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趨勢快訊
龍蝦脫殼影像智慧化辨識技術
2024/04/22
鄭明忠1、林志遠2、何源興1 水產試驗所東部漁業生物研究中心1 水產試驗所技術服務組2   本技術以影像智慧化辨識技術,分析龍蝦脫殼行為模式影像,完整記錄龍蝦脫殼條件,利用影像分析龍蝦脫殼前行為,將龍蝦活動量進行記錄與統計,完成分析龍蝦脫殼前活動行為、頭胸甲與腹節分離率偵測及步足活動量等影像,可精準預判脫殼前模式,協助業者建立精準採收軟殼龍蝦最佳時機,以達到省工之目的。   本系統模組使用X、Y、Z軸控制架構(圖一),藉由三軸向控制達全區域自動巡檢目標。結合移動式步進式馬達,精準控制鏡頭至指定位置進行偵測,進而取得較佳的影像品質進行影像分析(圖二)。本技術進行脫殼前跡像資料庫建模及導入,以AI進行數值量化計算,達到龍蝦脫殼精確度判讀(圖三)。   為展現我國農業科技之技術研發能量,本技術也於本(2023)年南港亞洲生物技術展(2023 BIO Asia-Taiwan)進行展出(圖四),水試所提供了多項領域相關的主題提供農業研發成果商品化發展,以體現本所於水產養殖整合上下游及自主研發到產業應用之具體成果,本技術「龍蝦脫殼影像智慧化辨識技術」,也讓國人認識農業科技之研發成果,並透過技轉輔導業界投入生產應用,期以嘉惠產業並提升我國農業科技生產競爭力。【延伸閱讀】 - 利用AI影像辨識勘查雞隻生長狀況 圖一、龍蝦脫殼影像智慧化辨識技術控制模組使用X、Y、Z三軸控制架構。   圖二、智慧化龍蝦養殖自動控制建立位置、距離、姿態監測、脫殼特徵等模型,完成AI數值量化計算。   圖三、紀錄龍蝦於獨立箱體內之位置活動區域監測以提升脫殼預判精確度。
台灣育成紅喉魚苗全球第2 挑戰獨家人工繁養技術
2024/02/08
深海魚赤鯥(紅喉)美味,單尾要價新台幣上千元,全球繼日本率先人工育成魚苗放養,水試所發布已育成魚苗、育成率1%,最快3年後養成種魚,挑戰全球獨家人工繁養殖技術。 農業部水產試驗所舉辦「深海紅寶石-赤鯥寶寶首次登場」記者會,現場展示體長6公分紅喉魚苗,且因台灣氣溫比日本暖,養至5公分時約80天,比日本的90多天短。 水試所所長張錦宜說,因為紅喉是水深400公尺的深水魚,口感好,不僅在日本是製作高級壽司料理用魚,在台灣也非常貴,產地全年平均每公斤1400到1700元,價格好時達2000元;但因是深海魚,大氣壓跟水面人工養殖不同,使得人工繁養殖困難。 他指出,經由水試所沿近海漁業生物研究中心與漁民合作,利用9到10月紅喉會上升到水深200公尺處繁殖,其生理自動適應減壓,請漁民釣了雌、雄魚到水面上進行人工授精,再由水試所東港養殖研究中心養殖,已經成功養成魚苗。 張錦宜強調,這不僅台灣是繼日本之後,成為全球第2個具備紅喉人工魚苗育成技術之國,水試所接下來將朝人工繁養殖前進,若能完成,將成為全球獨家。 水試所沿近海漁業生物研究中心主任翁進興告訴中央社記者,水深每10公尺是一個大氣壓,深400公尺跟深200公尺就差了1倍,魚剛釣上水面時需要休息1、2天或更久才能適應,不適應時眼球會突出、死亡,所以從深200公尺處釣起魚進行人工繁養殖技術的研究,可提高存活率。 負責養殖的水試所東港養殖研究中心助理研究員李彥宏說,目前5萬個人工進行的受精卵育,已成500尾體長6公分的魚苗,育成率1%;後續要再養3年,成為種魚,然後進行人工繁養殖,快的話技轉民間養殖,再3年可育成人工繁養殖紅喉水產上市。 李彥宏指出,同期間會持續進行人工育成魚苗,以利人工繁養殖提高成功機會。張錦宜說,針對已經能人工育成魚苗的部分,預計明年跟進日本放流1萬尾。 水試所補充,日本自2013年赤鯥人工繁殖技術研發成功後,自2016年起逐年在富山灣進行魚苗放流,2017年起更是透過穩定大量生產進行放流體長5公分魚苗,2016到2019年間累積放流近9萬尾魚苗,2022年突破歷史新高,單年度放流5萬9000尾魚苗,增加日本沿近海漁業資源。【延伸閱讀】- 日本漁業種苗放流近一甲子的回顧
我國離岸風場成功養殖大型海藻 有助綠能、碳匯及漁業
2023/10/26
