科學人2012/05月編號NO.123

一、華麗角龍公園：

• 砂岩：砂岩是一種沉積岩，主要由砂粒膠結而成的，其中砂粒含量大於50%。－＞絕大部分砂岩是由石英或長石組成的。砂岩的顏色和沙子一樣，可以是任何顏色，最常見的是棕色、黃色、紅色、灰色和白色。地球上常見由砂岩相構成的懸崖峭壁。

砂岩

石英(即水晶)

長石

• 泥岩：泥岩是一種沉積岩，成分比較複雜，層理不明顯，由細顆粒的沉積物形成，黑色泥岩中常含有有機物質，是一種生油的岩系。泥岩根據其中混入的物質，可以分為：鈣質粉砂泥岩、鐵質泥岩、炭質泥岩、水雲母泥岩 等。

 

泥岩

• 石膏：石膏是一種礦物名，主要化學成分是硫酸鈣（CaSO4），主要是古代鹽湖或潟湖的沉積物。－＞石膏用作一種農業肥料，可以改良鹼性土壤，用於一般中性或酸性土壤，可以改善土壤結構，供給鈣和硫成分。－＞也廣泛用於工業材料、醫學材料和建築材料。可用於水泥緩凝劑、石膏建築製品、模型製作、醫用食品添加劑、硫酸生產、紙張填料、油漆填料、骨折固定等，也能做為黑板用的粉筆。

石膏

• Laramidia：白堊紀晚期(9960萬年前~6550萬年前)，一條海道將北美大陸分成東西二半，東半部叫「Appalachia」；西半部就叫「Laramidia」。－＞「Laramidia」古陸的範圍北起阿拉斯加（Alaska），南到墨西哥（Mexico）。－＞這裡是世界的恐龍之鄉。

白堊紀

laramidia古大陸

• 我註：現在大家終於瞭解為何美國中西部這條通道稱為「風管」(龍捲風之鄉)了吧? 北通北冰洋，南達墨西哥灣，直通通而下，沒有阻擋，真的無救。

• 大家來欣賞各種恐龍的長像，開心一下吧！

 



二、聚風儲電，存下再生能源、海上風力發電存善環境之道共三篇：   該如何儲存多餘的電力？  

• 抽蓄水力：　這是在蓋水力發電廠時，就同時加蓋上池與下池。－＞用過剩的電力將下池的水，透過設計建置好的水管抽往上池。等到需要電力時，再將上池的水往下池流，帶動渦輪發電。－＞簡單的講就是不浪費水資源，重複使用來發電，這樣就不會有枯水期的問題，同時儲存電力及農業、民生用水，一兼三顧。－＞這種上下水池也可以用來儲存風力或者太陽能發電多餘的電力，只要能找到有高低落差的地形和水就可以了。－＞台灣在日月潭水庫附近的明潭及大觀二座抽蓄水力發電廠，裝置容量2.6GW(Gigawatt)，佔全台總裝置容量的6.3%，其中明潭發電廠的裝置容量為1.6GW(Gigawatt)，大於核一廠，是亞洲第一，全球第四大的抽蓄水力發電廠(我註：但這座水庫是日本人蓋的，不是台灣人蓋的)。－＞這種儲電方式的缺點是，適合的地點難覓且有破壞生態的疑慮。

抽蓄水力圖

 

• 能源島方式儲電：方法為在淺海區域開鑿人工潟湖，並用用掩埋場的原料建造環狀堤防。－＞電力過剩時，以電力把海水抽出潟湖，排入環狀堤防外海水中；需要電時，讓海水通過環狀堤防中的隧道，流入潟湖，帶動渦輪。－＞此時海洋的功能就是上池；而潟湖就是下池。－＞這個創意構想與利用潮夕發電同，台灣很適用。

世界最大的法國布列塔尼潮汐電廠(能源島構思一致)

 

