本文作者：PanSci

作者：逆旅，PanSci編輯兼专栏作者｜台湾大学昆虫所研究生（本文不由 Monster Inc. 赞助）

怪兽电力公司（Monster Inc.）是一家永续能源企业，靠着人类小孩尖叫产生的能量发电，过程不会产生核废料或者污染空气。但究竟要多少尖叫的小孩才足以供应一座城市的用电？

叫亮灯泡

要由小孩子的尖叫来点亮灯泡，首先得将声音转换成电力，而声音就是物质（空气）的震动，所以从目前已知的科技来看，最有可能的就是利用“压电材料”（piezoelectric material）－一种能将动能转换成电能的特殊材料。（参考影片）

在2010年九月，三星综合技术院（Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT）的研发团队就发表了一项研究 [1, 2]，利用奈米级的压电材料，制作出可以靠声音发电的装置。

【图一：奈米声波发电机的构造。】

这个装置上层是一面由钯（palladium）/金制成的电极，下层的压电材料是数万根奈米级氧化锌（zinc oxide, ZnO）排成的数组（图一），每根氧化“锌柱”长10微米，直径仅150微米（图二）。当声波震动电极，压弯底下的压电材料－氧化锌柱，就会产生电力（图三）。在1平方公分下，100分贝（dB）能够产生50毫伏特（mV）、约 0~0.3 微瓦（μW）的交流电，不过这是极限，即使再提高分贝，也不会产生更多电力。

虽然这电力看起来很微弱，但已经可以提供一些小型电子设备的部份电力。

【图二：奈米氧化锌柱数组的纵剖面。】

【图三：声波透过钯/金薄膜，震动奈米氧化锌数组，产生电力。】

假如怪兽电力公司真的采用这项科技来发电，比较可能的是将奈米声波发电装置装在“任意门”的“外框”中（图四）。

【图四：绿色区域就是“任意门”的外框。】

多少尖叫的小孩才能支持一座城市的用电？

要回答这问题，得先知道小孩的尖叫或者哭闹能产生多少分贝。根据一位身为母亲的物理学家在自己的部落格提到，她女儿哭闹声是 122 分贝 [3]，而人类的尖叫声也在129分贝以下 [4]。这声音强度虽然超过100分贝，但奈米声波发电装置的最大发电量就是每平方公分 0.3 微瓦。

如果“任意门”外框中使用50 cm2 的奈米声波发电数组，那么一次尖叫可以产生15微瓦（0.3微瓦 / cm2 × 50 cm2）的电力。

那么，多少尖叫的小孩才能支持一座城市的用电？

以台北市为例，根据环保署公开的非营业用电统计资料 [5]，2013年六月住宅总用电量是352,640,859度，平均每小时消耗489779瓦。要支持这些电力，得找到32,651,934位尖叫或哭闹的小孩才行！再根据内政部户政司的数据 [6]，2012年底全国1~4岁的孩童只有746,739名。因为每位小孩只能被吓一次，而且怪兽电力公司只能在夜间发电，所以台湾的小孩只能供应台北市1分22秒的夜间用电！不过夜间属于用电离峰时间，所以供电时间可以再长一点。（是能长多少？）

结语

虽然简单的计算发现怪兽电力公司确实可以供应微薄的电力，但是要作为永续能源的话，还是把奈米声波发电装置设在高速公路的隔音墙中比较实在。而且节约用电才能真正永续，毕竟一小时超过3千2百万个小孩在哭闹我觉得比全球暖化还可怕……。

数据源

[1]S. N. Cha, J. S. Seo, S. M. Kim, H. J. Kim, Y. J. Park, S. W. Kim, and J. M. Kim. (2010) Sound-Driven Piezoelectric Nanowire-Based Nanogenerators. Adv. Mater. 22, 4726.

[2]Nanotechnology energy generation using sound. nanowerk [Sep 23, 2010]

[3]How Loud Can Your Baby Cry? — Laser Mom

[4]Shout (sound) — wikipedia

[5]环保署绿色生活网 非营业用电统计

[6]内政部户政司 人口数据库

参考数据

新能源－承诺一个干净的未来：压电材料原理（圣工坊制作，由国科会科普传播事业催生计划补助）