農業部水產試驗所與國家海洋研究院攜手合作,首度於國內離岸風場海域成功養殖大型海藻,使農業部「自然碳匯關鍵戰略行動計畫」的海洋碳匯技術研發向前邁進。水試所表示,若能完善利用風機基樁間海域作為海上草場設施,不僅能提高漁民經濟,也有助建立綠能、碳匯及漁業資源護育的三重效益,但仍需收集科學數據,預估需耗費3至4年時間,才能研擬方法學計算方式。   水試所說明,自2019年與苗栗外海的國內首座離岸風場「海洋風電」(Formosa 1)合作多次,嘗試海洋人工早場建置,均已失敗告終,主要原因包含藻源需由野外採集難以大量取得、西部海域為沙泥底,以致海水濁度高不利藻類生長、受颱風或季風掀起的大浪破壞養殖設施等。   水試所表示,今年突破現有困境,與國家海洋研究院合作,在台南市七股區的水試所海水養殖研究中心,建置陸上藻類量產設施,生產充足的穩定馴化藻源;7月於海洋風電海氣象觀測塔附近海域的改良式海洋人工表層藻場設施,試驗布放50個高單價、每公斤2000至2500元的長莖葡萄蕨藻(俗稱海葡萄)樣本,每個樣本含100公克藻,8月27日再前往檢視,發現有半數樣本存活,認為具高度的碳匯及經濟潛力。   水試所表示,7月投放的長莖葡萄蕨藻(海葡萄)成功養殖後,8月再加布放粗龍鬚菜(Gracilaria firma)、可食龍鬚菜(Gracilaria edulis)、穗狀魚棲苔(Acanthophora spicifera)及粗硬毛藻(Chaetomorpha crassa)等本土常見且具經濟價值大型藻類,持續觀察各式藻類的適應存活情形。   水試所說,海上藻場設施歷經8、9月間蘇拉及海葵颱風行經台灣海峽後,設施依然完整,顛覆過去認為位於亞熱帶台灣的周邊海域因夏季高水溫及貧營養鹽的海洋環境,無法養殖大型海藻的觀念。   水試所指出,海洋為目前全球碳匯重要關鍵議題,我國離岸風場規畫海域與漁業傳統作業海域重疊,而互相排擠海域空間利用,若廣大的風機基椿間海域如能利用為海上藻場設施,提供漁撈漁民轉型為海藻養殖,不但能解決當地漁民作業海域縮減及部分漁法轉型的議題外,所採收的高經濟藻類能販售予食品、化粧、醫藥及工業等行業,增加國內藻類利用自主化,提升漁民經濟收入。   水試所表示,離岸風場除風機產生綠能外,也兼具創造海藻碳匯功能及漁業資源護育效益,有助於建立綠能、碳匯及漁業資源護育的三重效益。如以離岸風機潛力場址總面積約3084.5平方公里的5%提供做為海上藻場設施,預期每年增加碳匯量1.7至2.6萬噸。如進一步建置於我國領海6.5萬平方公里之1%,預期每年增加碳匯量約650至975萬噸。   水試所說,該項海洋人工表層藻場的建置技術,可廣泛應用於海洋藻場碳匯、離岸風場與漁業共享海域之研究,使農業部「自然碳匯關鍵戰略行動計畫」的海洋碳匯技術研發向前邁進一大步。   水試所說,目前同步在進行的是方法學,由於碳匯計算需要一整年的監測,這次能夠成功養藻,預估需要3至4年的時間才能完成;預計明年進行評估、之後還需收集科學數據,才能研擬方法學的正式計算方式。【延伸閱讀】- 世界銀行預測新型海藻市場將增長118億美元
世界銀行預測新型海藻市場將增長118億美元
2023/10/25
對於海藻在市場應用的高速增長,《2023年全球海藻新興市場報告》(Global Seaweed New and Emerging Markets Report 2023)分析了其中的商業機會,就海藻產業現在和未來如何充分發揮潛力而言,為企業家、投資人和政策制定者提供見解。   今日大多數的養殖海藻有的拿來直接食用,有的當作水產養殖的新鮮飼料,未來的海藻產品則可能在紡織和塑膠等產業取代化石燃料,可用於固碳,也可為脆弱的沿海社區創造收入。鑑於目前的市場僅由幾個亞洲國家主導,其生產了98%的養殖海藻,許多地區都有巨大的增長空間。   這份報告聚焦在10種相對新穎、新興的海藻應用,在現有領域之外具有最大的市場機會。短期而言,前景最為看好的新市場2030年預計將達到44億美元,包括生物刺激素、動物飼料、寵物食品和甲烷減排添加劑。中期機會則包括營養補品、替代蛋白、生物塑膠和織品等市場,潛在價值可能達到60億美元。至於醫藥和建材這樣的長期新興市場預計將達到14億美元,不過法規方面會有不小的挑戰,產品開發成本也極度高昂。   為了充分實現海藻市場的潛力,這項產業需要克服幾個關鍵問題。由於海藻本身就數量、以及供給的品質和一致性部分都有所侷限,因此最大的挑戰便在於海藻的取得。而隨著海藻發展出更多應用,定價和法規障礙也可能相繼出現。儘管面臨這些挑戰,海藻養殖對氣候和的環境效益,將有助推動潛在新興市場的增長。隨著市場對「綠色」產品的興趣不斷增加,許多產品開發商也仰賴永續發展紅利(sustainability premium)以產生利潤。   海藻養殖顯示了發展、氣候和自然如何攜手合作創造價值、改善社區,未來會是營養安全的來源之一,也是合成肥料的替代品。未來全世界應充分利用海藻資源,既可以迅速生長、又有機會幫助生態系統再生,在全球資源日益捉襟見肘之際,這樣的特點顯得更加重要。【延伸閱讀】- 循環經濟!德國飛斯妥Festo建構工業等級藻類生質能提煉模組
使用機器學習和Haar級紅外光分類器改善魚類養殖
2023/09/19
