生态之城

生态之城，未来的超级城市,这不是真的城市，而是2050年城市生活可能的蓝图,除非科技能够扭转情势。人口拥挤，污染和环境脏乱,这就是生态之城。在这六集创新的节目里，诺贝尔奖得主丹凯门要介绍的科技能够改变我们的城市迎接更光明的未来。本集的主题是食物和饮水超级城市需要大量的饮水和食物来维持运作，他们就像地表上的大海绵，光是维持正常运作就要吸收大量资源。以生态之城作为实验场，凯门要探讨尖端的新科技。“我必须确定，这些科技在2050年前能实现，而且确定经济实惠，容易使用”。他希望找到能彻底改革人类未来的科技，并拯救全世界的城市免于可能发生的灾难。生态之城：食物供给生态之城，人口有1800万，而且还在增加。专家说75%的人类到了2050年都会住在这种地方，都市人消耗的资源远超过乡下的亲戚，暴增的资源消耗，留下庞大的碳足迹，而科学家大都同意碳会加速地球暖化。“2050年的城市又脏乱又被污染，居住品质不好，对于对地球的影响，城市会消耗大量的饮水和食物。我们需要二到三倍的地球资源才有可能满足这些超级城市”。这一集里，丹凯门要探索四位有远见科学家的尖端科技，目标都是预防生态之城用光关键的食物和饮水。凯门只能四选一。第一项科技，据说能大幅缩短不断增加的食物运送距离。供给都市人所需的食物排放相当多的碳，我们必须从几百，几千英里外运送食物。现在这大都是仰赖石化燃料，这代表着城市消耗的食物制造了很大量的碳足迹。在2050年的生态之城，四分之一的卡车是装载食物，每一口食物都要运送1500英里，这会产生相当于400万辆车的碳排放量。有个人怀抱大胆的远见，用极端的方式喂饱未来城市。用不着长途运送食物，把食物种植在半空中，并且改造城市的天际线。新加坡，人口460万，是世界上人口最稠密的地区之一，它让我们看到未来超级城市的食物供应会有多难。新加坡只生产所需5%的蔬菜，剩下的都是靠海陆空运输从五大洲进口，来自日本的番薯，马来西亚的辣椒，这些是澳洲的南瓜，马来西亚的咖喱菜，玉米和葱是从泰国来的。园艺学教授李盛光知道进口食物需要消耗大量能源，运输只是其中一项问题。“我们还需要保持蔬菜的新鲜，使用冷藏或者是其他方法，这些过程也会排放碳”。美食是新加坡的国民消遣，李教授知道他不可能要求同胞们少吃一点，所以他想办法让新加坡种出更多食物，他相信所有未来城市都必须这么做。“蔬菜需要四大要素才能生长，首先是空气，其次是光线，第三是水，第四是均衡的矿物质养分”。只有一个问题：土地，这座小岛只有1%三平方英里的土地可以用来耕种。新加坡的450万居民有九成挤在高耸的大楼住宅，这个城市是寸土寸金。在不断扩张得未来城市里问题可能还会恶化。“看到每天都有大量食物送到新加坡，途中消耗很多的能源和石油，有一天我突然想问为什么不把农场移到城市里呢？”李教授做了试算，结果非常意外。他发现只要九平方英里的农地新加坡的蔬菜就能自给自足，可是要上哪里找到这些农地呢？他找遍整个新加坡发现答案就在眼前，新加坡的高楼屋顶上有数不清的闲置空间。李教授心想：何不在市中心种菜呢？他当然不能在屋顶上铺上几百吨的表土，但是李教授不放弃，他转向一种创新的方法，无土种植法。植物不是种在土壤里，是悬在半空中。李教授花了17年研发亚洲第一座无土种植的实验场地，他成功了。农场现在每年为新加坡的超市生产200多万美元的莴苣。“菜根悬吊在半空中的菜槽里，养分直接喷在菜根上，粘附在菜根表面上的养分水膜，就变成了蔬菜所需要的水分和莴苣来源”。这种种植过程不需要土壤就能生产丰盛的农作物，它只使用传统农耕十分之一的水分，节省了灌溉需要的宝贵能源。但是无土种植的莴苣，风味及格吗？菜饭很想知道。“小姐，买菜”。“来了”。李教授的莴苣得到了肯定，李教授的无土种植系统可以用在各种蔬菜上，让他朝着都会空中农场的远见迈进了一大步，它能够减少食物里程，缩小新加坡的碳足迹，但是还有一个障碍，这项科技并不是那么环保。“眼前这些植物主要都是温带蔬菜，温带蔬菜需要凉爽的气候。”但是新加坡的天气很热，白天平均气温接近华氏90度。