【科技．未来】清胶神器雄心壮志 为何节节败退？
几经艰辛，自海龟鼻中夹出沾血饮管、自海鸟尸体肚中取出打火机和樽盖……这些网络疯传的影像足以反映海洋塑胶垃圾的祸害。正当多国政府和大企业陆续推行“拒绝派胶”计划，荷兰少年Boyan Slat研发多年的海洋垃圾清理器终在去年展开试验，雄心壮志要在五年内清理全球最大海上垃圾带一半的垃圾。然而，质疑者的预言应验了，这“神器”不但形同虚设，四个月后更因损毁而被撤回。Slat的梦想会否随其装置破灭？我们又应否只寄望这些“神器”来负起清理海洋垃圾的责任？
去年9月，一条黑色长柱管在美国三藩市一个港口随拖船下水，途经金银岛，穿过金门大桥后，向1,000英里外的太平洋垃圾带（Great Pacific Garbage Patch）进发。这是荷兰非牟利组织Ocean Cleanup 70名科学家经五年时间努力，尝试了273个模型和6个雏形后，才研发出的海洋垃圾清理器System 001，又名Wilson。研发者兼创办者Slat希望最终放60个这种装置于海上，声称五年就可将太平洋垃圾带的垃圾减半。不少人对这项设计寄于厚望，例如《时代》杂志就把它列为2015年25个最佳发明之一；《赫芬顿邮报》（Huffington Post）则称之为“神奇海洋清理科技”。
高中生作业变成品
现时到底有多少海洋垃圾，科学家没有确实数字，较广被引述的是美国乔治亚大学（University of Georgia）环境工程教授Jenna Jambeck小组2015年估算：每年平均有800万吨塑胶垃圾流入海洋；2014年一份研究则指，约24.4万吨塑胶在海面飘浮；2017年，有研究推算每年约有850万吨塑胶沉到海底。
唯一可确定的是，海洋垃圾是亟待解决的问题。英国自然历史博物馆鸟类组高级策展人Alexander Bond在澳大利亚东部观察一种鹱科（shearwaters）海鸟，指牠们的健康反映了生态环境的健康：“牠们就如煤矿中的金丝雀，已廿年没有开心地鸣叫过，而我们不只如常生产、使用塑胶，还变本加厉……在海洋最深处的马里亚纳海沟（Mariana Trench）见到，北极冰川海床也见到，塑胶可谓无处不在。”世界经济论坛曾在2016年预期，若继续往海洋丢弃垃圾，到2050年时，海洋垃圾的重量将超过海洋所有鱼类的总和。
Slat 16岁时到希腊潜水，亲眼见识海底胶袋多过鱼，因而在高中的科学作业中设计了清理海洋塑胶装置。2012年，他在TEDx演讲，分享研发理念和过程；翌年，在大学修读飞机工程半年的他更毅然退学，创立Ocean Cleanup，全身投入此志业，当时他只有18岁。Cleanup至今共获约4,000万美元投资，著名风险投资者Peter Thiel、生物科技巨擘帝斯曼（Royal DSM N.V）均是其中之一。
Slat的灵感来自海洋水流，他发现海洋垃圾会随水流聚集成一团，五大洋的涡流（gyres）便造成了各自巨型垃圾带，其中最大型的太平洋垃圾带位于美国加州和夏威夷之间，面积相当于三个法国。Slat去年向美国《有线电视新闻网》（CNN）表示，估算该垃圾带有1.8兆块垃圾，重8万吨。
Slat于是利用同样原理，在海上建造一道屏障堵截垃圾。Wilson是一条600米长的浮管，底部装附了3米深的“裙”（skirt）浸于水中。Slat认为，Wilson与海上垃圾一样会随水流移动，并额外受波浪和风推动，理应比海上垃圾移动得快；而浮管两端的“裙”比中间略短，令浮管在水流推动下会自然形成U字形，可以自动聚集垃圾，“裙”本身亦能防止“捕获”的垃圾溜走。之后只需定期派船运走积聚的塑胶垃圾，视乎质素或可循环再造成其他产品。计及设计、生产、组装、首年运作经费等，Wilson的成本约2,460万美元。
“出师未捷身先死”
