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IN SCIENCE

科學時尚誌 NO.1 綠色能源特刊

能源耗竭後的一線曙光 :

超能細菌

臺灣首座

綠色氫加氣站

誕生 蟬聯 9 項冠軍氫能勇奪寶座 科學家時尚穿搭術 Lin 教授的維基解密

媲美專業品酒師的機器 改變世界的 100 個科學家


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IScience 愛科學

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IScience 愛科學 10 分鐘前

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IScience 愛科學 6月4日

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ISCIENCE


目錄 Contents

03

綠色能源發展中心 亞太經合會 (APEC) 先進生物科技研究中心

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21 世紀的潔淨產氫技術 什麼是生物產氫 ?

13

改變世界的 100 個科學家 萊特兄弟 (Wilbur Wright and Orville Wright)

17

科學家的 Coffee Break 法式可麗餅 Crepes

18

厭氧微生物的批次培養方法 如果你搞懂了,在家裡也可以培養厭氧微生物。

22

媲美專業品酒師的機器 更靈敏。更精準。更客觀。

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改變世界的 100 個科學家 威利斯.開利 (Willis Carrier)

37

科學家的時尚穿搭術

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生物產氫速率世界第一的先導工場

作者

林秋裕 張瑞仁 賴奇厚 胡玉欣


IN SCIENCE

   

探索潔淨 的綠色氫能源   氫是原子序數為 1 的化學元素,化學符號為 H, 在元素周期表中位於第一位。它也是宇宙中含量最多 的元素,大約佔宇宙質量的 75%。由兩個氫原子共價 組成氣體叫氫氣。   有人將氫氣譽為世界上最乾淨的能源,因為它燃 燒之後只有潔淨的水,氫氣的燃燒值很高,相同質量 的氫氣燃燒所產生的熱量約為汽油的3倍,酒精的 3.9 倍,焦煤的 4.5 倍。 它是一種可儲存的能源載體,更 重要的是它是取之不盡用之不竭的,在 21 世紀氫能將 在世界能源舞台佔有舉足輕重的地位。

2


綠色能源發展中心 亞太經合會 (APEC) 先進生物科技研究中心   逢甲大學綠色能源發展中心成立於 2010 年,原名為能源與資源研究中心,因綠色能 源發展是各國政府、產業與學術單位積極投入的國際性重要課題,也是逢甲大學校務發展 四大主軸之一,因此於 2010 年 8 月 1 日起改制為跨領域之一級單位,以整合逢甲研發能量, 積極有效推動相關研究,並結合能源開發、能源節約、資源利用、人才培訓、建教合作及 研究發展等需求,積極爭取國內外之合作機會,進而發揮實際服務社會之功能。   亞太地區經濟合作會 (APEC) 2008 祕魯領袖會議宣言指出糧食安全、氣候變遷、能源 安全與清潔製程發展是 APEC 會員體區域重要且須共同面對的挑戰。因此於 2009 年在台灣 建立 APEC 先進生質氫能技術研究中心,發展以非糧料源為主的生物產氫先進技術。找出 適合亞太地區生物產氫的非糧料源,尤其是以亞太地區國家豐富的農業廢棄物為主要研究 目標。

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臺灣首座 綠色氫加氣站

  逢甲大學由國科會與經濟 部能源局補助,組成「生物氫 能研究團隊」開發生物氫能的 相關技術,目前已在逢甲校內, 設置全國第一座「綠色氫加氣 站」,並進行「氫能燃料電池 汽車」實際路測。   綠色氫加氣站是以逢甲領 先世界的連續式厭氧生物醱酵 產氫技術所產出的生物氫,再 灌入類似小瓦斯罐的儲氫瓶後, 作為具環保且未來性的氫能燃 料電池汽車的燃料來源。 4


這不是科幻小說情節 這是一座完全透過廢棄物生物轉化

永續生產的能源站

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21 世紀的 潔淨產氫技術 什麼是生物產氫? 顧名思義就是透過生物產生氫能源 生物產氫的方式包括 光合作用、光醱酵及暗醱酵三種。

  光合作用產氫是藉由光能進行水的生物光解作用產生氫氣,光醱酵與 暗醱酵則是以有機質為電子提供者,經由需光源 ( 光合細菌 ) 或不需光源 ( 厭 氧細菌 ) 的醱酵作用將有機質分解,伴隨產生的部分電子則藉由特定之電 子傳遞系統傳送給水體中的質子 (H+) 而產生氫氣。

光醱酵 6

光合作用


光 含 內 ” “暗暗   暗醱酵產氫,是指厭氧微生物在缺氧或無氧狀態下,對有機質醱 酵伴隨的產氫作用,因不需光源而稱之為暗醱酵。與光合產氫相比較, 暗醱酵被認為是較具效益、簡單與實用化的產氫技術。 因為醱酵微生物具有下列的優點 :

快速生長, 氫能源生產速率快

不分晝夜, 無須陽光,不間斷產氫

生產基地占地較小, 無須大面積曝曬陽光

解決環境污染的問題, 可以用有機廢棄物或廢水為基質

  製造氫氣的方法有很多種,而透過 微生物來生產氫氣的技術卻有著不一樣 的吸引力。因為有一些特殊的微生物, 可以分解人類所製造的廢棄物又可以生 產潔淨的氫氣能源。而這種宛如救世主 般的超能細菌,該去哪裡尋找呢?

