Jonathan Trent: 由飄浮的微藻汲取新能源

幾年前，我決心研究 是否有辦法生產生質能源 使之量大到可與石化燃料抗衡 卻不會與食用農業競爭水、肥料、或是土地 卻不會與食用農業競爭水、肥料、或是土地

以下是我想出來的方案 想像一個建造在水底下的空間 我們把它裝滿處理過的廢水 並加入會製造油料的微藻 然後這個空間的材料將會是有彈性的 讓它能夠隨波移動 當然，我們建造的這個系統 將利用太陽能使藻類生長 它們會消耗二氧化碳，這是件好事 然後在生長的過程中製造氧氣 微藻生長的空間能夠將多餘的熱能 分散傳導至四周圍的水中 你可以收成它們來提煉生質能源 還有化妝品、肥料、及飼料的原料 當然，你得讓它附蓋很大的面積 所以你得當心其他利益相關者 像是漁民和船等等，但這都是小事 因為重要的是生質能源 而大家都知道生產替代能源是多麼的重要 而大家都知道生產替代能源是多麼的重要

為什麼我們要用微藻類? 這個圖表顯示著目前考慮 用來生產生質能源的不同農作物 你可以看到像是黃豆 每英畝一年可生產五十加侖 或是向日葵、油菜籽、痲瘋樹、和油棕 然後那個很高的圖代表微藻的產量 和黃豆的五十加侖產量相比 微藻每英畝可在一年內生產 兩千至五千加侖的油

微藻是什麼?微藻是微生物 也就是說，他們很微小 你可以看看這些單細胞生物 和頭髮大小相比的照片 這些微生物已經存在幾百萬年了 而且世界各地有上千種 不同種類的微藻 其中有些是世界上生長最快的植物 並生產，就如我剛剛所說的，很多很多油

那為什麼我們選擇在沿岸做這個計劃? 選擇在都市沿岸的原因在於 如果你觀察沿海都市，會發現其實別無選擇 這是因為如我剛剛提到，我們將利用廢水 如果你看看我們的廢水處理廠的位置 它們都在城市附近 這是舊金山，它地底已埋了 總長約九百英里的廢水管 並將這些廢水排放到海裡 世界各地的都市處理廢水的方式各有不同 有些都市會加以處理 有些都市會直接排放 但是無論如何，排出的廢水 對於提供微藻生長是完全沒問題的 所以讓我們想想這個系統會長什麼樣子 我們叫它OMEGA，它是 「沿岸微藻生長包膜」的縮寫 (Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae) 在NASA，有好的縮寫是很重要的

它將如何運作? 我剛剛已經敘述了大概 我們輸入廢水和某二氧化碳源 進入這些漂浮的結構中 然後廢水提供微藻生長所需的養分 而微藻消耗並固著二氧化碳 減少溫室氣體 它們當然是利用太陽能生長 然後海浪會提供動能混合藻類 而溫度將會由周圍的水溫所控制 而溫度將會由周圍的水溫所控制 就如我所提的，藻類將生產氧氣 它們也會生產生質能源和肥料、食物 以及其他藻類生物副產品

而且這整個系統是自我封閉的。這是麼意思? 它是模塊化的。假設其中一個單元 出乎意料外的停擺 它漏水了，或被閃電擊中 流出來的廢水是原本就會被排放到海域的 流出來的廢水是原本就會被排放到海域的 而那些藻類是會自然分解的 因為它們原本存活於廢水中 它們是淡水藻，這意味著 它們無法於鹹水中生存，所以會死去 我們將使用的塑膠材料 是一種廣泛使用的材料，效果良好 而且我們將設計這些單元，使之能重複使用

所以我們有可能超越現況思考 來考慮這個系統的用途，我的意思是 我們需要考慮淡水的問題 淡水在未來將會是個急迫的課題 所以我們現在正研究開發 重複利用廢水的方法

另外需要考慮的一點是架構本身 它將在海洋中為生物提供表面積 這些表面會被海藻占滿 還有海洋中的其他生物 它將提升海洋的棲地生態 並增加生物多樣性 最後，因為它是在海岸邊的架構 我們可以想像它如何能夠增進 海岸的水產養殖活動

