小讀者連線
桃園市同德國中／對抗海洋塑膠垃圾的科技法寶
刊出日期 2024.11.29
「地球只有一個，而海洋也是。」從50年代開始，塑膠問題像怪獸一樣，瘋狂地影響、破壞我們的地球。海洋的塑膠垃圾問題日益嚴重，必須要馬上採取行動，減緩塑膠垃圾帶給地球的傷害，於是我們開啟解決海洋垃圾的念頭。我們發現，科技是最適合的方式，同時，也找到了4個對抗塑膠的科技法寶──海洋吸塵器、湛鬥機、可溶解塑膠和PETase，希望藉由這4項科技，讓被垃圾問題困擾的海洋，重拾健康、恢復湛藍。
出生在台灣這個海島國家，海洋所面臨的問題，與日常生活息息相關。我們因緣際會在課堂上接觸到聯合國17項永續發展目標（SDGs），且做了一個關於永續發展目標的心理測驗，測驗結果竟都與海洋相關。
還記得曾在學校聽過海洋生態保育專家黃之揚的演說，他持續淨灘與愛護海洋的熱情令我們動容，也讓我們知道，人們為了方便，製造出塑膠，以為可以改善「紙」的浪費，沒想到塑膠發展到現在，變成更大的環境議題。我們感到很疑惑，難道沒有可以解決塑膠垃圾的方法嗎？再這樣下去，人類將會自食惡果，我們必須做出行動！
既然如此，身為國中生的我們，是否也能做出小小的改變，讓海洋環境變得更好？時代快速轉動，日新月異的科技占據了我們的視聽與生活，我們發現，善用科技或許會是有效解方。若能先了解海洋的現狀及困境，進而認識各項科技，探討科技如何解決海洋垃圾，應該能為海洋保育盡一小份心力。
我們好奇：如何運用科技解決海洋垃圾？
我們從海洋垃圾、現況、優缺點及未來展望四大部分著手分析，除了探討垃圾帶及海洋垃圾帶來的危害，並且提出了四大現代科技──海洋吸塵器、可溶解塑膠、湛鬥機、PETase。由於PETase還在研究中，暫不討論，我們針對其餘三大科技深入剖析其優缺點，也提出未來展望。
海上竟然有「吸塵器」
海上有吸塵器嗎？有的！這台海洋吸塵器由荷蘭籍的柏楊・史萊特（Boyan Slat）發明，他16歲那年去希臘潛水時，發現海底垃圾竟然比魚還多，所以立志清理海洋。
此裝置於2019年從舊金山出航，成功收集到第一批垃圾，其中有大至1噸的漁網及小至0.1公分的微粒塑膠。到目前為止他們收集了108,526公斤的塑料，超過了兩架半波音737的總重量。
第一代裝置是由長600公尺、底部深3公尺的網子組成的柵欄，運用風、洋流及海浪自動化的收集垃圾，但因海況的不穩定以及效率考量，而演變出第二代。第二代配置跟第一代大不相同，除了加長、加深柵欄，還在柵欄尾部多加了一個收集袋，增加收集垃圾的量，並把自動的方式改成由兩艘船拖行，增加收集的精準度。而正在實驗中的第三代，更是第二代的3倍大。
海洋吸塵器有何優缺點呢？優點是一次收集的量大，雖然它的體積相當大，卻不會傷害到海洋生物。因為運作時網子的下方會有下沉氣流，把通過的魚群往下帶，而且本身也配有衛星感測器，可將生物位置傳給船隻，所以吸塵器能「閃」過海洋生物，不會捕抓到牠們。
此外，史萊特的公司還將這些垃圾再生成永續產品，如水壺、可重複使用的大束口袋等，賦予垃圾新價值。
而海上吸塵器的缺點是因為第一代的的動力方式較難控制，如果壞掉無法打撈回去，可能變成更大型的垃圾；且光靠打撈的方式，治標不治本，無法解決源頭的垃圾問題。未來期待海洋吸塵器加入AI自動化統計，評估各方面的環境因素，實現完全自動化。
台灣也有「湛」鬥機
台灣也有「湛」鬥機，是「湛藍」的「湛」！湛鬥機為一台全電式海漂垃圾清潔船，同時兼具遙控與自動駕駛模式，電力驅動低碳排，對環境友善。它由台灣湛藍海洋聯盟創辦人陳思穎及團隊所發明，有湛鬥機1.0和2.0，其中，2.0不僅能移動，還能在盡量不擾動水流的情況下，以履帶收集垃圾。湛鬥機1.0平均1小時可以收3公斤，相當於每小時可以撿起130支寶特瓶，2.0每小時已可收到20公斤。
