2007/04/20

柴油引擎洗心革面

2007/04/20 第91期 訂閱╱退訂 看歷史報份

科學頭條新聞 柴油引擎洗心革面
發燒新鮮事 基因幫你老得更聰明
科學家觀點 魚視眈眈,誰是老大?
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柴油引擎洗心革面

改良後的引擎與排氣處理系統,再加上新開發的燃料,是否能讓省油的柴油車變得跟油電混合車一樣環保?

撰文╱艾胥利(Steven Ashley)
翻譯╱甘錫安

貨車司機打開車門,熱心地踩上駕駛座,手朝車頂伸去。他手伸得老長,把一條手帕掛在這輛新型柴油貨車的排氣管頂端。沒多久,黑煙裡的煤灰就把白色手帕染黑了一塊。他問:「這樣可以了嗎?」並拿下隨廢氣飄揚的手帕,我點頭謝謝他,拿回手帕。在美國紐澤西州這個高速公路休息區中,除了這輛怠速運轉中的貨車和另一輛18輪聯結車,不遠處還有一輛剛推出的新款賓士E320 Bluetec轎車。鑰匙一轉,這輛賓士車的柴油引擎立刻動了起來。過一會兒,我跪在車後,用一塊乾淨的布蓋住排氣管。即使放了將近一分鐘,布上還是幾乎沒有污漬。

這次可稱為「手帕測試」的實驗顯示,所謂的「潔淨柴油」已經不是自相矛盾的名詞了。柴油一向被視為污染最嚴重的能源,大眾一直有這種印象的主要原因是這種技術十分耐用,有很多幾十年的老車到現在還在路上行駛。E320只是先遣部隊,新一代的柴油轎車、運動休旅車和小貨卡不僅排放的空氣污染少得多,而且柴油引擎省油的優異傳統絲毫不受影響。舉例來說,E320的動力來源為3000c.c.、V-6引擎,每公升可跑15公里(高速/市區混合),加滿油後的行駛距離長達1255公里。

為了落實這樣的革新,新型柴油車運用了製造更少污染物的先進引擎、可除去煤灰並將廢氣轉換成無害氣體的排氣系統,以及北美地區2006年秋季剛剛上市、更潔淨的低硫柴油。除此之外,這些改進並沒有使其價格高到讓人難以接受。戴姆勒克萊斯勒(賓士汽車製造廠商)的研發董事韋伯(Thomas Weber)表示:「E320 Bluetec柴油款價格只比汽油款高出1000美元。」

福斯、奧迪、寶馬、本田、通用汽車、福特、PSA標緻雪鐵龍和其他車廠,也計畫在未來幾年內推出更潔淨的柴油車。這類汽車的環保程度和油電混合車相差無幾,但成本沒增加那麼多,傳動系統也沒有那麼複雜。汽車製造廠商希望讓新型柴油車、油電混合車和先進型汽油車攜手合作,填補現今汽車和未來氫燃料電池車之間的過渡期(請參閱2006年5月號〈省油環保車,充電再上路〉與2005年4月號〈氫燃料電池車乾淨上路〉)。

市場上近年來之所以迫切需要更省油、更環保的汽車,是因為降低化石燃料消耗量(同時降低二氧化碳排放量)已經成為避免全球暖化及降低美國對進口石油依賴程度的主要對策。根據美國環保署的資料顯示,如果美國有1/3的輕載重車輛(包括轎車、運動休旅車和小貨車)以柴油為動力來源,每天將可省下140萬桶石油,相當於沙烏地阿拉伯每天運到美國的石油量(沙烏地阿拉伯的原油有7%出口到美國)。

柴油引擎壓縮就能點火

柴油引擎的歷史十分悠久。德國工程師狄賽爾(Rudolf Diesel)於1890年代發明柴油引擎後,它很快就成為現代重工業與運輸業的重要支柱。汽油引擎必須以火星塞來點燃汽缸中的壓縮油氣混合物,柴油引擎則只需壓縮就能點燃油氣:活塞衝程將汽缸中的空氣壓得更緊密,提高溫度,注入的燃料便會自行爆發。通用動力傳輸部門柴油工程執行主管弗瑞斯(Charles Freese)指出,目前這種所謂的「壓縮點火引擎」(compression-ignition engine)消耗每單位燃料所產生的能量多於汽油引擎,因此行駛里程多出25~30%。舉例來說,一公升的燃料可供小型柴油車行駛17~21公里,但排氣量相當的汽油車則很少能超過每公升15公里。

弗瑞斯說,柴油引擎可提供「充沛的低速扭力(起步時的旋轉力),再加上新型渦輪增壓裝置(用以提升馬力),讓柴油引擎擁有優異的起步加速能力,因此極具駕駛樂趣。」但這種技術由於燃料特性和較高的燃燒溫度,其所產生的極細碳微粒(煤灰)以及構成煙霧與酸雨的氮氧化物,也比汽油引擎來得多。根據美國天然資源保護委員會潔淨燃料與車輛計畫主管凱瑟爾(Richard Kassel)估計,各種來源的柴油引擎廢氣(包含汽車、貨車、火車與道路外機具等),每年在美國造成2萬5000件早產夭折病例,以及因癌症、氣喘、支氣管炎與其他疾病而損失的250萬個工作天。凱瑟爾表示,如果能避免釋出這些空氣污染物,到2030年,全美國每年省下的醫療成本將可達到1500億美元左右。more 

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基因幫你老得更聰明

人可以越老越聰明!?