所以你大概在想 "天啊 這聽起來真是個好主意，我們如何試試看它能否成真?" 我已在Santa Cruz設立實驗室 在加州漁獵部的場地 那裡有設施提供我們設立大型的海水箱 來測試這些想法 我們同時於舊金山設立實驗 在那三個廢水處理廠其中之一 一樣來試驗我們的提案 最後，我們想看看要在哪裡 能夠測試這個架構對海洋環境的影響 所以我們設立了一個野地實驗 在一個叫 Moss Landing 海洋實驗室的地方 位於蒙特利灣，我們在海港內實驗 看看這對海洋生物的影響會是什麼

在 Santa Cruz 的實驗室是我們的開發中心 我們在那裡培養藻類 融合塑膠、建造工具 和出了很多差錯 或是如艾迪生所說的 我們正發現這系統無法運作的一萬個原因 所以我們在廢水中養微藻，並設計工具 讓我們能夠融入藻類生活 密切監測它們成長的方式 看如何讓它們開心生活 以確保我們培養的藻類能夠生存茁壯 而我們最迫切需要設計的東西 是這些生物光合反應器，我們簡稱PBR (photobioreactor) 這些就是將會漂浮於海面的結構 用某種便宜的塑膠材料製作 使微藻能在其中成長，而我們也測試了 許許多多不同的設計，大多都是失敗的作品 當我們找到一個成功的設計 在約三十加侖的大小 我們在舊金山把它放大到450加侖測驗

讓我告訴你這系統如何運作 我們基本上採用內含經挑選的藻類的廢水 並將之循環通過這個漂浮的結構 這個管狀、有彈性的塑膠結構 然後它將在這裡面循環 當然，太陽光會照在表面 然後藻類吸取養份成長

但這有點像把你的頭塞到塑膠袋裡 雖然藻類並不會像我們一樣因二氧化碳而窒息 雖然藻類並不會像我們一樣因二氧化碳而窒息 但它們會因製造的氧氣而窒息 它不是真的會窒息，但是它們產生的氧氣是個問題 因為它們會把二氧化碳用完 所以我們的下一步便是想辦法移除氧氣 我們加了這個柱狀體 用來循環部分的水 並重新加入二氧化碳，我們再循環水之前 灌注氣泡在裡頭，解決問題 你再這裡看見的昰初成品 是我們第一次試著建造這個柱狀物 我們將大型的柱狀結構安裝於舊金山 在我們安裝的系統裡

這個柱狀的構造還有一個優點 就是藻類會沉澱到柱子底部 這使我們能夠累積微藻體積 並方便收成 我們可以將累積於柱子底部的微藻移除 我們可以將累積於柱子底部的微藻移除 然後讓它漂浮在水中，再用網子從表面撈取 以大量收成

我們也想要了解這個結構 對於海洋環境的影響 而我之前提到我們有實際於野外實驗 在Moss Landing海洋實驗室 我們理所當然地發現這些材料 會被海藻覆蓋，所以我們需要 設計一個清潔的方法 我們也觀察海洋哺乳類和鳥類的與此互動 你在這裡可見一隻海獺對這個挺有興趣的 牠不時地於這個迷你水床中穿梭 我們好想要雇用這個小傢伙 或訓練他幫我們清理這些結構的表面之類的 但那是未來的事

所以我們真正在做的昰 我們於四個方面進行研究 我們的研究範圍包含這個系統的生物方面 像是研究藻類的生長方式 什麼東西會吃掉微藻，還有什麼東西會殺死它 我們於工程方面了解我們需要什麼材料 來建造整個結構 不止是小規模，而是如何建造 我們最終需要的極大規模的成品 我有提到我們研究鳥類和海洋哺乳類 並基本上全面評估它的環境影響 最後我們解決經濟方面的問題 我所指的經濟是 這系統需要多少能源來運作? 你能夠從系統提出 比你所輸入還要更多的能源嗎? 比你所輸入還要更多的能源嗎? 它的運作成本多少? 它需要多少資本? 它整體的經濟架構穩固嗎?

