清理太平洋垃圾带:梦想还是空想?

清理太平洋垃圾带:梦想还是空想?

博扬·斯莱特和他的非营利性技术公司“海洋清理”计划在5年内清除“大太平洋垃圾带”50%的垃圾。这个被称作“历史上最大的海洋清理项目”的行动是否只是一场天方夜谭?

主笔/徐菁菁

博扬·斯莱特

起航

2018年9月8日,一艘海洋垃圾清理船拖着一条600米长、直径约1.5米粗的塑料管,从美国旧金山金门大桥下通过,驶向太平洋。这个塑料管名叫“威尔逊(Wilson)”,是荷兰24岁年轻发明家博扬·斯莱特(Boyan Slat)历时8年的创造。“‘大太平洋垃圾带’,我们来了!”斯莱特在“脸书”主页上欢呼。根据他的设计,作为首个可折叠连接的浮动垃圾容器,“威尔逊”将以每年近70吨的速度搜集海上垃圾。一旦“威尔逊”的使用获得成功,斯莱特计划打造60个类似的巨大装置,它们将在5年里清理掉“大太平洋垃圾带”50%的垃圾。甚至,斯莱特还有更长远的梦想——在2040年,清除全球90%的海洋塑料垃圾。

近些年,海洋塑料垃圾问题受到越来越多的关注。2015年,美国佐治亚大学工程学院的副教授詹娜·詹贝克(Jenna Jambeck)及其团队在《科学》(Science)杂志上发表的模拟研究表明,全球192个沿海国家和地区仅2010年向海洋输入的塑料垃圾就约为480万至1270万吨。联合国环境署在2017年初宣布“向海洋塑料开战”,并将“塑战速决”作为世界环境日的主题。从某种意义上说,“威尔逊”所奔赴的“大太平洋垃圾带”恰好是近20年人类关注并着手研究处理海洋塑料垃圾问题的起点。

1997年,船长查尔斯·摩尔(Charles J. Moore)驾驶海洋调查船Alguita号参加从洛杉矶到火奴鲁鲁的跨太平洋帆船挑战赛。摩尔生于加州长滩市,父亲热衷航海,他从小在船上长大。1994年,他决定投身海洋保护和研究,成立了非营利性机构加利特海洋研究中心(Algalita Marine Research Foundation),同时在多个海洋保护机构任职。1997年的这次参赛是一个意外。当时,Alguita号刚刚更换了一根新桅杆,摩尔希望通过比赛检测新装备的可靠性。赛事结束返回长滩时,考虑到船只装有双柴油发动机,而且还有多余的燃料,摩尔决定做一个小小的探险,穿越赤道无风带。那里常年无风的环境不能吸引帆船造访,区域内海洋生物的贫乏则使渔船绝迹,是最为人迹罕至的海域。让摩尔没有料到的是,那儿居然遍布了人类文明的残骸。“我的视线所及到处是塑料,”摩尔在一篇回忆文章中写道,“我们在副热带高压地区行驶了一周时间,不管我在什么时候四处张望,水面上都漂浮着塑料残骸:瓶子、瓶盖、包装材料、各种碎片。”

几个月以后,摩尔把自己的经历告诉了海洋学家柯蒂斯·埃贝斯迈尔(Curtis Ebbesmeyer)。埃贝斯迈尔是通过海洋漂浮物研究洋流的顶尖专家,他最开始用“垃圾带”来形容摩尔的所见,并且估计这个垃圾带的面积大约相当于一个得克萨斯州。

1997年,查尔斯·摩尔偶然发现了大太平洋垃圾带

美国洛杉矶五大环流研究中心(5 Gyres Institute)研究主管马库斯·埃里克森(Marcus Eriksen)是研究海洋塑料垃圾问题的专家。他相信,特殊的地理环境造就了“大太平洋垃圾带”。就好像顺时针转动一杯茶,茶叶大都会聚集到杯子的中央。这片垃圾带恰恰被北太平洋环流所环绕。北太平洋环流是一个由北赤道暖流、黑潮、北太平洋暖流、加利福尼亚寒流构成的顺时针环形系统。一支在旧金山海岸被废弃的牙刷,会随着加利福尼亚寒流一路向南,到了墨西哥一带再借着北赤道暖流流向亚洲,一直到达日本海域,然后它会遇上黑潮,转而向东汇入北太平洋暖流,经过夏威夷,最终到达这片北纬35°~42°之间的区域。