不过，野心归野心，Slat在去年11月首次遇到挫折。他在公司网志上更新Wilson的运作情况：收集不到垃圾，垃圾会自U形口回吐海中，原因之一可能是装置移动得不够快：“装置的移动速度似乎有时比垃圾还慢，令收集到的垃圾有机会溜走。其中一个原因，可能是风令装置两个末端像鱼鳍般振动，产生阻力，Wilson因而减慢了移动速度。”
翌月，Slat再更新网志解释：“Wilson对水流以至海洋垃圾造成的影响，可能比预计中大。似乎装置在海中移动时会为水流带来不同效果，例如我们曾观察到装置会停滞不前，导致一些小型垃圾会被拉到Wilson附近，却累积在装置的外围。”
去年12月底，Slat再遭到更大的打击。他在Ocean Cleanup官网宣布，职员在例行检查中发现Wilson末端18米长一截与装置其余部分断开，估计是装置放置四个月来受尽风浪吹袭，上下摆动逾140万次，日久劳损所致。工程人员会先把Wilson拖到夏威夷上岸，再决定在该处维修还是送回美国加州总部。
美国进步中心（Center for American Progress）海洋政策总监Miriam Goldstein的海洋学博士论文正是关于太平洋垃圾带，他自数年前Slat的计划开始时就密切跟进，去年8月（即Wilson下水前），她曾对《今日美国报》（USA Today）说：“海洋强而有力，很容易令物件粉身碎骨。”结果预言应验了。
加拿大海洋学家Clark Richards在Ocean Cleanup连番受挫后于网志撰文点评，强调海洋不是容易应付的环境：“在海洋工作很困难。过去举办过不少会议，专门讨论如何把器械放到海中及进行回收，我也参加过。做实地考察的有一个说法：仪器能全身而退已算任务成功，录到数据是锦上添花。”
Wilson使用高密度聚乙烯（HDPE）制作，Slat指团队不会转用新的物料，而是会改良装置的配置、弯度，预计维修历时数月：“这是典型的工程难题。最初可见于铁路，然后到飞机，再到这个垃圾清理器。（是次断裂）很难预料和模拟，所以我们获益不少。”他认为实验至今并非毫无意义：“这不完全是坏事，我们确认了概念中很多元素，例如系统能够自行适应风向调节，顺利随波逐流，没有任何误捕（bycatch）情况。”
Slat说不会放弃计划：“当然有少许失望，因为我们本来想放置更长时间做更多实验，最终解决海洋塑胶垃圾问题。不过，我们不会因此而气馁。这是全新的领域，要应付极端环境挑战，我们早已预料有可能需回收再放回好几次，所以没有偏离原定计划太多。”Slat更介怀的，反而是传媒对此大肆报道，他对《福布斯》（Forbes）说：“整件事放得太大。大家忘记了我们在12月曾强调，这只是实验。这不是研发一架更好的飞机或汽车，我们只是边做边学。”
海洋勘探仪器生产商Sea-bird Scientific的海洋学家Kim Martini认为，Ocean Cleanup失败的原因，可能单纯是垃圾本来就比Wilson移动得快：“他们似乎从根本上就错误理解垃圾如何在海洋移动。” Richards也持相同意见，他在网志中指出，Ocean Cleanup的概念建基于在风、波浪和水流的作用下，装置的移动速度会比垃圾快，然而，这个假设本身便存在不少问题，最起码忽略了海洋学方面的知识。
对海洋环境认识不足
首先，水粒子会随波浪以打圈的方式移动，产生“司徒克漂送”（Stokes Drift）的现象，故海浪推送时，海水并非在原位不动，而是会随海浪方向漂移，距离和速度因波长和波幅而异，水里所有物件都受影响，虽然要考虑力、动量等元素，但明显的是，一块细小的浮游塑胶比起600米长、质量和惯性更大的浮管，更容易因司徒克漂送而漂得更远。Richards指，单是这一点已足以反驳任何希望透过海浪等被动方式作动力的垃圾收集装置概念。
NASA曾制作动画呈现海洋流动变化如何复杂：
