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由飄浮的微藻汲取新能源

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    幾年前，我決心研究
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    是否有辦法生產生質能源
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    使之量大到可與石化燃料抗衡
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    卻不會與食用農業競爭水、肥料、或是土地
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    卻不會與食用農業競爭水、肥料、或是土地
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    以下是我想出來的方案
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    想像一個建造在水底下的空間
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    我們把它裝滿處理過的廢水
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    並加入會製造油料的微藻
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    然後這個空間的材料將會是有彈性的
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    讓它能夠隨波移動
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    當然，我們建造的這個系統
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    將利用太陽能使藻類生長
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    它們會消耗二氧化碳，這是件好事
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    然後在生長的過程中製造氧氣
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    微藻生長的空間能夠將多餘的熱能
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    分散傳導至四周圍的水中
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    你可以收成它們來提煉生質能源
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    還有化妝品、肥料、及飼料的原料
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    當然，你得讓它附蓋很大的面積
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    所以你得當心其他利益相關者
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    像是漁民和船等等，但這都是小事
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    因為重要的是生質能源
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    而大家都知道生產替代能源是多麼的重要
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    而大家都知道生產替代能源是多麼的重要
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    為什麼我們要用微藻類?
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    這個圖表顯示著目前考慮
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    用來生產生質能源的不同農作物
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    你可以看到像是黃豆
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    每英畝一年可生產五十加侖
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    或是向日葵、油菜籽、痲瘋樹、和油棕
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    然後那個很高的圖代表微藻的產量
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    和黃豆的五十加侖產量相比
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    微藻每英畝可在一年內生產
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    兩千至五千加侖的油
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    微藻是什麼?微藻是微生物
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    也就是說，他們很微小
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    你可以看看這些單細胞生物
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    和頭髮大小相比的照片
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    這些微生物已經存在幾百萬年了
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    而且世界各地有上千種
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    不同種類的微藻
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    其中有些是世界上生長最快的植物
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    並生產，就如我剛剛所說的，很多很多油
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    那為什麼我們選擇在沿岸做這個計劃?
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    選擇在都市沿岸的原因在於
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    如果你觀察沿海都市，會發現其實別無選擇
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    這是因為如我剛剛提到，我們將利用廢水
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    如果你看看我們的廢水處理廠的位置
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    它們都在城市附近
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    這是舊金山，它地底已埋了
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    總長約九百英里的廢水管
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    並將這些廢水排放到海裡
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    世界各地的都市處理廢水的方式各有不同
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    有些都市會加以處理
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    有些都市會直接排放
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    但是無論如何，排出的廢水
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    對於提供微藻生長是完全沒問題的
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    所以讓我們想想這個系統會長什麼樣子
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    我們叫它OMEGA，它是
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    「沿岸微藻生長包膜」的縮寫
    (Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae)
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    在NASA，有好的縮寫是很重要的
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    它將如何運作? 我剛剛已經敘述了大概
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    我們輸入廢水和某二氧化碳源
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    進入這些漂浮的結構中
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    然後廢水提供微藻生長所需的養分
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    而微藻消耗並固著二氧化碳
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    減少溫室氣體
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    它們當然是利用太陽能生長
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    然後海浪會提供動能混合藻類
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    而溫度將會由周圍的水溫所控制
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    而溫度將會由周圍的水溫所控制
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    就如我所提的，藻類將生產氧氣
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    它們也會生產生質能源和肥料、食物
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    以及其他藻類生物副產品
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    而且這整個系統是自我封閉的。這是麼意思?
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    它是模塊化的。假設其中一個單元
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    出乎意料外的停擺
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    它漏水了，或被閃電擊中
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    流出來的廢水是原本就會被排放到海域的
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    流出來的廢水是原本就會被排放到海域的
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    而那些藻類是會自然分解的
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    因為它們原本存活於廢水中
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    它們是淡水藻，這意味著
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    它們無法於鹹水中生存，所以會死去
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    我們將使用的塑膠材料
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    是一種廣泛使用的材料，效果良好
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    而且我們將設計這些單元，使之能重複使用
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    所以我們有可能超越現況思考
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    來考慮這個系統的用途，我的意思是
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    我們需要考慮淡水的問題
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    淡水在未來將會是個急迫的課題
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    所以我們現在正研究開發
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    重複利用廢水的方法
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    另外需要考慮的一點是架構本身
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    它將在海洋中為生物提供表面積
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    這些表面會被海藻占滿
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    還有海洋中的其他生物
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    它將提升海洋的棲地生態
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    並增加生物多樣性
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    最後，因為它是在海岸邊的架構
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    我們可以想像它如何能夠增進
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    海岸的水產養殖活動
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    所以你大概在想 "天啊
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    這聽起來真是個好主意，我們如何試試看它能否成真?"
