【記者王華琳綜合報導】為響應2050淨零排放的目標，近年台灣各大專院校紛紛將綠能科技視為重要科學發展方向。「氫」作為最受矚目的綠色能源，利用太陽能分解水所產生的「綠氫」，卻因成本過高、製造不穩定而無法大量應用。國立臺南大學材料科學系副教授蒲盈志利用南大材料科學系教授呂英治研究團隊的「大氣電漿」（Atmospheric Pressure Plasma Jet,　APPJ）技術，改善釩酸鉍光電極於光電化學系統中的製氫效能，同時以「臨場暫態吸收光譜」（In-situ Transient Absorption Spectroscopy）技術研究過程中催化活性提升的機制。研究成果登上國際頂尖期刊《應用催化B：環境》（Applied Catalysis B: Environmental）。「氫」的分子結構中不含碳，因此在現今講求低碳、零碳的趨勢下扮演重要角色，有望取代現今高碳排的石化燃料，成為發電與運輸工具的動力。氫在自然界中以化合物的狀態存在，需透過碳氫燃料、質料氣化、水解、電解水等方式獲得，依據氫氣的原料以及轉換製程衍生不同數量的碳排放。而當中碳排量最低由再生能源電解製造而成「綠氫」，則被視為最能夠主導氫能源市場。惟整體能源利用率低，現有的裝置成本也較高等缺點，現今多為示範運行，無法商用化。 利用太陽光以光電化學系電池進行氧化還原反應產氫，圖為光電化學電池水非解產氫示意圖。　圖／蒲盈志提供「我們不希望在產氫過程中還需要投入額外的電力，進而選擇以綠色能源的太陽光作使用。」論文共同第一作者、蒲盈志教授實驗室研究助理蔡鎧安表示，雖然太陽光產氫無法與電解產氫的效能相比，但改善產製效能也是研究的重點之一。蒲盈志利用呂英治教授研究團隊的「大氣電漿」技術（註一）改善太陽光產氫的製程。大氣電漿不受限於多數電漿使用低壓電漿、高效率真空系統所產生的高成本、難以大面積製造的問題，蒲盈志說明，「它就像噴墨影印機一般，利用掃描以及噴頭的結構，噴出電漿對釩酸鉍（註二）電極表面進行處理，不受限於低壓或是真空的環境，在自然環境中便可作使用。」註一：利用電漿態物質具有的高活性及能量，激發電荷轉移等反應。此技術無需固定或密閉式的容器，受測物品尺寸不受限於容器大小。註二：亮黃色無機化學品，不含對人體有害的重金屬元素，是一種環保低碳的金屬氧化物質。 「大氣電漿」改變釩酸鉍光電極料表面，產生氧空缺結構，圖為「大氣電漿」表面處理示意圖。　圖／蒲盈志提供大氣電漿改變電極表面的微結構產生氧空缺保護層，「電漿處理過的電極表面通常親水性會比較好，光電轉換中電荷傳輸的能力也會提升。」蒲盈志說明，氧空缺保護層的產生解決釩酸鉍過去所面臨的低化學穩定性問題。同時，也利用臨場暫態吸收光譜（註三）從中研究發現，「氧空缺結構可暫時將負電荷留在空缺當中增加存在時間，使正電荷更容易與水產生氧化反應。」蒲盈志解釋，大氣電漿使得此光電極電荷分離與轉換效率大幅提升。註三：利用雷射光激發電荷的方式，觀察化學反應中電荷的行動模式、生命週期、位置等，由此判斷表面電荷是否起到反應過程的幫助作用。 利用「臨場暫態吸收光譜」發現氧空缺結構對電化學系統產氫的幫助。　圖／蒲盈志提供經改善後，釩酸鉍光電極材料在光電化學系統水分解產氫的效能可達原先的3.4倍，提升了太陽光產氫的效能。而細節部分，釩酸鉍電極載子傳輸效率提至95%，系統中的光電轉換效率相較於現有製程也提升了四成，使生產效能逐漸與理論數據接近，對於太陽光的利用率也大幅提高，發展綠能資源在科學上的實際應用。國立清華大學材料科學工程學系教授吳志明認為：「此次研究中的載子傳輸率、光電轉換率提升，都對產氫效能有著關鍵性的影響。而在未來商業化方面，需著重在如何增加面積製造的同時維持穩定的效能生產。」對於未來發展，蒲盈志說道：「未來也將朝理論值努力，我們也將嘗試將尺寸作大，突破實驗室規模，應用在更多層面，甚至希望說可以直接把它搬到戶外，讓它能夠直接在太陽光下使用。」而這種「低成本、易量產」的製備方式提供台灣未來能源更多的選擇，並期望與工業連結。此次研發技術使綠氫克服產製成本過高無法大規模應用的問題，讓綠能科技在社會上可被普及使用，促使台灣的科學研究在氫能源的發展，持續朝2050淨零排放目標邁進。