讓我告訴你這將不會是簡單的事 我們在這四個方面都還有很多努力空間 才有辦法讓這個系統真正運作 但是我們時間不多，所以我想給你看 我們預計這個系統將會如何呈現 於一個想像的海灣 在世界的某處，在背景中 可見廢水處理廠 以及提供二氧化碳的排氣煙囪 但是當你算算系統的經濟收支 你會發現僅這樣是很難運作的 除非你把這系統想成廢水處理的替代方式 並有固碳、結合太陽發電 或是海潮發電、風力發電等可能性 如果你開始思考 如何結合各式各樣的活動 你也可以在這個系統加入水產養殖 像是在這個系統底下我們有貝類養殖 可以生產蛤蠣或是淡菜 我們可以生產生蠔等等 可以提高經濟價值的食物和產品 然後利用這點來刺激市場 慢慢把系統越做越大，直到最後 將之作為生產生質燃料來源的理由才有競爭力

還有一個問題常常浮現 就是塑膠在海洋中一直有很不好的聲譽 因此，我們用搖籃到搖籃 (綠色經濟概念) 觀點思考 我們要如何處理這些 我們需要在海洋環境中運用的塑膠? 我們要如何處理這些 我們需要在海洋環境中運用的塑膠? 我不知道你有沒有聽說這事 但是在加州，有大量的塑膠 現在正被利用於農田中當作塑膠護跟覆蓋物 塑膠在土壤表面形成極小的溫室 它可以提高土壤表面溫度 以延長生長季節 並控制雜草 當然，它也提高灌溉的效率 所以OMEGA系統將會 加入這個產物，所以當我們於海洋環境用完後 加入這個產物，所以當我們於海洋環境用完後 我們將會將它利用於農田中

那我們到底要把這個系統放哪? 它在海岸線會長什麼樣子? 這個影像是將這套系統用於舊金山灣的樣子 舊金山一天製造六千五百萬加侖的廢水 如果我們假設這系統的保水時間是五天 我們將需要容納三億兩千五百萬加侖 差不多是1280英畝大的OMEGA系統 漂浮在舊金山灣中 其實那是小於舊金山灣的面積的百分之一 其實那是小於舊金山灣的面積的百分之一 若以每年每英畝兩千加侖計算 它將生產大於兩百萬加侖的生質燃料 那是舊金山生質柴油的需求量的20% 那是舊金山生質柴油的需求量的20% 而且這還是尚未加強效率的計算

我們還可以把這系統放在哪裡? 可能性很多 像我之前提到，有舊金山灣 聖地牙哥灣是另一個例子 莫比爾灣或是切薩皮克灣，但事實是 隨著海平面上升，將會有 許多的新機會 (笑聲)

所以我現在像你描述的昰 一個融合各種活動的系統 生質燃料結合替代能源 結合水產養殖

我開始是為了尋找一個 能夠永續生產生質燃料的創新方法 而在這過程中，我發現達到永續經營真正需要的 不是創新，而是整合現有的系統

長遠來看，我有信心 我們的集體智慧能夠激出火花 我相信如果我們激進求新 並不在乎最後功歸於何人 沒有任何東西能夠限制我們能的成就 解決我們未來難題的永續方案 將會是多元化的 並有許多可能 我認為我們需要考慮所有方面 自 alpha (希臘字母的的一個) 至OMEGA (最後一個) 謝謝 (掌聲) (掌聲) Chris Anderson(主持人) : Jonathan 我有個問題 這個計畫可以持續在NASA內部進行 還是你們現在需要有企圖心的綠能基金 來注入資金並促使它完成? Jonathan Trent : 現在已到了一個階段 NASA有意願將這個系統實際 在海岸操作，但是在美國境內 有許多問題因為有許多證照限制 並且申請於外海作業的證照 過程冗長 所以現在真正需要外界人士 而我們也很前衛的開放這個技術 我們基本上就要把它推出去 所有以及任何有興趣的人 都可以試著把它實踐 CA: 這真有趣，你們並不要把它變成專利 你們要將之發表 JT: 一點也沒錯 CA: 非常好。謝謝你。 JT: 謝謝 (掌聲)