值得關注！生質能源公司的多角化經營策略 – Gevo

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。

文 / 陳妤寧

大家都知道玉米可以用來提煉乙醇燃料，不過現在加州的一家新創公司 NexSteppe 正在開發以高粱作為原料來開發生質能的另一片天，甚至可能比玉米來得更加有效率和環保。

身負眾望－充滿能量的高粱種子

想到高粱可不能只想到金門。高粱源於非洲，非常耐熱和耐旱，不但可被再製為麵粉、糖漿和啤酒，被使用於在無麩質的產品，也被用來餵養駱駝。被稱之為北非小米的「蒸粗麥粉」或是在非洲被廣泛食用的粥，都是高粱屬作物的化身。已經在歷史上餵養人類和其他動物們超過千年。

全世界上的科學家都在研究能夠肩負起製造能源使命的植物們－樹木、灌木和草皆然。環境學家們表示，若要降低交通運輸部門所排放的碳污染，就必須提昇生質能源的地位和比重，汽車、卡車、公車、飛機在接下來幾十年都需要汽油和柴油以外的新液態燃料。做為世界最大私營石油公司之一的英國石油（BP），一共投注了 5 億美元給美國政府和大學研究機構來研究生質能和燃料作物。而從 2006 年開始，美國相關的能源和農業部門同樣也開始資助以生物能源和植物燃料為導向的的基因學基礎研究。

去年（2013年），NexSteppe 引進了兩個品種的高粱種子－帕羅奧圖（Palo Alto）和馬里布（Malibu），這兩種品種特別被用來作為能源作物栽培。他們可以在不肥沃的土地上成長、適應多元的氣候、而且還可以在四個月內長到 20 英呎（約 6 公尺）這麼高。「馬里布（Malibu）」容易發酵糖分，有利於製作燃料；另一個品種帕羅奧圖（Palo Alto）則志在為纖維速燃料和生質能鍋爐提供低水份的原料，藉此製造熱能和電能。

時勢造英雄－市場上對乙醇燃料的龐大需求

NexSteppe 認為乙醇燃料的重要性會持續攀升，但原料的供應量和質都遠遠不足。「我們發覺市場上的需求沒有被滿足，目前除了棉花和煙草之外，經濟作物的發展遠不如糧食作物，但其實能源燃料的需求還在持續增長！」NexSteppe 的創辦人兼 CEO 安娜拉特（Anna Rath）表示。安娜拉特今年 38 歲，過去在麥肯錫顧問公司上班，擁有生物學和遺傳學的學位，也是耶魯大學法學院的博士。她在 2010 年以一百萬美元和朋友展開了 NexSteppe 的新創事業，並從眾多創投以及杜邦化工公司爭取到了四千萬美元的資金。杜邦化工公司是投資能源燃料中的領頭羊，目前在愛荷華州正在興建一座纖維素乙醇（Cellulosic ethanol）工廠。

「巴西是我們第一個、也是最大和最重要的市場。」安娜拉特表示，巴西有幾十家的乙醇工廠和生質能鍋爐，由於運輸部門和電力需求都在增長，當地的甘蔗可說是供不應求。除了巴西之外，拉特也認為中國和美國的市場充滿機會，因為今年預計將會有半打的纖維素乙醇工廠投入商業運轉。

安娜拉特表示。雖然 NexSteppe 在主要市場巴西以外的地方幾乎沒做宣傳，它的原料卻正由世界上 15 個不同國家的農夫們所耕種，包括加拿大、美國、德國、中國、印度、和其他南亞國家。現在 NexSteppe 的辦公室位於舊金山，聘有 35 位員工，其中逾半為科學家。

閃開，讓專業的來－高粱眼中的失職玉米

NexSteppe 認為乙醇燃料的重要性會持續攀升，然而現正佔據乙醇燃料霸主位置的玉米原料卻表現不佳。目前世界上燃料作物的主要來源只有兩種：美國的玉米和巴西的甘蔗，但這兩種燃料作物的使用效能都還未臻理想。

「對於現在用於提煉乙醇的玉米栽種方式我們有許多擔憂，整個過程中充滿過多的化肥、農藥和各種高濃度的化學成分。」美國自然資源保護委員會（Natural Resources Defense Council，NRDC）的資深政策研究員布萊恩邵（Brian Siu）表示，理想的生質能源應該從有機廢棄物或作物中提煉出來，而不是需要另外東加西加一堆化學品或是過多的水源。