【記者羅子恆綜合報導】衛星本該是提供科學家更準確資料的媒介，但近幾年ISUAL團隊（註一）發現福爾摩沙衛星二號觀測的暉光層（註二）位置與實際暉光高度有極大差異。國立成功大學太空與電漿科學研究所教授談永頤帶領曾為ISUAL工程師的江致宇與團隊透過粒子密度研究暉光層，找出產生觀測誤差的原因，並提出解決方法。註一：ISUAL團隊是由政府成立，用以研究福衛二號資料的團隊計畫。註二：暉光是太空中中性粒子與電漿粒子的氣體釋放能量時所發出的光點，可在具有大氣層的星球周圍被觀測到。 福爾摩沙衛星二號進行路徑光源判定時，會以最接近地心的部分假定為發光源，而實際發光源其實在更高的位置上。　圖／國立成功大學研究團隊提供承載台灣科學的夢想，福衛二號於民國93年升空，其配備「高空大氣閃電影像儀」可監測高空短暫發光的現象，例如大氣暉光與極光等。然近幾年ISUAL團隊發現福衛二號拍攝的暉光層影像由2D轉為3D時會產生誤差，觀測目標的實際位置與測得影像相差約有20公里。談永頤表示，以小範圍太空現象來說，該距離是嚴重的偏差，但現有的研究無法解釋誤差是如何產生。研究團隊藉由計算暉光層中各粒子的密度，並透過電腦模擬發光點的真實亮度，再與福衛二號資料進行模擬比對，發現影響誤判的主因是光的「疊加性（註三）」。另外，團隊也找出誤差值僅2%至3%的公式，可利用福衛二號收集到的數據計算出暉光層高度。註三：疊加性是指當視線範圍內有多處光源時，光會互相疊加變得更亮。 國立成功大學研究團隊透過電漿粒子密度推演出的模擬影像，與福衛二號收集到的資料相差將近20公里。　圖／國立成功大學研究團隊提供暉光層的粒子變化會影響進入的電磁波，層內粒子通常會隨大氣層與地球磁場變化，進而干擾需用電磁波定位的日常工具，如全球定位系統（Global Positioning System, GPS）。暉光層無時無刻都在擾動，平時對相關工具無顯著影響，但發生劇烈改變時，就會造成GPS定位不精準。國立中央大學太空科學與科技研究中心副教授趟吉光說：「影響GPS主要與暉光層的粒子密度分佈有關，分佈不均勻會使傳遞造成困難。」團隊的研究有望幫助暉光層擾動GPS定位的問題得到解方，江致宇補充道：「科學家能透過大量準確觀測數據，進行分析研究，進而預測擾動的現象並尋找解決方式。」然而達成該目標還需一段時間，趟吉光說：「是否能持續觀察，以及資料能不能協助預測都是考量因素，因此未來還有很多事情要做。」太空看似遙不可及，但隨著科技不斷進展，越來越多研究證實太空的變化會影響人們的日常生活，如太陽風暴對電器的作用等。談永頤說：「當太空發生重大事件時，可能直接影響民眾生活，因此科學家透過衛星觀察太空現象為將來做準備。」江致宇也表示，了解暉光層能提供往後研究相關資訊，並期望在未來達成預測太空現象的目標。 國立成功大學太空與電漿研究所教授談永頤帶領團隊研究太空暉光層高度差異之謎團。　圖／國立成功大學研究團隊提供