• 壓縮空氣儲電：利用天然洞穴或者開採完畢的天然氣田，在電力過剩時，用電動幫浦把空氣加壓注入洞穴中；等到需電時，再釋出壓縮空氣來帶動渦輪發電。－＞如果找不到這種天然洞穴的話，可以用水緩緩融化鹽沉積物來挖掘出這種儲氣大洞。－＞這種壓縮空氣儲電方式唯一的缺點，就是空氣加壓時會發熱，但釋放時空氣會變得相當冷（我註：空氣膨脹時，會吸收空氣中的熱能），連工業等級用的都會結凍。所以必需解決這個問題。

壓縮空氣儲電

壓縮空氣儲電

 

• 先進電池儲電：

 

• 鉛酸電池(Lead–acid battery)：又稱鉛蓄電池，是蓄電池的一種，電極主要由鉛製成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。一般分為開口型電池及閥控型電池兩種。前者需要定期注酸維護，後者為免維護型蓄電池。－＞於１８５９年，由法國物理學家（Gaston Plante；1834～1889）發明的。目前是世界上使用最多，儲電技術最成熟，既便宜又安全的電池。－＞它的缺點是，第一是製造過程和廢電池處理都會對環境造成很大的傷害，故必需搭配完整的回收系統；第二是鉛酸電池只要放電量高，損壞率就非常高，若每次都１００％的放電，只能使用２００次，可以使用的壽命太短，不適合作為大型儲電系統。

Lead–acid battery(鉛酸電池)

  

• 鋰電池：這種電池的特性就是能量密度高，很小的質量及體積就能儲存相當多的電能。－＞鋰電池產業發展20多年來，一直集中在3C產業為主，鮮少應用在市場經濟規模更大的儲能和動力電池（瞬間需要較大電流）市場，這市場涵蓋電動車、油電混合車、中大型UPS、太陽能、大型儲能電池、電動手工具、電動摩托車、電動自行車、航太設備與飛機用電池等領域。－＞主要原因之一是，過去鋰電池採用的鋰鈷正極材料（LiCoO_2，就是現在最常見的鋰電池），無法應用在需要大電流、高電壓、高扭力以及要耐受穿刺、衝撞和高溫、低溫等條件等特殊環境，更重要的是，因無法滿足人們對安全的絕對要求而飽受詬病。－＞鋰鈷電池也無法達到快速充電與完全避免二次污染等目的，而且，一定要設計保護電路以防止過度充電或過度放電，否則就會造成爆炸等危險，甚至出現如Sony電池爆炸導致全球品牌NB業者投下鉅資回收的情況。－＞鋰電池又分二種：

• 鋰金屬電池（lithium metal battery）：是一種以鋰金屬或鋰合金為負極材料，使用非水電解質溶液(例如：高氯酸鋰非水系有機電解液)的一次電池。鋰電池的發明者是愛迪生(1847~1931)。－＞ 由於鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。－＞最早得以應用於心律調節器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩，使得起植入人體的調節器能夠長期運作而不用重新充電。

鋰電池

• 鋰離子電池（Lithium-ion battery）：這是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。習慣上，鋰離子進入正極材料的過程叫嵌入，離開的過程叫脫嵌；鋰離子進入負極材料的過程叫插入，離開的過程叫脫插。－＞1991年由日本sony公司首先推出商用鋰離子電池。－＞鋰離子電池廣泛應用於消費電子3C產品、軍工產品、航空產品、電動車等。－＞目前以日本三洋／Sony/松下／日立，韓國三星／LG技術最先進，但早期皆未投入大型儲電領域，故在大型儲電市場上，以中國的比迪亞及美國１２３表現最好。－＞台灣只有能元科技和太陽能發電系統廠商合作，最近剛開始測試５０千瓦(KW)的小型儲電系統。

鋰離子電池(Lithium-ion battery)

 

 