據環境資訊中心2020年統計，平均每人每年產生428.5公斤的垃圾，若湛鬥機2.0連續運作約3週，就可移除每人每年製造的垃圾量。它目前工作的地點有大湖公園、碧砂遊艇港、鼻頭漁港、竹圍漁港以及八斗子漁港，多集中在台灣北部海域。
但湛鬥機也並非完美無缺，一台的造價貴，且大多需要人在旁邊看顧，人力成本高。未來希望可以全自動化，且出海遠一點、清到深一點的垃圾，最好還能夠量產，將此科技變成外交的工具，與國外科技合作，優化湛鬥機，達成共好。
可以吃的塑膠袋？
你沒聽錯，塑膠袋可以吃。
這是化工方面的成功，我們將這種袋子稱之為「可溶解塑膠」。來自印度的艾許瓦（Ashwath Hedge）發明出了一個完全由木薯澱粉和蔬菜澱粉等12種植物原料製成的袋子，相較於目前市面上其他可溶性塑膠多會加入添加物，這個袋子最大的特色是「完全可以食用」。與普通袋子相比，它完全無害。
如果你不想食用這個袋子，它也能夠快速、無污染的自然分解。在野外，180天即能完全分解，埋在土裡，需45天；放水裡，1天；開水裡，僅僅需要15秒！而當它燃燒時，非但不會產生有毒氣體，還會有陣陣食物的香味飄散出來喔！
可溶解塑膠除了對環境友善，可永續發展，還能釜底抽薪，從根本解決塑膠垃圾問題。缺點則是這個塑膠袋的價格比普通塑膠袋貴35％，且印度人民環保意識尚未抬頭，使用還不普及。
未來塑膠殺手──PETase
酶是一種能加快化學反應的酵素，在分解過程中有著重要的角色，所有細胞的分解都離不開酶。2016年，日本發現了一種細菌，它能夠產生分解並消化PET的酶，使其成為有機小分子。因最初是在大阪府堺市的塑膠瓶回收廠沉澱物分離出來的，因此稱作「大阪堺菌」。
剛發現這種酵素時，科學家嘗試將其加入塑膠中，製成塑膠袋，讓酵素分解被民眾用過的塑膠袋。但因塑膠是高分子聚合物，要將酵素加入非常困難，所以科學家後來便放棄了這項技術。所幸科學家之後再更深入實驗，在攝氏30度的溫度下進行酵素純化後，研究出同樣也能分解PET的細菌，「PETase」。
後來，哈里．奧斯丁（Harry P. Austin）研究團隊將PETase的結構突變，發現突變後的PETase分解效率比目前能分解塑膠的細菌都快很多。所以到目前為止，對於分解塑膠來說，PETase雙突變體是最有效率的降解酶。
PETase該如何分解塑膠呢？研究人員將塑膠細條加入內含PETase的緩衝溶液，PETase會在特定的溫度下被誘發，在反應了24小時後，塑膠細條已經被PETase分解掉大部分，36小時後，塑膠細條便已經完全被PETase分解掉了。
PETase能快速分解PET、操作方法簡單，降解反應結束後，不會留下塑膠殘留。但必須在特定溫度，PETase才能保持最佳效率，而且PETase本身也極不穩定，如果離開一定範圍，PETase有可能會沒辦法被誘發，甚至會直接死亡，這是它要克服的致命缺點。
4項科技法寶比一比
就效能來說，可溶塑膠因為治本，效能最高；就價錢而言，其中可溶塑膠最便宜，海洋吸塵器最昂貴。4項科技都還沒有普遍被運用，因為各有無法非常普及的關鍵限制──海洋吸塵器容易故障；湛鬥機人力成本高；可溶塑膠目前多用於印度，人民還未習慣使用；至於PETase，則還在研究中。
目前它們適用的區域，分別是太平洋、台灣港口、印度矽谷和阿拉伯半島，還有日本和德國。
如果台灣可以接受這幾項科技的限制和特點，海洋吸塵器適用在大海域，湛鬥機在港口，可溶塑膠適用於日常生活，PETase則適用於垃圾回收場，我們相信妥善運用這4項科技，必能減少台灣海洋的垃圾量。
結論與發現：善用科技，海洋值得被期待！
