那些電影、遊戲與動漫出現的再生能源,真可能在現實實現嗎?

現今人類社會還是十分仰賴石化、核能為主要能源,但人類有可能擺脫現有的能源體系嗎?有許多電影、遊戲、動畫與漫畫都參考了再生能源科技,去描述人類社會的下一步。INSIDE 這次挑選了四部作品,一一為讀者介紹這些可能改變人類未來的再生能源。
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現今人類社會還是十分仰賴石化、核能為主要能源,但溫室效應正迅速導致全球暖化加深,劇烈衝擊著地球的生態和環境;日本 311 大地震也讓許多人再次省思核能的危險。那麼,人類有可能擺脫現有的能源體系嗎?有許多電影、遊戲、動畫與漫畫都參考了再生能源科技,去描述人類社會的下一步。INSIDE 這次挑選了四部作品,一一為讀者介紹這些可能改變人類未來的再生能源。

《連鎖效應》:氫氣會有更乾淨的生產方式嗎?

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▲氫氣在現實中被日本大力推崇,Photo Credit: Movieclips

1996 年的《連鎖效應》是由安德魯·戴維斯導演,基努李維擔綱男主角的逃亡動作片,主角艾迪所屬的研究團隊發明了透過超音波可直接從水生成氫氣的劃時代技術,讓氫氣生產變得極為經濟、乾淨,可取代目前石油能源體系。然而在研究慶功會後,主導研究計劃的巴克利博士卻慘遭謀殺,女主角莉莉與艾迪也被栽贓。為了證明自己的清白並保護研究成果,兩人展開一連串的逃亡行動。而整個計畫的幕後黑手正是某間石油公司,為了維護原油經濟的利益結構和政治勢力掛勾,佈下天羅地網想要破壞整個研究成果……

由於氫氣經過燃料電池轉換成電力後最終只會產生水,確實被許多人視為新世代的能源。尤其是日本更是大力提倡「氫社會」,2014 年安倍政府的「能源基本計畫」與「氫社會策略地圖」就把氫視為日本能源政策的未來主軸,從產官學各方面著手推行。但氫氣產業現在最讓人詬病的,就在於生產源頭尚需仰賴石油;INSIDE 過去報導過 ,美國有高達 95% 的商業用氫氣,都還是來自以石油為原料的蒸氣重組法(Steam reforming)」生產。另一個大問題在於氫的儲存與運輸環節,由於氫很容易滲透進金屬,造成金屬「脆氫」,加上燃點低容易自爆,不只需要昂貴的輸送體系成本,液化過程中壓縮與冷卻還會額外消耗不少能源。

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▲TOYOTA 所推出的氫氣汽車「未來」,Photo Credit: 路透社

不過《連鎖效應》所敘述的超音波從水萃取氫氣的技術確實存在,原理是電解水產氫方式時會產生微小氣泡,對電流產生氣阻現象造成能量損失;但以經濟效應來說,目前還是蒸氣重組法最為優勢。

《潛龍諜影》:成本待突破的微藻石油

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▲不只核彈,《潛龍諜影》系列中也使用過微藻石油作為劇情背景,Photo Credit: ShinRaNewlyEmployed

知名動作諜報遊戲《潛龍諜影》(Metal Gear Solid)中也有再生能源的身影。1990 年發表在個人電腦 MSX2 的系列第二作《Metal Gear 2:Solid Snake》中,遊戲劇情講述全球陷入新一波的石油短缺危機時,捷克籍的 Kio Marv 博士發明了具高純度石油精製能力的微藻類「OILIX」,但也因此被遊戲中所虛構,位於中亞的民族主義軍事國家「Zanzibar Land」所綁架。來自美軍精銳特殊部隊 Fox Hound 的主角 Solid Snake 肩負著救援 Kio Marv 博士的重大任務,獨自一人潛入了 Zanzibar Land,並與過去所打倒的 OUTER HEAVEN 指揮官 BIG BOSS 再度對決。

現實中藉由微藻轉化原油的科技確實存在,美國、日本等好幾個國家都正在積極研發這方面的技術。原理是有許多微藻種類可以夠過光合作用,將空氣中的二氧化碳固定,再轉化成油脂儲存;而這些帶有油脂的藻類(含油量約 20 到 50%)可以透過熱化學、轉脂化等數種方式,淬取為接近原油成分的粗油,再精煉即可製成生質柴油或汽油。有些藻類另外帶有含有豐富的含醣量,可生產成乙醇。

Pierre Calleja, manager of French firm Fermentalg, specializing in ichthyology, checks a test tube of biofuel made from microalgae bred in his laboratory in Libourne
▲微藻石油並不會製造多餘的二氧化碳加重溫室效應,Photo Credit: 路透社

藻類轉化石油還有另一項對環境友善的好處,藻類在生長期間是吸收二氧化碳再轉化成油脂,而這些油脂在燃燒、使用後所排放的二氧化碳總量不會超過生長所吸收的量,總體而言不會製造多餘的二氧化碳,進而加深溫室效應。然而,藻類生質原油現在還有兩大成本問題需要克服,第一是目前的藻類生長太容易受到氣溫、光線、雜質等外界因素所影響,想打造有效的藻類生產環境成本依舊居高不下;二來在脫水、萃取、分餾等精練成石油的環節中也相當困難且耗能。在這雙重因素推疊之下,目前一桶藻類生質原油的製造成本尚需 300 美金(相比國際原油一桶約 48 美元)。若真要商用化,技術上就必須有效克服這兩大難關。

《飛輪少年》:台灣也曾有過的地熱發電

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▲《飛輪少年》的最終決戰地在廢棄的地熱設施內,Photo Credit: I Am Just A Regular Otaku

