綠藻變原油？微藻生質燃料的新技術！

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

「氣候工作」公司（那間我付錢請他們把碳排放埋到冰島的公司）是由克里斯多福．格巴德（Christoph Gebald）與簡．沃茲巴赫（Jan Wurzbacher）這兩位大學時代的朋友共同創辦的。「我們是上大學第一天認識的，」沃茲巴赫回憶道，「我想我們第一週就問了彼此：『嘿，你想要做什麼？』然後我說：『嗯，我想要創立自己的公司。』」他們後來將研究所的獎學金分為兩份；兩人都花一半時間做博士班的研究，並且用另一半時間讓公司成長。

就跟拉克納一樣，他們兩個人面對了許多質疑。有人說，他們做的事情只是在轉移焦點。如果大家認為有方法能從大氣中抽走二氧化碳，那他們就會排放更多。「大家會反對我們說：『嗯，老兄，你們不該這麼做，』」沃茲巴赫跟我說，「但我們一直很頑固。」現年 35、6 歲的沃茲巴赫身材纖瘦，頂著一頭孩子般的蓬亂黑髮。我和他在「氣候工作」公司的蘇黎世總部碰面。那棟建物裡不僅有辦公室，也有金屬加工廠，現場不僅帶著科技新創的氛圍，也有點腳踏車店的感覺。

「把二氧化碳從流動的空氣中抽出來並不是什麼尖端科技，」沃茲巴赫跟我說，「這也不是什麼新鮮事。過去五十年來，人類都會從氣流中過濾二氧化碳，只是用途不同。」

從空氣中抽碳所面臨的挑戰

譬如在潛水艇中，船員呼出的二氧化碳必須排出去，否則會累積出對人體而言很危險的濃度。

但是能從空氣中抽出碳是一回事，要能大規模執行則又是另一回事。燃燒化石燃料會產生能源，從科技中捕捉二氧化碳也「需要」能源。只要能源是透過燃燒化石燃料所產生的，那就一定會增加必須捕捉的碳量。

第二個重大挑戰是處置方式。捕捉下來的二氧化碳需要送到安全的地方儲存。「玄武岩的好處是我們很好對外解釋，」沃茲巴赫說，「如果有人問：『嘿，但這真的安全嗎？』答案很單純：兩年內，它就會變成位在地下一公里處的石頭。就這麼簡單。」合適的地下儲存地點並不少見，但也不普遍；這表示，若要打造大型的碳捕捉工廠，要不是必須有個合適的地理位置，否則就得把二氧化碳運到遠處。

最後是成本的問題。把二氧化碳從空氣中取出來需要經費，現在這需要花很多的錢。把一噸重的碳排放變成石頭，需要付給「氣候工作」公司 1000 美元。我將 544 公斤的配額，都用在飛往雷克雅維克的單程飛機上，於是包含回程飛機以及去瑞士的航程在內的碳排放，就只能留在空中飄蕩。沃茲巴赫跟我保證，隨著愈來愈多的捕捉裝置裝設完成，價格也會下降；在 10 年左右的時間內，可望降到每噸 100 美元。

如果碳排放以類似比例課稅的話，那麼就更容易計算：基本上，只要抽出一噸二氧化碳，就能少付一噸的碳稅。但如果碳仍舊能免費排入大氣中，那又有誰願意付這筆錢呢？即使一噸只要付 100 美元，把十億噸二氧化碳（只是世界年度排放量的一小部分）埋起來，就需要花上 1000 億美元。

我也問沃茲巴赫，這個世界是否已準備好為直接從空氣中捕捉碳的技術付費。「也許我們太早投入了，」沃茲巴赫若有所思地說，「也許時機正好；又或許我們遲了一步——天曉得。」

生質能與碳捕集和封存 BECCS

一如有許多方式能把二氧化碳釋放進空氣中，其實也有很多（潛在的）方式能移除二氧化碳。一種名為「加速風化（enhanced weathering）」的技術可說是我在赫利舍迪電廠參觀到的工程的反向版。這個概念並非將二氧化碳注入石頭中，而是將石頭帶到地表與二氧化碳接觸。

首先，要先將人為開採並碾碎的玄武岩散布到世界上炎熱、潮溼地帶的農田裡，而二氧化碳與這些碎掉的石頭起化學反應後，就能將其從空氣中抽取出來。或者有人也提出，可以碾碎火山岩中常見的綠色礦物質：橄欖石，再撒入海洋中溶解。這麼做能使海洋吸收更多的二氧化碳，而且還有另一個好處：對抗海洋酸化。