水下物體檢測一直是挑戰,因為水影響了物體辨識,圖像分析有助於農業和醫學領域的應用,在水產養殖中,也可以使用成像檢測來執行多項任務,自動化及AIoT技術有助於從水箱培養中獲取數據,並可避免氧氣含量低、水污染、寄生蟲或疾病傳播。水產養殖場重點是魚類生長,魚的體長和寬度與魚的重量有關,資訊計算投餵率、魚的大小分類和收穫,通常這些數據是手動收集的,對於這種密集型系統來說,這是費時費力及高成本的,用手觸摸魚會使魚感到壓力,而壓力會產生皮質醇,進而影響生長。   研究重點在於減少觸碰魚,降低魚應激反應,並且自動化可以提高水產養殖業的效率並減少勞動力需求。研究團隊使用數學模型估算魚類生物量的數值觀測,而機器視覺系統(MVS)由圖像採集系統、圖像處理和統計分析組成,MVS是用於估算魚類質量和大小的非侵入性技術,可避免對魚的壓力和傷害,任務包含魚類檢測(將水下影像中魚類與非魚類物體區分)和魚類種類分類(辨識檢測到的魚種類)。圖像質量取決於拍攝時的光線條件,而近紅外(NIR)光譜不受可見光強度的影響,並可快速收集數據,另外,哈爾特徵機器學習方法來自許多不同面向的照片分類器,優點是檢測時間短、檢測率高、對光線變化的適應性強。   研究結果為使用紅外光譜相機搭濾光鏡,以減少波長,在捕魚時避免可能干擾噪音;使用哈爾特徵分類器來辨識養殖中的魚類,此研究使用比其他研究更複雜的分析,例如卷積神經網路、多列卷積神經網路、人工神經網路等,搭配使用數學模型取得良好的效果,魚在重量跟質量上皆穩定成長,預測更加準確。   研究成果已發表在MDPI應用科學期刊《農業4.0》第1期,人工智慧相關的應用將會更加普遍,該技術可以改善大多數生產系統,在為未來對於農產業營運及生產系統做出貢獻。【延伸閱讀】- AI、5G與視覺機器聯手轉型水產養殖業
循環經濟!德國飛斯妥Festo建構工業等級藻類生質能提煉模組
2023/08/25
全球知名自動化氣動與電動技術的德國飛斯妥Festo企業,日前於世界數一數二規模最大的工業技術展覽會-漢諾威工業展覽會(HANNOVER MESSE)展示一台最新生物燃料概念機-「BionicCellFactory」。這台設備具備高效能、可大規模進行藻類光合作用,提煉生物燃料,有助於擺脫擺脫化石燃料依賴,推動綠色生質能源。 工廠等級的整套生質能提煉模組   Festo於去年2022年已有展示過相同概念的光生物反應器(photobioreactor),透過PH感測等各種感測器、控制與自動化技術,讓藻類的吸收效能提升到陸地植物的100倍。今年度則是推出進化版,以培養藻類的巨大光生物反應器為核心,其他包括冷凝空氣中的CO2、分析、藻類的萃取、以及利用酵素提煉生物燃料等一整套製程設備,建構了工廠等級的整套生質能的自動提煉模組。   「BionicCellFactory」這項裝置將上述五個製程模組化,讓各流程皆可受到Festo自動系統「CPX-E」的控制,並讓每個製程都有相對的儀表板可監控和更改各個參數,再藉由「OPC UA」(開放平台通訊統一架構)交換模組之間數據資訊,有效掌控整個系統。   BionicCellFactory 最核心的光生物反應器採用了合作夥伴-德國Algoliner 公司所開發的管道系統。全套系統長45 公尺、容量80 公升,   藻類細胞可在這個透明的管道中循環,並可透過感測器經常測量pH値、氧氣濃度、CO2濃度、温度等環境因子,以調節最佳生長條件,並為藻類添加所需的鉀、磷、氮等營養元素。除此,應用Festo的品質流量控制器(MFC)和壓電技術,可精確調節空氣量,並從換氣裝置供應空氣(每分鐘最多20 升空氣)。其結果,由此產生的細小的氣泡在管道中上升,促成了藻類與二氧化碳和氧氣的交換環境。 作為生物燃料的精煉藻油   從五個生物反應器的最後一道精緻模組中,透過酵素分解生質能細胞,從而取出澱粉、蛋白質、著色劑,以及藻油等各種成分。其中藻油可用於生產化妝品、食品或是進一步加工成能源或生物塑膠,成為石油燃料的替代品,其精緻後的藻油殘餘物亦可用作動物飼料或肥料。   然而,目前的技術比起一般燃料成本較高,因此,業者認為這部分或許比較適用於化妝品或純素食品產業。同時,為了擺脫石油燃料,仍須建立一個更有效、更具成本效益的優化製程,期望日後繼續藉由自身自動化技術進展能為此項研發帶來更大貢獻。【延伸閱讀】- 海藻能否能扮演提供永續性生物燃料的角色
水試所澎湖中心特製石斑魚豆腐 銀髮族享口福
2023/08/24
水試所澎湖漁業生物研究中心利用在地食材,推出改變食材質地的「石斑魚豆腐」,今天首次在馬公烏崁社區發表,缺牙的銀髮族長者品嚐後盛讚好吃,未來將技轉生產,造福銀髮族生活。   甫於8月14日隨同農業部升格揭牌的水產試驗所澎湖漁業生物研究中心,今天在澎湖烏崁社區活動中心發表「質地修飾飲食-友善銀髮新生活」成果推廣會,現場展示「石斑魚豆腐」與「減鹽紫菜醬」等2款食品。   水試所澎湖漁業生物研究中心以在地養殖龍虎斑與紫菜等食材,作為質地修飾飲食,開發符合台灣銀髮友善的「石斑魚豆腐」,今天邀請烏崁在地的長者來品嚐。   這份特製的石斑魚豆腐,看不出石斑魚肉,70餘歲的葉姓阿嬤缺了牙齒,覺得吃起「石斑魚豆腐」,口感嫩嫩的,有豆腐和海鮮的味道,對老人來說非常適合,既營養又健康;至於「減鹽紫菜醬」近期在白沙講美發表。   水試所澎湖漁業生物究中心表示,縣府今年6月的統計澎湖65歲以上長者逼近2萬人大關,相關長者照護的飲食文化,日漸重要,基於以健康老齡化的概念和維護老年健康生活需求,研發適合長者食用的質地修飾機能產品,推廣高齡友善飲食,讓長者吃得健康。【延伸閱讀】- 豬皮水解膠原蛋白胜肽,變身平民版維骨力