撰文╱蔡宙(Charles Q. Choi)
翻譯╱林雅玲

約有萬分之一的人能夠活到100歲,如果是你的話,你一定會希望你的身心狀況都保持完整如初。有一個基因似乎能幫助我們達成這個夢想。美國愛因斯坦醫學院的巴茲萊(Nir Barzilai)和他的團隊檢視了158位德系猶太人(Ashkenazi Jewish)後裔的年長人士,其中通過30個問題測驗的百歲人瑞,體內的膽固醇酯轉移蛋白(CETP)基因發生的常見變異,為一般人的兩到三倍之多。而那些通過測試,年齡在75~85歲之間的人,基因變異則約為五倍。CETP基因的變異型導致血液中的膽固醇顆粒比較大,因此比較不容易堆積在血管內側,而膽固醇堆積於血管正是發生心臟病和中風的幫手。這項研究成果發表於2006年12月26日的《神經學》。more

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魚視眈眈,誰是老大?
科學家以精巧的實驗揭示:「我非魚,能知魚之思!」妙哉!

撰文╱曾志朗

你養過熱帶魚嗎?很麻煩呢!玻璃缸要洗,缸裡的雜草要清,要調光,要注意水的流通、氧氣夠不夠,還要定時餵魚,不同的魚要吃不同的飼料,有粉狀的,有顆粒的;還不能讓牠們吃太多,否則牠們也會過胖(會嗎?還是我的幻想呢?)欸!但是這些麻煩只要習慣了就好,變成例行生活的一部份,也就可以和魚一樣怡然自得;最主要的是一進家門,看到五彩繽紛的魚兒在玻璃缸裡優哉游哉的游過來、晃過去,一副與世無爭的禪修者模樣,外面俗世的吵鬧紛爭也跟著雲消氣散。所以,我真的很能了解,為什麼我那位愛魚的朋友最近家裡的電視機都不見了,而魚缸卻越來越多個了。

每次大夥兒聚在一齊聊天,這位愛魚的朋友就會大談魚經,由最高山上的魚,沿著山陸間的小溪魚蝦,到樹林中的大小湖魚,然後平地的河魚、海口聚集的近海魚,到遠洋的大海魚,歷歷如繪,而我們就像神遊在屏東的海生館,隨著「語音」導覽,做了一場想像之旅。他對魚的知識豐富,不同的魚的婚禮,各種魚卵的誕生歷險記,魚父母照養魚子的方式,真是五花八門,而且天地之奇,令人驚歎!大夥對他佩服得不得了!這位業餘的魚科專家,被我們封為科學魚痴,當之無愧!

一個月前,我半夜打電話給他,告訴他我讀到一篇有關非洲慈鯛(Africa Cichlids)的研究報告,非常好玩,其中的內幕一定會讓他歎為觀止,但時間太晚,我要睡了,答應他第二天一定詳細告知。我掛上電話,就優哉的坐在沙發上等,一個小時後,他老兄果然迫不及待就來敲門。我當然是濃黑咖啡一壺伺候,而且為了補償他的求知熱情,把論文的綱要和實驗內容都為他整理好了!他進門後的第一句話是:「有何魚鮮事?別再吊胃口,願聞其詳!」

我看這位老朋友,知道他愛魚心切,就馬上言歸正傳,告訴他美國史丹佛大學一位電機系研究生和他的生物學教授做了一個非常巧妙的實驗,證實了非洲慈鯛竟然有遞移推論(transitive inference)的邏輯能耐。這個能力是人類幼兒在4~5歲才會展現的能力,是所有推理邏輯最基礎的核心能力。它使小孩能夠在知道小明比小華高大、小華比小惠高大後,得出小明比小惠更高大的結論。在以往的研究文獻中,只有某些鳥類、某些鼠類及大部份的猿類、猩猩有這種推論能力,史丹佛大學團隊是第一個以令人信服的實驗方式展示出魚類具有這種推理能力的科學團隊。

這位魚痴聽得有些目瞪口呆,說:「這樣說來,我那些悠然自在的魚,是有思維能力的囉!我常觀察牠們,知道牠們偶爾也會耍脾氣,但如何證實牠們的遞移推理能力呢?」

我即時阻止他的無限上綱:「思維能力是個很複雜的認知體系,史丹佛大學的科學家並沒有展示魚有那麼高級的認知體系,他們的實驗只證實了最基本的遞移推論能力,但這已經是很了不起的成就了!他們選擇非洲慈鯛做研究,因為這種魚有個特色,即兩條公魚為了爭奪地盤打鬥,鬥輸的一方,臉上的黑紋會暫時消失,所以兩條公魚放在一處,想辦法引起牠們的打鬥,我們做為旁觀者,只要看哪一條魚臉上的黑紋消失,就知道牠鬥輸了。現在把一條慈鯛放在玻璃缸中,在缸外又放了五個玻璃缸,這五個玻璃缸各放了一條公慈鯛,讓我們稱牠們為A、B、C、D、E慈鯛吧!」

老朋友等不及了,說:「好了,中間一條,外面五個缸各一條,又怎麼樣呢?」我說:「別急!中間一條是旁觀者,牠自在的游來游去,當然看得到外面的魚。這時候,實驗者把A和B放一起,B和C一起,C和D一起,D和E一起,然後用些技巧,使A打贏B,B贏C,C贏D,以及D贏E。也就是說A和B在一起鬥,B的黑面紋消失;B和C鬥,C的黑面紋消失;……。最後形成A>B>C>D>E的局面。這時候,讓A、B、C、D、E各自回到原來的玻璃缸裡,然後有趣的問題來了:中間的慈鯛能憑著肉眼的觀察而判定那五條魚相對的社會地位嗎?」more

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