另一類負排放科技（negative-emissions technologies，簡稱為 NETs）的靈感則源自於生物。植物生長時會吸收二氧化碳，而當它們腐朽時，二氧化碳就會回到大氣中。種植新的森林能在植物體成熟之前吸收碳；有一篇瑞士研究人員最新的研究評估，種植一兆棵樹就能在接下來數十年中，從大氣中移除 2000 億噸的碳。其他研究人員認為，這項數據將事實誇大了十倍甚至更多。儘管如此，他們也評道，新植林吸收碳的能力「還是很重要」。

為了解決朽木的問題，許多人提出各種技術方案。其一是將成樹砍倒並埋在溝渠裡；因為缺乏氧氣，就能防止樹木腐朽，以及隨之而來的二氧化碳排放。另一個計畫則只需要蒐集玉米梗等作物殘留物，並倒入深海；在黑暗、冰冷的深海裡，這些農餘腐爛的速度會很慢，甚至完全不腐爛。這些聽起來可能很怪的想法，也都是從自然中汲取靈感。在石炭紀（Carboniferous），有大量的植物遭到淹沒並埋於地底。這些植物後來就變成煤礦——如果這些東西可以保留在地底，理論上就能把碳永遠留在那裡。

林地復育（Reforestation）與注入地下的技術相互結合後，即為「生質能與碳捕集和封存（Bioenergy with carbon capture and storage）」——BECCS（發音為「becks」）。

IPCC 所使用的預測模型極度傾向 BECCS，因為它可以同時達到負排放與發電兩種目的。這種「魚與熊掌兼得」的辦法，以氣候數學的角度來看，幾乎所向無敵。

BECCS 的構想是種植能從空氣中吸取碳的樹木（以及部分穀物），接著便透過燃燒樹木來發電，所產生的二氧化碳再從煙囪直接捕捉下來、送入地底。（2019 年，世界首個 BECCS 的前導實驗已在英格蘭北部一座木顆粒燃料發電廠展開。）

替代方案的土地面積要廣、數量要大

這些替代方案所面臨的挑戰就跟直接從空氣中捕捉碳一樣，問題在於規模。馬里蘭大學的教授（University of Maryland）曾寧（Ning Zeng）是首創「樹木砍伐與儲存」概念的人。根據他的計算，若要每年消去 50 億噸的碳，總共需要 1000 萬條埋樹溝渠，而且每一條都要跟奧運標準游泳池一樣大。「假設有一組一共 10 人的人馬每週可以用機械施工，挖出一條溝渠，」他寫道，「那也需要 20 萬組（200 萬名工人）人馬與機器。」

根據德國科學家一篇最新的研究，若要藉由「加速風化」移除十億噸的二氧化碳，那就得要開採、碾碎並運送約 30 億噸的玄武岩。作者群指出，需要開採、磨碎與輸送的石頭「雖然數量非常大」，但其實還比每年約 80 億噸的煤礦開採量要來得少。

若要種植十億棵樹木，大約需要造出 906.5 萬平方公里大的新林地。這片森林面積之廣，會跟包含阿拉斯加在內的美國國土差不多大。這麼大片的耕地不再用於生產農作的話，可能造成上百萬人面臨飢餓。喬治城大學的教授歐盧費米．泰伊洛（Olúfẹ́miO. Táíwò）近期表示，有一種危機是「我們每邁出一大步的同時，卻在公平正義上倒退兩步。」然而，大家也不清楚，用未開發的土地是否就會比較安全。

樹木是深色的，所以若把凍土變成森林，反而會增加地球要吸納的能量，並造成全球暖化，最後也無法達成目標。解決這個問題的方法之一，可能是用 CRISPR 技術基因改造出淺色的樹木。就我所知，目前還沒有人提出這個構想，但似乎只是遲早的事。

江殷儒
中央研究院生物多樣性研究中心 副研究員​
​台灣微生物歲時記

 

直到現在，我依然享受騎乘機車的自在隨意。

初夏時節，騎機車自南港舊庄進入遍植包種茶的淺山地帶後，轉汐碇路可到達石碇。沿途林蔭鬱鬱，山澗處處，令人暑氣全消。沿著靜安路蜿蜒而行，隨著滿山遍野的天燈殘骸漸增，即達平溪十分一帶。進入雙溪後，群山猛然往兩側退去，道路豁然開朗，筆直地進入貢寮。繼續向東行進，嗅聞到海風氣味後，即可到達農田連綿廣衍的田寮洋。