7


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視糞土如黃金 喚醒蟄伏已久的超能細菌

8


Clostridium 上圖 : 林秋裕教授實驗室提供

  自然界中有很多看不見的細 菌,他們對環境卻扮演相當重要的 角色。常見的醱酵微生物菌群主 要可分為三屬,分別是 Bacillus 、 Enterobacter 及 Clostridium , 其 中 以 Clostridium 具有優異的氫能源 生產潛力。而這些微生物,大多 隱 身 在 家 畜 糞 便 ( 如 牛 糞、 豬 糞 等 )、廢水廠污泥、海邊的爛泥、 竹林中的腐爛泥土等。   所以,要做厭氧產氫實驗的 第一步,就是得先蒐集這些大家 避之唯恐不及的 " 黃金 ",再從裡 面喚醒 " 超能細菌 "。

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生命三要素 陽光、空氣、潔淨的水

他都不希罕 具有偉大情操的超能細菌”厭氧微生物”不需 要陽光也不需要氧氣,卻又能為人類淨化廢水 變成潔淨的氫能源。

Ann 說 : 像 灌 氣 球 一 樣,用惰性氣體把裡 面的氧氣趕走,讓瓶 子裡面形成厭氧環境

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感覺對了, ㄑㄇ 就可以誘發 ----" ㄧ ㄥ ㄧˋ" 關係   厭氧微生物在自然界中自由發展並與其他生物 和諧相處。若要再實驗室中進行人工培養,並透過 他們獲得潔淨氫能源 , 則要先了解他們的個性、喜 好,再進一步好好的呵護他們。   厭氧醱酵產氫過程中,環境及操作因子影響反 應甚大,因各種微生物之生長有不同之環境需求, 只有在適合條件才能獲得最大的產氫效益。主要因 子有溫度、酸鹼度(pH 值)、營養成分與濃度等, 皆會影響厭氧醱酵微生物氫氣外泌的過程。

Lin 教授的維基解密 影響厭氧產氫微生物的環境因子 溫度   對微生物生長過程來說,低 溫不利生長,而高溫則影響孢子 反應,而不佳的溫度會導致蛋白 質變性、酶抑制、促進或抑制特定 代謝途徑等。醱酵時,微生物的生長 及其他生化反應,如孢子的萌發與形 成、生長以及氫能源的生產,都受溫 度影響。因此,溫度是微生物培養的 重要環境因子,決定生長速率及氫能 源產量。

pH    一般而言,微生物對 pH 值變化 的適應要比其對溫度變化之適應慢許 多,但 pH 變化可能影響氫醱酵槽中 菌群數量消長及菌體產氫活性。微生 物通常生長在 pH 4-9,pH 值會決定

環境中能生存的微生物種類及其生 長速率,且 pH 值於微生物生長範圍 內變化時,可能影響碳源及能源之 利用、蛋白質與細胞物質之合成其 代謝產物之釋。

基質濃度   廢水或培養基的碳源濃度增加 對氫氣產率會有負面的影響,亦即 高基質濃度常會發生基質抑制現象, 反而不利於產氫,其主要原因可能 為產氫所伴隨產生的有機酸導致系 統 pH 值的快速下降,或因氫分壓的 增加所使然,因此在高基質濃度的 操作條件下,這些抑制產氫作用的 因素如果有效去除,將可維持高氫 氣轉換效率。

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Ann profile 姓名 綽號 英文名 現役 生日 星座 血型 身高 體重

李怡貞 李小貞 Ann 逢甲大學 環境工程與科學系 碩士班 1.15 摩羯座 O 168 cm 53 kg

Ann 最喜歡男生類型: 有責任感、同理心、上進心 Ann 最喜歡的科學家 : 萊特兄弟   萊特兄弟發明的飛機就 像現代的任意門,至今它已 可以帶我們想去世界任何一 個角落,且縮短了到各地的 時間呢 !! 搭著飛機可以到達 想探索的國度,起飛的飛機 就像載著每個人的夢想呢 !!

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興趣 最喜歡的食物 最喜歡的東西

吃美食、旅遊 奶茶 、 火鍋、好吃的東西 :P 特別的東西。 不見得是要昂貴的, 只要有心意對我來說 都是特別的東西。


改變世界的 100 個科學家 科學記者 / 愛倫 ‧ 恩

「興趣是邁向成功的動力」

萊特兄弟 (Wilbur Wright [1867-1912] and Orville Wright [1871-1948])