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    我已在Santa Cruz設立實驗室
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    在加州漁獵部的場地
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    那裡有設施提供我們設立大型的海水箱
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    來測試這些想法
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    我們同時於舊金山設立實驗
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    在那三個廢水處理廠其中之一
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    一樣來試驗我們的提案
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    最後，我們想看看要在哪裡
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    能夠測試這個架構對海洋環境的影響
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    所以我們設立了一個野地實驗
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    在一個叫 Moss Landing 海洋實驗室的地方
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    位於蒙特利灣，我們在海港內實驗
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    看看這對海洋生物的影響會是什麼
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    在 Santa Cruz 的實驗室是我們的開發中心
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    我們在那裡培養藻類
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    融合塑膠、建造工具
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    和出了很多差錯
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    或是如艾迪生所說的
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    我們正發現這系統無法運作的一萬個原因
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    所以我們在廢水中養微藻，並設計工具
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    讓我們能夠融入藻類生活
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    密切監測它們成長的方式
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    看如何讓它們開心生活
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    以確保我們培養的藻類能夠生存茁壯
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    而我們最迫切需要設計的東西
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    是這些生物光合反應器，我們簡稱PBR
    (photobioreactor)
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    這些就是將會漂浮於海面的結構
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    用某種便宜的塑膠材料製作
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    使微藻能在其中成長，而我們也測試了
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    許許多多不同的設計，大多都是失敗的作品
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    當我們找到一個成功的設計
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    在約三十加侖的大小
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    我們在舊金山把它放大到450加侖測驗
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    讓我告訴你這系統如何運作
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    我們基本上採用內含經挑選的藻類的廢水
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    並將之循環通過這個漂浮的結構
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    這個管狀、有彈性的塑膠結構
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    然後它將在這裡面循環
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    當然，太陽光會照在表面
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    然後藻類吸取養份成長
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    但這有點像把你的頭塞到塑膠袋裡
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    雖然藻類並不會像我們一樣因二氧化碳而窒息
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    雖然藻類並不會像我們一樣因二氧化碳而窒息
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    但它們會因製造的氧氣而窒息
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    它不是真的會窒息，但是它們產生的氧氣是個問題
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    因為它們會把二氧化碳用完
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    所以我們的下一步便是想辦法移除氧氣
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    我們加了這個柱狀體
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    用來循環部分的水
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    並重新加入二氧化碳，我們再循環水之前
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    灌注氣泡在裡頭，解決問題
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    你再這裡看見的昰初成品
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    是我們第一次試著建造這個柱狀物
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    我們將大型的柱狀結構安裝於舊金山
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    在我們安裝的系統裡
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    這個柱狀的構造還有一個優點
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    就是藻類會沉澱到柱子底部
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    這使我們能夠累積微藻體積
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    並方便收成
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    我們可以將累積於柱子底部的微藻移除
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    我們可以將累積於柱子底部的微藻移除
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    然後讓它漂浮在水中，再用網子從表面撈取
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    以大量收成
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    我們也想要了解這個結構
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    對於海洋環境的影響
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    而我之前提到我們有實際於野外實驗
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    在Moss Landing海洋實驗室
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    我們理所當然地發現這些材料
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    會被海藻覆蓋，所以我們需要
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    設計一個清潔的方法
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    我們也觀察海洋哺乳類和鳥類的與此互動
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    你在這裡可見一隻海獺對這個挺有興趣的
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    牠不時地於這個迷你水床中穿梭
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    我們好想要雇用這個小傢伙
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    或訓練他幫我們清理這些結構的表面之類的
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    但那是未來的事
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    所以我們真正在做的昰
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    我們於四個方面進行研究
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    我們的研究範圍包含這個系統的生物方面
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    像是研究藻類的生長方式
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    什麼東西會吃掉微藻，還有什麼東西會殺死它
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    我們於工程方面了解我們需要什麼材料
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    來建造整個結構
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    不止是小規模，而是如何建造
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    我們最終需要的極大規模的成品
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    我有提到我們研究鳥類和海洋哺乳類
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    並基本上全面評估它的環境影響
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    最後我們解決經濟方面的問題
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    我所指的經濟是
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    這系統需要多少能源來運作?
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    你能夠從系統提出
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    比你所輸入還要更多的能源嗎?
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    比你所輸入還要更多的能源嗎?
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    它的運作成本多少?
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    它需要多少資本?
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    它整體的經濟架構穩固嗎?