田寮洋面積約200公頃，是雙溪河下游的洪氾平原。雙溪河在此處形成大曲流，可供洪水宣洩。因此，田寮洋具有調節雙溪河水位的功能。

田寮洋以稻田、筊白筍田為構成主體。經由水田耕作的持續干擾，田寮洋得以遠離陸化的命運，長期維持濕地的型態。周遭環繞低矮的丘陵，加上如馬賽克鑲嵌般的水塘與草澤，讓棲地多樣化的田寮洋成為台北盆地重要的生物庇護所，成為許多留鳥的寶貴棲所，亦是候鳥南北遷徙的補給站。跟著水鳥遷徙傳佈的，除了令人聞之色變的禽流感，還有各式各樣的微藻類，肉眼可見、姿態嬌媚的團藻。

如果藻類也可以成為神奇寶貝的話，團藻絕對是最值得收服的對象之一。

團藻性喜棲息於富含有機質的靜水域，如淺塘與雨後的暫時性水窪。初夏的田寮洋，在棲息著少量滿江紅的水田裡，很容易發現團藻的蹤跡，甚至會形成極度優勢的藻類純群。團藻與滿江紅要求相似的水質條件；然而，佈滿滿江紅的水田，由於光照缺乏，又會抑制團藻的生長。另一方面，團藻對農藥敏感。因此，棲息著團藻的水田，通常是禁絕或低度用藥的友善耕作水田。

團藻的藻體是直徑1～5毫米的中空球形群體，是少數肉眼可見的微藻。在野外可以利用透明封口袋採集水田的水樣，於陽光下利用放大鏡貼近封口袋，即可觀察到一顆顆的團藻。也因為極易觀察，顯微鏡之父─荷蘭微生物學家雷文霍克在十八世紀初期即描述過團藻。

分類上團藻屬於綠藻門，這類的藻類由於富含葉綠素 a 和 b，外觀呈現亮綠色。作為最原始的多細胞生物之一，團藻由數百至數萬個單細胞在球體表面排列組成，鑲嵌於由醣蛋白組成的膠質結構。同時，單細胞具有朝外的兩條游動鞭毛及感光用的眼點。

團藻（Volvox spp.）的拉丁字義為「滾動」，顧名思義，放大鏡下的團藻會以優雅的姿態，緩緩地向光照處滾動（影片如下）。這需要令人驚異的協調性。因此，看各自獨立的單細胞，彼此需透過相連的原生質聯絡絲進行緊密的溝通協調。

https://www.youtube.com/watch?time_continue=11&v=nzO-ZSsqc9U

在演化研究上，團藻是相當重要的研究材料。因為團藻可能是單細胞真核生物過渡到多細胞生物的早期生命形式，也是有性生殖發生的起源。日本東京大學生物科學系的野崎久義教授在團藻演化上就有傑出的研究貢獻。

但如果你嘗試連續地培養團藻，難度其實很高，就像企圖強留夏日花火；最後你會在秋天前的某一日發現團藻的藻體萎縮崩潰。

藻類往往具有非常複雜的生活史，團藻就是如此。我們肉眼見到的球形群體，其實只是其生活史的一個片段。

在合適的水質條件下，團藻傾向進行無性生殖。群體內少數體型較大的生殖細胞會持續分裂，進而發展成子群體，隨後掉入空腔內。當母群體老化破裂後，子群體們即會釋出到環境中。溫度的劇烈變動及乾燥等理化條件，會促成團藻細胞產生費洛蒙，誘導團藻進入有性生殖，結果便是產生厚壁的休眠孢子，隨後沉入田土中，等待另一個夏天。

這樣的生活史，與水稻田的季節作息相呼應，彷彿團藻是上帝擔憂水稻太過孤單而創造的玩伴。當你漫步於夏日的田寮洋，除了利用望遠鏡觀察遠處的水鳥，不妨彎下腰，拿起放大鏡，仔細觀察田水中的寂靜角落，或許你也能發現那美麗炫目的團藻。

參考文獻

1. Nozaki H, Ueki N, Takusagawa M, Yamashita S, Misumi O, Matsuzaki R, Kawachi M, Chiang YR, Wu JT. Morphology, taxonomy and mating-type loci in natural populations of Volvox carteri in Taiwan. Bot Stud. 2018 Apr 3;59(1):10.
2. Nishii I, Miller SM. Volvox: simple steps to developmental complexity? Curr Opin Plant Biol. 2010 Dec;13(6):646-53.

本文轉載自MiTalkzine，原文《初夏田寮洋的團藻》

歡迎訂閱 微雜誌MiTalkzine，加入 MiTalker 的行列，一起來認識這個星球上千萬種各式各樣的微生物吧！

訂閱連結：https://goo.gl/Qo59iG