什麼 樣 的 秘密 呢 小小 的 一 片 綠 葉 訴說 著 亙古 不變 的 定律 幾百萬 年 的 進化 讓 植物 成為 地球 上 對於 太陽能 利用率 最 大 的 生物 很多 研究 都 朝 光合作用 這 個 方向 進行 開發 1882年 美國 科學家 恩格爾曼 以 絲藻 實驗 證實 光合作用 所 吸收 的 光 就 是 葉綠素 所 吸收 的 光 1991年 瑞士 科學家 Gratzel 以 多孔性 奈米 二氧化鈦 做為 半導體 並 學習 大自然 添加 人工 合成 染料 提高 吸收 太陽能 的 效能 這 是 最 早 的 染料 敏化 太陽能 電池 臺灣 也 不遑多讓 2008年 __UNDEF__ 由 廖重賓 教授 直接 運用 葉綠素 與 脫鎂葉綠素 開發出 全球 第一 顆 電流量 可觀 沾濕 即 用 的 葉綠素 一 次 電池 每當 科技 遇到 無法 突破 的 難關 時 人們 就 會 回頭 向 大自然 取經 這 一 次 古老 的 葉綠素 或許 可以 幫助 我們 度過 能源 耗竭 的 危機 歡迎 收看 綠色 幸福 學 讓 我們 用 綠色 的 行動 綠色 的 觀念 一起 來 學 幸福 今天 要 聊 的 是 葉綠素 的 秘密 葉綠素 到底 有 什麼 秘密 呢 葉綠素 不 就 是 個 植物 裡面 就 是 好像 行 光合作用 那 個 東西 嗎 到底 跟 我們 環保 跟 我們 的 生活 有 什麼 密切 的 關係 嗎 那 因為 要 談 它 的 秘密 所以 我 就 不能 講 太多 就 要 把 它 當 秘密 來 保持 一下 它 的 神秘感 來 __UNDEF__ 首先 介紹 一下 今天 來到 現場 的 四 位 觀眾 朋友 關心 環保 議題 的 上班族 陳佳雯 臺大 地理 環境 資源 學系 董冠麟 環保 節目 企劃 __UNDEF__ 蘇名 盛 臺灣 科技 大學 專利 研究所 的 研究生 徐凰殷 OK 歡迎 四 位 然後 我 先 要 問 一下 大家 講到 葉綠素 你們 想到 什麼 直接 想到 就 是 吃素 所以 每 一 種 菜 都 有 葉綠素 綠色 的 都 有 黃色 的 沒有 黃色 奇妙 了 吧 對 不 對 __UNDEF__ 葉綠素 到底 是 我 其實 也 搞 不 太 清楚 是 綠色 植物 才 有 葉綠素 還是 其實 什麼 植物 都 有 好 __UNDEF__ 沒關係 反正 今天 有 人 會 解答 然後 凰殷 妳 是 專利 研究所 就 負責 很多 專利 的 研究 那 個 葉綠素 跟 妳 有 什麼 相關 嗎 其實 是 我 在 大學 的 時候 有 做 過 一 個 實驗 __UNDEF__ 小 實驗 就 是 在 二氧化鈦 基底 上 塗 植物 的 汁液 這樣 汁液 然後 就 拿來 發電 發電 所以 妳 說 妳 所 知道 的 葉綠素 它 可以 發電 對 到底 葉綠素 它 有 什麼 秘密 我們 現場 請到 了 兩 位 我們 的 來賓 第一 位 是 臺灣 科學 教育館 的 老師 張榮桂 __UNDEF__ 阿桂 老師 大家 好 第二 位 是 中興 大學 化學系 的 葉鎮宇 葉 教授 主持人 好 __UNDEF__ 各 位 觀眾 好 OK 阿桂 老師 我 想 先 問 一下 剛剛 也 有 人 講到 發電 植物 真的 拿來 發電 嗎 就是說 葉綠素 是 真的 可以 發電 的 東西 嗎 我 也 要 先 跟 大家 說明 一下 所謂 的 發電 不 是 像 我們 那 個 什麼 電力 公司 在 什麼 日月潭 發電 一下 那麼 大量 的 電 我們 可以 知道 的 像 是 一 顆 電池 的 電 或者 是 一些 需要 我們 隨身 攜帶 的 一些 小 的 電流 那 這 個 部分 很多 的 植物 上面 都 具備有 這樣 的 功能 那 個 阿桂 老師 要不要 聊 一 聊 葉綠素 發電 原理 是 什麼 呢 或 它 怎麼 會 產生 電 通常 來 說 一 個 物質 能夠 產生 電 