海洋化學資源與產業

1. 海洋化學資源與產業 靜宜大學應用化學系 梁偉明 教授

2. 海洋臺灣－自然篇 • 變動的全球板塊 • 歐亞大陸板塊、菲律賓海板塊 • 臺灣島的誕生 • 南澳造山運動、蓬萊造山運動 • 升降如謎的海平面 • 冰河時期，距今18,000年前，海面下降100多公尺 • 臺灣的海底地形 • 深海裡的黑煙囪

3. 海岸地形 • 北部沈降海岸 • 地殼運動、氣候因素、岩層構造 • 西部隆起海岸 • 河川泥沙堆積、地盤隆起 • 恆春半島珊瑚礁海岸 • 東部斷層海岸

4. 海洋資源 • 海底礦產資源 • 海洋化學資源 • 海洋生物資源 • 海洋再生資源 • 海洋空間資源 • 海洋旅遊資源

5. 海底礦產資源 • 海底石油、天然氣 • 鹽（氯化鈉） • 鎂（氧化鎂、氫氧化鎂、氯化鎂） • 砂礦床（鈦鐵礦、磁鐵礦、黃金…） • 金、銀、鈾、銅…

6. 海洋化學資源－海水的組成 • 96.5％ 水、 3.5％ 鹽類(35 g/kg海水) • 主要是由氯、鈉、硫、鎂、鈣、鉀、溴、碳等所組成，稱為海水主要元素。 • 廣義的海洋化學資源，可定義為存在於海水中的任何有用化學物質 • 海洋不僅是生命的起源，也是人類豐富的寶藏

7. 海水的利用 • 海水淡化 • 以蒸發、逆滲透等方法使水與鹽類分開 • 海水直接利用 • 海水替代淡水，例如以海水直接充當工業冷卻用水、民生沖廁用水等。 • 海水化學資源 • 從海水中開發的經濟物質，例如食鹽

8. 加壓 淡化膜 淡水 海水 海水淡化－膜分離技術

9. 鹽度的定義 • 鹽度的定義是指一公斤海水中溶解物質的總克數，稱為絕對鹽度，其單位以千分比表示。 • 由於依此定義來量測鹽度多使用蒸餾法，既費時、又不易準確。 • 現在所使用的鹽度，是根據海水導電度換算而來的，稱為實用鹽度，以實用鹽度單位 （psu）或無單位來表示。

10. 海洋的鹽度 • 鹽度升高的原因可能有日照將水分蒸發或海水結冰鹽分析出 • 鹽度降低的原因可能有下雨、飄雪、融冰或河川排水等。 • 隨緯度的變化，主要受到蒸發量-降水量的影響。 • 低緯度附近雖然蒸發量大，但是降水量更多，所以鹽度較低。 • 中緯度的海域海面鹽度偏高，主要是因為此處不但蒸發量大，降雨量也非常稀少。

11. 臺灣海水製鹽 • 早期自然的日曬法 • 臺灣曬鹽史於 2002 年劃下句點 • 現今臺灣食鹽大多使用電透析法獲得 • 臺灣工業用鹽則由國外進口

12. 食鹽－化學工業之母 • 食鹽經分解可得到「氯」與「鈉」兩種元素，這兩元素分別是「酸」工業與「鹼」工業的主要原料。 • 兩者至今共計有一萬四千多種用途，包含食用、化工、紡織、造紙、染料、冶金、陶瓷、肥皂、玻璃、醫藥等。

13. 溴－「海洋元素」 • 99％ 以上的溴都蘊藏在海水中 • 海水中的平衡溴含量是 65  ppm • 溴是 1824 年法國巴拉爾（A.J. Balard, 1802 - 1876）在實驗後的殘留海水中通入氯氣而首先獲得的。

14. 溴主要用途 • 溴是重要的化工原料 • 阻燃劑、滅火劑、製冷劑、農藥、化學肥料等 • 溴是藥品的原料 • 紅藥水－溴與汞的有機化合物 • 溴化鉀、溴化鈉及溴化銨可配製成三溴合劑，能治療神經衰弱和歇斯底里症。 • 臺灣在日治後期曾因軍事需求在高雄市組成「南日本化學工業株式會社」，在安平、布袋、北門等地設立溴素生產工廠，像北門溴磚塔就是當時工廠遺址之一。

15. 海水的苦滋味－鎂鹽 • 鎂鹽在海水中的含量僅次於氯和鈉 • 全世界的鎂鹽每年約有兩百多萬噸是從海水中提取的 • 日本的鎂鹽幾乎全來自海水 • 把石灰乳液加入海水中，沉澱出氫氧化鎂，再注入鹽酸，就可以轉換成無水氯化鎂。

16. 鎂鹽主要用途 • 良好的耐火材料 • 可用於航太及建築業、新型無機阻燃劑、熱塑性樹脂 • 組成葉綠素的主要元素 • 可以促進對磷肥的吸收，因此鎂肥的開發對於綠美化是一大助力。

17. 植物生長要素－鉀鹽 • 鉀是植物生長三要素（氮、磷、鉀）之一 • 海水中鉀鹽的濃度並沒有氯、鈉和鎂高，商業開採並不多見。 • 目前世界上鉀鹽的生產仍以內陸礦場為主，生產的鉀鹽（氯化鉀和硫酸鉀）90％ 以上都用作肥料。其餘 5％ 用在工業上。 • 不過隨陸地資源的快速消耗，從海水提煉鉀鹽是可預見的趨勢。