所以李教授必须冷却灌溉蔬菜的液态养分，否则蔬菜就可能会死，冷却需要的电力会排放碳，要是无法降低电费，空中农场只不过是换了一种碳排放的来源。这是周博士，新加坡一所理工学院的科学家，他把李教授的点子发扬光大，利用他所谓的空气种植法将无土种植法做了巧妙地改良。“这里有五个20瓦的空气帮浦，是用来传送空气的，所以里面没有水，只有空气”。高压空气将养分转化为细微的水雾。“这些菜根长的很好没有枯萎，这表示菜槽里的温度够低适合植物存活”。家用的水族箱帮浦就能驱动系统，用空气运送养分，不是水，让无土种植法的用电降低了九成。这是新加坡科学家的重要突破，也使这项科技变成真正环保。但是就算每栋大楼屋顶都变成小农场，新加坡还是得进口大量蔬菜。新加坡和未来的超级城市要自给自足就需要更多的种植空间。李教授有一个计划。这里有两栋大厦，彼此之间很靠近。如果在不同楼层之间架设天桥把大楼连起来，就可以利用大楼之间的空间，在不同楼层打造空中农场，而且不只是盖天桥，到了2050年，整栋大楼都可以是都市农场，生产蔬菜水果，甚至是肉类。专家表示一栋49层的摩天楼会有1700亩农地的农产量，能够喂饱五万人而且不会产生任何食物里程。对卡车司机或许是坏消息，但是都市农场会制造更多的工作机会。获得诺贝尔奖的科学家丹凯门，必须判定都市农场能不能在2050年前让生态之城免于灾难。在每集提供的四个选项里他只能挑选一个,为了帮助凯门，另类科技中心要进行试算，提供每一项科技对生态之城碳足迹影响的数值，估计360个都市空中农场就能供应全市的需要。中心算出食物饮水衍生的碳排放量会大幅降低23%，凯门喜欢这个点子。“我认为大家会很高兴，因为能清楚知道食物的来源不是来自其它大陆，而是你每天经过和看到的地方，我相信大家会很欢迎的”。但它不是没有问题，“城市环境比乡村的污染严重，有比较多的汞，有毒物质和其他重金属，人类在拥挤的城市里可能会吃进太多自己制造的有毒物质毒害自己。”凯门还有三项科技可以考虑，来帮助2050年的生态之城存活。都市农业处理的是运送食物的碳排放问题，接下来一项划时代的科技可以让食物冷藏保鲜。来认识未来的冰箱，它的噪音比喷射机更大却能保持完全安静。生态之城是2050年典型的超级城市，人口多达1800万，所消耗的能源正在污染地球。温室气体最大的潜在来源之一就是冷藏食物。诺贝尔科学家丹凯门的任务是协助人类在未来的城市里生存。凯门必须选择适合的科技预防灾难的发生，他知道冷藏食物的新方法是这项挑战关键的一环。“我们的冷藏科技很旧,使用了很多化合物，现在知道对环境的伤害很大，所以冷藏和冷冻技术很需要一项新发明的出现来摆脱所使用的化学污染物”。想像一下，利用声音冷藏的科技，这好像不可思议，但是将来运动场迷的欢呼声可以驱动体育馆的空调，还能冷却啤酒。进站的火车噪音能控制站里的温度，进站的火车噪音能控制站里的温度。这到底是怎么办到的？这是一位大胆科学家的惊人梦想。他没有时光机，但是它的前瞻发明就像是科幻小说。约翰柯瑞相信他的发明能拯救地球，把所有的家当都赌在它的成功上。“这项科技让我非常期待，我卖掉别的事业，专心研究它，有点挑战，也有点冒险。但它很重要，我相信会成功的”在纽约州特洛市的旧消防站。柯瑞和他的团队正在研发高效率的热声能冰箱。“这是运用声音的冰箱，谁会想到能用声音来冷藏呢？把声音封在机器里，安静的利用，这不是一般人想象得到的，把声音转大就能冷藏食物”。这是许多废弃冰箱的现场，让有害气体排放到大气里。新式冰箱的氢氟碳化物对臭氧层的伤害程度比汰换的氟氯碳化物来得少，但是却有个大缺点，氢氟碳的温室效应比二氧化碳强12000倍，而且使用量只会暴增。大家搬进生态之城，赚到更多钱就会买冰箱和冷冻库来保鲜饮食。到了2050年，生态之城的冰箱所排放的温室气体量会是今天的四倍。“世界各地都需要冷却系统，有各种应用，从降低建筑物温度到保存食物各种医疗支援，高效能又环保的冷却系统需求是很大的”。未来城市会需要新的冷藏方法，柯瑞很相信声波能取代冷媒气体，可是声音怎么能冷却东西呢？