歐盟擴大對藻類產業的支持
2023/08/09
藻類是最豐富、最多樣化、富含各種化學成分且資源投入低的原料之一。過去十年來,藻類生物基相關新創公司已成為歐盟綠色投資的目標,迄今為止,歐盟委員會已支持至少300個與藻類相關的計畫。歐盟對藍色技術的支持始於2012年的歐盟藍色成長戰略(EU Blue Growth Strategy),旨在擴大歐洲沿岸和海洋產業的經濟發展。歐盟藍色成長戰略投資的計畫之一即探索了利用大型藻類和微藻類在食品、健康、化妝品、生物燃料和綠色化學等新領域的應用。《歐洲綠色政綱》(European Green Deal)亦意識到藻類生物技術是一個新興且未經嘗試的領域,需要不同類型的支持。商業化的障礙不僅限於規模化種植和加工方法,還包含釐清在藻類產品行銷和生物質原料品質標準上仍然模糊的法規。   歐洲藻類利益關係者論壇(EU4Algae 論壇)成立於2022年2月,是一個支持藻類生物技術和藻類培育領域的歐盟組織,為參與藻類產業或受藻類產業影響的人提供了交流分享商業情報的空間。它也是歐盟發布藻類相關資助的集中資訊中心。由於藻類的應用仍然是一個開放的研究領域,因此EU4Algae 論壇還維護SeaStrains資料庫,裡面包含了由成員更新的各種功能性海藻菌株列表。EU4Algae的成立迅速催生了歐洲第一份致力於發展歐洲藻類產業的政策聲明—2022年歐盟藻類倡議(2022 EU Algae Initiative),該倡議是歐盟地區第一個發展大規模藻類產業的目標計畫,將研究藻類培育和加工方法,並協助將整個價值鏈的新技術推向市場。歐盟藻類倡議在其政策聲明中表示,其有四個目標:改善治理框架和立法、改善商業環境、縮小知識和創新差距、提高歐盟藻類產品的社會意識和市場接受度,並透過開發和完善永續耕作方法來增加歐洲耕作原料的數量。   在商業化資金方面,藻類倡議將透過現有的 InvestEU 藍色經濟基金/BlueInvest 來支持藻類領域的中小企業和計畫。藻類倡議已經為歐盟執委會海事暨漁業總署(DG MARE) 2023年工作計畫下的兩個計畫提供了資金,旨在建立再生歐盟藻類產業。InvestEU 藍色經濟基金亦正在與歐洲標準化委員會合作制定藻類成分的標準,包含定義其中可接受的污染物容許量。使生產者和加工者更加確定作物和產品的品質目標。   在歐洲,以藻類為原料的高價值化學品創新往往領先於藻類養殖技術的進步,而藻類養殖的發展程度仍遠低於亞洲。歐洲生物企業仍然主要依賴收穫野生藻類種群,但野生藻類的採集既不永續且無法大量供應特定物種來滿足商業需求。因此,藻類計畫的一個重要部分是透過培養加工系統以及監測探針等創新設備來提高藻類培養的生產力,以減少生物量損失和勞動力成本。該計畫亦在尋找控制有毒藻華的方法,減輕當河流和海洋受到化肥污染影響時形成的密集野生微藻群的有害影響。   此外,首屆歐盟藻類意識高峰會(EU Algae Awareness Summit)將於2023年10月5日至7日在法國巴黎舉行,以促進和提高歐盟成員國政府和公眾對藻類養殖在國家和地區經濟、人類以及海洋再生相關益處的認知。【延伸閱讀】- 藻類產業的發展與趨勢
以魚菜共生的水產養殖廢物製造沼氣並生產能源
2023/07/28
魚菜共生系統利用魚類產生的富含營養的水,在系統內自然生長的細菌的幫助下,可用於在封閉、無土系統中為植物施肥。這些糧食生產模型模仿了河流和湖泊生態系統中自然發生的施肥,但魚類生產出的固體廢棄物通常被視為沒有特別價值的副產品。   根據瑞典哥德堡大學(University of Gothenburg)的最新研究,消化魚菜共生農場中魚類的廢棄物可以產生沼氣,透過在厭氧環境中分解魚糞便,可以獲得 70% 甲烷的濃縮氣體混合物,可用作燃料回饋到這些農場的能源系統中。有助於滿足魚菜共生農場的能源需求,同時也為植物提供了營養。魚的排泄物含有大量的營養成分,與合成營養液相比,消化過程中釋放的養分更容易被植物利用。另一個好處是,當沼氣用作燃料時會產生二氧化碳,這是植物在溫室等封閉空間中生長時的必要補充成分。該技術還可以用於其他畜牧業應用,例如養豬場等,且消化後留下的污泥仍然極具營養,可用於傳統的田間施肥。   目前本項技術僅在實驗室環境中進行了測試,但商業魚菜共生設施的場域試驗預計將於2023年夏天開始,研究人員將深入了解利用該方法處理廢棄物的能力,以及如何建立更強大的消化管道。目標是建立可以整合到現有水產養殖和魚菜共生設施中的模組化系統,實現更永續的糧食生產。【延伸閱讀】- 研究顯示能同時生產魚和蔬菜的魚菜共生系統可以於商業上獲利