这片区域正好处于“无风带”。赤道附近由于阳光直射,地面空气受热膨胀,变轻上升。大约上升到8000米以后,向南北两极方向流动。这种向南北运行的大气,在地球自转偏向力的影响下逐渐改变方向:向北的偏向东北,向南的偏向东南。偏向随着纬度的增加而增加,到南北纬30°~35°上空差不多都变成了西风,不再向前推进。而赤道附近的空气又源源不断地补充进来,于是大量的空气都拥挤在南北纬30°~35°上空,使地面气压升高,形成了南北半球的副热带高压带。这里缺云少雨,风也很少,就好像是龙卷风平静的中心。

英国伯恩茅斯大学(Bournemouth University)教授,海洋生物学家里克·斯塔福德(Rick Stafford)告诉我,20年前,海洋保护的主题和今天非常不同,那时候,人们关注的是渔业的过度捕捞、海洋生物栖息地的丧失,受重视的污染物是有害化学物质、泄漏原油等。

“我的发现拉响了警铃。”查尔斯·摩尔说。这些年摩尔一直在从事塑料垃圾问题的研究,他为中国《海洋学报》撰写的文章《合成聚合物入侵生物圈:我们当下所知对未来意味着什么》即将发表。他告诉我,海洋中的塑料垃圾既是“捕食者”也是“被捕食者”,无论是哪种情况,它都能让动物死亡。在深海,塑料垃圾成为一些物种的新的栖息地,它们原本不应该出现在那里,这消耗了珍贵的资源,对整个生态系统造成了影响。与此同时,塑料本身会吸附毒物,也会释放毒物。除此之外,微塑料将危及整个生物圈。

2004年,科学家们提出了“微塑料”这一术语。它被用于指称“直径小于5毫米的塑料纤维、颗粒或者薄膜”。微塑料分为两种,一种是塑料颗粒工业产品,它们包括日常清洗衣物中脱落的非常小的合成纤维,按摩型沐浴露、洗面奶、剃须膏等护肤品中的“微型柔珠”颗粒等等;另一种则是二次生成的。大块塑料垃圾进入海洋环境后,长年累月地在风浪和紫外线等的作用下,环流可能像碎纸机一样把较大的塑料碎片粉碎成塑料微粒,再把它们散布到整个洋区。这些微塑料一方面可释放出有毒有害物质,一方面也比一般塑料更容易吸附有毒有害物质。2017年,科学家首次拍摄到浮游生物摄入微塑料,它们可以沿着食物链传递,影响海洋生物,直至人类的健康。

早在10年前,人们就已经开始讨论如何去清理垃圾带。但很显然,就算仅考虑其巨大的规模,用船只搜集垃圾的操作就绝无成功的可能。去年3月,博扬·斯莱特的“海洋清理”在自然出版集团(Nature)旗下的期刊《科学报告》(Scientific Reports)发表了一份研究。3年前,在“大太平洋垃圾带”,“海洋清理”雇用了18艘船在不同的地点用652张可捕抓微塑料或是较大垃圾的网进行打捞,同时在311平方公里的面积内从空中拍摄了7300张照片。然后,他们使用数学模型和洋流投影来估算“大太平洋垃圾带”的规模。他们认为,垃圾带的面积达到160万平方公里,接近于3个法国。它汇集了重达8.7万吨的塑料垃圾,相当于4.3万辆汽车的重量,是先前预估的16倍。