所有声音都是一连串的高低压以波浪的形态行进，耳朵把声压转换成我们所知道的声音，声波充满了能量。请看用廉价商店的空气枪所做的简单示范。“这只是小孩的玩具，却能够示范声音在空气里传送能量”。枪发射的时候，高压声波离开枪管，以一系列快速的压缩和膨胀来传送。柯瑞所发明的声波驱动装置用类似的方式制造声能。“它有点像扩音机，来回震动，但是功能更像引擎，扩音机效率不好，因为必须制造不同的高低音。我们只发出单一频率能调整出很高的效能，有点像是超级版的扩音机”。有一个问题，驱动冷却过程需要的音量非常大。“50分贝是正常说话的音量，摇滚乐演唱会有120分贝，几乎难以忍受，就像在耳边击发猎枪，150分贝相当于喷射引擎在你旁边，180分贝相当于克拉卡托火山爆发，这个装置可以制造198分贝，我为什么能小声呢？我们的冰箱把声音密封在高压氦里，因为在单一气体当中没有办法那么大声，因为它是密封的，可以利用它的能量冷却，安静又安全”。柯瑞的冰箱或许跟喷射机一样吵，还好我们一点都听不到。驱动装置里的高压气体压制了音量，铜罩防止声音窜出来，让装置保持安静。下一个阶段使用声波能量制造出极端的温度，冰箱的核心有一个充满无害氦气的管室，声波驱动装置把声波送入氦气，这会形成高压区和低压区，高压区的氦气分子会被压缩变得很热，低压区的氦气膨胀，变得极度冰冷，但是这里有个小秘诀，管室的设计让氦气的压缩大都聚集在一端，让那一边保持高温；而氦气的膨胀大都在另一端，让那一区形成极低温，管路把热气送走只留下极低温的氦气，这种安全的冷媒气体完全是用声音冷却，这就是未来冷藏食物的方式。“这是一台声能冷却设备，马达在这里，把声音送到这一端，你看它很安静，声音都包在里面，它不会摇晃，没有震动，可是这一头会变得很冰，你看它在冻结空气里的水气，我们可以用特殊的低温计测量它到底有多冷，现在是摄氏零下177度，这很冰，还不足以冻结空气，但是，它可以让水快速结冰，这才叫冰冷”。声能冰箱比起传统冰箱还有一个重要优势。“这是冷凝器，声能冰箱不需要它；这是马达和压缩机，声能冰箱也不需要；这是膨胀阀，完全不需要”。因为少了活动零件，声能冰箱的使用寿命比常式冰箱更长久。“它内部没有摩擦滚动的零件，所以不需要润滑油，不会耗损，寿命更长，不太需要经常制造”。一台寿命更长的冰箱不只是让消费者开心，也减少了制造新冰箱的碳排放量，柯瑞这项发明的简单性吸引了一位大买家的兴趣，美国军方，不只是因为这种冰箱很环保而是坚固到能从飞机上空投。柯瑞的冰箱要卖一万美元，目前对大多数人都太昂贵了，但他认为有一天它能有助人类的未来生存。“如果把世界上所有的冰箱和冷气机换成声能冷却设备，就可以去除排放冷媒造成全球暖化的机会，也可以消除臭氧层破裂的风险，只要安装恰当也可以减少电力的需求”。丹凯门必须决定这个大胆的点子够不够让生态之城免于灾难，计算预示它的分数很高但它能打败都市农场吗？它能不能跟下一项科技匹敌，一项极端的回收方式。为了避免未来城市的耗竭，我们必须保证最珍贵的资源：就是水。利用声音冷藏食物是很先进的想法，但它能不能中选彻底改变未来的超级城市呢？科学家丹凯门必须决定，它是不是降低生态之城毒物排放量的最佳武器。为了帮助凯门判断，另类科技中心计算这项新科技对氢氟碳化物排放量的影响，并且换算成碳排放量，以独具利基的科技来说，它的效益相当好，让生态之城来自食物和饮水的碳足迹减少了10%，它比都市农场的分数低，但是使用它大家的生活习惯不必改变，声能冰箱吸引人的一点就是我们不必改变生活方式，把制造有害化学物质，效能不好的旧式冰箱或冷冻库直接换成新产品，但是用法完全一样。但是凯门还没有决定下一项科技能处理潜在的全球危机。这是世界上最珍贵的资源而且在慢慢消失当中，在世界各地，都有抢夺水资源的冲突。“水资源已经造成了很多争端，包括中东和美国西岸，有一些城市，国家和区域都在为了水权在争吵。随着未来人类的世界更拥挤，这种冲突势必是有增无减的”。到了2050年，许多专