矽谷能源專家高耀京博士
談綠能世界中的仿生技術
文：朱麗芝
潔淨能源市場前景無限
潔淨能源目前在歐洲、亞洲、美國都是相當有動能與樂觀遠景的行業。它門在未來十年將以雙位數的速度在成長。
太陽能的營業(包括組件、系統與裝置)從2010年的$71.2 billion成長為2011年的$91.6 billion，市場預測太陽能市場將於2021年時擴展為$130.5 billion。風能從2010年的$60.5 billion，擴展為2011年的$71.5 billion，預測至2021年將成長至$116.3 billion。生物能從2010年的$56.4 billion成長至2011年的$83 billion，預測至2021年將成長至$139 billion。合併這三種能源的營業額，從2010年的$188.1 billion到2011年的$246.1 billion，總共成長了31%，預計到2021年總共將成長至$385.8 billion。
美國政府以身作則，政府單位儘量使用再生能源，在三軍基地均蓋太陽板，發展太陽能發電。美國的國防部，以海軍與空軍用油最多，海軍使用的軍艦、飛機，空軍使用的飛機，均用油很多。生物能(Biofuels)液體燃料，目前最多用在飛機燃料上。歐洲航空聯盟限制在2013年全世界各國要把二氧化碳的排放成份降低2%，多鼓勵人使用生物燃料。國際航空運輸協會並規定到2020年時，15%的飛機燃料要從化石改為生物能，2040年時，50%的飛機燃料要從化石改成生物能。
再生能源目前的發展趨勢
再生能源包括太陽能、風能、生物能、潮汐、波浪、水力、地熱等等，未來均將會有很多的發展。人類利用再生能源並且發展綠色交通與綠色建築，如高速鐵路、電動車、LED燈、節能省水、電，減排二氧化碳的建築物等。下面要談談幾個再生能源的最近發展。
￭太陽能
太陽能分兩種發電，一種是光伏發電，屋頂上的太陽板就是光伏發電；另外一種是光熱發電(Solar Thermal)，譬如在大沙漠地區陽光最強，蓋的大發電廠，需要大的地面。Solar Thermal的接收陽光形式又分槽式、塔式和碟式。
目前最流的是塔式。在大沙漠中幾畝的廣大地面以360度放了幾百個整整齊齊排排坐的大鏡子，中間有一個塔，塔頂接收反射來的光。每個鏡子都比人高，有軟體操縱著朝曰的方向，把陽光及熱反射到塔上去。在塔上有一種特別液體，熱後變成蒸氣來發電。
太陽能方面目前一種趨勢就是用Multi-junction solar cells。若用 single junction，太陽能只能吸收在某種頻率的光熱，用 multi-junction 則可受取在兩三點範圍內的光熱、增加效率。
太陽能另一種趨勢，就是用光伏建築一體化，用See-Through Solar Cells。一個樓房裝了see-through solar Cell玻璃，除了可以防風與雨水之外還可以接收陽光發電。每棟樓房有六面，地面不算，屋頂再加上兩個朝陽光的方向用光伏玻璃，有三面均可以接收陽光，收光面積擴大，效率也增加。
￭風能
從陸地到離岸淺水到深水：
風能的發展趨勢: 最先在陸地，但人們覺得風車礙眼，愛護動物人士又埋怨有飛鳥碰到了風車，被打死掉在地上，所以把風車移到海裡，海裡反正風更大。現在所謂的「離岸風車」，先從陸地移到海邊淺海，現在是離岸愈來愈遠，到深海。從前的淺海風車發電台基地(Station)可以固定在海底，但慢慢的，風車放到深海地區，則需要用漂浮平台(floating station)。
橫軸到垂直軸：
過去風車大部份都是橫軸(Horizontal)，所以葉片在轉動時需很大的空間，一個風車要佔到一個足球場那麼大的面積，風車與風車之間的距離至少要有七到十個直徑的倍數。但現在發展的垂直軸風車(Vertical Windmill) 形如打蛋機，本身佔的面積較小，風車與風車之間的距離也小，就不會需要很大面積的地方了。
風在高處強，風車愈造愈大，愈造愈高，新飛行式風能發電機
風有一個特點，愈高處風速愈強。風的能源是靠風速的三次方，風速愈高，風能愈大，所以風車愈造愈大，愈造愈高。既然風速靠高度，那麼人除了想到要把風車越造越高，架在高塔上，何不把風能發電機放在風箏、汽球、飛船、直昇機上？它們可以隨風轉，發電，再用一根電線結連到地上，把能源送到地上的電網。這種空中飛行式風能發電機可比地面上的風車提供更高的效率、更大的能量。
仿生技術 (Biomimicry)