1903 年成功開啟人類飛航時代的飛行器發明家   飛行者 1 號,是人類史上第一個成功以機械動力建造之飛行器,萊特兄弟以自身 機械製造自行車的才能與自信,加上幼時對父親贈送之直升機模型玩具(類似中國的竹 蜻蜓)的興趣嚮往,造就了他們研究飛行器的熱情,儘管過程充滿艱辛困頓,但萊特兄 弟始終以不屈不撓的毅力突破並開創航空控制的新技術,最終完成了人類遨遊天際的夢 想!   萊特兄弟的成功發明,為人類航空事業開展新紀元,儘管當初萊特兄弟為了保護飛 行器的發明專利,引來公眾不同的韃閥聲,漠視與質疑這不輕易透露改良進度的飛行研 究,但不可諱言的萊特兄弟確實實現人類飛翔的夢想,同時引發更精進飛行器的研究狂 熱,百年來世界各國無論在航空太空領域都有了大躍進,讓整個地球村霎時縮短了空間 與時間距離,對人類資訊、網路科學、旅遊、商業、人文發展等各方面的交流帶來許多 便利與進步,至今太空旅行已不是夢想。   「興趣是邁向成功的動力」,的確萊特兄弟憑藉著一股對飛行器的憧憬,加上本身 對機械研究的熱愛,以堅毅不屈的發明精神,終於使他們幼時的夢想實踐成為人類史上 偉大的飛翔夢想。所以,若妳(你)也存著對科學的興趣,那麼也學習萊特兄弟的精神 吧!永不放棄,不怕挑戰,只有不斷的求進步,才不會被淘汰,才能成就下一個人類史 上的重要創新發明! reference: http://zh-yue.wikipedia.org/wiki/ 萊特兄弟 「飛行者:萊特兄弟」維京出版。原文作者:Allan Drummond。出版日期:2010 年 12 月 01 日 「大夢想家:萊特兄弟」驛站出版。作者:邢豔 / 編著。出版日期:2010 年 04 月 01 日。 圖片來源 : http://foofoo924.blogspot.com/2011/03/wright-brothers-american-aviators.html

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一天一粒 增強體力 完整均衡的營養及礦物質 就是微生物製造能源的活力泉源

  水、碳源、氮源、無機鹽類及生長 因子是微生物生長的必需品。微生物如 果缺少這些物質,就會營養不良甚至活 不下去。   其中,其中,氮是合成蛋白質和酵 素的一個非常重要元素。

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  另外,K( 鉀 )、Ca( 鈣 )、Mg( 鎂 )、 Fe( 鐵 )、Co( 鈷 )、Ni( 鎳 ) 等, 是 不 可 或缺的微量元素。如 Fe( 鐵 ) 是構成氫能 源生產產酵素 (hydrogenase 及 ferredoxin) 的主要元素之一。


儀器名稱 XS-A 先進標準天平 廠牌及型號 XS225A, Precisa, Switzerland 自動辨識標準砝碼 校正方式 自定外部砝碼重量 實驗室、黃金/鑽石秤重、藥劑、 用途 化學、小物計算 Ø80 mm 鎳鉻不鏽鋼 秤盤尺寸 防風罩 高 260 mm

微生物的 營養物

贏飽膳存

需求型態

功能

H2O

1. 細胞之主要功能 2. 代謝過程之介質 3. 導體可調節細胞溫度

碳源

無機碳 (CO2 或 CO32-)

1. 形成細胞 2. 形成代謝產物

分子氮 氮源

銨鹽或含氮鹽類 有機氮化物 蛋白質

1. 形成細胞質 2. 成為代謝產物 3. 細胞蛋白質及核酸 4. 提供合成氨基酸、嘌呤、 嘧啶、核及某些維生素 5. 硝化菌之氮源及能源

無機 鹽類

1. 細胞之成分 SO42-,PO43-, 氮化物 2. 脢之成分;維持脢之活性 ,P,S,Mg,Fe,K,Ca,Na,Mo 3. 調節細胞透壓、pH 及 ORP Zn,Mn,Co,Ni,Cu,I,Br,V 4. 某些微生物之能源

生長 因子

維生素、氨基酸 嫖呤、嘧啶

1. 輔脢之成分 2. 促進生長 15


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成長只有一次, 營養是關鍵。 別讓你的菌寶寶 輸在起跑點

Ann 說 : 就像是在幫寶寶泡奶粉一 樣,太濃怕他們消化不良太 淡又怕營養不良,又要重視 口感又要均衡營養,要像是 呵護小寶寶一樣的款待。

  人類所製造的廢水在微生物眼中是營養豐富的基質。雖然這些菌寶 寶不挑食,但他們卻對”泡奶粉”的工法很講究。廢水中的碳源濃度太 高或太低對微生物的生長與氫氣的生產皆有影響,例如,高基質濃度常 會發生基質抑制現象,有時反而不利於產氫,其主要原因可能為產氫所 伴隨產生的有機酸導致系統 pH 值的快速下降,或因氫分壓太高所使然。 所以要同時配置多種不同的基質濃度去進行實驗, 找出微生物最愛的配 方,菌寶寶才能長得又好又快。

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科學家的 Coffee Break

甜點教主 / Whitney

法式可麗餅 Crepes   本次主題提供這樣的輕便午茶點心,主要是麵糊 本身可以存放冰箱 2 天左右,加上煎餅皮時間只需要 短短一分鐘,不須太多的技巧,只要一支不沾平底鍋 即可!   餅皮成份完全不加水含量豐富的鮮奶及雞蛋,可 以提供給大量使用腦力的科學家們,在一番忙碌後可 以輕鬆享有新鮮熱騰騰的正統法式薄餅。   也考量到各式的調味適合需要補充營養價值更多 的科學家們,可以選用各式的新鮮水果加上冰淇淋或 是果醬來搭配,可以瞬間補充血糖體力及維生素 !!