• 液流電池(electrochemical flow cell)：液流電池一種新的蓄池電，利用正負極電解液分開，各自循環的一種高性能蓄電池。－＞這種電池具有容量高、使用領域（環境）廣、循環使用壽命長的特點，是目前的一種新能源產品。－＞液流電池最主要的一種叫「釩電池」(Vanadium Redox Battery)，其架構與燃料電池雷同，都有二個槽，燃料電池裝的是氫氣和空氣；而液流電池裝的是五價釩和二價釩的硫酸水溶液，二槽之間以質子交換膜隔開。發電時，釩離子穿過質子交換膜流到另一，充電時再流回來。（我註：真正的原理其實很複雜，請參考電池學）。－＞釩電池優點：功率大，通過增加單片電池的數量和電極面積，即可增加釩電池的功率，目前美國商業化示範運行的釩電池的功率已達6兆瓦；容量大，通過任意增加電解液的體積或濃度，即可增加釩電池的電量；效率高，釩電池的電極催化活性高，充放電能量轉換效率高達75%以上，遠高於鉛酸電池的45%；壽命長，釩電池的正、負極活性物質只分別存在於正、負極電解液中，充放電時無其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長。目前加拿大VRBPowerSystems商業化示範運行時間最長的釩電池模塊已正常運行超過9年，充放循環壽命超過18000次，遠遠高於固定型鉛酸電池(Lead–acid battery)的1000次；反應速度快，釩電池堆裡充滿電解液可在瞬間啟動，在運行過程中充放電狀態切換隻需要0.02秒，響應速度1毫秒；可瞬間充電，通過更換電解液可實現釩電池瞬間充電；安全性高，釩電池無潛在的爆炸或著火危險，即使將正、負極電解液混合也無危險，只是電解液溫度略有升高；成本低，除離子膜外，釩電池部件多為廉價的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低；釩電池選址自由度大，可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，運營成本低。－＞釩電池是目前發展勢頭強勁的優秀綠色環保蓄電池之一，因它的製造、使用及廢棄過程均不產生有害物質。釩電池具有特殊的電池結構，可深度大電流密度放電，充電迅速，比能量高，價格低廉，應用領域十分廣闊：如可作為大廈、機場、程控交換站備用電源，可作為太陽能等清潔發電系統的配套儲能裝置，為潛艇、遠洋輪船提供電力以及用於電網調峰等。－＞釩電池成本與鉛酸電池(Lead–acid battery)相近，但釩電池在大規模儲能領域具有鋰離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價比優勢。－＞釩電池生產工藝簡單，價格經濟，電性能優異，與製造複雜、價格昂貴的燃料電池相比，無論是在大規模儲能還是電動汽車動力電源的應用前景方面，都更具競爭實力。－＞美國VBR Power Systems公司於２００９年將這項技術賣給中國的普能公司。－＞釩電池的概念，是在1985年由澳大利亞新南威爾士大學的Marria Kacos提出的。

vanadium-redox-battery(釩電池)

•  鈉硫電池是美國福特(Ford)公司於1967年首先發明公佈的。－＞鈉硫電池是一種以金屬鈉為負極，硫為正極，陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。－＞一般常規二次電池如鉛酸電池(Lead–acid battery)、鎘鎳電池等都是由固體電極和液體電解質構成，而鈉硫電池則與之相反，它是由熔融液態電極和固體電解質組成的，構成其負極的活性物質是熔融金屬鈉，正極的活性物質是硫和多硫化鈉熔鹽，由於硫是絕緣體，所以硫一般是填充在導電的多孔的炭或石墨氈裡，固體電解質兼隔膜的是一種專門傳導鈉離子被稱為Al2O3的陶瓷材料，外殼則一般用不鏽鋼等金屬材料。－＞在一定的工作度下，鈉離子透過電解質隔膜與硫之間發生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。－＞鈉硫電池具有的特色是，第一是比能量高(即電池單位質量或單位體積所具有的有效電能量)，其理論比能量為760Wh/Kg（我註： 重量能量密度），實際已大於1000Wh/Kg，是鉛酸電池的3～4倍；第二是可大電流、高功率放電，其放電電流密度一般可達200～300mA/cm2，並瞬時間可放出其3倍的固有能量；第三是充放電效率高，由於採用固體電解質，所以沒有通常採用液體電解質二次電池的那種自放電及副反應，充放電電流效率幾乎100%。－＞鈉硫電池的缺點在於，，其工作溫度得維持在300～350℃，所以，電池工作時需要一定的加熱保溫。解決辦法為採用高性能的真空絕熱保溫技術；其次是鈉及硫皆為腐蝕性化學品，危險性很高，再加上固體電解質的高緻密陶瓷隔離膜這種關鍵材料的專利權都在日本人手上，所以其他國家不適合發展。－＞目前世界上最大的鈉硫電池公司是日本的NGK，他們在日本建置的３４MW鈉硫電池示範案，是世界上最大的電池，整套設備就像一座化工廠。

