《麻省理工科技評論 MIT Tech》8/1
* 【改善空氣污染能降低患阿茲海默症風險】
根據 7/26 日在美國丹佛舉行的 2021 年阿茲海默病協會國際會議上發佈的多項研究報告,改善空氣污染會改善認知功能,降低阿茲海默症風險。此前報告曾顯示,長期暴露於空氣污染與阿爾茨海默病相關腦斑有關。而此次會議是第一次累計證據表明,減少污染,特別是空氣中的細顆粒物和燃料燃燒產生的污染物,與降低全因失智症和阿茲海默症風險有關。
* 【MIT科學家研究了如何減少一次性口罩對環境的影響】
據估計,COVID-19大流行期間每天產生多達7200噸的醫療廢物,其中大部分是一次性口罩。近日,麻省理工學院(MIT)的一項新研究指出,通過採用可重復使用的口罩可以大大減少這一損失,該研究計算了幾種不同的口罩使用方案的財務和環境成本。研究人員表示,完全可重復使用的硅膠N95口罩能更大程度地減少浪費,而他們現在正致力於開發這種新型口罩。目前,這項研究已經刊登在《British Medical Journal》上。
* 【新發明的的尿液或血液測試方法可以發現腦腫瘤】
劍橋大學的醫學研究人員開發了兩種新的測試方法,能夠檢測最惡的腦癌膠質瘤。使用新開發的測試可以在病人的尿液或血漿中檢測到腫瘤,這也是世界上第一個此類測試方式。
* 【歐洲科學家開發出可低成本製造發光材料的新技術】
劍橋大學和慕尼黑工業大學領導的研究人員發現,通過將一種材料的每 1000 個原子中的一個換成另一個,他們能夠將一種被稱為鹵化物鈣鈦礦的新材料類發光體的發光能力提高兩倍。該發現有益於製造更有效的低成本發光材料,這些材料具有柔性,並可使用噴墨技術列印。相關研究發表於《美國化學會志》。
* 【哈佛科學家發起伽利略項目,致力尋找宇宙中的外星科技文明】
哈佛帶領的一支科學家團隊,已經發起了一個旨在宇宙中尋找外星生命證據的伽利略項目(Galileo Project)。結合地面望遠鏡、人工智能等方案,這項研究將著重於外星智能的物理例證,而不是源自遙遠文明的電磁信號。
* 【科學家發現潛在療法能提高人類免疫系統在體內搜索和消滅癌細胞的能力】
近日,南安普敦大學和米蘭國家分子遺傳學研究所的研究人員發現了一種潛在的治療方法,可以提高人類免疫系統在體內搜索和消滅癌細胞的能力。研究人員表示,他們已經確定了一種限制調節免疫系統的一組細胞的活動的方法,這反過來可以釋放其他免疫細胞來攻擊癌症患者的腫瘤。目前,這項研究已經發表於《PNAS》。
* 【美國研究團隊在太陽能制氫方面獲得新突破】
數十年來,世界各地的研究人員一直在尋找利用太陽能來制氫的關鍵反應方法,即如何將水分子分解成氫氣和氧氣。儘管大多數努力以失敗而告終,且少數成果也面臨著成本過高的尷尬。德克薩斯大學奧斯汀分校的一支研究團隊,還是設法找到了一種通過厚二氧化硅層來創建導電路徑的方法來有效從水中分離氧分子。該方案能夠低成本地運用,並擴展到大批量生產流程中。有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《Nature Communications》期刊上。
* 【現近 20% 的原始森林景觀與採礦、石油和天然氣等採掘業特許地相重疊】
國際野生生物保護學會(WCS)和世界自然基金會(WWF)的一項新研究顯示,近 20% 的熱帶原始森林景觀(IFLs)與採礦、石油和天然氣等採掘業的特許地相重疊。重疊的總面積約為97.5萬平方公里,大約相當於埃及的面積。採掘業特許地與熱帶國際森林公園重疊最多,佔總面積的 11.33%,而石油和天然氣特許地的重疊面積佔總面積的 7.85%。該研究發表在《森林與全球變化》上。