其次，在海洋中，风与水流的方向并不一致。瑞典海洋学名家Vagn Walfrid Ekman发现，当风吹过海洋表面时，摩擦力造成的水流方向会与风向不同。背后是名为“科氏力”（Coriolis Force）的原理，即本来直线移动的水流会因地球自转而变成曲线（即造成南北半球台风会有顺逆时针转之分的原因）。由于上层的水会对下层的水造成同样效果，层层下去，结果产生“艾克曼螺旋”（Ekman spiral）的现象。换言之，靠近水面的塑胶垃圾与3米深的垃圾，因风力和水流对其作用不同而移动方向各异，令装置难以“捕捉”。
再者，涡流时刻变化不定。“‘在某个公里处有一个涡流’，只是放诸长时间下取平均数得出的概念。海洋水流在任何一瞬间都是混乱的，恰当的叫法应是扰流（turbulent flow）。”所以，风、波浪和水流会随时间和空间不停变动，几乎不可能同时理想配合。Richards还提出了更多问题，例如当风或波浪急速转向，可能是180度转变，垃圾清理器如何可及时调节，避免已聚集的垃圾回吐？波浪打在装置本身造成的反弹又如何处理？
在艰涩的理论以外，Martini批评Ocean Cleanup“过分简化了一个大家思索已久的复杂问题”，当中包括我们根本不完全清楚海洋塑胶到底分布在哪个水层（water column）。例如一个胶樽，装满水后可能会沉到海床；微细的塑胶会被冲上冲下。海洋垃圾研究机构5 Gyres Institute创办人Marcus Eriksen于2014年估算，只有6,350至245,000吨塑胶垃圾飘浮于海面，比每年800万吨塑胶垃圾流入海洋少得多。因此，Martini认为即使Wilson能够成功，顶多只能清理靠近海面的极少数垃圾。
Eriksen补充，塑胶废物在到达大洋区（open ocean）前，已逐渐下沉和碎裂成微胶粒（microplastics），所以，Slat的装置只能聚集鱼网、箱、浮标等大型垃圾。但微胶粒才是最危险的海洋垃圾，例如海龟误食后或会哽噎，鱼和鸟进食后也可能有吃饱的感觉，导致缺乏足够能量繁殖或应对风暴。
威胁海洋生物安全
形同虚设事小，伤及无辜事大。Martini和Goldstein早于2014年指出，Ocean Cleanup的想法漏洞处处，并警告会威胁海洋生物安全，也未经充分试验。“即使Ocean Cleanup真的捡到垃圾，我仍然怀疑它对生态系统的影响，尤其是Slat说要扩大规模至60个装置时。” Goldstein说，“他们没有认真进行环境评估，这些大型物件对濒危绝种动物如海龟、经济鱼类如金枪鱼，又或要浮在水面生活的动物有何影响？他们亦从未说过会处理生物附着（fouling）的问题，即藤壶之类的生物直接吸附在装置上生长，会增加装置重量，令它较难移动。若对环境弊多于利，它就不再是解决方法。” Ocean Cleanup称声已尽量把装置表面设计得更为光滑，以阻止生物在其上生长。
Richards和Goldstein亦担心，不是每种生物都能避开Wilson那条“裙”，例如浮游植物、水母和海蛞蝓等。Richards指摘：“虽然Ocean Cleanup最新的环评报告指浮游植物在海洋广泛存在，不足以影响其数量。但这种说法没有把未来要放置60个这种装置的计划考虑在内。”深海生物学家Andrew David Thaler亦提醒，Ocean Cleanup的U形装置可能会引来捕猎者和猎物，不但会改变牠们的正常生活和迁移模式，甚至可能令牠们进食更多塑胶。
不过，科学家还质疑，即使Ocean Cleanup能按计划顺利运作，又是不是解决海洋垃圾最有效的方法？详见另文：【科技．未来】海中心清胶 不如从源头减废？
上文节录自第147期《香港01》周报（2019年1月21日）《“清胶神器”效果不彰 海洋胶灾欲救无从》。
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