作法 材料 中筋 or 低筋麵粉 鮮奶 細砂糖 香草精 雞蛋 蘭姆酒 室溫軟化無鹽奶油

250 克 500 CC 70 公克 1 茶匙 3顆 1~2 大匙 15 公克

薄餅的由來:

  薄餅在歐洲已經有上百年的歷 史,發源地是法國西北部有名的城 市布列塔尼(Brittany),十八世紀 法國農夫,為了方便在遠地忙農務, 就地發展出來的炊食食物。   首先農人會取材田中新鮮蔬果, 並自帶燻過的肉類製品,將乳酪、 沙拉準備好…在麵皮中加入自然香 草,以岩燒的平檯,將麵皮煎熟, 放入預先的食物,最後再捲在一起, 最早開始的正統薄餅,雖然像中國 人吃的潤餅或春捲,但薄餅麵皮較 口感柔軟,帶來淡淡的香草味。   這道原本單調的平民料理經過

1. 將雞蛋打散後拌入細砂糖打勻, 盡量將顆粒拌勻。 2. 再將粉類過篩後分次拌入步驟 1 的蛋糊中, 蘭姆酒及香草精可以一起倒入拌勻。 3. 牛奶分次加入麵糊中分次拌至光滑無顆粒 狀。 4. 麵糊用保鮮盒封好放入冷藏發酵至少 2 小 時後,才可以使用。 5. 開始煎麵糊食,鍋熱好後用刷子抹上薄薄 的奶油,再倒入麵糊迅速轉一轉將麵糊均 勻的成圓形餅皮。 6. 用中小火慢慢的煎,上面餅皮乾乾的時候 大約就可以對折起鍋了 ( 約一分鐘左右 )。 7. 起鍋後用刷子輕刷在表面的餅皮上,放在 平盤上即可開始添加喜愛的材料。

代代注入的巧思與傳承,繁衍至今, 薄餅不但有各式各樣的口味,而且 以多采多姿的樣貌呈現在世人眼 前,而近幾年更受到世界各地民眾 的歡迎,即使在台灣也成為許多人 喜愛的點心之一。   正統法式特色的甜餅口感理應 「輕薄軟 Q」,台灣的可麗餅做得 很厚,餅皮又硬又脆 ( 成本考量也 是因素之一 ),法式則軟中帶 Q,餅 皮做得輕薄才好吃。法式薄餅的配 方 100% 全採用高品質鮮乳,營養 價值也高,且香氣十足,單吃原味 都很香。

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厭氧微生物的批次培養方法 如果你搞懂了,在家裡也可以培養厭氧微生物。 培養厭氧產氫 微生物就是這 麼簡單。

Lin 教授

1. 基質、菌種及營 養鹽放入血清瓶 2. 調整至所需的 pH

3. 以氬氣曝氣五分鐘 形成厭氧環境

4. 封瓶

6. 進行培養之後約每 4-6 小時 量測氣體量及利用氣相層析儀 熱導偵測器(GC-TCD)分析氣 體組成 18

5. 放入震盪箱培養 ( 轉速 150 rmp) 目的 : 使瓶子裡的東西均勻 混和、控制溫度。


全因子設計法 才是真功夫

  養微生物並不難,難在如 何在多維的變因下,找出這複 雜交錯的變因之中,何者才是 最佳組合呢?這個難題全因子 設計法可以一次都搞定。

pH

3

2

初 始

值 pH

5 4 基質濃 度

初 始

基質濃 度

產氫效率

6

8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0

Ann 說 : 尋找環境因子之最適 條件是篩選最佳產氫 環境的關鍵,但要怎 麼知道這複雜交錯的 變因之中,何者才是 最佳組合呢 ?

震盪培養 使瓶子裡的東西均勻混和、控制溫度。

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戴上手套, 拿起針筒, 就像護士抽血檢驗一樣

  每次要用針筒取樣時,心情總是特別嚴肅緊張,因為廢水液體經過醱酵 後會產生乙酸、丙酸、丁酸等揮發性有機酸 (Volatile fatty acid, VFA),呈現 出五味雜陳的特殊 " 風味 ",夾雜著不斷湧出的氣體,不知道這次又會 " 蹦 " 出什麼樣的新滋味。 20


有機物的厭氧代謝路徑 有機物 Organic materials

有機酸

水解 Hydrolysis

Organic acids

Hydrogen

甲烷

甲烷生成

Valerie 說 : 沒噴到我 心愛的襯衫,還好我 有穿實驗衣。

Acetic acid

氫氣

乙酸

酸化 Acetogenesis

Methanogenesis

Methane

生物技術 Spotlight VFA 測定操作方法 : 取 1.5 mL 水樣

以 14000 rpm 離心 5 分鐘

取澄清液 0.5 mL 加入 0.1 N 的 Hcl 0.5 mL 酸化稀釋

充分震盪混合後,進行 VFA 及醇類分析

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媲美專業品酒師的機器 更靈敏。更精準。更客觀。   一個專業的品酒師可以分 辨 酒 的 個 性, 酒 的 年 份, 酒 的 好 壞。 但 要 如 何 精 確 的 知 道液體中的各項組成物質跟 濃 度 呢? 其 中 揮 發 性 有 機 酸 (Volatile fatty acid, VFA) 及 醇 類之測定,可以使用氣相層析 儀—火焰離子偵測器 (GC-FID) 進行分析。   其分析結果如下面圖譜, 每一個波鋒及代表每一種物質; 再計算每一個波峰的面積,就 可以知道每一個物質的濃度, 單位通常以 mg/L 表示。液態代 謝產物中各種組成成份將一覽 無遺。