* 【MIT研究人員用紅外攝像機和人工智能來預測「沸騰危機」】
最近,麻省理工學院(MIT)核科學與工程系的研究人員,通過訓練一個神經網絡模型來預測「沸騰危機」。研究人員表示,該模型能夠從具有不同形態和潤濕性(或吸濕性)的表面上的氣泡動力學的高分辨率紅外測量中預測沸騰危機的餘量(即偏離核沸騰比,DNBR)。這項研究成果或將應用於冷卻計算機芯片和核反應堆。目前,該研究已經發表於《Applied Physics Letters》。
* 【英國研究人員使用一種創新方法來「逆轉」與年齡有關的記憶衰退】
英國研究人員的一項新研究提出了一種創新的方法來治療與年齡有關的記憶衰退。臨床前研究顯示,通過「操縱」大腦中被稱為神經元周圍基質網絡(PNNs)的結構組成,可以逆轉衰老小鼠的記憶衰退。
* 【中國科學家利用簡單的 RNA 微調讓馬鈴薯和水稻產量提高 50%】
北京大學的研究小組將一種叫做 FTO 的單一基因插入到馬鈴薯和水稻植株中。由此產生的植物是更有效的光合作用者,這意味著它們長得更大,產量也更高 —— 在實驗室中產量提高了 3 倍,在田間產量提高了 50%。它們還能長出更長的根系,這有助於它們更好地忍受乾旱。
* 【歐盟提出一攬子應對氣候變化方案】
歐盟委員會近日提出應對氣候變化的一攬子計劃提案,旨在實現到 2030 年歐盟溫室氣體淨排放量與 1990 年的水平相比至少減少 55%,進而到 2050 年實現碳中和的目標。這份提案涉及交通、能源、建築、農業和稅收政策等諸多領域,具體內容包括收緊現有碳排放交易體系,增加可再生能源的使用,提高能源效率,盡快推出低碳運輸方式及相關配套基礎設施和燃料,制定與脫碳目標相一致的稅收政策等。
* 時間晶體即將誕生?當地時間 7 月 28 日,谷歌在一篇預印本論文中表示,其首次使用 「懸鈴木」 (Sycamore)量子計算機創造出了 「真正的時間晶體」。
參與該研究的科學家超過 80 人,分別來自Stanford 大學、普林斯頓大學、MIT 和德國德累斯頓馬普固體化學物理學研究所(德累斯頓)等科研院所,論文標題為《在量子處理器上觀測時間晶體的本徵態序》(Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor )。
* 【新分子圖譜揭示腦細胞發育軌跡】
瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)和瑞典卡羅林斯卡學院的研究人員首次繪制了胚胎大腦細胞在成熟過程中遵循的遺傳和發育軌跡。這份分子圖譜不僅可幫助人們識別與神經發育狀況有關的基因,確定腦癌中惡性細胞的來源,還可以作為評估實驗室中乾細胞產生的腦組織的參考,同時能改進神經退行性疾病的細胞替代療法。相關研究發表在近日的《自然》雜誌上。
* 【液體填充光纖設計可實現更可靠的數據傳輸】
瑞士 Empa 研究所的研究人員開發了一種光纖,該光纖由連續的液體甘油芯和透明含氟聚合物護套組成。這種光纖以光脈衝的形式傳輸數據的能力跟固體塑料光纖差不多,另外它還擁有更高的抗拉強度。
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【民主黨總統候選人的氣候政策】
#2035零碳發電 #2050零碳排
美國總統民主黨候選人拜登提出了以《BUILD A MODERN, SUSTAINABLE INFRASTRUCTURE AND AN EQUITABLE CLEAN ENERGY FUTURE》為名的氣候變遷政見,預計投資兩兆美元,企圖將氣候變遷的風險轉為開創新經濟的契機,與早些日子民主黨進步派提出的綠色新政,或歐盟綠政概念異曲同工。
