全國中小學科展

臺灣

以水代法將廢棄鰻魚骨製成營養食品添加物的永續解方

本研究採用創新設計的「水代法」處理養殖鰻魚加工後廢棄魚骨,成功解決過往鰻魚骨含油量高,無法利用而丟棄的環保問題,使生物資源得到充分利用。透過「低溫烘乾前處理」製成的鰻魚骨粉香氣與口感俱佳,適合作為食品添加物。 水代法是將鰻魚骨在90℃水溫、粉水比1:3狀態,藉由攪拌、壓榨去油,不僅保留營養成分(蛋白質、鈣質、磷質),同時降低高達90%的脂肪含量。水代產生的處理液可進一步開發為胺基酸萃取物和鰻魚油,創造多元的商業價值。「食鹽水浸泡處理」取代較不環保的「強鹼處理」製作鰻骨鈣粉,可有效減少環境負擔。本研究製程簡便且低耗能、低耗水,可降低成本,顯著提升產業競爭力和環境效益。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,在進行穿刺實驗後更證實其安全性較鋰電池高,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

基於LS1043A多核處理器之嵌入式系統開機速度之精準計時方案

電子智能系統被廣泛應用在現代人的日常生活中,但是使用任何電子系統都必須面對系統失效的風險,就像我使用電腦可能會當機一樣。在智能車輛的應用中,電子系統的可靠性與我們的人身安全直接相關。一旦發生系統失效的狀況,恢復系統正常運行的最後一個手段是重新啟動系統,藉由系統重啟來恢復系統的正常功能。因此系統重啟的耗時,對系統的可靠性至為重要。 LS1043A晶片是多核心高階處理器,能夠運行完整的Linux操作系統。由於LS1043A架構及功能的複雜性,它的開機程序需要遵守嚴格的步驟,耗時也比一般的微控制器更長。在這個實驗中,我將了解LS1043A處理器的架構著手,由此設計一個計時器,能做到精準量測開機時間達千分之一秒,使開機時間成為能夠量化的指標。本實驗的計時方案是一個通用的設計概念,可用來量測不同類型高階處理器的開機耗時及系統可靠性評估之參考指標。

以線蟲模式探討代糖調控宿主與腸道菌相交互作用機制

代糖是一種低熱量的甜味替代品,雖在過去被認為對人體無害,近年研究卻發現代糖會引起腸道菌相失衡,有害宿主健康,但其機制仍不明。秀麗隱桿線蟲的腸道上皮細胞與人類相似,且腸道共生菌易觀察,適合探討宿主與腸道菌相間的交互作用。本研究以代糖乙醯磺胺酸鉀(acesulfame potassium, AceK)餵食線蟲,發現AceK在腸道共生菌滅活狀況下,能夠藉由減少腸道粒線體自噬作用、上調抗氧化基因sod-3並增加線蟲體內的H2O2濃度,使線蟲壽命延長;但在腸道共生菌的交互作用下,上述效果皆減弱,AceK反倒促使線蟲腸道菌量增加,因此干擾宿主利用H2O2控制腸道菌量的能力,導致線蟲提早死亡。本研究發現AceK會使腸道菌量失衡,並進一步探討過量的腸道共生菌與宿主競爭AceK並影響宿主生理功能之機制。

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Audacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。白線斑蚊的雄蚊平衡棍長與翅音統計達顯著相關;而雌蚊平衡棍長與翅長統計達顯著相關。白線斑蚊及埃及斑蚊兩者翅音皆具有專一性,同種雄蚊及雌蚊會受彼此翅音誘引,而雌蚊交尾後會被同種交尾雌蚊翅音誘引。雌性埃及斑蚊交尾後的翅音對同種雌蚊平均誘引產卵率為85.8%,統計達顯著差異。自製捕蚊機(合成翅音誘捕,平均誘捕率為66.7%)較市售捕蚊機(UV光誘捕,平均誘捕率49.7%)誘捕率高出17.0%。自製捕蚊機可做為白線斑蚊及埃及斑蚊防治資材之一,且為環境友善防治法。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以 (1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