Butanol Ethanol

i-Butyrate Propionate Acetate

n-Butyrate

Varetate

揮發性有機酸圖譜

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氣相層析儀 - 火焰離子偵測器 Gas chromatographFlame ionization detector, GC-FID 廠牌及型號 GC-2014, Shimadzu, Japan 用途 分析有機酸及醇類濃度 儀器名稱

Valerie 說 : 如果你想要知道你喝酒後血液中 的酒精濃度有多少,買到的酒是 真酒還是假酒,裡面有沒有傷害 身體的甲醛也都可以靠它喔,不 過我們不提供這項服務 : P

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Valerie 最喜歡的男生類型:   一定要三高 ( 學歷高,身高高, 薪水高 )。沒有啦我亂說的,其實感 覺對了最重要 ! Valerie 最喜歡的科學家:開利   他是發明冷氣的人,夏天吹到 涼涼的冷氣,我第一個就想感謝他 !

Valerie profile 姓名 楊惠雯 綽號 黑瓜 英文名 Valerie 現役 逢甲大學 環境工程與科學學系碩士班 生日 02.26 星座 雙魚座 血型 B 型 身高 165 cm 體重 50 kg 興趣 排球、旅行、攝影 家中排行 第二(一個哥哥)

最喜歡的動物 長頸鹿、海豚、狗狗 最喜歡的食物 麻辣火鍋、金莎、芭樂 最喜歡的東西 朋友送的卡片。一張小小 的卡片代表的卻是無限的心意,         每次看卡片都會忍不住微笑 最喜歡的顏色 綠色 最喜歡的歌手 張惠妹、信、Avril Lavigne 最喜歡的國家 英國

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改變世界的 100 個科學家 科學記者 / 愛倫 ‧ 恩

幫助人類度過氣候變遷 的重要意外發明

威利斯.開利(Willis Carrier,1876 年 11 月 26 日- 1950 年 10 月 7 日)   炎炎夏日,最舒服的莫過於待在冷氣房裡,工作休閒娛樂的同時享受著沁涼的舒 適,這一切都要感謝開利博士,開利冷氣的創辦人!   出生於紐約州的開利博士,他有個對修補鐘錶、縫紉機以及家用器具能力精通的 母親,除了本身熱愛發明也擅於數學運算,因此開利榮獲獎學金前往康乃爾大學就讀, 並取得了機械工程的碩士學位,畢業之後,他進入“水牛城鍛造公司”(Buffalo Forge Company)的加熱工程部工作。工作期間,為了幫印刷廠的客戶解決空氣中的溫度與溼 度影響印刷品質的問題,而發明的世界上第一部空調系統。於是,1902 年空調系統使 用的時代,正式來臨!   1915 年開利公司於美國成立 , 為全球最早的空調公司。但起初空調系統的設置都 是為了工業上機械廠的降溫而提供的裝備,直到 10 年後底特律的一家商場,首創使用 了三台中央空調改善賣場購物環境,此舉使得大眾廣為好評,涼快的環境不但使人們 的消費慾大增,更讓空調成為商家吸引顧客的有力宣傳工具。空調系統才正式走入人 類的日常生活,成為現代家電不可或缺之一。   開利博士發明冷氣的時候,才僅僅 26 歲,因為他的才能與勇於為客戶解決問題的 熱心,發了他發明空調系統的契機!這點或許是他的人生規劃終始料未及的,反而他 的熱情與負責於工作,帶給他的意外發明,冷氣機竟成了現代環境變遷後讓人類有更 舒適環境的重要裝置! reference: http://zh.wikipedia.org/wiki/ 威利斯•利 http://www.carrier.com.tw/index.php 開立空調公司 集網路資料來源 圖片來源 : http://kylebarrydesign.wordpress.com/2010/08/28/dining-outside-a-conundrum/

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廢水淨化程度 就是菌寶寶吃得好 睡得飽的最佳證據 COD 測定   一般用來檢測水體有機 物的污染程度,當化學需氧 量越大,顯示水體受有機物 的污染越嚴重。依我國的 " 水 污 染 防 治 法 " 規 定, 事 業 廢 水、污水下水道系統及建築 物污水處理設施的放流水標 準 中,COD 就 是 其 中 一 項 重 要指標。例如,光電材料及 元件製造業的 COD 排放標準 為 100 mg/L。如果超過標準, 環保單位就可以對該工廠開 罰單。而在厭氧產氫的過程 中,COD 測 定 實 驗 主 要 是 為 了解基質有機物的含量及微 生物利用有機物的情況。

Lin 教授的維基解密   COD 是 Chemical Oxygen Demand 的縮寫,中文意思為化學需氧量,是以化 學方式測量水樣中可被氧化的物質數量。在一定條件下,以強氧化劑處理水樣 時,所消耗的氧化劑量,以氧化每升水樣需要消耗氧的毫克數 (mg/L) 表示。COD 測定常用的氧化劑有高錳酸鉀及重鉻酸鉀 , 使用不同的氧化劑,測定的數值也不 同,而台灣多採用重鉻酸鉀。COD 越少表示水中的有機物質越少。微生物的的活 性強,吃有機物質的效率越好,就可以讓水質變得越乾淨。 26