丹麥新創公司將養殖魚蝦剩餘養分和二氧化碳轉換成海藻生產所需
2023/07/24
丹麥的哥本哈根大學(University of Copenhagen)、奧胡斯大學(Aarhus University) 將和企業一起開發結合養殖魚、蝦和海藻的永續聯合生產,該計畫稱為 SeaFree,由丹麥創新基金資助1440萬丹麥克朗(約190萬歐元)。計畫旨在利用海藻生產吸收陸地水產養殖的排放物並將其轉化為高價值產品。他們將進一步開發一個封閉且永續的陸地循環,利用養蝦和養魚的殘留養分和二氧化碳,為食品和醫療保健產業種植高價值的海藻。   這項技術利用一個40英尺長的貨櫃裝置,配置了八個1000公升的水箱,透過將鹽水、二氧化碳和營養物質與LED燈結合,該裝置可以在一星期內生產出一整批海藻。除了收穫期極短外,這樣的隨插即用技術(Plug’n’Play)亦具有發展出口市場的潛力。另外,該系統還將工廠的餘熱再循環,利用餘熱烘乾海藻,有助於實現更永續、更高效率的生產過程。最終生產的產品包含了氣候友善型的魚、蝦和石蓴(sea lettuce),石蓴是一種健康且富含纖維和蛋白質的海藻,除了用於製作各種保健品外,亦可以搭配海鮮作為食用佐料。該計畫還進行了食譜開發,以提高人們對海藻作為美味家常菜食材的認識。   研究人員表示,按照 SeaFree 的模式養殖水產和海藻具有巨大的減碳潛力,如果世界上所有的陸上魚蝦養殖場都採用這種方法,將可以顯著減少全球糧食系統的二氧化碳足跡。【延伸閱讀】- 【增匯】新的水產養殖技術可以通過大量海藻幫助緩解全球糧食危機
【減量】從海洋去除二氧化碳的新方法
2023/07/11
隨著二氧化碳在地球大氣層中不斷累積,為防止地球快速升溫,世界上各地的研究團隊花費多年時間尋找有效去除空氣中溫室氣體的方法。海洋為世界上儲存二氧化碳總量最多的天然碳匯源,近期,直接從海水中去除二氧化碳的想法成為減少二氧化碳排放的另一個新方式,有潛力使環境整體達到淨負排放(Net negative emissions),然而此方法還未得到廣泛應用。   美國麻省理工學院的研究員表示已找到一種價格低廉且可以有效去除二氧化碳的機制,該團隊提出一種由無膜電化學電池組成的可逆過程,反應電極用於將質子釋放到供給電池的海水中,驅動溶解在水中的二氧化碳釋放。此過程是循環進行的,首先將水酸化,將溶解的無機碳酸氫鹽轉化為二氧化碳分子,在真空下以氣體形式收集。接著,水被輸送到第二組具有反向電壓的電池,藉以回收質子並將酸性水變回鹼性,最後再將其釋放回大海。一組電極耗盡質子後,另一組會在鹼化過程中再生,使這兩個電池可以周期性的互換作用。   從海洋中去除的二氧化碳,仍然需要像其他碳去除過程一樣進行處理。例如:埋在海底深處的地質構造中、轉化為乙醇或其他特用化學品等。另外,初步的經濟技術分析顯示,海洋二氧化碳去除系統在經濟層面上是可行的,該系統也可以利用船舶實施,在航行過程中處理水,以減輕航運對總排放量的貢獻,並可以在海上鑽井平台或水產養殖場等地點實施。    此研究目前仍在持續進行中,目標是找到新方法替代需要用到真空才能從水中分離二氧化碳的步驟,並確立好整體操作策略,以防止礦物質沉澱污染鹼化池中的電極,導致整體效率降低,該系統預計可以在兩年內準備好進行實際的示範工作。【延伸閱讀】- 【增匯】Patch與EcoEngineers合作確保二氧化碳去除技術的完整性
【減量】 利用微藻減少發電廠二氧化碳排放
2023/07/07
二氧化碳是導致全球暖化的主要溫室氣體之一,為減少溫度持續上升,因此需要找尋減少碳排放的創新方法。科學家透過與學術界和企業界合作,利用藻類在發電廠、廢水處理廠和水泥廠所排放的溫室氣體進入大氣之前將其捕獲,透過在煙器管道中吸收的碳生產藻類,然後再從微藻中提煉出生質燃料、動物飼料、營養食品等產品進行銷售。   在過去的十年裡,美國馬里蘭大學環境科學中心和海洋與環境技術研究所的研究人員一直與美國馬里蘭州的新創公司HY-TEK Bio合作,利用微藻來減少發電廠二氧化碳排放,以應對氣候變化和二氧化碳排放,同時生產有價值的副產品,如生物燃料和營養保健品等,並長期觀測紀錄此研究。該技術已實施於馬里蘭州的後河汙水處理廠,以藻類捕獲發電廠煙氣管道中所釋放的二氧化碳,在工業規模上不僅能減少溫室氣體排放,且能夠將收集之藻類作為動物飼料、生物燃料和保健品進行銷售,帶來額外的經濟效益。【延伸閱讀】- 【增匯】微生物,氣候變遷的潛在解方
微藻作為永續食品的應用潛力
2023/05/16