我們知道，運用科技解決海洋垃圾問題，是重要且極具挑戰性的；我們也相信，善用這些科技，一定可以大幅減少海洋垃圾。
當然還可以親身實踐，並帶動身邊的人節能減碳，如果一星期一次把汽機車留在家裡，騎著腳踏車出門，為家中換上節能燈具，購買碳足跡較少的產品⋯⋯，這些小小的舉動雖然看似微不足道，但如果每個人都能積極參與，累積起來將會產生顯著的影響。
海洋文學作家廖鴻基先生曾說：「海洋不可預約，但值得期待。」未來一定能藉由科技，讓海洋更值得被期待。
而讓塑膠可溶，才是根本解決塑膠垃圾之道。市面上雖然有很多可溶性塑膠，但還沒有任何一項普及使用，除了因政策面推動不佳外，多數塑膠也含有添加物，並非完全無害。因此，未來我們可以持續研究市面上的可溶性塑膠，探究其局限，盼能找出可普遍使用的解方。
另外，微生物與酶的研究價值和經濟效益也很高，因為微生物和酶的結構可以被改變，有機會創造更多分解垃圾的可能性，是未來非常值得探究的方向。
閱讀基金會×少年報導者，開創孩子數位讀寫能力
「柯華葳線上數位閱讀專題探究競賽」為「財團法人台灣閱讀文化基金會」主辦，由致力於台灣閱讀教育領域、已故柯華葳教授推動，《少年報導者》於2022年參與合作。我們希望讓孩子透過資訊探查，了解社會嚴肅事件的脈絡，並提升數位閱讀素養，也刺激老師的知能與創新教學。想了解更多相關資訊，可至「數位讀寫網」查詢。
誰幫我們完成這篇文章
文字
桃園市同德國中九年級生。在製作過程中我是最晚加入的，因為一些因素，使我無法很快地趕上大家，也因此體認到不足的部分更應由團隊補足。我雖然不能處理龐雜的資料，但因我的加入，使團體更完整，帶來團隊動力。參與這次的競賽讓我更了解海洋，也為海洋現況做出小小的改變而高興。文字
桃園市同德國中九年級生。主要負責文書處理以及統整資料，還有對於PETase的深入研究。在判斷資訊可信度時，我們花費了很多時間，現在回想起來，有很多地方可以再做得更好，如與隊友之間的溝通還有工作效率可再提高。但仍感榮幸有機會參賽，是非常難得的經驗。指導老師
桃園市同德國中閱讀暨國文老師。教學相長，這段由陌生至熟悉的指導過程，對於我，也是一段重新再學習與探究的歷程。探究緣起於八年級聯課專題探究社團，對於第一次指導學生參加的我，由定義主題、搜尋資料開始，過程中，須協助學生解決組員離開、新組員加入的磨合；龐大的數位資料，需輔以閱讀理解及策略；同時，文科背景的我，理工是外行，所幸有第二指導老師及時出現。當然，後續的簡報設計、口說表達也很仰賴校內高手老師相助，印證了「教好一個孩子需要全村的力量」。台灣四面環海，我們與海洋共生共存，很開心在這段探究歷程裡，我跟著孩子們一起達到了探究的最終目標──認識了海洋珍貴的價值，擁有豐沛海洋資源的我們，珍惜且感恩。
指導老師
桃園市同德國中理化老師。受學生邀請擔任此次閱專指導老師，是有趣的經驗。首先，對於孩子們的選題：如何解決海洋垃圾？在這樣的年紀就能思考到人類的未來，令我感動。過程中，也十分訝異現今小朋友資料蒐集、分析的能力。針對問題不斷深入討論，有別於一般課堂，我們追求並非標準答案，而是綜合多方考量的科學方法。很感謝有此次活動，能與學生一同成長，他們表現出色，獲得很好成績。也希望未來的科技能夠處理人類汙染問題，能有乾淨的環境、湛藍的海洋。
核稿
《少年報導者》總監。從沒有手機和電腦的時代開始當記者。記者是挖礦人、是點燈人、是魔術師──要挖掘世界的不堪，為喪志的人點燈，將悲傷的事幻化成美麗的彩虹⋯⋯常常會失敗，但不能放棄去做到。
審閱
《少年報導者》顧問。曾任台北市大橋、明德、士東、國語實小校長共19年，現為國立清華大學竹師教育學院客座助理教授、台灣閱讀文化基金會數位閱讀推廣顧問、古典音樂台閱讀推手共同主持人、新加坡華文教研中心海外講師。有20餘部著作。