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    讓我告訴你這將不會是簡單的事
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    我們在這四個方面都還有很多努力空間
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    才有辦法讓這個系統真正運作
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    但是我們時間不多，所以我想給你看
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    我們預計這個系統將會如何呈現
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    於一個想像的海灣
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    在世界的某處，在背景中
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    可見廢水處理廠
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    以及提供二氧化碳的排氣煙囪
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    但是當你算算系統的經濟收支
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    你會發現僅這樣是很難運作的
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    除非你把這系統想成廢水處理的替代方式
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    並有固碳、結合太陽發電
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    或是海潮發電、風力發電等可能性
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    如果你開始思考
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    如何結合各式各樣的活動
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    你也可以在這個系統加入水產養殖
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    像是在這個系統底下我們有貝類養殖
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    可以生產蛤蠣或是淡菜
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    我們可以生產生蠔等等
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    可以提高經濟價值的食物和產品
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    然後利用這點來刺激市場
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    慢慢把系統越做越大，直到最後
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    將之作為生產生質燃料來源的理由才有競爭力
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    還有一個問題常常浮現
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    就是塑膠在海洋中一直有很不好的聲譽
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    因此，我們用搖籃到搖籃 (綠色經濟概念) 觀點思考
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    我們要如何處理這些
    我們需要在海洋環境中運用的塑膠?
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    我們要如何處理這些
    我們需要在海洋環境中運用的塑膠?
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    我不知道你有沒有聽說這事
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    但是在加州，有大量的塑膠
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    現在正被利用於農田中當作塑膠護跟覆蓋物
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    塑膠在土壤表面形成極小的溫室
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    它可以提高土壤表面溫度
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    以延長生長季節
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    並控制雜草
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    當然，它也提高灌溉的效率
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    所以OMEGA系統將會
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    加入這個產物，所以當我們於海洋環境用完後
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    加入這個產物，所以當我們於海洋環境用完後
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    我們將會將它利用於農田中
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    那我們到底要把這個系統放哪?
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    它在海岸線會長什麼樣子?
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    這個影像是將這套系統用於舊金山灣的樣子
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    舊金山一天製造六千五百萬加侖的廢水
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    如果我們假設這系統的保水時間是五天
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    我們將需要容納三億兩千五百萬加侖
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    差不多是1280英畝大的OMEGA系統
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    漂浮在舊金山灣中
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    其實那是小於舊金山灣的面積的百分之一
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    其實那是小於舊金山灣的面積的百分之一
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    若以每年每英畝兩千加侖計算
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    它將生產大於兩百萬加侖的生質燃料
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    那是舊金山生質柴油的需求量的20%
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    那是舊金山生質柴油的需求量的20%
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    而且這還是尚未加強效率的計算
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    我們還可以把這系統放在哪裡?
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    可能性很多
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    像我之前提到，有舊金山灣
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    聖地牙哥灣是另一個例子
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    莫比爾灣或是切薩皮克灣，但事實是
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    隨著海平面上升，將會有
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    許多的新機會 (笑聲)
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    所以我現在像你描述的昰
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    一個融合各種活動的系統
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    生質燃料結合替代能源
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    結合水產養殖
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    我開始是為了尋找一個
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    能夠永續生產生質燃料的創新方法
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    而在這過程中，我發現達到永續經營真正需要的
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    不是創新，而是整合現有的系統
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    長遠來看，我有信心
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    我們的集體智慧能夠激出火花
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    我相信如果我們激進求新
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    並不在乎最後功歸於何人
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    沒有任何東西能夠限制我們能的成就
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    解決我們未來難題的永續方案
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    將會是多元化的
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    並有許多可能
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    我認為我們需要考慮所有方面
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    自 alpha (希臘字母的的一個) 至OMEGA (最後一個)
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    謝謝 (掌聲)
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    (掌聲)
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    Chris Anderson(主持人) : Jonathan 我有個問題
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    這個計畫可以持續在NASA內部進行
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    還是你們現在需要有企圖心的綠能基金
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    來注入資金並促使它完成?
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    Jonathan Trent : 現在已到了一個階段
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    NASA有意願將這個系統實際
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    在海岸操作，但是在美國境內
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    有許多問題因為有許多證照限制
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    並且申請於外海作業的證照
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    過程冗長
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    所以現在真正需要外界人士
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    而我們也很前衛的開放這個技術
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    我們基本上就要把它推出去
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    所有以及任何有興趣的人
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    都可以試著把它實踐
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    CA: 這真有趣，你們並不要把它變成專利
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    你們要將之發表
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    JT: 一點也沒錯
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    CA: 非常好。謝謝你。
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    JT: 謝謝 (掌聲)
Title:
由飄浮的微藻汲取新能源
Speaker:
Jonathan Trent
Description:

你可稱之為「沒有化石的燃料」: Jonathan Trent 正在研究如何於外海養殖微藻來處理廢水並生產生質能源。他於此介紹他的團隊如何利用 OMEGA 計劃 (Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae) 的願景來改造我們未來的能源。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
14:45

Chinese, Traditional subtitles

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