Valerie 說 : 就像是媽媽一樣,看著 自己得小孩把碗裡的食 物吃光光,就有一種成 就感。

生物技術 Spotlight COD 測定基本步驟如下:

COD ( mg / L ) =(A - B)× M × 8000 / V A :空白樣品分析時滴加之硫酸亞鐵銨滴定液體積(mL) M :硫酸亞鐵銨滴定液的莫耳濃度(M)

B :樣品分析時滴加之硫酸亞鐵銨滴定液體積(mL)

V :水樣體積(mL)

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挖 到 油 井 了!? 生質氣體 (Biogas) 像湧泉一樣的衝出來。

濕式氣體流量計 濕式氣體流量計 儀器名稱 Wet-Type Gas Meter 廠牌及型號 TG1,Ritter 用途 測氣體量

  厭氧微生物會把廢水中的有機物質代謝掉而產生富含能源的生質 氣體。為了評估眾多批次瓶間厭氧微生物的產氣能力,在實驗室的培 養過程中,常用針筒或是濕式流量計來量測氣體的產量。

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Valerie 說 : 曾經遇到一組實驗氣體產量 異常的多,針筒的衝力大到 單手難以掌控,心裡的興奮 難以形容,因為這代表離實 驗成功不遠了。

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氫能源的純度有多高!? 打一針就知道   在厭氧消化分解程序中,氣相 代謝產物的組成依醱酵料源而有 所不同,如葡萄糖、蔗糖、澱粉… 等組成較簡單的碳水化合物,經由 厭氧醱酵所產生的氣體大致上為: 氫氣、二氧化碳或甲烷。為了解這 些氣體的濃度與組成,常用氣體分 析儀器 ( 具熱導偵測器的氣相層析 儀 ) 來分析各氣體所佔的濃度 ( 百 分比 )。 氣體分析儀器 氣相層析儀 - 熱導偵測器 儀器名稱 Gas chromatograph- Thermal Conductivity Detectors, GC-TCD 廠牌及型號 8700T, China Chromatograph, Taiwan 分析氣體組成 用途 (H2、N2、CH4 and CO2)

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老師在講你有沒有在聽 ?

就像是看股票走勢一樣, 讓我告訴你哪一支才是明日之星。   氣體分析儀器的 分析結果會傳送到電 腦 ( 如右圖 )。螢幕上 所顯示的每一個波鋒 就是代表一種氣體, 分別計算各個波鋒的 面積,配合上各種確 定濃度標準氣體曲 線,就可以精確換算 出各種氣體的濃度。

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IN SCIENCE

老師在講你有沒有在聽

可以進醱酵槽的東西, 就是可以賺錢的東西。

  小量實驗中通過層層關卡步步 驗證後,終於找到了最佳的生質氫 能生產條件。但仍需透過醱酵槽的 放大培養,才能像工廠一樣生產出 具經濟規模的氫氣能源。    產氫醱酵槽有很多種型態,一 般最常用的就是連續攪拌式反應槽 (Continuous Stirrer Tank Reactor), 簡稱 CSTR。這種類型的反應槽優點 是操作簡單,且能讓槽裡的物質完 全攪拌,提高物質傳遞效應。1 莫 耳的葡萄糖透過微生物轉化成氫氣 的最大理論值是 12 莫耳。若能透過 這樣的生物反應器來生產氫能源, 我們人類所需要的潔淨能源將取之 不盡用之不竭。

濕式流量計 氣液分離槽

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CSTR 連續流反應槽自動控制與偵測設備 攪拌器

pH/ORP 控制器

蠕動馬達 (NaOH 進料 )

NaOH 溶液

CSTR 反應槽

溫度及攪拌速度 控制器 蠕動馬達 ( 基質進料 )

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IN SCIENCE

不斷運轉產氫醱酵槽 就像是微生物的 "搖籃"

機械組裝可不是男生的 專利,為了讓厭氧產氫 的微生物能持續不斷的 製造氫氣,我們就得替 它們組裝一個密閉、無 氧又適合他們生長的一 個 " 生物反應器 "!!

NG 34

組裝反應槽是不容 NG 的喔 ~~ 不然可是會前功盡棄呢 !!


放手。讓喧鬧去旅遊 一個人樂此不疲 曾以為科學研究是一種與生俱來的使命,原來解決問題與克服 困難後的成就感,才能真正體會並享受科學,這足以忘卻外在 其他事物的干擾與慾望。享受研究的成果,往往比其他事物更 顯迷人。

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IN SCIENCE

從組裝→ 觀察→操作→分析 都不可馬虎 則

教戰守 驗 實 的 授 教 n i L

鹽並混合均勻 養 營 和 質 基 將 . 1 加至反應槽內 添 例 比 1 : 1 以 2. 並與菌種 調至所需之 pH H O a N 、 l C H 以 3. 佳條件 4. 控制溫度在最 CO2) 氣體 (H2、CH4、 析 分 中 程 過 養 5. 培 脂肪酸 (VFAs)、 性 發 揮 ( 成 組 6. 分析液體的 醇類及乳酸 ) 電位 (ORP)、 原 還 化 氧 、 H p 7. 監測 ty) 鹼度 (Alkalini 、 浮固體物 (VSS) 8. 監測揮發性懸 量 (COD) 9. 監測化學需氧 蛋白質及醣類。 、 鹽 酸 硫 、 氮 10. 監測氨 Ann 說 : Lin 老師頒布的 聖旨沒有人敢 不遵守….

