By Annegret Janovsky

煤是一種可以燃燒並釋放能量的黑色岩石，這種非再生能源來自於埋藏在地底的古代植物，經過數百萬年的漫長演變轉化而成。 
即便風能和太陽能等再生能源的發電佔比逐年提高，煤炭仍是現今世界各地最為普遍使用的能源之一。然而，煤炭燃燒時，會在空氣中釋放出各種污染物、灰燼和重金屬，必須善加管控，才能防止損害我們的健康和環境。例如，美國環境保護署（EPA）制定了國家法規，以妥善處置燃煤電廠在燃燒煤炭時產生的燃煤殘留物。燃煤殘留物（或稱煤灰）包括飛灰、爐底灰、爐渣。顧名思義，飛灰是隨煙氣上升的細粉末狀物質。爐底灰和爐渣則是在爐底所形成的粗大、較重的顆粒物質。 

美國環境保護署（EPA）希望將混凝土、水泥漿、磚和填充材料等各種產品和材料中的煤灰進行回收再利用，藉此帶來各種經濟、環境和產品效益，例如減少自然資源的使用；降低溫室氣體排放；提高材料的強度、可加工性和耐久性；替代成本較高的材料（如水泥中的粘土、沙子、礫石和石灰石），以及增加出售煤灰的收入與節省成本。 
各種研究也顯示，粉煤灰具有作為中和劑的潛力，例如在露天礦場中使用粉煤灰對酸性褐煤堆進行土地複墾。酸性環境會破壞褐煤堆的穩定性，而粉煤灰由於石灰含量很高，具強鹼性。因此有助於中和酸性的褐煤堆，進而促進礦區的土地複墾。 而在研究過程中，研究人員時常會利用顯微鏡和工業圖像分析軟體，來研究飛灰和其他煤碳燃燒殘留物的過程。 

使用顯微鏡進行煤灰分析，有助於評估粉煤灰在與其他材料或介質（如水、水泥或土壤）接觸時發生的化學反應。結合定量性X-射線繞射分析，便能獲得反應性的完整資訊，例如低反應性的煤灰可用於製作骨料（混凝土的主要原料）；而具有高反應性的煤灰可用作水硬性黏合劑。 
顯微鏡可用於量測飛灰中活性玻璃相的比例和顆粒大小；判別更多的礦物相；識別環境背景中的煤灰；甚至可利用新一代圖像分析工具，如深度學習圖像分割，讓煤灰分析更為容易與準確。

顯微鏡下的褐煤飛灰，圖中透明球體為玻璃。

上圖的褐煤飛灰樣品，來自德國萊比錫南部的德國中部褐煤礦區內已退役的Mumsdorf發電站。褐煤被認為是對人類健康最有害的一種煤炭。隨著各個國家開始發展再生能源，世界各地的褐煤礦也陸續關閉。 

上圖樣品的褐煤被碾碎後，吹入燃燒室中燃燒。燃燒過程中產生了許多不同、微小的煤灰顆粒。從燃燒室排出的廢氣流速非常高，使得微小的飛灰顆粒持續漂浮在空中。褐煤中還含有一些在燃燒過程中會完全熔化的礦物質。由這些熔滴形成的高活性玻璃（圖像中的透明球體）。褐煤飛灰樣品還含有其他礦物相，包括磁鐵礦石（黑色不透明的球體）、石英（表現為礦物碎片）、石灰（通常比較分散）。 

透過OLYMPUS Stream圖像分析軟體中的TruAI深度學習技術，可用以識別褐煤飛灰中的活性玻璃相（透明球體）。只需使用手工標記的圖像，就能訓練神經網路進行自動分析，從礦物中清楚地將熔滴區分出來。

採用TruAI技術的深度學習圖像分割，便能從礦物中正確區分出熔滴。

本文摘錄自：https://www.olympus-ims.com/en/insight/coal-combustion-residuals-deep-learning/