清潔能源(或稱綠色能源) 的一項新趨勢與發展是重用「仿生技術」(biomimicry)。 bio代表生物，有生命的東西，Mimicry就是模仿的意思。所謂的「仿生技術」就是指模仿自然界的技術。地球存在已有了38兆年(3.8 Billion Years)，在這段時間中，有生命的東西如動物、植物、昆蟲等，有許多物種可以在地球上生存綿亙幾百萬年，乃是因為他們有一種特殊的生活技能，並且這種生存技能是相當的有效。譬如蟑螂、螞蟻、蚊子，出現在屋裡，覺得牠們很討厭，但不可否認牠們真的有很強的生命力，有特殊的生活技能，可以一直繁衍到如今。有時自然界是比人類更好的工程師，為何人類不能仿效這些已有成就的自然界生物？在這裡要介紹幾種仿生技術，應用在太陽能、風能、綠色建築與綠色交通。
￭自然界的螺旋形
多年來，科學家發現自然界中最有效率的一種型式就是螺旋(Spiral)。譬如在家中放水時是螺旋形流入下水道、颱風眼是螺旋形的、宇宙不斷的在螺旋形運轉、花瓣是螺旋形、DNA是螺旋形。螺旋形式代表可以不斷做下去的意思(Keep doing, keep going)，綠能如何利用這個螺旋形呢？
￭仿向日葵
以前塔式發電場的鏡子一排一排，排成如電影院的座位。麻省理工學院的研究人員與德國RWTH Aachen大學合作，發現仿向日葵的螺旋花瓣的排列法，重新排列太陽能的定日鏡，他們可以增加電能的產生，使之效能堤高20%。這種螺旋式的排法可以將定日鏡排的更緊密，並因不同角度而能減少原來因整齊排列互相之間有陰影所阻擋的陽光。現在按照仿生法，大鏡子的排列法改成像向日葵的花中間的螺旋形，有點內轉，前後有點交錯，每個鏡子與鏡子之間有137.5度，這種擺法，總面積可以減少20%，效率可以改進20%。這是自然界的做法，自然界的做法比人的做法更好。
￭仿蜻蜓眼睛
韓國科學家發現蜻蜓眼睛也是太陽能很好的仿生技術。蜻蜓的眼睛從300個角度來看東西。如果一隻蜻蜓可以藉由牠的獨特的眼睛從所有的角度來收集光，為何不能同樣用在太陽能源的收集呢？所以太陽能的研究者用一個球型的物體，上面放了許多凸起的定日鏡，從多種角度收集陽光。這樣可以增加百倍的能量與效能。
￭仿游魚與鳥飛
魚是群居的動物，在移動時一群一群的游，魚與魚間怎不會撞在一起呢？鳥在天空飛翔時也是一隊一隊的飛，奇妙的是也不會撞在一起，所以研究風車農場者就發現若用直立風車不必矗立於相同的方向，可以不同的方向轉，有的向右、有的向左，如同Schooling Fish，這樣可以減少它側之間的空間。
￭風葉片如鯨鰭
風能發電一直苦於不能掌握臥變幻莫測的風速，在高風速時，風車運轉的都很好，但在低風速時，渦輪葉片就會失速。風車的葉片過去均如螺旋槳，葉片平平，現在為捕捉不同的風速，風車不失速，製造葉片就如鯨魚的鰭 (Whale Flipper)上面的結節，可以避免風車速度慢下來。
綠色建築
￭仿白螞蟻的建築
科學家在非洲察看白螞蟻窩，發現裡面的構造用隧道緊密連接。螞蟻在夏天去採食物，運回來，儲存在窩中以待冬天來吃，但沙漠地方白天很熱晚上很冷，螞蟻窩沒有空調、沒有暖氣，如何能將那些食物保持在恒定的溫度呢？白螞蟻窩像個塔，在地面上高高突起。風從地下面進入隧道，進入窩中，再將熱氣從塔中間往上排出，保持窩裡食物的溫度。
於是非洲有一個東門大廈(Eastgate Building)，這個建築就是仿白螞蟻窩的通風原理，在地下挖了許多通氣管，把新鮮空氣引進，再把熱氣從樓中間往上往外散出去。雖然外面氣溫是3度到42度的，這個隧道有冷熱調的功能，可以保持在31度的溫度。所以可以免用空調，讓自然空氣來調節，減少許多電費，目前這個建築的電費只是其他建物的10%而已。
￭仿仙人掌的建築
在非洲的Qatar農業部的建築，是仿仙人掌的建築。仙人掌是長在沙漠中的植物，沙漠水量少，仙人掌如何生存呢？原來仙人掌利用晚間透氣，白天太熱，晚間呼吸就可以保持水份，以避免水的蒸發。這個仿仙人掌的建築的許多門窗，除了可以擋太陽光的S">
綠色交通
高速鐵路最先開始是在1964年日本的奧運會，人潮可以從東京迅速轉到各地，去看各種比賽項目。高速鐵路最適在距離 300-400 里的兩個城市，比車子快多了並可代取飛機。高速鐵路固然速度快，但每經過山洞時，因洞裡洞外壓力不同就會發出爆音，所以火車必需減速慢下來。有一位日本高鐵工程師觀察到一種捕魚的鳥 - 國王鳥(Kingfish)，有著尖長的嘴，從高空俯衝進入水裡捕魚，卻沒有任何聲音。這也如同奧運選手高空跳水，要以最小的面積直直的跳入水中，游冰池水面的波動小，所發出的聲音也小。日本高鐵工程師就把新幹線的車頭設計成如同此鳥的嘴型很尖，面積小的車頭進入山洞，車速度不再需緩慢，爆音也沒有了。
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