鈉硫電池(Sodium-sulfur battery)

• 液態金屬電池：這是一種超創新觀念的電池，才剛發展出來。提出這個設計的人是，美國麻州理工大學教授Donald Sadoway及其學生團隊，據說已經成功地製造了這種液態金屬電池原型出來。－＞它的設計很簡單，在高溫的圓桶中裝入二種熔化的金屬，中間則以二種金屬離子合成的熔融鹽分隔。二種液態金屬都不會跟中間的熔融鹽互溶，就像油與醋一樣。而且他們密度不同，會自然的分成上下二層。－＞二種金屬透過外部線路連接後，會產生電流，各金屬離子就會溶解在熔融鹽中，使中間的分隔層變厚。－＞電池充電時，來自電力網的過剩電流，會使反應逆向進行，讓溶解的金屬離子回到原本液態金屬中。（我註：簡單說，得到電子，所以回到原液態金屬狀態。）－＞液態金屬電池的第一個原型還沒有鏡頭玻璃大，而最近的產品足有6英吋寬，電量存儲容量上升了200倍。更大的電池，其工作效率最終可能會使太陽能電池板和風力渦輪機上的能量存儲變得更容易。－＞據悉，Donald Sadoway和他的學生DavidBradwell近日已經成立了液態金屬電池公司（LiquidMetalBatteryCorp），也許不久後，我們就能在市場上看到了。

液態金屬電池

• 燃料電池(Fuel cell)：這種電池最早於1839年由英國的Grove所發明。－＞最常見是以氫氧為燃料的質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cel；PEMFC)，是一種以含氫燃料與空氣作用產生電力與熱力的燃料電池，運作溫度在 50℃ ~ 100℃，無需加壓或減壓，以高分子質子交換膜為傳導媒介，沒有任何化學液體，發電後產生純水和熱，對人體無化學危險、對環境無害，且燃料價格便宜，適合應用在日常生活。－＞質子交換膜燃料電池的缺點，第一是必需使用的昂貴的觸媒鉑（我註：白金），而且只能利用到１０％，相當泿費，這方面仍需努力；第一個缺點是得建造儲氫槽，因為氫氣易燃有爆炸危險，易遭當地居民反對，如果採用金屬儲氫、化學儲氫或者吸附式儲氫，則成本會大幅增加；第三個缺點是效率，鋰電池效率可以達到９０％，鈉硫電池(Sodium-sulfur battery)和液流電池(electrochemical flow cell)也有８０％左右。但必需先利用再生能源發的電，電解水以製造氫氣，然後再把氫氣儲存起來，以後需要用電時，再以氫氧為燃料與空氣作用產生電力。以目前的技術來看，電解水的效率約達６０％～７０％，儲氫可達９０％，發電約５０％～６０％，綜合起來只達到３０％左右的效率。－＞目前鋰電池每一度電成本約NT$５～１０；液流電池與鈉硫電池成本約NT$３～６；燃料電池則高達NT$１２。－＞目前全世界努力的目標為將儲電成本降低到每度電約NT$0.6。也就是加上原本過剩電力或者再生能源電力成本(我註：約NT$3)不能超過NT$3.6，這樣才有機會大幅推廣。

燃料電池(Fuel cell)

• 家用式熱電共生燃料電池（很有用，我喜歡）：燃料電池可以利用化工廠產生的廢氫來發電。這樣作可以節省電解水製氫的成本，但廢氫純化成為氫氣卻增加了成本。目前將廢氫純化為氫氣的成本差不多，沒有誘因。－＞日本發展出來的這套設，把家戶天然氣作為觸媒轉換為氫氣，再讓燃料電池發電，併入電力系統中使用，同時利用發電時放出的熱能把水加熱，因些兼有發電機與熱水器的功能。－＞這套設備可以產生熱能及電力供缺電的地方使用，而且還會產生水來利用，唯一要花的成本是天然氣的成本。