微藻是在水生環境中發現的數千種微小藻類和其他光合生物的總稱,由於脂質含量高,藻類長期以來一直被研究作為生物燃料的來源,但由於它們有可能成為更有效率的食物來源,因此也引起了研究人員的興趣。美國加州大學聖地牙哥分校 (UCSD)的研究人員認為,藻類可能是一種新型的超級食物,因為它們會產生易消化的蛋白質、脂質和碳水化合物,並且富含必需脂肪酸、維生素和礦物質,其天然含有的類胡蘿蔔素可在人體內轉化為維生素 A,並有抗氧化的特性,能降低心血管疾病及某些癌症的風險。研究團隊發表在《Frontiers in Nutrition》期刊上的一篇論文中,強調了目前商業開發和養殖微藻的技術,以及擴大生產面臨的技術和經濟面挑戰。    先前有研究發現,在使用相同數量的土地的情況下,藻類每年可以產生比玉米多 167 倍的有用生物量。有模擬模型預測,如果在目前未用於傳統作物的可用土地上生長,現有的藻類菌株有機會可取代歐洲 25% 的蛋白質消耗量和 50% 的植物油總消耗量。不過現有的挑戰首先是尋找或開發符合所有條件的藻類,如高生物量產量、高蛋白質含量、完整的營養成分,以及在土地利用、用水和養分需求方面最有效率的生長條件。   海藻最大的優勢是每單位的蛋白質產量,每英畝的產量至少是大豆的10到20倍。此外,一些藻類可以在半鹹水或鹹水(海水)中生長,亦有案例可以在乳品工廠的廢水中培養,因此可以保留寶貴的淡水用量。團隊並提出了一些用於理想商業藻類產品生產的各種科學工具。例如,透過標靶基因突變增強抗氧化色素-蝦青素的生產,或增加不同藻類的生物量產量和蛋白質含量等,將傳統育種與分子工程相結合商業開發優質藻類作物。除了考量營養和產量因素外,亦可能需要對顏色、風味進行一些調整,並減少其特有的腥味,才能擴大消費受眾。   研究人員認為,商業發展的最大挑戰是在全球範圍內擴大生產的能力,隨著人口膨脹與資源的限制,對替代食品系統的需求也開始迫切增加,必須從現在開始過渡到一個更永續的未來才能避免糧食危機,而以藻類作為食物即是個相當不錯的選擇。【延伸閱讀】- 應用微藻製造植物性乳製品-純素起士
【增匯】新的水產養殖技術可以通過大量海藻幫助緩解全球糧食危機
2023/02/13
以色列臺拉維夫大學(TAU)和以色列海洋和湖泊研究所(IOLR)的研究人員開發了一種創新技術,可促進“富含營養的海藻”生長,富含營養物質、蛋白質、膳食纖維和礦物質,可滿足人類和動物的需求。研究人員說,先進的技術提高了海藻組織中的生長速度,使大量海藻成為具有極高營養價值的天然超級食品,未來可用於保健食品行業並確保無限的食物來源。         研究由臺拉維夫大學生命科學學院動物學院的Avigdor Abelson教授,和特拉維夫以色列海洋與湖泊研究所的Alvaro Israel教授共同指導,博士生Doron Ashkenazi說,在這項研究中,當地物種的藻類石蓴、江蘺和沙菜在不同的環境條件下生長在靠近養魚的地方。特殊的條件使海藻蓬勃發展,並顯著提高了它們的營養價值,這是一種超級食物。也可以將濃縮海藻以應用方式用於其他健康行業,例如作為營養補充劑或藥物及化妝品行業。         Ashkenazi 說,海藻可被視為一種天然的超級食物,在人類飲食中的必要成分比其他食物來源更豐富,通過所開發的技術方法,能夠規劃一條生產線富含特定的物質海藻,用作保健食品或營養補充劑;例如,海藻蛋白質含量特別高的海藻,富含鐵、碘、鈣、鎂、鋅等礦物質,或特殊色素或抗氧化劑。豐富的海藻可用於幫助營養不良和營養缺乏的人群,例如世界各地的弱勢群體,以及素食或純素飲食的補充劑。水產養殖是環保的,通過降低環境風險來保護自然和生態平衡,且不需要大片土地、淡水或大量肥料。新方法提供了可持續和清潔農業的理想情況,具有環境效益,包括減少沿海水域的負荷以及氣體和碳足跡的排放,結合水產養殖開始得到世界各國政府的支持,有助於應對氣候危機和全球暖化。【延伸閱讀】- 海藻能否能扮演提供永續性生物燃料的角色
航運業轉向使用可再生能源以保護海洋
2023/02/08
當船舶運行時會燃燒化石燃料,並且會釋放二氧化碳 (CO2),而海洋吸收了大約 30% 的二氧化碳。美國國家海洋和大氣管理局海洋酸化計劃的教育和外聯協調員Liz Perotti表示,來自運輸貨物、駕駛汽車和其他日常活動等人為造成的二氧化碳排放增長速度快。當海水吸收二氧化碳時,會改變水的化學成分,為海洋酸化的過程;許多海洋生物的基本組成部分,例如碳酸鈣等礦物質會變得越來越少,因此螃蟹、蛤蜊和一些浮游動物必須消耗更多的能量來創造和維持它們的貝殼和骨骼;海洋酸化還會使某些魚類更難在環境中導航、尋找食物和避開捕食者,這些海洋生物都是我們食物網的重要組成部分。         根據國際海事組織的數據,航運每年排放約 9.4 億噸二氧化碳,佔全球溫室氣體排放量的 3%,甚至超過飛機。航運是一種節能的貨物運輸方式,但航運業需要變得更可持續性。 為了減少航運對環境的影響,一些公司正在轉向可再生能源。         