子計畫八：綠能設施開發
主持人：宋振銘
團隊成員：楊錫杭、林俊良、許志義、汪俊延、賴盈至
一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
以國立中興大學校園節能減碳特色規劃，實踐智慧綠能農牧場系統整合創新之商業模式，落實技術成果與管理模式成功移轉至產業生根，期能藉此達到節能減碳、電費節約、技術創新、專利產出、學術論著、人才培育、帶動能源技術服務(ESCOs)之產業發展、增加綠色就業機會等多元目標與價值。綠能設施已開發出溶氧量及重金屬感測器，完成了遠距無線通訊通訊模組(LoRa Node-RYLR896)對傳測試與經由gateway接收模組的資料傳送，太陽能染敏化電池的材料開發成果刊登於頂尖期刊，農牧廢水與類共晶鎂合金產氫及淨水處理已有先期的成果。
1.將鎂合金廢料轉變成產氫材料技術；並使該技術確定合理化。本計一重點在於進一步將上述廢料產氫材料用於農牧廢水(養牛欄舍清洗牛隻排泄物廢水)，探究其產氫的定性觀察及探究產氫完製程後，廢水中的主要陰離子變化。期藉此計畫，將渾濁的農牧廢水，變成澄清的放流水；而同時製造氫能源。
2.國內目前關於非貴金屬觸媒水電解產氫研究仍有相當大發展的空間，可以用較為便宜觸媒而使成本得到顯著降低。本計畫將開發非貴金屬製備技術，並研究其參數、形貌結構、催化能力和應用在水電解產氫中之所表現的效能，克服所遭遇到的問題。目的是期望此新穎性觸媒材料，具有價格優勢、良好反應活性和高穩定度。此研究成果，不僅能發表於國際重要學術期刊，並擁有專利能夠轉移給業界，以提升台灣在電解產氫領域之競爭力。
3.透過對微生物族群、各種功能性微生物及相關酵素之解析與組合運用，圖能針對木質纖維素建構能高效率且能穩定控制之生質綠能生產程序及轉化為農業資材之再利用程序，以達循環農業之目的，兩大重點程序包括創新纖維素糖化製程及創造高效高附加價值精煉程序，利用創新的物理發電機制，實現以布為基礎，靈活、輕量、環境適應性強、可廣泛實施、可大範圍收集、同時收集多種環境能源(自然(風、雨滴)能源與人體運動能源)的多功能奈米發元件，利用布料同時收集微小、紊亂的自然能源與人體運動的能量；不僅如此，奈米發電布也可作為主動式、自驅動的柔性人機介面；這項成果打開物聯網能源、遠端能源、離散能源、穿戴能源等新科技的能源思維，同時開啟智慧衣物新的大門。
4.本計畫以溪心壩農牧場(畜產試驗場)作為智慧能源運營模式之應用範例、同時探討其營運模式在綠能相關設施生命週期內之經濟效益評估及建立創新商業模式相關利害關係人彼此之間角色定位及獲利誘因機制，包括：太陽能發電業者、智慧能源管理平台運作者、電機工程業者、本校溪心壩農牧場(畜產試驗場)經營者、溪心壩農牧場(畜產試驗場)相鄰之工廠用電者等。
二、學術研究面向推動重點、成果與特色亮點
主要以先端技術產青農牧廢水再利用製造氫氣與同步淨化處理；發結合農牧廢水及廢鎂鑄塊反應產氫。利用2種廢棄物的結合產生氫氣用以供給農場發電，也進一步將農牧廢水進行迅速的淨化以達到可排放標準。建立廢棄物循環利用之原料及綠能發電設施。利用不可回收之鎂廢料為原料製作之鑄塊有著產氫效果亦有淨化水質之功效，研究顯示其淨化總時間約只需6小時，所需時間大幅小於傳統三階段廢水處理時間(72小時)，柔性元件發電 透過機械能轉換電能的特性，更在衣服上成功開發出不需預先供給電源的自驅動感測衣物，利用手指觸摸可主動產生電訊號，可於操控音樂撥放器、電腦等裝置；為日後智慧衣物的發展打開了一道新大門。對於下世代電子裝置的能源供給問題，也為穿戴技術提供了新的願景。該成果發表於Advanced Functional Materials IF=15.621)，溪心壩農牧場(畜產試驗場)作為智慧能源運營模式之應用範例級探討其營運模式在綠能相關設施生命週期內之經濟效益評估，規劃上述創新商業模式相關利害關係人彼此之間角色定位及獲利誘因機制，包括：太陽能發電業者、智慧能源管理平台運作者、電機工程業者、本校溪心壩農牧場(畜產試驗場)經營者、溪心壩農牧場(畜產試驗場)相鄰之工廠用電者等。
圖1 本團隊研究被國際頂尖期刊Advanced Functional Materials選為封面文章
圖1 本團隊研究被國際頂尖期刊Advanced Functional Materials選為封面文章
三、產學合作面向推動重點、成果與特色亮點
1.利用物理發電機制，製造多功能奈米發元件之開發與萬福懋科技進行產學合作，產學金額60萬。
2.本計畫預計整合太陽能發電業者、智慧能源管理平台運作者、電機工程業者、本校溪心壩農牧場(畜產試驗場)經營者、溪心壩農牧場(畜產試驗場)相鄰之工廠用電者等。
四、研究貢獻面向推動重點、成果與特色亮點
1.最快速淨化農牧廢水(清洗排泄舍地板廢水)，於淨化過程中，同時製造氫能源。
2.利用物理發電機制，製造多功能奈米發元件之貢獻：
(1)不同於利用磁場變化的傳統發電機，本作品開發利用電場變化的發電機，破壞性創性物理的發電機制，此種新型發電機制可以收集超低頻率(<1Hz)、紊亂頻率的環境能源，突破傳統發電機需要高頻運動才能工作的限制，更不需要笨重的線圈與磁鐵。
(2)搭配材料與結構設計，實現世界上第一個以布為基礎，靈活、輕量、環境適應性強、可廣泛實施、可大範圍收集、同時收集多種環境能源(自然(風、雨滴)能源與人體運動能源)的多功能奈米發電布。這是世界上第一次單一能源採集元件可以同時收集
(3)多種環境能源(自然(風、雨滴)能源與人體動能)，首次突破過去單一發電機僅能收集單一能源的限制。
(4)因為雨水會中和材料上的電荷，破壞建立的電場，因此，過去奈米發電機受限於濕度、雨水的限制，我們發表的奈米發電機不僅防水，甚至能收集雨水的能量。
(5)傳統風力發電機僅能收集單一方向的風力，此奈米發電能同時收集不同方向的風能，打破風力發電機的限制。
(6)不同於過去奈米發電機的報導，此成果首次打破環境濕度的限制，使其可以實用化用於遠端能源、分散式能源、穿戴式能源。
(7)此奈米發電布也可作為主動式、自驅動的柔性人機介面，突破傳統被動式人機介面的限制(包含電力來源、不可撓等)。
(8)本作品破壞式創新的物理發電機制，實現世界上第一個以布為基礎，靈活、輕量、環境適應性強、可廣泛實施、可大範圍收集、同時收集多種環境能源(自然(風、雨滴)能源與人體運動能源)的多功能奈米發電布，這是世界上第一次能夠利用布料同時收集微小、紊亂的自然能源與人體運動的能量；奈米發電布也可作為主動式、自驅動的柔性人機介面；這項成果打開物聯網能源、遠端能源、離散能源、穿戴能源等新科技的能源思維，同時開啟智慧衣物新的大門。
圖說：賴盈至教授團隊獲2019年科技部未來科技突破獎
