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一隻會生產「電力」的乳牛!年度最佳發明「太陽能牛」,助孩子重返校園、家庭不再缺電

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社企流/編譯:張方毓

在肯亞一所偏僻的學校,竟有一隻乳牛能夠「擠出電力」,促使當地家長把小孩送去學校上課兼取電?這個猶如科幻小說的情節確實存在,只不過,這頭乳牛並不是真正的牛,而是一頭「太陽能牛」(The Solar Cow)。

太陽能牛的真面目是--由南韓新創「Yolk」所設立的太陽能充電站。以鋼架做成牛的形狀,其設計背後想呈現的是,當地許多孩童為了要飼養牛隻而無法就學的現象。

Yolk 盼以有趣的方式改善非洲孩童的就學問題。首先,在學校裝設此充電站。接著,發給學齡孩童形似一瓶牛奶、名為「牛奶電源」的行動電源,只要如乳牛取奶般,接在太陽能牛的下方就能充電。

孩童到校後,將行動電源接上太陽能牛,上課的時候,充電站會捕捉太陽能充電一整天,孩童放學時,就能取回充飽電的行動電源帶回家,電力足以滿足一家大小手機、手電筒、收音機和其他電器的所有需求。

Yolk 的設計被《時代雜誌》評選為 2019 最佳發明之一,美國消費性電子展(Consumer Electronics Show,CES)也把「全球科技創新大獎(2019 Innovation Award )」頒給它。

太陽能牛之所以備受肯定,是因為它用一個簡單的概念解決環環相扣的問題:首先,非洲家庭能用簡單且便宜的方式取得電力;其次,因為太陽能牛只裝設在學校裡,所以家長更願意送小孩去上學——也就是用免費的太陽電力,交換孩子基本的受教權。如此,可進一步減緩童工問題、提高教育機會,進而促進階級流動。

在非洲一些鄉下地區,許多家庭每天需要花費 4 到 6 小時往返充電站,Yolk 團隊表示,有了太陽能牛,家庭便可避免這段耗時耗力的路程,平均每個月還能省下 20% 的開支。

Yolk 官網指出,全球共有 1 億 5 千萬名孩童被迫成為童工,根據國際勞工組織(International Labour Organization)2008 年的報告,貧窮是童工問題的最主要原因,Yolk 據此訂定:行動能源替家庭省下的開銷,至少要等同或是超過童工薪水,就能有效促使爸媽送小孩去上學。

除此之外,太陽能牛甚至比「有條件式現金補助」(Conditional Cash Transfer,CCT)更省成本,能用同樣的金額幫助到更多人。要解決因貧窮衍生的社會問題,CCT 直接提供現金,是公認最有效的方法,然而,用這個方法助孩童就學,隨孩童長大,所需資金也呈線性增長。舉例來說,供應一位孩童的初等教育,CCT 需要支付 1080 美元,相比之下,每一位孩童受益於太陽能牛的成本只需這個金額的 5%。

接下來,Yolk 預計要將太陽能牛帶到南亞,盼能幫助該地貧窮社區中,超過 1600 萬名孩童,重新獲得受教育的權利。

核稿編輯:李沂霖

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磚頭也能變電池?研究顯示:利用其多孔特性,未來建築或許能成發電廠

2020.08.19
合作轉載

環境資訊中心/編譯:姜唯

衛報報導,最新的奈米科技已經能把不起眼的磚塊變成可以儲電的電池,未來的建築物也許能成為真正的發電廠。

這項刊登於《自然通訊(Nature Communications)》期刊的新技術,充分利用紅磚多孔的特性,將磚頭中的孔隙用微小的導電塑膠奈米纖維填滿以儲存電荷。在首次嘗試中,這些磚塊所儲存的電力能點亮小燈。如果可以增加容量,有機會成為鋰離子電池的低成本替代品。

儲電磚屬於超級電容 充電和放電速度遠快於電池 但儲存能量少

嚴格來說,這些儲電磚算是超級電容,而非電池。超級電容將電能以靜電荷形式儲存在固體中,而不是像電池那樣透過化學反應儲存。超級電容的優點是充電和放電速度遠快於電池,但是目前為止,它們只能儲存少量能量。

全世界的研究人員都在努力提高超級電容的能量密度和電池的充電速度。尋找更好的儲電方式是因應氣候危機的關鍵,如此才能儲存大量但間歇性的再生能源。

研究團隊成員之一、美國聖路易斯華盛頓大學學者 Julio D′Arc 說:「住宅屋頂上的太陽能模組必須將電力儲存在某個地方,通常就是電池。我們的研究很有啟發性,但還不成熟。」

首批儲電磚的能量密度僅為鋰電池能量密度的 1%。達西認為,可以透過添加金屬氧化物之類的材料,將磚頭儲存的電荷增加 10 倍,如果成功,將帶來商業機會。

最終目標是讓儲電磚的能量密度逼近鋰電池。達西說:「如果做得到,這項技術會比鋰電池便宜得多,鋰電池將從此消失。」

探討建築物中的能量儲存時 多數人關注在熱能 其實電能也有其潛力

英國倫敦大學學院電化學工程學教授 Dan Brett 表示:「探討建築物中的能量儲存時,人們大多關注以熱能的形式儲存。這項研究顯示,電能也有其潛力,雖然距離所謂超級電容還很遙遠,但原理已經得到證明,還很有改進的空間。」

研究人員利用化學蒸氣與磚中的紅色氧化鐵反應,形成塑膠奈米纖維網,製造出了儲電磚的小型原型。其中使用的塑膠是一種叫做「Pedot」的特殊塑膠,因為它是很好的導電體。反應使紅磚變成深藍色。

超級電容的另一個優點是充電次數可以比電池多得多。在儲電磚的容量明顯下降之前,可以循環一萬次。

第一次嘗試時,磚頭儲存的電荷少到連直接觸摸都無感。但是將儲電磚堆成一堵牆後,就要用到絕緣塗層了。科學家們使用環氧樹脂來示範,這讓儲電磚甚至可以在水下作用。

達西說,用於製造儲電磚的化學反應可能會略微影響其結構強度。不過,今日磚頭在建築中最常見的用途是裝飾性的牆壁。

除了儲電磚 也有利用重力、將空氣壓縮成液體等其他儲能研究

鋰電池的成本自 2010 年以來已暴跌 90%,抽蓄發電在有山的地方也很有效,但是儲存大量電能仍然是一個挑戰,促使人們尋找替代品。

有一家公司利用重力來儲存能量,方法是將大磚塊堆疊在塔中,透過將磚塊扔回地面釋放能量。運用配重和豎井的類似方案也正在發展中。

將空氣壓縮成液體來儲能是另一種選擇。英國曼徹斯特附近正在興建一座大型工廠。有些專家支持氫氣,氫氣可以用再生能源分解水來生產。

全文轉載自環境資訊中心,原文標題:磚頭也能變電池?儲能研究揭最新奈米科技 關鍵因素在「多孔」

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參考資料
Powerhouses: nanotechnology turns bricks into batteries(The Guardian)

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