“大多数塑料垃圾仍然很大,这意味着如果我们在未来几十年里不把它们清理出来,塑料微粒的数量就可能达到现在的10倍到100倍。”斯莱特认为,他的发明能够解决问题。“威尔逊”可以被视为一个跨度1.6公里的巨大的漂浮簸箕。直径1.5米的塑料管在海面上形成U形,拖拽着下方悬挂的3米深的裙板。它的运行原理并不复杂。博扬·斯莱特和他的团队认为,在海上,风、海浪和海浪下的海流具有不同的速度,越往下速度越慢。塑料漂浮物位于海浪表层以及水面以下,“威尔逊”漂浮在海浪上的塑料管能够借助风和海浪的力量,以相对塑料漂浮物更快的速度前进,那么它就会像一只簸箕一样将垃圾搜集汇拢。“威尔逊”上面装有太阳能充电板、夜间照明设备、GPS卫星定位系统、摄影机以及各式各样的电子传感器,随时能够透过卫星把所有的信息传送到总部。当垃圾收集好了,传感器会自动通知地面,显示出自己的位置,让接收垃圾的船只过来进行高效率的打捞。博扬·斯莱特估计,下水6周后,“威尔逊”搜集的第一批垃圾就将被送回海岸。

荷兰公司“海洋清理”推出了旨在收集大太平洋垃圾带垃圾的清洁系统System 001

“梦想”还是“空想”?

“海洋清理”的总部位于荷兰代尔夫特市(Delft)一座写字楼的18层。在这儿,你能听到混合着各种口音的英语。法国人、丹麦人、德国人、意大利人、巴西人,年轻的博扬·斯莱特领导着一个18岁到55岁年龄层的国际化团队。

一切的起点是2010年的一次旅行。16岁的斯莱特和家人一起去希腊度假,报名参加了潜水课程。他对美丽的海底世界充满期待,却发现海床上躺着许多垃圾。一个念头在他脑海中产生:“我们为什么不把它清理干净?”斯莱特正好要为高中科学作业选定题目,海洋塑料污染就成了他的研究对象。

2012年,斯莱特进入了荷兰代尔夫特理工大学学习航空航天工程,然而他的真正热情依然留在海洋中。“我无法停止思考。课堂里在讲述航空器的金属疲劳问题,我想的是如何把这些知识用在清理海洋上。”一次,斯莱特观看一位海洋学家的视频演讲。这位海洋学家展示了塑料垃圾在大海中漂流的动态图,指出这是人们难以搜集清理它们的原因之一。“为什么不能顺势而为?”这瞬间的灵感为他之后的发明奠定了基础。

2012年,代尔夫特理工大学举办了一场TEDx演讲。斯莱特第一次阐述他清理大海的思路。“曾经有石器时代、青铜时代,而现在,我们正处于塑料时代……当你想要饼干的时候,你只能买这样的饼干——它躺在一个塑料盒子里,被塑料分装袋包裹,在最外层的大纸盒外面还会有一层塑料纸,然后它还会被装进一个大塑料口袋里。这不是危险的核废料,这只是一块饼干而已!”斯莱特很有演讲天赋,他把塑料污染的硬知识包裹进了生动的故事和笑话里,仔细地说明了他的想法和背后的科学依据。最初,演讲视频在网络上并没有产生多大的影响。这没有阻止斯莱特着手将灵感付诸实施。6个月后,他从代尔夫特理工大学休学,开始筹办“海洋清理”公司。他荷包里的300欧元就是启动资金。斯莱特曾经在一天之内联系了300家公司,希望他们能提供资金或合作,只有一个回应了他。没有人相信这个一脸稚气的大学生的离奇梦想。

2013年初,事情发生了转机。一些美国热门博客和新闻网站发现了斯莱特。这个年轻男孩符合网络时代英雄故事的一切元素。他的演讲开始在网上病毒式传播。“突然,我开始一天能收到1500封电子邮件。我找来一些朋友,我们捧着笔记本电脑坐在我的床边,开始一封封浏览它们。”与此同时,斯莱特收到了超过400个媒体采访邀请。资金也随之而来,2014年,他在100天之内就众筹到了超过200万美元,成为众筹平台荷兰银行“种子”计划有史以来最成功的项目。

