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2015-02-01走路就來電 腳下的能源
542 期
Author 作者
甘魯生／前中研院化學所研究員，前大同大學講座教授。臺大化學系學士，美國杜肯大學博士。退休後熱衷於綠色化學及永續能源的推廣。
全球用能量逐年增加2000年耗能406兆BTU（英制的能量單位，1度電約等於3412.3 BTU），到了2015年估計將增至543兆BTU。再過15年會到687兆BTU，每5年約增加百分之十。長此以往，地球上的資源不但終有用盡的一天，也會因為石化燃料、核能或水力的利用，加劇了環境污染。所以目前的情況是，一方面資源將用盡，生活會無以為繼；另一方面卻破壞了環境，使人類無法生存。因此尋求乾淨（綠色）的永續能源是唯一出路，而且要是人類負擔得起的，才算是可以應用的永續能源。
「踏」出能源
人類的活動，不論行走、跑、跳或乘車、舟，或飛機在行進間都會產生動能，但這些動能都浪費掉了。如果能把這些動能，以電能的形式儲存下來，只要人類的活動不停止，這種能源也就取之不盡。這種能量不會對環境造成衝擊，也不會產生多餘的溫室氣體。因此利用人的步行、車輛壓過路面等方式，使壓電材料變形，產生電動勢來收集電流，是一新的想法和設計。客觀的情勢也有這樣的趨勢。首先是技術已漸成熟，其次是傳統能源總量有限，會愈用愈少，終有用罄的一天。最後是由於國際公約的規範，每個國家都必須在節能減碳上思索，並付諸行動。
壓電現象的產生，是具此性質的固體受壓擠、伸張、扭曲或振動時，使固體內正負電荷分離而產生電壓，因此產生電流來消除此電壓。此現象是可逆的。也就是說，壓電材料在外加電場或音波的情況下，會產生伸縮、扭曲或振動現象。結合壓電現象及逆壓電現象，在日常生活中可以應用之處很多。大者如聲納、電能變換器，小者如吉他上的收音感應器、瓦斯爐點火器等，可說是無處不在。
能量地板（PowerFloor）是雷德蒙（Elizabeth Redmond）2006年在密西根大學（University of Michigan）念書時，作作業（後來的畢業論文）時產生的一個構想。據此，她在2008年創立能源跳躍公司（POWERleap），來製造及推廣這項產品，自任執行長（2010~2014年，共3年6個月），被探索頻道（Discovery Channel）譽為快速發展的公司。
雷德蒙所製的能量地板大小為50平方公分、8.5公分厚，在發展期間（2007~2009年）得到許多獎勵。她本人甚至應全球客戶的要求，到處展示產品。能量地板每踏一步可發電5瓦，對小型電器的供電非常實用。雷德蒙更利用這個優勢，成立了coWorkr公司。其主要業務為利用壓電板（已改名為聰明地板，SmartFloor）發電，來啟動無線感應器。可隨時偵測辦公室、工作場所及庫房的各種狀況，也可應用在運輸、建築、衣著、醫藥等方面。
大約在雷德蒙研發創業的同時，英國人庫克（Laurence Kemball-Cook）在羅浮堡大學（Loughborough University）求學時，就有以壓電板發電的想法。當他的同學們畢業後在辦公樓過著穩定的職場生活，庫克卻窩在臥室裡，繼續研究他的壓電板。他在2007年創立了帕維根系統公司（Pavegen Systems）。最初，他拿著研發出來的成品到街頭展示，但常遭到警察驅趕。經過不斷的努力，終於爭取到世界級（2012年的倫敦世運）的亮相的機會。他的產品效率大，每踏一步平均可產生7瓦的電力，比雷德蒙的能量地板高出40％。而最令人驚艷，也令人欣喜的是，此產品的製作材料中，除了利用回收的橡皮及可回收的聚合物外，更宣示不含鉛，因為鉛是有毒的環境污染物。庫克的產品不但立下了新的標竿，更進一步符合乾淨能源的要求。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第542期】