總部位於哥斯大黎加的Sailcargo正在建造‟ Ceiba",這是一艘風力驅動的船,最終將運載 250 噸貨物。Sailcargo 的媒體經理 Jeremy Starn 說,雖然與可運輸超過 15 萬噸的最大貨櫃船相比,Ceiba是滄海一粟,但人們開始更加重視利用風能作為船舶的能源。由於 Ceiba 預計將於 2023 年準備就緒,Sailcargo 最近購買了另一艘帆船‟ Vega",以便更快地開始運輸貨物。除了降低排放外,風力驅動的船舶還通過減少噪音污染來幫助海洋。Starn 說,與傳統的貨櫃船不同,在 Vega 上航行很安靜,還可看到海豚在身邊游泳;與大自然如此緊密地聯繫在一起,真是一種令人謙卑的體驗。         法國公司Airseas創造了一種不同的方式來捕獲風能:一個巨大的風箏在海洋上空飛行。這項名為‟ Seawing"的技術包括一個自動化系統,可以控制機翼的運行、追蹤氣象並提供最佳路線,並可以安裝在現有船舶上。Airseas公司首先關注油輪、貨櫃船和其他大型船舶。總法律顧問兼秘書 Stephanie Lesage 表示,這些大型船舶占航運溫室氣體排放量 85%, 使用 Seawing可將船舶的排放和燃料消耗平均降低 20%。Lesage並表示,減少對化石燃料的依賴,除了可再生能源之外,目前沒有解決方案。風力發電具有無限、豐富且免費等優勢,我們必須尊重大自然,可再生能源是唯一的出路。         Alfawall Oceanbird 是一家總部位於瑞典的企業,致力於將風力推進技術從海洋概念轉化為商業,可以通過使用風帆或其他捕風裝置來降低船舶的燃料消耗。Oceanbird 的機翼裝置設計為直立,它們的功能更像飛機機翼,而不是傳統的帆,當船隻通過橋下或遇到惡劣天氣時,機翼會折疊以節省空間。AlfaWall Oceanbird 董事總經理 Niclas Dahl 說,使用 Oceanbird可以調整航線以適應目標,如果願意改變航向讓風向正確,將從翼帆中獲得更多的動力或力量。         Alfawall Oceanbird計劃在 2026 年推出一艘全風力推進的船舶,同時也努力在現有船舶上安裝 Oceanbird 機翼。Dahl 表示,如果要改變世界,我們需要改變今天已經航行的 90,000 艘船隻。【延伸閱讀】- 追求永續經營的恢復性海洋養殖
利用蛋白製作過濾海水的新型材料
2023/01/16
隨著微塑膠污染和飲用水短缺的加劇,找到過濾和淡化海水的有效方法變得越來越重要,一種由蛋白製成的氣凝膠可能是一個新的平價選擇。氣凝膠是一種輕質多孔材料,可應用於許多不同領域,包括水過濾、能量儲存、隔音和隔熱等。         美國普林斯頓大學的克雷格·阿諾德(Craig Arnold)教授在三明治麵包中得到了靈感,他認為,如果將麵包的內部結構融入濾水的氣凝膠中,應會得到不錯的效果,因此他讓實驗室團隊開發了添加碳的各種麵包配方。最初,沒有一種麵包氣凝膠能夠完整重現理想中的結構,因此該團隊不斷減少成分,直到只剩下蛋白和少量碳,目前試驗製作的蛋白氣凝膠從海水中去除鹽分和微塑膠顆粒的效率分別為98%和99%。它的製作方法很簡單,將雞蛋蛋白與碳的混合物冷凍乾燥,然後在無氧環境中將其加熱到900ºC,即可得到一種具有麵包狀結構的材料,由相互連接的碳纖維束和石墨烯片組成。         據研究人員表示,這種氣凝膠比活性碳過濾器的效果要好得多,而且它不需要電力,只需利用重力讓海水通過,不過目前還沒有公布該材料濾水速度的相關資訊。         儘管雞蛋相當便宜且數量充足,但利用它們生產氣凝膠會減少其作為食物的供應,研究團隊發現類似的市售蛋白質也同樣有效,可以在不影響食品供應的狀況下以低廉的成本獲得原料。團隊目前正致力於擴大生產規模,希望蛋白氣凝膠最終不僅可以用於過濾水,還可以用於儲能、隔音和隔熱等應用。【延伸閱讀】- 將廢紙板變成鉻過濾器
【增匯】以色列新創公司開發出混凝土結構,可加速海洋動植物的生長
2022/12/09
在過去的幾十年,沿海和海洋環境基礎設施迅速蔓延,但大多數基礎設施的設計和建造幾乎沒有考慮到海洋生態系統;目前70%沿海和海洋環境基礎設施結構為傳統混凝土,是海洋動植物賴以生存的不良基質,關鍵成分水泥亦是溫室氣體排放的來源。另外,傳統混凝土被認為對許多海洋生物有毒,主要是由於其表面化學物質會損害各種水生幼蟲的沉降。傳統混凝土正在破壞對海洋至關重要的海洋生物,但我們仍在繼續使用,2021年,全球海洋基礎設施的市場價值約3420億美元,預計到2030年將增長10.8%以上。        來自以色列的新創公司ECOncrete開發出了一種新型環保混凝土,憑著專利技術顛覆了海洋基礎設施市場,這些技術考慮生態因素,整合沿海和海洋基礎設施的建築元素,同時有助於基礎設施的結構耐久性和壽命,為蓬勃發展的生態系統和高性能混凝土結構開發提供了一種解決方案。 