其中幾個重點:
1. 建立現代基礎設施
2. 用潔淨基礎設施與創新重新定位美國汽車業
3. 2035年實現電力部門無碳排
4. 對建築能源效率進行重大投資,包括完成400萬戶翻新與建造150萬戶的可負擔房屋
5. 對清潔能源創新研發的歷史性投資(4000億美金)
6. 推進永續農業與保護
7. 確保環境正義和公平的經濟機會
美國總統大選與台灣總統大選的檔次和高度果然不在一個水平,當美國總統候選人提出2035零碳電力百分百的候選政見時,今年初嘲笑韓國瑜2035潔淨電力50%的側翼不知道是否正在幫拜登計算達成這樣目標美國需要多少核能電廠?或準備嘲笑拜登即將用命發電。當然啦,這邊也只是肯定韓國瑜團隊去年提出的目標,但對於他空泛的內容仍然感慨就是。
而民主黨氣候政策擬定過程真的多元與包容,工程相當浩大,整併了短時間廢核無煤的激進派(例如舉薦初選對手桑德斯為氣候變遷政策負責人),保留了再生能源外的實際方案例如核能、碳捕捉等,同時也協同眾議院的議員們提出法案檢討報告( https://climatecrisis.house.gov/report ),全面就氣候政策相關措施進行盤點,提出改善方案,讓選民可以看到該黨不只是打嘴砲的決心。
可以參考:https://joebiden.com/clean-energy/
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政策內涵(部分翻譯)
▋基礎設施:創造數以百萬計的優質工作,以重建美國不斷崩潰的基礎設施-從公路和橋樑到綠地,水系統,電網和網際網路-為永續成長奠定新的基礎,在全球經濟中競爭,抵禦全球經濟的衝擊氣候變化,並改善公共衛生,包括獲得清潔的空氣和清潔的水。
▋汽車工業:從零件,材料到電動汽車充電站,在美國汽車工業,國內汽車供應鍊和汽車基礎設施中創造100萬個新工作崗位,使美國汽車工人和製造商獲得競爭力;並投資美國汽車工人,以確保他們的工作是好工作,並可以選擇加入工會。
▋交通:通過聯邦投資以及強大的勞動保護措施,為每個美國城市提供10萬或更多居民高品質,零排放的大眾交通選擇,從而創造工作機會並滿足這些城市的需求,從輕軌到改善現有的公車線路,為行人和騎自行車安裝基礎設施。
▋電力部門:生產潔淨的電力,到2035年實現無碳污染的電力部門。這將使我們能夠應對氣候變化的威脅,同時創造數以百萬計的就業機會。
▋建築物:在4年內對400萬棟建築物進行升級,並為200萬戶家庭提供耐候性,創造至少100萬個高薪工作機會,並通過資助直接現金回扣和低成本融資來升級和電氣化家用電器並安裝更有效的窗戶,從而刺激建築改造和高效能的製造供應鏈,這將削減住宅的能源費用。
▋創新:大幅降低關鍵潔淨能源技術的成本,這些技術包括電池儲能,負排放技術,下一代建築材料,綠氫和先進核能,並迅速商業化,以確保這些新技術在美國製造。
▋農業與復育:創造氣候智慧農業,復原力和保護方面的就業機會,其中包括25萬個就業機會,用於廢棄化石燃料開採礦區的轉型,於過去環境重創的社區中建立工會,減少有毒物質的洩漏,並防止及復原當地被破壞的環境。
▋環境正義:確保環境正義是建立任何夥伴關係的關鍵因素,在被遺棄的社區中創造良好的,中產階級的工作,在遭受污染首當其衝的社區中修復,並融入最佳創意。
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【專文簡介製氫背後的種種】
#認識氫氣碳足跡 #德國氫能大躍進
前文( https://reurl.cc/8GVdqo )提到,氫氣和電力得從初級能源轉化、不會憑空誕生。那氫氣又是如何製造呢?
