前瞻技術脈動：能源技術（202506）
科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2025年3月12日
圖、前瞻技術脈動：能源技術（202506）
人工智慧如何幫助防止未來斷電
隨著電力需求上升，維持穩定供電成為一大挑戰。人工智慧技術不僅能預測用電量與再生能源發電量，還能輔助電力設備檢修，有效預防斷電。
2021年美國德州風暴突顯了全天候供電系統的脆弱性。儘管並非所有地方的冬天都像北美那樣嚴酷，但全球對電力的需求不斷攀升。從充電電動車到家庭空調的安裝，人們在日常生活中對電力的依賴越來越高。各國也積極轉向再生能源，但再生能源的發電量卻因天氣變化大而不穩定。英國政府警告未來可能面臨停電，除非建立新的燃氣發電站作為“後備”。另一種提高能源系統彈性的方法是增加巨大的電池在電網中。這些電池可以在有多餘電力時充電，然後在需求增加時釋放電力。然而，要有效運作，需要精準預測最佳充電和放電時間，這就需要複雜的能源需求預測。人工智慧軟體已經被用來預測電力供應和需求，協助決策電池操作時機。同時，人工智慧也應用於預測天氣模式，提供更準確的風力和太陽能發電預測。此外，人工智慧還用於監控電力基礎設施，即透過人工智慧掃描電纜、鐵塔和變電站的圖像來識別損壞的跡象，例如零件損壞或生鏽。該系統還可以識別樹木和其他綠化植物何時長得離電線太近，及早處理來防止線路受損造成停電，也可以降低設備維運的風險，如由於電線與樹木接觸而引起的野火，或是野生動物觸電而亡引起的變電站大規模爆炸。隨著電力需求持續增長，人工智慧將成為預防停電的關鍵。
參考資料：How AI is helping to prevent future power cuts. BBC News. 2024/04/11.
航空業最大的氣候挑戰：缺乏清潔燃料
航空業的強勁需求可能促使其他產業轉向使用棕櫚油等對氣候有害的原料，並以來自美國中西部的玉米乙醇作為「解決方案」。
LanzaJet Inc.耗資2億美元的工廠將是第一家將乙醇轉化為與噴射引擎相容的燃料的工廠。該設施是全球各地試圖解決綠色航空旅行面臨的最大問題之一的眾多努力之一：尋找和開發更清潔的原料，可以產生大量燃料。我們看到了清潔燃料產業想要發展的一個方向。如今，大多數永續航空燃料(SAF)均來自相對稀缺的動物脂肪和廢油。環保組織警告稱，航空業的強勁需求可能會促使其他產業轉向使用棕櫚油等有害氣候的原料。航空公司正在倡導制定允許玉米乙醇有資格獲得SAF稅收抵免的規則，這增加了對玉米和其他作物的需求，不僅在美國，而且在全球範圍內刺激了土地利用的變化。這些變化包括清理富含碳的草原和森林以種植更多作物，這抵消了以玉米為原料的乙醇的大部分氣候效益。
參考資料：The airline industry's biggest climate challenge: A lack of clean fuel. TechXplore. 2024/04/15.
垃圾每年可取代四分之一的石油噴射燃料
如何有效地將廢棄物轉化為永續航空燃料，可以通過先將廢棄物轉化為生物原油，再將其煉製成航空燃料。美國航空業使用約220億加侖的噴射燃料，產生約10億噸二氧化碳，佔全球碳排放的3％。美國能源部太平洋西北國家實驗室的研究團隊發現，再生燃料製造廠每年能生產30至50億加侖的可持續航空燃料。這些加侖數可以替代美國年度噴射機燃料供應的15％至25％。
該研究認為再生燃料製造廠如建在機場附近，將燃料運送至機場所額外需要基礎設施較少，並避免垃圾長時間堆放產生甲烷。透過將污泥、農場糞肥、食物殘渣、木材、紙張等轉化為生物原油，在煉製成永續航空燃料，不僅減少了對石油的依賴，也降低了航空業碳排放量，相關研究成果已揭露於《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊上。
參考資料：Garbage could replace a quarter of petroleum-based jet fuel every year. TechXplore. 2024/04/18.
研究人員開發出能夠在幾秒鐘內快速充電的鈉電池
現有的鈉離子電池面臨功率輸出低、儲存性能差和充電時間長等限制，因此需要開發下一代儲能材料。創新的混合儲能系統將電池的陽極材料與超級電容器的陰極材料結合，實現高儲存容量和快速充放電速率，成為鋰離子電池的有力替代品。
鈉(Na)的儲量是鋰(Li)的500多倍，最近因其在鈉離子電池技術中的潛力而受到廣泛關注。然而，現有的鈉離子電池面臨根本性的限制，包括功率輸出較低、儲存性能受限和充電時間較長，因此需要開發下一代儲能材料。開發具有高能量和高功率密度的混合電池需要改進電池型負極的緩慢儲能速率以及增強超級電容器型正極材料的相對較低的容量。團隊利用兩種不同的金屬有機框架來優化混合電池的合成，用於高性能鈉離子混合儲能的3D多孔富氮石墨碳框架的陰極。這種方法透過在源自金屬有機骨架的多孔碳中包含精細活性材料，開發出了具有改進動力學的陽極材料。組裝的全電池由新開發的陽極和陰極組成，形成高性能混合鈉離子儲能裝置。此元件超越了商用鋰離子電池的能量密度，並展現出超級電容器功率密度的特性。(1720字；圖1)
參考資料：Researchers develop sodium battery capable of rapid charging in just a few seconds. TechXplore. 2024/04/19.
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