最 主要 是 我們 從 原子 的 結構 最 簡單 的 來 說明 一下 我們 知道 原子 結構 是 有 一 個 原子核 原子核 外 有 一些 電子 在 圍繞 著 在 轉 如果 這 個 核 外 的 電子 受到 外來 的 激盪 譬如說 光線 或者 是 熱量 讓 核 外 的 電子 跑出去 了 它 一 跑出去 就 好像 自由 亂飛 一樣 所以 叫 自由 電子 我們 知道 電子 是 帶 負電 的 如果 有 一 個 帶 正電 核 它 就 很 容易 被 吸過去 了 那 電子 在 移動 的 過程 當中 就 叫做 電子 流 那 和 我們 習慣 所 講 的 電流 當然 方向 相反 那 意思 就 產生 一 種 流動 那 這 個 電子 在 流動 著 就 可以 幫 我們 做工 所以 會 這樣子 移動 的 都 會 產生 電力 這 就 是 電力 的 來源 所以 阿桂 老師 這 個 電 是 應該 變成 一 種 電池 還是 說 就 是 一些 植物 把 它 比方 打成 汁 什麼 它 就 能 抽電 出來 你 看 我們 一般 光合作用 的 時候 太陽 一 照射 太陽 是 一 個 能量 一 照射 以後 讓 葉綠素 相當於 一 種 觸媒 一樣 它 就 會 把 它 的 電子 釋放出來 是 那 釋放出來 它 去 推動 它 結果 會 放出 吸收 二氧化炭 放出 氧氣 和 水氣 無形 中 就 製造 一些 循環 我們 就 利用 它 既然 可以 受到 陽光 而 能夠 放出 電子 的 這 種 現象 我們 想 辦法 把 它 收集 起來 那 不 就 是 我們 可以 去 用 的 現象 了 嗎 在 這 個 所謂 葉綠素 產生 的 電 它 有 一定 的 就 是 以 現在 研究 的 狀況 來 講 能 算得出來 它 能 產生 多 大 的 電量 嗎 目前 為止 能夠 產生 的 量 並 不 多 我 舉 個 例子 來 說 大概 如果 一 個 普通 乾電池 是 1.5 伏特 的 電壓 是 我們 葉綠素 大概 有 0.6 __UNDEF__ 0.7 伏特 就 已經 不錯 了 也就是說 在 電池 在 流動 的 時候 我們 把 它 稱為 電流 是 那 你 有 一 個 電壓 有 一 個 電流 那 才 會 產生 能夠 幫 我們 做工 就 像 我們 室 內 的 電 也 是 一樣 它 一定 有 一 個 電壓 我們 現在 大概 是 110 伏特 220 伏特 那 也 有 一些 電流 譬如說 10 安培 或者 多少 安培 才 可以 驅動 我們 所 要 做 的 事情 斗哥 __UNDEF__ 我 有 問題 來 __UNDEF__ 佳雯 請問 我 很 好奇 說 那 個 因為 葉綠素 電池 是 從 葉綠素 來 的 那 因為 植物 它們 其實 不同 的 顏色 會 有 不同 深淺 的 顏色 那 是 不 是 不同 濃度 的 葉綠素 也 會 影響到 那 個 電池 發電 的 效果 效率 OK 她 這 個 問題 非常 好 黃色 的 植物 有 沒 有 葉綠素 其實 還是 有的 只是 多少 的 問題 而已 那 綠色 的 植物 裡面 我們 很 明顯 的 一般 的 觀點 我們 發現到 其實 顏色 較為 深 的 物質 那 個 葉子 呢 它 含有 的 葉綠素 的 量 會 比較 多 它 產生 的 電流量 也 會 比較 多 我 在 實際 上 在 做 的 時候 我們 做 了 一 個 簡單 的 比較 譬如說 我們 用 了 那 個 榕樹 的 葉子 和 或者 是 青江菜 的 葉子 我們 知道 青江菜 葉子 或 榕樹 葉子 都 比較 綠 比較 綠 那 我 也 用 茼蒿 茼萵 或者 是 那 個 所謂 大陸妹 的 材料 看起來 比較 淺 一點 淺 一點點 所 產生 的 電流量 會 不 一樣 但是 電壓量 差不多 好 __UNDEF__ 那 我們 聊完 了 自然界 的 葉綠素 我 要 跟 葉 教授 聊 一 聊 葉 教授 專門 研究 人工 葉綠素 是 所以 