由於成本比化石燃料來得更高，以玉米提煉的乙醇燃料需要政府補貼的事實也遭受許多爭議。相較於現在的主流能源作物玉米和甘蔗，NexSteppe 相信高粱屬的作物能夠更加優化生質能源的生產過程。NexSteppe 本身也採用傳統的育種方法，而不使用基因改造。安娜拉特表示高粱的碳排放量遠低於玉米或甘蔗，每畝能夠提供的生質能原料卻更多。

不只拿來吃更要拿來燒－能源作物和生質燃料的多元想像

「我們不認為直接把糧食作物拿來當做燃料會是個好主意。」能源作物科學研究所（Energy Biosciences Institute，EBI）的資深研究員希瑟楊斯如此表示。EBI 是由英國石油（BP）在柏克萊加州大學贊助的研究計畫，從事不同種能源作物的永續發展潛力研究。

當然，NexSteppe 也不是唯一投身於能源燃料作物的公司。一家之前 Rath 工作過小型的上市公司「Ceres」，除了高粱之外，也經營芒草和草梗粗壯的柳枝稷（switchgrass）等提煉燃料乙醇的項目。

隨著時間的推移，生質能原料的多元可能性一一浮現，生質能永續性的關鍵十分取決於原料本身、以及人類決定「在哪裡（where）」、「用什麼方式（how）」來種植這些原料。

資料來源：New energy-rich sorghum offers ethanol without the corn (theguardian, Marc Gunther, 2014/8/12)

在生質能源業成功獲利的四個關鍵這篇文章中提到，由於生質能源公司的初期投資成本往往很高，在現在的產業環境下不依靠政府補助而純粹靠生產生質燃料來延續公司的發展，可以說是一項相當不容易的任務。因此，美國許多生質能源產業的新星都正積極往生技甚至是塑化產業界部屬，期望利用高市場價值的產品繼續成長。

今天要介紹的公司Gevo，對於持續關注生質能源產業發展的讀者來說一定是個耳熟能詳的公司。它不只是生質丁醇專利大戰的兩位主角之一，同時也是可口可樂的合作夥伴，更很有可能成為美國海岸巡防隊的燃料供應商。

其中，與可口可樂的PlantBottle™合作計畫正是Gevo多角化部屬的一部分。當然，isobutanol仍然是Gevo主要的商品，但是在Gevo經歷IPO並宣稱要開始生產丁醇之前，Gevo最初的主要發展方向是生質丁醇生產所需的酵素工程技術。直到如今，Gevo的關鍵技術仍是取名為GIFT® (Gevo’s proprietary integrated fermentation technology platform)的發酵技術平台。根據Gevo公開的資訊，GIFT®包括兩個部份：生物觸媒工程(biocatalysts)以及分離裝置(separation unit)的整合。

在生物觸媒的部份，可再細分為Second generation及Future generation兩種，其中Second generation適用於現有的酒精發酵製程。不論是Second generation或是Future generation，Gevo的生物觸媒作用都是將各種醣類經由發酵作用轉為isobutanol。以Second generation來說，Gevo使用的酵母是將目前已經非常成熟的酒精發酵製程及乳酸發酵製程中使用的酵母菌種，經由生物技術改變其代謝機制而成，因此他們非常有信心能夠成功將GIFT®導入現有大規模製程的酒精發酵廠。分離裝置也是目前丁醇製程中非常重要的部份：在目前工業應用中，isobutanol的製造是利用丙烯的羰基合成得到正、異丁醛的混合物後，再加氫及分離程序得到。Gevo 分離裝置的特別之處在於，它在設計之初便是針對現有的酒精發酵程序作為安裝環境，因此能夠直接安裝到現有的酒精發酵廠進行無痛升級。

因此，除了持續生產isobutanol作為燃料以及其他化工產品的原料之外，Gevo的目光正瞄準了全美的酒精精煉廠。2011 年，美國本土的酒精產量是139 億加侖 ，2012年則是 133 億加侖。全美生質酒精精煉廠分佈於21州，粗估尚在運轉的總數約在200家上下。等到isobutanol的製程穩定，這些尚在運轉的生質酒精廠有可能接受Gevo的升級方案轉而生產isobutanol而成為Gevo的客戶。

生質能產業其實極富彈性，在農業、化工、食品、汽車等產業都能夠看到生質能產品，我們也相信這將是未來的趨勢。除了Gevo之外，其他的生質能源公司也正都不約而同地向其他產業伸出友誼之手，進行異業結盟。下回要介紹的公司 – Amyris 便是另一個非常好的例證，我們下回見囉！

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