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Ann 說 : 照顧產氫反應槽就 跟照顧小朋友一樣, 除了常常要來泡牛 奶 ( 配置基質 ),得 常常來看他的產氣 狀 況 好 不 好,pH 跟 ORP 是 不 是 在 正 常 值, 還 要 看 基 質 進 料有沒有正常。

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IN SCIENCE

蟬聯 9 項冠軍 氫能勇奪潔淨能源寶座 Gasoline 天然氣

Methane 甲烷

Toxicity of fuel 低毒性的燃料

3

2

勝1

Toxicity of combustion products (CO, SO%, NO%, HC, PM) 燃燒產 物的毒性低

3

2

勝1

Density 密度低

3

2

Diffusion coefficient 擴散係數高

3

2

Specific heat 比熱高

3

2

勝1 勝1 勝1

勝1

2

3

Ignition temperature 點火溫度高

3

2

勝1

Flame temperature 火焰溫度高

3

勝1

2

Explosion energy 爆炸能量高

3

2

勝1

Flame emissivity 火焰逸散窄

3

2

heating value 熱值高

3

2

勝1 勝1

排名

3

2

1

安全燃料特徵

Ignition limits 點火限制低

Ann 說 :   與天然氣跟甲 烷相比較,氫氣的 毒性最低最安全, 且它的熱值最高, 經濟效益最佳。

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Hydrogen 氫氣


科學家時尚穿搭術

1 2

1 2 33

炎熱的夏天,在悶熱的實驗室做研究,該如何簡 單的穿搭呢?研究不但能夠順利完成 ! 亦可擁有 時尚流行感 !

主題 1:美式休閒風格

(A)

(B)

上半身:短版棉質圓領 T 恤 下半身:休閒短褲 (A)、窄版 牛仔褲 (B)  上衣選擇以小窄版型棉質 T 恤為主,顯現腰身曲線,美 式銀蔥星星圖騰增添美式活 潑氣息。  下半身可搭配休閒短褲 (A),增添整體舒適度;亦可 選擇窄版牛仔褲 (B),突顯修 長之腿型。

主題 2:優雅休閒風格

(A)

上半身:長版棉質圓領大 T 恤 下半身:小直筒牛仔褲 (A)、 窄版棉質休閒褲 (B)  上衣選擇棉質寬版 T 恤為 主,橫紋粗線條帶有簡單大 方氣質。  下半身可選擇小直筒牛仔 褲 (A),帶有中性風格;亦 可選擇窄版棉質休閒褲 (B), 除突顯修長之腿型,不失整 體舒適感。

主題 3:俏皮休閒風格

(B)

圖片來源:F-DNA.SHOP、東京著衣、衣二衫事 1234

上半身:短版棉質 T 恤 下半身:棉質七分吊帶褲  上衣選擇棉質窄版 T 恤為 主,橫紋細線條散發可愛氣 質。  下半身可搭配棉質吊帶 褲,增添可愛俏皮度。

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生物產氫速率 世界第一的先導工場   逢甲大學「生物氫能研究團隊」於 2007 年 12 月底在校內完成全國第一座生物氫能之「連續 式厭氧生物醱酵產氫先導工場 (pilot plant)」,分 為備料區 ( 連續式進料系統 )、混合區、醱酵產氫 區 ( 反應槽系統 )、氣液分離區及機電整合系統區 等五大部分。

營養鹽槽 Nutrient Tank

基質槽 Substrate Tank

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產氫醱酵槽 Fermentor

中央控制系統 Control Panel

  逢甲大學產氫團隊執行過經 濟部能源局科技研究發展計畫之 『厭氧生物氫能技術研究發展計 畫』成果卓著,成功開發出以使 用矽膠固定化細胞與添加活性碳 之高速率產氫技術,於蔗糖為基 質時產氫速率可高達 15 L H2/L/ d,此成果為國際水準 12 倍以上; 並於 2006 年建立世界唯一的高 速率暗醱酵 400 L 模場。 41


IN SCIENCE

還沒結束呢 ! 夢想要達成,實驗也要繼續, 休息只是為了走更長的路 ~ Relax 一下吧 !