家用式熱電共生燃料電池

• 金屬空氣電池（metal-air battery)：這是一種特殊的燃料電池，是新一代綠色蓄電池，構造原理與乾電池相同，所不同的只是它的去極劑取自空氣中的氧。－＞它的製造成本低、無毒、無污染、比功率高、比能量高、原材料可回收再生利用，與燃料電池汽車（FCHV）所用氫燃料電池相比，結構簡單，價格十分便宜，並且性能優越。 －＞目前世界上有若干種金屬空氣電池，包括鋅空氣電池、鋁空氣電池和鋰空氣電池等，與產業化最接近的只有鋅空氣電池。－＞鋅空氣金屬燃料電池的主要優勢表現在，鋅空氣金屬燃料電池的正極活性物質是空氣中的氧氣，不佔用電池體積。因此電池內部可以攜帶更多的鋅，比能量更高，目前已達到每千克180瓦時，作為汽車動力電池，續駛里程長。－＞鋅空氣金屬燃料電池中的鋅為循環使用，對環境零污染。生產電池的原材料豐富，成本低，是鋰電池的五分之一。 

 

• 家庭用氫：這個辦法，是希望每戶家庭利用太陽能板或當地電力公司產生的過剩電力，來電解水產生氫氣，再建造一個儲氫槽來儲氫。這樣家戶就會成為一個個氫氣發電站，以便日後在電力不足時，提供家庭或者電力公司使用。唯一的缺點是如何避免氫氣槽的風險。

• 熱儲存庫：利用太陽光或風力及其它再生能源產生的電力，加熱管線中的流体(油、熔融鹽等液体)，而這些液体流到建築物中的，將水變成水蒸氣，帶動渦輪發電。－＞這種液体在上述再生能源消失後（例如太陽下山後），仍能保持熱能數小時（油可加熱到４００℃；而熔融鹽可到５５０℃），提供發電之用。－＞熱儲存不僅能提供熱能，也能用於致冷，例如在夜間利用這套系統製冰。當白天來臨時，冰塊融化，就可以提供冷卻水給空調設備用，降低冷氣機啟動次數及電力需求。

熱儲存庫

 

台灣西岸桃園到雲林沿海一帶，夏季有強烈的西南氣流，而冬季有東北季風吹拂(我註：盛行西風帶在北緯30~60度之間)，是適合發展離岸風力發電的地區。－＞全世界最有名的離岸風力發電區是北海（我註：約北緯５０度左右的地區），一共有９國仰賴北海西風帶所提供的風能來發電。　這裏目前約構築了８２８座離岸風力發電機組，中丹麥就佔了３０５座，而總發電量則以英國的８８３MW居首。－＞離岸風力發電的優點是：低排碳量，不排放廢氣與有害物質；不使用燃料，不受石化燃料或鈾價格波動的影響；不需要冷卻水，因此不需要配置外來能源為發電機組降溫；不用擔心低頻噪音擾人及景觀問題，因為離岸風力發電機組位在海上，遠離人群居住之地。－＞離岸風力發電的缺點是：發電機組建於海上，可能影響船舶通行安全；風力發電機組扇葉轉動時，透過機座傳入海中的噪音與低頻震波，干擾水中的生物，如魚、蝦、貝類，特別是聽覺敏銳的鯨豚類；海水有高濃度鹽度、溼度等，對電纜及風力發電機組侵蝕力強，所以建置成本及維修成本皆高；台灣夏季有颱風，瞬間風力變化很大，發電機組是否能應付很難說？再加上颱風對風力機組的破壞力更難估算，必需事先作好實驗再動工。   由於北海地區也有許多鯨豚分佈，一份英國鯨豚保育協會在２００８年發表的報告如下：  