▋主流製氫法
全世界超過95%產量的氫氣源自天然氣和天然氣處理廠,亦即利用水蒸汽-甲烷重組反應(steam methane reforming process, SMR )和水氣轉化反應(Water-gas shift reaction, WGSR)量產氫氣。處理廠包括以下四個主要系統:除硫、重組、高溫轉化、變壓吸附,個別功能簡介如下:
1⃣除硫: 透過觸媒去除天然氣中的硫化物。進入重組系統前,一部份天然氣會和來自變壓吸附系統的不純物一起燃燒以產生反應所需的熱能。
2⃣重組: 除硫後的天然氣和高溫蒸氣混合、透過鎳基觸媒(和水蒸汽-甲烷重組反應)生成氫氣。反應完的熱氣在離開重組器後會稍作冷卻,與此同時會產生蒸氣。
3⃣高溫轉化: 添加額外的高溫蒸氣,和熱氣進行水氣轉化反應,將一氧化碳轉化成二氧化碳以達到完全反應。
4⃣變壓吸附: 透過加壓方式純化氫氣,不純物會被吸附留在系統內。當不純物濃度飽和時,系統壓力會降低以移除不純物,後者回送到除硫系統成為燃料以提供熱能。
環環相扣的系統設計是為了最大化天然氣利用率和熱循環效率。理論上,系統能整合碳捕捉技術,相關方法仍處於學術研究階段。
▋氫氣的碳足跡
水蒸汽-甲烷重組反應和水氣轉化反應的反應式如下:
水蒸汽-甲烷重組反應:CH4 + H2O ⇌ CO + 3 H2
水氣轉化反應:CO + H2O ⇌ CO2 + H2
兩式相加可得:CH4 + 2 H2O ⇌ CO2 + 4H2
換言之,每製造四單位的氫氣會伴隨著一單位的二氧化碳,這就是氫氣的 #原生碳足跡。若以純甲烷製造的100萬標準立方英尺(standard cubic feet (SCF))氫氣當作一單位,則原生副產物是0.25單位的二氧化碳,合12.98公噸。
而Praxair公司對各 #系統碳足跡 計算得出的理論最小值如下:
重組器和重組反應所需能量:3.7公噸
製造高溫蒸氣所需能量:2.5公噸
變壓吸附時的分離、純化和壓縮製程:0.1公噸
四者合計19.3公噸,但基於熱損耗和效率問題,實際數字約略是21.9公噸,此為總碳足跡。換算後可得以下結論: #製造一公斤氫氣同時會製造9公斤二氧化碳。
然而,這尚未計算壓縮、運輸、燃料電池製造的碳足跡;亦即送到製造商或終端使用者手上時,總碳足跡還會增加。源自化石燃料、製程又依賴化石燃料產生的電和熱,這就是天然氣製氫的原罪,也是氫氣的骯髒小祕密。
▋碳足跡表示法
為了能在同一基準上比較,網路上有各種當量表示法,以下列出兩個。
1⃣每度電的二氧化碳當量
另一方面,標準狀態下的氫氧反應:H2 + 1/2 O2 ⇌ H2O ΔH0=-286kJ/mol
換算下來一公斤氫氣能產生143百萬焦耳,合39.7 kWh。
但這只是理論值,考量能源損失和科技極限,目前所能利用的數字約略是33.33 kWh,換言之,1公斤氫氣 = 9.28公斤二氧化碳 = 33.33 kWh. 可推得 1 kWh = 278克二氧化碳 (單位: gram CO2eg/kWh)
這也是理論值換算。若透過燃料電池轉換為電力,還得加上製造燃料電池的碳足跡。過去研究也曾預估氫氣生電的碳足跡會介於燃氣和燃煤之間。
2⃣每百萬焦耳的二氧化碳當量
若依百萬焦耳的二氧化碳當量(gram CO2eq/MJ)來看,33.33 kWh = 119.988 MJ. 可推得 1MJ = 77.34 克二氧化碳
依據當量高低,我們可以替氫氣上色:
FCH JU機構認為:
🔲若小於91克,但高於36.4克,那麼有無再生能源參與製造都將被歸類為灰色氫氣。天然氣製氫歸類於此。
🟦若小於36.4克,非再生能源參與製造的部分為藍色氫氣
🟩而再生能源參與製造的部分為綠色氫氣。若製氫能量100%來自於再生能源且二氧化碳當量小於36.4克,就能算是100%純綠氫。