大氣常壓微電漿合成共價有機框架應用於光催化降解汙染物

為了解決水污染問題,本研究探討共價有機框架(COF)作為光催化劑的應用。COF具備高度可調孔洞、高穩定性及選擇性吸附等優勢,有助於有效去除水中污染物,對未來具有前景。本實驗採用大氣常壓微電漿合成COF,此方法能在室溫下以水為溶劑,無需高溫或有毒化學品,並僅需一小時即可完成合成,具有綠色化學優勢。實驗結果顯示,成功合成的COF能有效降解水中常見染料污染物(結晶紫及亞甲藍),證明了COF的高效光催化性。在紫外-可見光光譜中,隨著光催化反應的進行,染劑吸收波峰顯著減弱並幾乎完全褪色,確認了COF優異的降解能力。掃描電子顯微鏡圖像顯示,COF的高度有序孔洞結構提升了其催化活性與穩定性。這項技術不僅能高效處理水中有機污染物,還具備廣泛應用潛力,有望為全球水污染治理與環保提供新思路。

驚「掏」駭浪—消波塊與沙灘地形對沙石掏空量的影響

本研究使用水槽、自製造浪器,模擬海岸環境,探討消波塊的擺放角度、擺放密度,以及沙灘的水深、坡度、波浪強度(造浪器頻率),對沿岸沙石侵蝕面積的影響。利用image j 分析在不同因素下消波塊周圍沙石侵蝕之面積,以及其隨時間的變化。研究結果發現,在不同擺放角度中,消波塊之兩角面向波浪時(本研究定義為0度)其下沙石侵蝕面積最大;在擺放密度中,發現擺放越多的消波塊,其侵蝕面積越大;在沙灘水深不同時,當水深越淺時,其侵蝕面積越大;當沙灘之坡度越大時,其侵蝕面積越大;當造浪器之頻率越大時,其侵蝕面積也會增加,而計算體積時,發現在不同擺放角度下,掏空的體積與侵蝕面積成正相關。

懸掛液滴的光學成像性質與其組合應用探討

眾所周知,水滴是生活周遭容易取得且可以放大物的透鏡,藉由作品中的實驗裝置能夠方便的觀察液滴中的成像,且能夠隨意地改變取率半徑和折射率,並搭配手機方便觀察與紀錄結果。若欲知液滴中成像的放大率,可利用測得的曲率半徑帶入「造鏡者公式」得知水滴的焦距,得知焦距後,便可將其帶入「薄透鏡公式」即可得知放大率 (距離水滴的長度不同,有不同的放大率),再利用實驗驗證算出的焦距和放大率是否符合實際的焦距。之後改變液滴的曲率半徑和種類並比較其對放大率的影響 (本研究討論曲率半徑0.1公分和0.15公分的差距、水和食鹽水的折射率差距)。此外,更加以研究「球透鏡公式」與「薄透鏡公式」所算出的數據之差距與實驗觀察結果比較,並應用於複合透鏡中。

磁懸浮裝置探究及相關參數之探討

本研究主要以磁懸浮為主題,嘗試利用單顆磁鐵及銅板組成的系統使銅板上方的磁鐵得以懸浮 ,並觀察分析其懸浮狀況與上方磁鐵的姿態。過程中量測了銅板對磁鐵造成的阻力以及下方磁鐵連接在轉盤旋轉時銅板上方的磁場大小與各種參數的關係。本研究主要針對轉盤轉速及銅板厚度作為變因,量測分析了在不同參數組合之下上方磁鐵的移動半徑、傾斜角度、面向方向以及其懸浮狀況。由於目前技術尚未突破至能使上方磁鐵穩定懸浮,因此定義了懸浮係數以說明磁鐵懸浮狀況。最後求出了銅板造成的阻力與磁鐵本身移動速度以及銅板厚度的關係式、磁場強度與轉盤中心距離與銅板厚度或轉速的關係、並以相圖描述了不同參數之下上方磁鐵的懸浮狀況。