能。此技術已經在多年前證明可行,但目前在設計與量產方面仍處於開發階段,還須要更多的時間和資金才有辦法進入大規模生產。

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講完了海上與陸地上的風機,最後,既然要靠風發電,那麼風能最豐沛的高空,能不能也來發電一下呢?

高空的發電量會更高嗎?

最早在 2014 年就有 Altaeros Energies 這家公司嘗試這個做法。他們將風電機組裝在氦氣的飛船中央,放到離地表三百到六百公尺的高空。在這高度的風速比地表快上兩倍左右,由於風能正比於風速的三次方,所以風能是地面的八倍。這些風能會在高空就轉為電能,之後透過纜線傳回地上。除了電纜以外,也會有幾條固定纜線可讓地面人員控制氣球的高度與方向。

圖/Altaeros Energies

除了用氦氣球搭載發電機外,也有一些設計是透過風箏來將小型風電機組放到空中,形成隨到隨用的風力發電裝置。不過可以想像的是,雖然高空發電可以節省地面空間,還能取得豐沛的風能。但不論是汽球還是風箏,在維護上肯定需要投入更多的成本。如果要大規模設置,對於鳥類或是飛安的影響又是另外一個問題。目前,這些浮空風電裝置最大的優勢是它們絕佳的機動性,可以為遠離電網的偏遠地區,或是臨時性的研究站提供電力。又或是如果在大型演唱會的上空放一顆風力發電氣球來為活動供電,那好像也是挺浪漫的。

圖/wikimedia

雖然今天講到那麼多有創意的設計,但大多數的新創能源公司,都會因為現實上的競爭力不足而永遠停留在模型階段,還無法進入商業化生產。短期內的風力能源,還是得靠興建更多岸上和離岸的大型風電機組來扛起。不過,未來再生能源的需求只會持續地增加,我們確實需要有更多新想法、新設計,尤其是能廣泛設置,同時對環境影響低的新型態發電方式。而隨著材料科學的進步,當這些新設計的成本下降,我們就有機會在生活周遭看到它。

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最後也想請大家預測一下,20 年後風力發電的主力會是哪一種裝置呢?

  1. 漂在海面上的反轉式直立渦輪,感覺技術成熟後,施工成本可以降到很低
  2. 渦流震動發電棒,對環境傷害小,又不挑地方到處都能設置,積少成多
  3. 大型水平軸風機技術還是最成熟 成本也不斷破底,估計還是發電主力

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參考資料

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