2016年,在距离荷兰海岸23公里的北海海域,斯莱特的垃圾清理系统第一次在开放水域进行测试。而在这之前,网络已经令斯莱特成为蜚声国际的青年发明家,带给了他巨大的荣耀。2014年,他获得了联合国环境署颁发的“地球卫士奖”,是历史上最年轻的获奖者。2015年,挪威国际海事奖把青年企业家奖颁给了他。同年,他那还未成形的发明就被《时代》杂志评为年度25个最佳发明之一。如今,“海洋清理”的合作捐资伙伴包括马士基海运集团、德勤、荷兰皇家工程公司、微软、沙特基础工业公司等数十家全球一流企业。

在大众媒体的许多报道和社交网络里,斯莱特是当之无愧的青年楷模、时代英雄,但这个故事还有另外一面。在去年9月“威尔逊”起航之前3个月,美国海洋环保活动人士大卫·史夫曼(David Shiffman)做了一个调查。他联系了51位在研究机构、政府部门和非营利性机构工作的海洋塑料污染问题专家,其中有15人愿意以匿名的方式完成一份调查问卷。结果显示,他们中没有一人对“海洋清理”项目持毫无保留的支持。超过1/4的人尖锐批评整个计划是“毫无价值的糟糕想法”。“我所知道的每一位海洋残骸专家都认为这个设计是有缺陷的,尽管如此,仍然看到如此多的金钱被投入到这个项目中,这真令人沮丧。上百万美元的资金本可以用在更有效率的其他地方。”一位匿名者说。“大众媒体很擅长大肆渲染这样的话题——某个重大的环境问题找到了‘银弹’式的解决办法,一切都能变得更好起来,但事实上,他们并没有提供准确全面的信息,”一位受调查者谈到科学家们的处境,“这让我们作为科学家感到为难,似乎我们总是很消极,总是在抱怨。”

海洋生物学家里克·斯塔福德告诉我,其实早在2013年,包括海洋生物学家、工程学家等在内的许多学者就曾指出斯莱特的设想存在许多问题。2014年,“海洋清理”出具了一份长达52页的可行性报告,但这份报告并没有很好地对此作出回应。甚至于直到今天,斯塔福德也并不认为这些问题得到了处理和解决。

科学家们的质疑是全方位的。他们认为“威尔逊”存在基本的设计缺陷。首先,斯莱特计划用3米深的裙板搜集海洋垃圾,但许多研究认为,大量塑料垃圾其实存在于3米以下,一些垃圾甚至很容易深入到海面下100米。“海洋清理”曾在东北大西洋海域进行过相关的试验,但当时,他们的采样范围只到达了海面下5米,专家们认为,这并不足以说明任何问题。

另一个问题是,“海洋清理”并没有能够回答:他们将具体以何种方式处理“威尔逊”面临的生物污损难题。在海洋中,船底、浮标和一切人工设施都会附着上大量的动植物和微生物。“威尔逊”这样庞大的装置,在极为偏远的海域运转,人工清理的费用将是一笔巨资,而目前并没有防护技术能够一劳永逸地解决问题。美国进步中心(Center for American Progress)的海洋政策主任米利亚姆·戈德斯坦(Miriam Goldstein)指出,生物污损意味着,即使在最理想的情况下,装置每平方米的外表面都将附着数十到数百公斤的生物,那么“威尔逊”的塑料管漂浮装置很可能不再能够漂浮在海面以上,而这是它正常工作的基本要求。

许多人根本不相信“威尔逊”能在严酷的大洋中幸存下来。“五大环流研究所”政策主任史蒂夫·威尔逊(Stiv Wilson)曾经和一位支持清理环流垃圾的人士穿越南大西洋,从巴西到达南非。在这次行程中,他们有22天遭遇了浪高超过9米的风暴。总共花了50多天才完成旅行。“这位人士放弃了自己的想法,他方才意识到,海洋到底有多大,”史蒂夫·威尔逊在一篇文章中写道,“大海是巨大的毁灭力量。在海上一个月以后,我们的风帆就已经撕破了两次,一些桅杆被损坏,一部风力发电设备彻底成了废铁——这就是自然的力量。”米利亚姆·戈德斯坦认为,“威尔逊”工作的海域看似平静,令它的设计者们低估它可能遭遇的挑战。