ECOncrete 的技術主要有三項創新: 1.生物增強型 ECOncrete Admix:該組合物由獨特的火山灰、回收材料和副產品,可增強海洋生物在不同環境中的生長,同時提高混凝土強度。 2.ECOncrete 的模具改性劑、內裡和塗層可產生複雜的微表面紋理並增加粗糙度,仿生天然岩石/珊瑚表面。 3.提供了理想的生物需求,針對特定的生物體/生命階段/瀕危物種,並減少傳統混凝土基礎設施的入侵和滋擾物種。        ECOncrete 已在 10 個國家的 40 多個地點實施,包括西班牙、摩納哥、荷蘭、義大利、聖地亞哥和紐約的海岸線和海濱。面臨海洋生物和生態系統的挑戰,世界越來越多的領導人考慮保護“藍色經濟”和支持以生態為基礎的建設的重要性,ECOncrete將繼續參與生態項目並致力於研究,憑著專利技術和不斷擴張的合作夥伴,預測和減少自然棲息地的喪失,繼續對海洋科學、保護和管理產生正面的影響,並藉由生態變革以實現永續的未來。【延伸閱讀】- 台灣海洋生物多樣性的現况和挑戰
當地農作物之副產物轉化為替代水產飼料中的蛋白質
2022/12/05
熱帶和亞熱帶水產養殖中心(The Center for Tropical and Subtropical Aquaculture, CTSA) 於1986年成立,由夏威夷大學和夏威夷太平洋大學海洋研究所共同管理。為美國農業部於美國設立的五個區域中,其中之一的水產養殖中心。此水產養殖中心透過整合個人和機構的專業知識和資源,以支持商業水產養殖的發展。        水產養殖對太平洋島嶼的糧食安全、經濟和環境產生正向影響。然而,該地區商業水產養殖的發展面臨著許多挑戰,其中之一最難的挑戰為較難獲得負擔得起的水產飼料。為了解決這一關鍵瓶頸,CTSA資助幾個項目,其中包括使用當地原料開發飼料。        近年來,CTSA更加注重與「再生」水產養殖有一致的研究,即同時生產食物、減少浪費和提供有益環境影響的理念。這包括將原本可能被視為「廢棄物」的產品,轉化為可用於水產飼料中蛋白質成分的研究。此研究旨在提高當地糧食生產能力時,也可同時減少島嶼碎屑流中的有機物數量。        馬紹爾群島(Marshall Islands),CTSA資助的其中項目「在馬紹爾群島共和國建立當地生產的飼料和Moi養殖技術的成本效益與效率」,正在開發並使用當地原料(主要來自當地商業捕魚作業的副產物)提煉Pacific threadfin (Moi)的飼料。「混獲」-為捕魚過程中雖非對象魚種,但成為漁獲物而保留下來。其大多被視為廢棄物,通常會在著陸時立即丟棄;相反,它可以被用來作為高質量的蛋白質飼料。飼料的配方仍在進行試驗,以確定最有效的本地生產方式,並減少對昂貴進口飼料的依賴。同樣的,CTSA於美屬薩摩亞(American Samoa)的項目中,創造一種由當地生產的成分所組成的飼料,例如:鮪魚罐頭廠的魚粉副產品和島嶼的澱粉(香蕉、芋頭和麵包樹)。        「利用當地農業加工副產品生產用於水產飼料生產的真菌蛋白」項目下,夏威夷大學的研究人員能夠利用當地可用的農業廢棄物開發一種用於水產飼料的真菌蛋白成分。該成分在飼養試驗中進行研究,結果發現使用真菌蛋白成分可以替代25%的魚粉蛋白,而不會影響蝦的生長性能。研究成員測試包括:糖蜜、酵母菌和豆腐廢水等各種農業廢棄物,以確定最佳真菌的生長基質;結果發現,生產豆腐所產生的廢水是產生高蛋白質生物質的理想方式。豆腐廢水中含有乳清,這是製造豆腐的副產品之一。據統計,夏威夷當地只有一家豆腐製造商每天生產大約100至150加侖的乳清,而這些乳清通常被丟棄,因為它被認為沒有實際用途。這項技術有很大的潛力可以應用於製造當地水產飼料,並成功地從廢棄物轉化為新收入來源。同樣地,另一個項目「透過創新的生物加工提取木瓜不良品以生產當地水產飼料的成本效益」,也是從丟棄的農業副產品中,生產水產飼料成分。木瓜的不良品,在夏威夷大量供應,被用來培養高蛋白質的酵母粉。研究人員建立並評估一種利用簡單的水果加工設備以及乾燥箱和篩選系統,將不良品的木瓜生產木瓜汁的過程。此木瓜汁用於培養Yarrowia lipolytica酵母菌。此酵母粉被添加到雜交吳郭魚(tilapia)的實驗飼料中,結果發現該成分可以替代水產飼料中高達25%的魚粉。        以上這些CTSA資助的項目顯示,通常被視為農業廢棄物與漁業副產品如何轉化成有用、有營養的飼料原料。隨著越來越多未充分利用的營養資源數量增加,CTSA要求利益相關者展望未來並考慮最有效的方法來生產糧食。【延伸閱讀】- 瑞士將建造最先進的鮭魚循環水產養殖系統(RAS)

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