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▋德國的大躍進
德國聯邦政府在上週(6/10)敲定其國家氫能戰略,目標是在2030年時有5GW綠色氫氣(以下簡稱綠氫)產能(折合14TWh的氫氣產量)*、2040年達10GW。政府預計在一項1300億歐元的經濟刺激方案當中撥款70億歐元於新產業和相關研究。這是德國首次針對氫氣產量訂下具體目標,以期此次大躍進(quantum leap)讓德國在氫能科技領域成為世界領導者。舉國從政府當局到公民團體都樂觀其成。德國也預告輪值歐盟理事會主席後的首要任務之一是創造橫跨歐洲的氫氣基礎設施。(聽起來真的很大躍進)
要達到5GW綠氫產能約需20TWh的再生能源電力。氫能戰略伴隨一系列措施以替再生能源提供更良好的環境、並提供更誘人的條件以吸引離岸風電建設,預計離岸風電農場的電力能應付綠氫製造的大部分需求。
除打點相關基礎建設,德國政府也提供金融補貼牛肉給大型貨物運輸、鋼鐵業、化工業和航空業以誘使業者投資相關製程;針對鋼鐵和化工業業者訂定碳差價合約(Carbon Contracts for Difference(CfD)),並檢驗航空業的能源消耗在2030年前是否能達到20%再生能源的使用目標。
然而,該製造多少綠氫仍相當爭議。德國目前有99%氫氣產量來自化石燃料(即灰色氫氣,以下簡稱灰氫),且政府部門間的冗長協商突顯了淘汰化石燃料的困難。煉油和天然氣業者則認為在能源轉型的初期階段,灰氫不該缺席。德國綠黨名譽主席Oliver Krischer則表示將氫氣應用於汽車產業(諸如充氫站)單純在浪費公帑。
部分人士也提及,德國2030年將安裝最高5GW綠氫電解槽,這一計劃將拉動電解槽工業實現快速發展,與當前的安裝量相比,10年間這一規模將增長200倍。到2040年,德國電解槽部署規模有望達到10GW,若“歐洲2x40GW綠氫計劃”順利實施,則德國2040年電解槽規模將佔歐洲部署總量的25%。但德國境內的再生能源發電能力有限,氫氣產能不足。即便考慮2040年新增10GW電解槽,綠氫產能也僅28TWh,仍低於2030年新增氫氣需求。戰略明確提出要加強國際合作,在之前針對氫能推出的90億歐元投資計劃中,其中20億歐元將在摩洛哥等合作夥伴國家建立大型的製氫廠。
E3G氣候智庫的研究者,Felix Heilmann,表示:「德國的氫能戰略向世人宣示這個世界最大的天然氣消費國正準備替"不用天然氣"的未來做準備",畢竟歐盟策略中2050得達成零碳排,使用氫氣替代供暖或交通燃料都是必需之路。
▋結論
根據2017年的國家發展委員會報告,高雄地區的石化、重工、鋼鐵業總年產量合計12萬公噸。如此產量也勉強供三大產業使用,目前沒有剩餘氫氣發展氫經濟。
這邊小編以核一兩部機組機稍微計算了一下:
核一兩部機組(裝置容量604 MW x2 ),容量因子85%,則一年可發出 (604 x 2 x 0.85) x (365x24) = 8,994,768 MWh. 全數用於電解水可得 8,994,768/55 = 163,541.2 公噸氫氣。
這是三大產業總產量的1.36倍。也就是說,核一延役的話就有充足的餘裕發展氫經濟了呢。結合氫燃料電池,也能同步改善交通空氣汙染ㄟ。
話說回來,可以預期將來賣氫氣的利潤會比賣電更高。還非得是低碳足跡的氫氣不可。碳足跡過高的氫氣不僅直接淘汰,也連帶地使使用這類氫氣製造的產品喪失競爭力。這對不產天然氣的我國而言,如何取得大量、便宜、穩定的低碳能源以降低製氫成本,確保產品和服務有國際競爭力,將會是執政者的挑戰。
至於德國,祝他們幸福,短時間內來看,投資1MW的製氫廠與管線就耗費30億台幣,若要擴展到5GW(5000倍),真的所費不貲
▋參考資料與計算(見留言處)
https://reurl.cc/O1odyr