【記者林昕璿綜合報導】芒果易受炭疽病或黑斑病感染產生黑斑，使銷售外觀不佳，進而造成農民損失。中國醫藥大學牙醫學系教授劉沖明帶領學生團隊，透過高電場電漿，發明可消除芒果表皮細菌與黴菌的「電漿芒果表皮殺菌系統」，並於「2020第十四屆波蘭華沙國際發明展」奪得金牌。 中國醫藥大學牙醫學系教授劉沖明帶領學生團隊，藉由高電場電漿，製造可消除芒果表皮細菌與黴菌的「電漿芒果表皮殺菌系統」。　圖／中華創新發明學會提供「此電漿技術最大的突破在於，解決高壓放電過程會釋放的臭氧物質。」劉沖明解釋說，由於臭氧具有強氧化性，會使受測水果氧化，影響受測物品質。為解決此問題，團隊透過調整正負電極間距與空氣濕度，來控制電漿強度，避免電壓過高使空氣中部分氧氣轉變，形成臭氧。而團隊開發的殺菌系統會加裝於農產品包裝軌道上，在芒果隨著軌道滾動，如過山洞般依序通過裝置時，進行表皮殺菌。 電漿芒果表皮殺菌系統藉由調整正負極間距與空氣濕度（水氣會影響導電性），避免殺菌過程產生臭氧，影響受測水果品質。　圖／中國醫牙醫系團隊提供芒果表皮常產生的黑斑病變，主要是炭疽病與黑斑病所造成，這兩種疾病分別屬於真菌與細菌感染。此殺菌系統藉由電漿技術，透過電漿極網架上下兩片負極平板，以及中間正極的鋼絲，產生3D立體電場，使細菌與黴菌無法附著於芒果表面。此外，當空氣經過電場時，則會被迅速解離為電漿離子，而該離子又可破壞細菌與真菌的細胞壁，以達到芒果表皮殺菌效果。 裝置由上下兩片負極平板，與中間作為正極的鋼絲組成，而電流通過形成的電場，其作用範圍並不侷限於正負兩極間的垂直方向。　圖／中國醫牙醫系團隊提供芒果外銷貿易商通常會透過溫湯（註1）或蒸熱（註2）處理方式抑制炭疽病，並延長芒果保存時間，小崇ㄉ果園負責人李裕崇說：「若溫度調控不佳，熱水溫度不足以破壞細菌與黴菌，反而會使帶有病原的芒果發病。」因此，他認為此殺菌裝置可運用於溫湯處理階段之前，以提早去除致病原。民眾黃美華則認為，此裝置以無藥物殘留的殺菌方式，來維持芒果賣相，可以讓民眾在購買上更為安心。不過，他也提出裝置成本可能會轉嫁至消費者的疑慮。 芒果表皮產生黑斑病變的來源有二，其一來自炭疽病的真菌性病害，其二則來自黑斑病的細菌性病害。圖中為凱特芒果。　圖／林昕璿攝註1：溫湯為將果實浸泡於50至60度的熱水中，處理時間至多10分鐘，以防治潛藏於果皮表面的病原菌，可抑制芒果的炭疽病。註2：蒸熱為利用高溫蒸氣，使果心溫度達每30分鐘46.5度，處理流程約需三至四小時，主要目的為破壞東方果實蠅蟲卵，另也可抑制炭疽病。劉沖明談到，目前系統運用仍處於初步研發階段，雖能廣泛應用於表皮有殺菌需求的水果，但距實際進入商業量產仍有一段距離。「還需考量水果的滾動速度，以確保水果在翻面過程中，能被充分殺菌。」他說，團隊會進一步與廠商合作，希望未來能經由感測與監測器的安裝，即時監控水果翻面狀況，以調控軌道翻滾模式與速率，讓此殺菌系統更為完備。 中國醫藥大學牙醫系團隊學生表示，在細菌培養至檢測的過程中，最困難的部分為環境模擬，因其步驟相當繁瑣。　圖／中國醫牙醫系團隊提供

【記者范莛威綜合報導】氫能源為現今社會發展綠能的重要方向，除了化石能源製造氫之外，另一種方法則為電解海水取得氫，可因此法成本較高尚未普及。國立清華大學材料所博士生沛維翠和蘇東盛，在清大材料所教授嚴大任的指導下，完成了「電漿子奈米天線搭配雙層二硫化鉬實現高效率析氫反應」論文，可讓電解海水的析氫效率提升30倍以上，進而降低製氫成本。目前現況大多以化石能源製氫，但因天然氣的成本經常浮動，和開採化石能源消耗地球資源，利用此方法製氫並非最佳，而電解水製造氫，則碰到催化劑二硫化鉬的效率低落、花費高等問題。此研究便是將奈米天線加入進二硫化鉬中，讓整套系統的效率提升。 奈米天線與二硫化鉬結合的示意圖，將奈米天線放置在二硫化鉬薄膜之下。　圖／范莛威製作利用光反應分解水取得氫的過程中，因為二硫化鉬的半導體特性、導電性及化學穩定性佳，故以其為催化劑，而在催化劑中加入電漿子奈米天線，可使二硫化鉬的光催化效應提升，便能捕捉更多的光，蘇東盛說：「就像大力水手吃了菠菜，加入奈米天線的二硫化鉬，析氫的效率就會大大提升。」此研究成果被選為國際能源期刊《前瞻能源材料》（Advanced Energy Materials）十月版的封面故事。 二氧化鉬結合奈米天線產生析氫反應示意圖，該示意圖同時被選上Advanced Energy Materials 期刊封面。　