你 的 人工 葉綠素 是 把 自然 的 葉綠素 提煉成 什麼 東西 還是 你 去 用 什麼 東西 把 它 調成 葉綠素 我們 講 的 人工 葉綠素 實際 上 是 我們 用 人工 去 合成出來 的 運用 在 太陽能 電池 上面 那 我們 一般 聽到 的 太陽能 太陽能板 是 大概 就 是 放 在 屋頂 上面 看起來 黑黑 的 那 種 矽晶 太陽能 那 我們 在 研究 的 那 個 染料 敏化 太陽能 電池 呢 是 最 新 世代 的 太陽能 電池 因為 這 一 種 新 世代 的 太陽能 電池 其中 最 關鍵 的 材料 之 一 就 是 那 一 個 染料 那 在 過去 20 幾 年 這 個 染敏 電池 這 一 個 領域 的 發展 裡面 呢 這 個 染料 都 是 被 一 種 釕 金屬 錯合物 所 主導 它 是 一 種 染料 那 但是 因為 釕金屬 它 是 一 種 稀有 金屬 另外 它 也 會 有 一些 環境 污染 的 問題 那 我們 知道 說 大自然 利用 葉綠素 __UNDEF__ 是 將 太陽能 轉換成 化學能 的 歷史 已經 有 數十億 年 了 我們 取法 於 大自然 所以 我們 就 想到 說 希望 用 人工 的 方式 去 合成 這 個 人工 葉綠素 然後 把 它 運用 在 染料 敏化 太陽能 電池 上面 瞭解 了 實際 上 如果 是 用 天然 的 葉綠素 去 當 染料 然後 用 在 染料 敏化 太陽能 電池 上面 的話 也 有 很多 人 做 過 但是 它 的 效率 一直 不 高 大概 __UNDEF__ 最多 的話 大概 百分之6點 多 那 用 我們 人工 葉綠素 去 做 的話 大概 可以 做到 百分之12點 多 這樣子 這樣子 2013年 麻省理工 學院 化學家 丹尼爾諾切拉 首次 成功 開發 人造 樹葉 其 光合作用 效率 是 自然界 樹葉 的 10 倍 研究 小組 只是 以 樹葉 做為 他們 設計 太陽能 電池 的 一 種 形狀 以 取得 更多 電能 這 種 電池 可以 安裝 在 房屋 頂部 或 旁側 其 存在 的 目的 是 提供 由 太陽 取得 的 電能 將 水 分解為 氫氣 跟 氧氣 並 儲存 以 用於 燃料 電池 之上 通過 這 兩 種 氣體 來 產生 電流 其 所 產生 的 電力 足夠 支持 一 個 發展 中 國家 的 家庭 一 天 的 用電量 斗哥 __UNDEF__ 我 有 問題 來 __UNDEF__ 凰殷 __UNDEF__ 請問 就 是 剛剛 那 個 葉 教授 有 提到 用 二氧化鈦 的 塗料 作為 基底 那 二氧化鈦 它 自己 本身 的 顆粒 大小 對於 太陽能 的 光電 轉換 效率 有 沒有 關係 二氧化鈦 在 這 個 染敏 電池 裡面 它 是 當 電極 的 材料 那 一般 這 個 二氧化鈦 顆粒 大小 大概 是 在 20 到 30 奈米 它 的 太陽能 電池 的 效率 是 最 好 的 瞭解 __UNDEF__ 瞭解 那 把 這 個 二氧化鈦 奈米化 之後 呢 就 是 這 個 二氧化鈦 它 可以 吸附 的 染料 的 量 會 增加 那 它 吸附 染料 的 量 增加 的話 它 可以 吸收 的 太陽光 就 會 比較 多 所以 它 的 光電 轉換率 就 會 比較 好 懂意思 __UNDEF__ 懂 意思 斗哥 __UNDEF__ 我 有 問題 來 __UNDEF__ 名 盛 我 想 請問 一下 葉 教授 那 這 個 人造 的 葉綠素 跟 釕金屬 比起來 現在 哪 一 個 成本 比較 低 呢 以 目前 來 講 的話 因為 人工 葉綠素 還 沒有 大量 生產 所以 以 目前 的 成本 來 講 還是 釕 金屬 錯合 的 成本 比較 低 但是 如果說 將來 在 大量 生產 的話 我 相信 它們 兩 個 的 成本 應該 是 相當 的 或者 說 人工 葉綠素 甚至 會 更 好 因為 我 剛剛 也 有 提到 說