How to Relax RELAX 三十六計 --Ann 篇   打球、打電動、看恐怖片、吃東西 是我休閒常做的。專注的做喜歡的事一 段時間,就像是電腦硬碟重組一樣,很 快的就會有一個嶄新的心情。研究工作 也一樣,有時枯燥乏味,但是完成一個 實驗或是解決一個難題,所獲得的成就 感及伴隨的欣喜,會有如同發票中獎一 樣的喜悅。希望自己的努力,能為我們 的環境做一點點的改變。

RELAX 三十六計 -- Valerie 篇   平常喜歡聽著阿妹的歌,讓自己的思緒 隨著音樂時而因抒情而沈澱,時而因搖滾而 狂放,這樣,很快就能將一天的疲憊一掃而 空。在面對研究的沈重壓力,也會換上運動 服裝,往排球場奔去,用汗水,揮去不快, 重新調整自己。來吧!再多再大的困難,我 也不怕。

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當我們進入綠能中心, 我們滿心地期望, 能為綠色能源盡一份心力。 抱持著熱情跟信心, 從事研究產氫速率的關鍵因素, 為我們首要目標。

逢甲大學 綠色能源發展中心 重大記事 年,林秋裕教授實驗室成立。 1976

年,成立 逢 1998 ”甲大學厭氧生物氫能團隊 ”

年,成立 能 2001 ”源與資源研究中心 ”

氫能合作協議 (IEA)-

設立在逢甲大學。 (Asia Bio-HyLinks)

年代表臺灣參加 國 2006 “際能源總署 物產氫小組 (Annex 21) 會議。 年, 亞 2006 “洲生物氫能聯盟

年,設置 綠 2007~2008 “色能源科技碩士學位學程 。 ”

生 “質能源研究中心 ”

年,建置世界領先的 高 2007-2008 ”速率生物產氫工場 。 ” 年,成立由經濟部經費支持之 2009

先進生物科技研究中心 ” “APEC

年,設置台灣首座 綠 2011 “色氫氣加氫站 ”

年,成立 綠 一級單位 。) 2010 “色能源發展中心 ”(

年,成立 國 2010 “際氫能協會台灣分會 ”

年,成立 2009

生 (HIA)

Green Energy Development Center (GEDC) History

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IN SCIENCE

Designer

Petter

Ryan

李昱璁

林穎成

Stephen

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Scout

Lance

Shin

GaGa

李昂軒

Paul

Joe

黃詩晴


測驗看看 ! 你學到多少關於 生質氫能的知識 !

剛才我都 有教喔 !

( )1、常見的厭氧醱酵產氫微生物菌群,具有優異的氫能源生產潛力, 而這些微生物,下列何者是這些微生物會隱身的地方 ? (A) 家畜糞便 (B) 廢水廠污泥 (C) 海邊的爛泥 (D) 以上皆是 ( )2、什麼是厭氧細菌? (A) 不需要二氧化碳的細菌 (B) 不需要一氧化碳的細菌 (C) 不需要氧氣的細菌 (D) 不需要臭氧的細菌 ( ) 3、生物氫氣被視為二十一世紀的潔淨能源是因為他的優點為何? (A) 燃燒後不會產生溫室氣體 (B) 可利用廢棄物來製造生物氫氣 (C) 可永續製造 (D) 以上皆是 ( )4、下列何者是生質能源? (A) 由生質物產生的氫氣 (B) 海洋能 (C) 太陽能 (D) 風能 ( )5、主要影響厭氧產氫微生物的環境因子為何? (A) 酸鹼度 (pH 值 ) (B) 溫度 (C) 基質濃度 (D) 以上皆是 ( )6、下列何者是厭氧產氫菌可以分解的? (A) 美國隊長的盾牌 (B) 浩克吃的漢堡 (C) 黑寡婦的化學塑膠緊身衣 (D) 鋼鐵人的盔甲 ( )7、下列何者是厭氧代謝反應的氣態產物? (A) 氫氣 (B) 二氧化碳 (C) 甲烷氣 (D) 以上皆是 ( )8、微生物在液態的醱酵反應中,1 莫耳的葡萄糖轉化成氫氣的 最大理論值是多少? (A) 1 莫耳 (B) 10 莫耳 (C) 12 莫耳 (D) 6 莫耳 ( )9、下列何者是厭氧產氫過程的液態代謝產物? (A) 丁酸 (B) A 酸 (C) 硫酸 (D) 三酸甘油脂 ( )10、下列何者是氫燃料電池車會排放的物質? (A) 氮氧化物 (B) 水 (C) 二氧化碳 (D) 一氧化碳 答案請看 p.46

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看看你答對幾題 ?

答 解 來 授 林教

答案在此 點我


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發行單位 逢甲大學 綠色能源發展中心 發行人 林秋裕 創意總監 張瑞仁 執行主編 胡玉欣 文字編輯 李昂軒 / 楊佳慈 / 張瑞仁 / 黃詩晴 / 賴奇厚 / 賴彥穎 攝影 何政育 / 何攖寧 / 李昂軒 / 李昱璁 / 林穎成 / 胡玉欣 美術設計 胡玉欣 / 張嘎嘎 / 綠色基因體實業公司

地址 台中市西屯區文華路 100 號 電話 04-2451-7250#6201 E-mail greenenergy@fcu.edu.tw

感謝 行政院國家科學委員會 科教處 經費贊助 逢甲大學 環境工程與科學學系 林秋裕教授實驗室 國立中興大學 生命科學系 黃介辰教授實驗室 國立成功大學 化學與工程學系 張嘉修教授實驗室 財團法人石材暨資源產業研究發展中心 綠色基因體實業公司

經費補助:

行政院國家科學委員會 科教處 製作發行:

逢甲大學綠色能源發展中心

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生質氫能電子報-綠色能源特刊-逢甲大學  

想知道更多嗎?https://docs.google.com/spreadsheet/viewform?formkey=dFMyNXB0UU53Z2FNZXdWR0ltWmZQY2c6MQ

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