圖／蘇東盛提供在研究中最花時間的，便是構思整個概念，嚴大任說：「主要是和學生討論奈米天線的設計，以及如何最佳化它的效率，大致解釋清楚後，學生就會繼續做下去。」嚴大任也提到，研究後的成果要商業化，必須克服降低成本與奈米天線大面積生產的問題。「目前奈米天線是以電子束微影製作，成本高且時間長，未來將尋找替代製成來大面積製造。」蘇東盛補充。除了製造氫之外，如何運送且保存氫也是一大困難。在氣體中，氫氣屬於易燃氣體，高壓儲存也容易導致爆炸。且氫為無味氣體，若是洩漏在空氣中，也會難以察覺。氫能的應用範圍相當廣泛，例如：燃料電池汽車、燃料電池發電等等，且氫氣屬於環境友善能源，採用氫氣發電不會排放大量二氧化碳。立法院於2015年通過「溫室氣體減量及管理法」，將對排放溫室氣體的企業收費。蘇東盛說：「而若未來達成大量產氫的目標，相信對於未來能源的選項提供另一種選擇。」

【記者吳佩容綜合報導】國立成功大學、長庚科技大學、國立台灣大學三校合作，將原先為生物醫療而研發的電漿技術，轉型改良用於農業。研發團隊仿造大自然產生天然養份的模式，製作出能夠直接將空氣轉換為電漿氮肥的機器。而電漿氮肥相較於一般市售氮肥，較不會產生金屬殘留土壤的問題，對環境更加友善。固態、液態、氣態為大家所熟知的三個物質狀態，而電漿則屬於第四態，介於液體和氣體間，現多使用在工業鍍模、電漿電視或醫療器材等處。此研發團隊偶然接觸到臺灣的生物農業產業，因此開始研究電漿氮肥。該電漿氮肥製造機並於9日在2018第二屆全國慈悲科技創新競賽，以「電漿科技在生農領域之應用」為題，一舉奪得冠軍和工研院公益委員會特別獎。團隊成員、台大醫學院暨工學院醫學工程學研究所學生黃書葦表示，市面上的氮肥無法只以純粹的氮為原料，需搭配其他化學合成物質，如：硫酸、硝酸等。這些植物無法吸收的化學物質便會殘留在土地中，許多土地都因此而酸鹼化，造成植物生長不佳，又會再需要更多化學肥料，因此形成惡性循環。該機器則是以空氣、水和能量為原料，經過機器處理後轉換為自然的電漿氮肥讓植物吸收，因此並不會對土地造成長期或永久的汙染。關於機器的運作原理，指導老師盧仁傑說：「其實就和閃電的原理一樣。」氮的性質非常穩定，不容易發生化學反應，閃電時所產生的巨大能量，卻能夠使氮分子分離成兩個原子，氮原子便會與氧結合生成一氧化氮或二氧化氮。其中二氧化氮溶於雨水浸滲到土壤後，土壤中的細菌會將其轉化成植物所需的養分，便成為天然肥料。 指導老師盧仁傑正在解釋機器的應用與相對應的位置，一個手掌能夠拿起的機器就有辦法直接將空氣轉換為天然氮肥。　圖／吳佩容攝而團隊所研發的機器，正是複製了大自然雷雨的情境，將閃電時所發生的化學變化人造到機器中，因此對土地的危害相對較小。機器本身十分輕巧，且只要將其安裝在供水的源頭或是出水口，接上管線，便能同時達到施肥和澆灌的功用。 機器的兩面有IN與OUT字樣，分別接上流入和流出的水管，透過機器運作，電漿氮肥會和灌溉的水源一同流出。　圖／吳佩容攝團隊現今已在臺灣各地尋找農民試驗機器，盧仁傑表示：「研發確實困難，但最令人頭痛的部份是說服農人們使用，第一步就是要先學會說台語。」由於臺灣政府大量實施肥料補貼政策，面對便宜的肥料，起初農民們對機器不屑一顧。研發團隊只好轉向先和政府、農會合作，再透過他們去接觸農民，才終於得到一些回應，目前在臺灣各地都有合作的田地。世界近年來由於施肥過度，對土壤的傷害加劇，全世界的可用耕地越發減少。然而人類平均所得越來越高，消費水準也隨之增加，因此對於糧食的需求亦跟著上升，而有越來越多糧食短缺的狀況發生。盧仁傑表示，因此團隊希望由根本解決問題，期待在不改變現有農業灌溉方式下，降低肥料對環境的傷害。 指導團隊與所研發機器的合影（中左為盧仁傑，中右為洪健耀，為此次競賽之指導老師）。　圖／吳佩容攝