18. 海洋深層水 • 海平面 200 公尺以下的海水才稱得上是海洋深層水。 • 海洋深層水溫度常年保持在攝氏 10 度以下，水流速度緩慢屬於深層溫鹽流，人為污染少。 • 海洋深層水是多種化學物質的組合，提供人類對新鮮事物及追求健康的另類產品。

19. 氧氣孕育場 • 目前沒有國家在提煉海洋中的氧氣 • 全世界的氧氣有一半以上是由海洋中浮游藻類所生產 • 若沒有海洋「氧氣孕育場」，地球上的生命有可能消失。

20. 海域被污染－死亡地帶 • 海洋提供一個動態的氣體循環系統 • 近年來在許多海域發現所謂的「死亡地帶」，沒有氧氣，沒有魚類，沒有生命。 • 其罪魁禍首是農業化學肥料的大量使用、工業垃圾及人類生活污染的排放 • 大量消滅藻類而破壞海洋原有生態平衡造成的惡性循環，最終導致海洋生物死亡。藻類無法再供應氧氣，對人類生存影響甚鉅。

21. 海底甲烷冰 • 甲烷冰的學名叫天然氣水合物 • 其形成是因為深海缺氧，細菌在分解動植物遺骸時，因無氧可利用而產生甲烷。 • 在海底高壓及低溫的環境下，這些甲烷被籠形結構的水分子所包圍，而形成冰晶狀的固態包合物，稱為天然氣水合物。

22. 21 世紀最有潛力的新能源 • 天然氣水合物由96.5％的甲烷和3.5％的水在低溫高壓條件下，被凍結成固體。 • 甲烷是非常好的燃料，且屬較潔淨能源。 • 目前較擔憂的是甲烷是溫室氣體，開發不完備而釋放於大氣中可能影響氣候變化。 • 根據推算，世界上海底甲烷冰的儲量約為現存石油、天然氣等化石燃料總和的兩倍。

23. 海洋是「核能材料倉庫」－鈾 • 鈾是核能發電的燃料，1 公斤的鈾相當於 2,250 噸優質煤的能量。 • 海水中的鈾總含量多達45億噸，是陸地鈾礦儲量的 4,500 倍。目前最有效的海水提鈾方法是利用氫氧化鈦吸附鈾。

24. 海洋是「核能材料倉庫」－氘 • 氫彈利用的就是氫同位素（氘—氚）在足夠的高溫下，引發融合反應所產生的能量。 • 目前全世界仍無核融合的發電廠，一旦人工控制成功，建成以氘為原料的熱核電廠。 • 蘊藏在海水中的氘有50億噸，足夠使用千萬年 。

25. 海洋生物資源 • 海洋植物 • 海藻（綠藻、褐藻、紅藻） • 海草 • 海洋動物 • 無脊椎動物 • 海綿動物門、腔腸動物門、環節動物門、軟體動物門、節肢動物門、棘皮動物門… • 脊椎動物 • 魚綱、哺乳綱…

26. 海洋生物種源庫 • 潮間帶 • 底棲生物 • 深海生物 • 洄游生物

27. 底棲生物 • 河口灣 • 受到潮汐影響的範圍 • 淡水和海洋之間洄游種類途經的地方 • 紅樹林 • 分布在熱帶至亞熱帶海岸泥灘 • 水筆仔、五梨跤、海茄苳、欖李… • 岩礁生態系 • 岩石為底質，有許多孔隙或立體的空間 • 藻礁

28. 底棲生物 • 珊瑚礁生態系 • 珊瑚礁與共生藻 • 有「海洋熱帶雨林」的稱號 • 草澤生態系 • 位於海岸濕地 • 生物多樣性很高 • 潟湖 • 離岸沙洲與海岸之間部分封閉的水域 • 有高生產力和水質自淨的能力

29. 海洋再生資源 • 潮汐發電 • 滿潮和乾潮之間水位差，但需達5公尺潮差以上 • 波浪發電 • 浪高2-4公尺、周期9-10秒的波浪 • 海水溫差發電 • 表層溫海水和深層冷海水溫差在20℃以上 • 海流發電 • 旋轉渦輪的直徑約150公尺

30. 海洋再生資源 • 海洋基礎生產力 • 能行光合作用的植物和藻類 • 溫度、光度、營養鹽濃度（氮鹽、磷鹽…）、浮游植物種類及數量... • 海洋食物資源 • 海洋藥物資源 • 海洋微生物資源

31. 休閒漁業活動－教育展示性

32. 休閒漁業活動－海岸海域活動

33. 不利海洋生物多樣性的原因 • 沿近海漁業資源的過度利用 • 遠洋漁業不當捕撈行為 • 意外捕獲及混獲 • 海域污染及棲地破壞

34. 臺灣海岸問題 • 海洋污染 • 生態破壞 • 海岸侵蝕 • 地層下陷 • 海水倒灌 • 石化、水泥、電力等重工業區設置

35. 海洋污染的途徑 • 陸地 • 人類生活和產業所產生的汙水與廢棄物 • 海上 • 海上船舶所排放之廢液或廢棄物 • 海難所帶來之船舶的污染物 • 陸地放流管伸展到海中，廢棄物直接排放海中 • 空中 • 污染物由空中進入海洋

36. 海洋資源與海洋保護 • 劃設海洋保護區 • 建立海域生態監測網及資料庫 • 推動以生態為基礎之永續漁業經營管理 • 加強海洋的國土規劃與整合修訂相關的法令 • 提昇海洋資源保育的執行能力 • 加強海洋環境教育