• 風力發電機組打椿鑽疏濬時，產生的噪音，可能驚嚇到海洋哺乳類動物。

• 風力發電機組探勘與施工時，船舶交通量會增加，會干擾到海洋哺乳類動物的行為。

• 風力發電機組搆工時，海水混濁度會增加，會影響靠視覺海洋生物的行為。

• 風力發電機組除役時，可能會使用到爆裂物，產生的震波及噪音，會驚嚇到海洋哺乳類動物。

• 風力發電機組機座的存在，可能改變當地食物鍊結構。

• 風力發電機組持續運作產生的水下噪音及振動，導引電流的纜線，可能產生局部電磁效應，干擾到海洋生物洄游行為。

中華白海豚

台灣台電第一期規畫的離岸風力開發計畫，以緊鄰彰化鹿港鎮沿岸北區為優先開發廠址。－>接下來將以六期的方式，向芳苑鄉、大城鄉等南區發展。－＞中華白海豚的活動範圍從苗栗龍鳳港至台南將軍港，離岸6公里內的狹長水域，分佈熱點為苗栗到彰化；雲林到嘉義二個海域，而彰化南部沿岸大多以移動過境為主。－＞台灣生態保育及環保學者認為比較好的風力發電機組設置地點為濁水溪以南到麥寮工業區之間，那是中華白海豚不會出現的海域。（我註：我想應該是被麥竂工業區污染趕跑了，而不是原先就不會出現的海域。）－＞德州農工大學教授（Bernd Wursig）團隊的作法為，以水泥鋼樁進入海床處為中心點，在半徑２５公尺的海床上，舖設圓周１６０公尺，內徑５公分的橡膠管，在管上每隔３０～４０公分打出一組細孔，然後從每面上的打椿平台上，以空氣壓縮機經過細孔送出高壓空氣，在水中形成一道道氣幕。－＞這樣打樁時產生的噪音在通過這套氣幕時，其能量會因為氣泡與水二種介質之間的阻抗不對稱而被吸收，隨著氣泡上升到水面而釋放到大氣中。－＞這樣的氣幕可以減少８～２０分貝的噪音，實際上在香港施作的結果，中華白海豚在游動行為上沒有明顯改變。

台灣地圖

中華白海豚活動地點

濁水溪

麥寮工業區

  我註：  

• 多年來，台灣政府始終把經濟成長放在第一位，過時的思維總把環保及生態保育放在不重要的地位，甚至聊備一格。所有的開發計劃能繞過這些生態保育團体就繞過，否則就是計畫案定案後再請環保學者過來背書，結果就是治絲益棼，引發居民抗爭，延宕整個開發案。－＞台灣政府始終沒有學習到德日二國政府面對這種環保生態保育要求的正確心態，老是認為這些人是吃飽了撐著，把經濟發展列為第一優先，污染是全民負擔的事，所以政府、企業、民眾三輸。－＞其實如果願意正視這種問題，一剛開始就如本篇文章中所言，讓環保生態保育專家列席參預規畫，或許就會早到解決之方，快速的讓開發案進行，而不是經年累月的爭執抗爭，到最後三方都已無互信空間。－＞國民黨政府留下的威權心態，及我們教育体制下沒有教會學生如何學習說理溝通方式，只會用情緒吵架的手段解決爭議，才是今日台灣社會亂源之根。－＞今日的馬政府碰到的諸多問題，都在於溝通不良。黨內沒有溝通，行政團隊沒有溝通，國會各政黨之間沒有溝通，更別提人民及專家學者了。－＞例如美牛案就是典型的例子，馬政府假定人民不會願意用吃毒牛換FTA，所以黑龍繞桌半天，結果愈糟。D的結論是，如果馬政府一開始就開誠佈公，也許台灣人民仍不會接受吃毒牛換FTA這種交換條件，畢竟賺錢的是企業主，吃毒牛的是另一邊的弱勢人民，不是公平交益。但他認為台灣人民會同意標示清楚，吃不吃由消費者決定這種最「合理化」方案，而不是現在情緒性的說「不」。－＞馬政府沒有面對問題勇氣，花時間解決問題的耐心，所以問題就愈來愈嚴重，大家把問題全部擺著爛。－＞馬政府及國民黨從不承認或認知這是他們本身行政團隊的問題，一直歸責於人民及環保團体，所以無解。－＞未來四年，如果馬政府不改變執政風格，不花時間跟利害關係各方溝通，不耐心解決問題，這種狀況會延續到２０１６年下台為止，而到時也是國民黨下台的時候，因為台灣人民再也受不了這種政權了。