大暮維人的《飛輪少年》是講述在一種新型態動力輪鞋「AIR TRECK」普及化以後,許多日本年輕玩家組成類似暴走族的組織「暴風族」,互相競技的少年漫畫。劇情初期以主角南樹為中心,述說暴風族為爭奪地盤、獲取零件而戰鬥等常見的漫畫橋段;但故事中期開始漸漸闡明,AIR TRECK 內藏美國在日本進行秘密能源實驗的系統雛型,被暴風族視為聖地的地下競技場「特羅派昂之塔」,事實上就是利用死火山所開發的半永久地熱發電設施。在這個地方南樹跟事件幕後黑手,曾為前輩的武內空進行了最終決戰……

世界上第一座地熱發電機是由義大利科學家 Piero Ginori Conti 所發明,並在 1904 年的義大利的托斯卡尼(Tuscany)地區成功裝設開始發電。由於當地火山活動旺盛,托斯卡尼百年以來已成世界著名的地熱田,目前該地區有 26% 的能源來自地熱。跟太陽能、風力等其他再生能源發電相比,地熱發電來源穩定,建廠時間與成本相對較低,還沒有碳足跡,長久以來被視為一個可靠的綠能來源,並被不少國家作為取代部分基載電力的選項。

An engineer releases steam at the two main pips at the KenGen Geothermal Energy Power station in Naivasha
▲非洲肯亞的地熱站,Photo Credit: 路透社

現行的地熱發電原理乃是透過地熱將地下水加熱成蒸汽,再推動渦輪機進行發電,與火力發電的基本原理相同。根據熱能的儲存方式,可分為「蒸氣式」(透過地層原有的地熱水轉化成蒸氣發電)與乾熱岩式(在富含熔岩的地層中鑿兩口井,另外高壓注水,由一井供水加熱,另一井匯集水蒸氣再推動渦輪機發電)兩大種類。最近技術越來越成熟的加強型地熱系統(EGS)原理就屬後者,地層中注入高壓液體做出人工裂隙,並進行水蒸氣的循環發電。

但地熱發電受環境先決條件之限制也非常多,首先就是只能在蘊含高度地熱的地區才有辦法發電,再來開發初期的探勘、鑽井的成本也相當高,地底狀況也往往難以掌握。另外設備管線也維護不易,宜蘭清水地熱電廠就是因為管線結垢嚴重才會在 1993 年宣布停擺。由於位於板塊活動旺盛地區,台灣確實有許多高地熱型能源區(例如大屯火山群),但也因增強型地熱系統有引發地震、破壞地景等疑慮未能廣泛應用。

《機動戰士鋼彈 00》:永不停歇的太空太陽能

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▲在《鋼彈 00》劇情中人類技術已徹底解決能源問題,但依舊紛爭不斷,Photo Credit: lilant74

由於世界觀皆架構於現有的國際政經體制,《機動戰士鋼彈 00》在劇情上可說是相當具有現實感的一部鋼彈作品。西元 24 世紀由於地球的石化能源逐漸枯竭,人類架構了 3 座巨大軌道電梯,並在外側組成巨型太陽能發電系統,供給現代文明社會的能源所需。但世界也因這 3 座巨大軌道電梯,分成三個國際集團聯盟勢力:以美國為中心所領導的「UNION(世界經濟聯合)」,中國、俄羅斯、印度為首的「人類革新聯盟」,以及歐洲的「AEU(新歐盟共同體)」。在這國際三大勢力互相競爭之時,宣稱「以武力根絕戰爭」的私人武裝組織「天上人」出現了,並憑藉著性能高超的兵器鋼彈,展開一連串對各國紛爭的武力介入。

縱使是一部科幻作品,但《鋼彈 00》中有不少科技靈感來自於現實,像是天上人的主要管理系統「Vada」是一套能連接世界各地電腦與網路的量子電腦,隨時紀錄世界上的各種資料,並透過人工智慧可精準推算和預測國際情勢(聽起來就像 Google),進而讓天上人計算哪裡會發生武力衝突進而介入。而片中的軌道電梯太陽能,就是現實所稱的「太空太陽能」(space-based solar power , SBSP)系統。

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▲受到 NASA 青睞的 SpiderFab 計畫,Photo Credit: Tethers Unlimited

理論上在太空中由於沒有夜晚的問題,24 小時都可透過太陽能板收集能量發電,但光是建造與能量傳輸,對人類來說就已是極大的挑戰。在建造方面,美國的太空新創企業 Tethers Unlimited 想透過類似 3D 列印的方式,將零組件發射至太空,並由長得像蜘蛛的自動機器人 SpiderFab 組裝,再透過微波束傳送回地球。這個構想甚至還獲得了 NASA 的青睞 ,給予將近 60 萬美金的輔助支援其計畫;而日本則是由 大林建設 提出了近似《鋼彈 00》中的方法,透過奈米碳管(carbon nanotubes)搭建起長達 9.6 萬公里的軌道電梯,並在電梯中間架設太空站與太陽能設施,並藉由電梯向地面輸送電力。

很多的科幻電影、小說或是動漫作品所預測的科技,如今都已成真,像是 1982 年的銀翼殺手,預告了數位廣告看板將會普遍出現在大城市;星際迷航在 1966 年就有個人攜帶式電腦(智慧型手機),回到未來 2 更有視訊通話、穿戴式智慧眼鏡等裝置,現今早已被廣泛運用。今天所列出的再生能源也都具有足以顛覆現今社會的巨大潛力。說到這,你開始期待這些科技被妥善運用,人類進入能源永不匱乏的新時代了嗎?

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