查尔斯·摩尔告诉我,“威尔逊”的塑料管是聚乙烯制成的。“这些沉重的塑料管会逐渐变硬和折断。”他算了一笔账:“海洋清理”预计在最佳状态下,一个“威尔逊”这样的系统一年能搜集120吨~180吨垃圾,而一个这样的装置本身就重达280吨。

更重要的是,科学家们不但认为“威尔逊”不能成功完成垃圾清理的任务,还会对本已脆弱的海洋生态造成更大的伤害。里克·斯塔福德说,“海洋清理”称,“威尔逊”不会对海洋生物造成危害,它们可以从3米深的裙板下方游过去,大多数海洋生物学家对此非常担忧。北太平洋环流中有大量的浮游生物无法离开富含氧气的表层海水,这意味着“威尔逊”的裙板势必将干扰它们。“海洋清理”的可行性报告引用了一项1986年的研究证明“威尔逊”的安全性,但该研究是在阿拉斯加湾北部进行的,该海域和北太平洋亚热带环流有完全不同的生态系统。

查尔斯·摩尔告诉我,“威尔逊”会成为“人工集鱼装置”。在海洋中,鱼类会喜欢游到大型漂浮物的下方。由于装置本身会搜集垃圾,这些动物误食塑料的可能性比在公开水域更大。“海洋清理”的可行性报告中提到了清理装置误捕鱼类的可能,但并没有给出解决方案。

另一种危险是,如果“海洋清理”要以非机械的方式清理“威尔逊”的生物污损就势必大量使用防无损涂层。这种涂层含有生物杀灭剂成分。涂层本身具有有效期限,因为它所含有的生物杀灭剂会不断流失,释放到水中。

对于这些质疑,“海洋清理”有自己的说法。首席运营官罗内克·霍利尔霍克(Lonneke Holierhoek)强调,“威尔逊”的设计经过了严格的测试:他们设计了一些措施,比如安排船只监控海洋生物的情况,使用听觉传感器等装置引导海龟和哺乳动物避开“威尔逊”等等,即使装置确实对海洋生物产生了某些危害,它所带来的收益也将远远超过它的负面影响。

从大太平洋垃圾带打捞出来的垃圾样品

折戟

9月8日,“威尔逊”离开旧金山海岸后,先在太平洋开放水域进行了两周多的最后试验,结果显示系统运行良好。接着它被正式运送到“大太平洋垃圾带”,接受真正的挑战。不幸的是,12月29日,它就不得不被重新运回夏威夷的希洛湾。

“海洋清理”的新闻官员扬·范·艾维克告诉我,“威尔逊”遇到了两个问题:“系统并没有能够成功地将搜集的垃圾控制在自己的范围内,这可能是因为系统的运动速度太慢。系统的一小部分结构(60英尺大小)损坏了,可能是因为材料疲劳。”“现在,系统在港口接受必要的维修和调试。”他没有做出更多解释。首席运营官罗内克·霍利尔霍克没有接受采访。

在马库斯·埃里克森和查尔斯·摩尔看来,不成功的首次出航已经证明了科学家们的预见。但斯莱特并不这么认为。在一次采访中,他斥责那些称“海洋清理”已经失败的言论:“当然,那些都是垃圾,只是通向成功的道路上的垃圾而已。”他声称,今年晚些时候,“威尔逊”将重新回到“大太平洋垃圾带”。

但事实上,即使斯莱特的装置解决了一切设计问题,并被证明对海洋生态无害,他的计划依然充满了争议。斯莱特和科学家们在一些基本事实和观念上存在根本分歧。一个典型的例子是,去年3月“海洋清理”在《科学报告》上发表的研究显示,“大太平洋垃圾带”的废弃物中99.9%为塑料,其中至少46%为渔网。超过3/4的塑料都是大于5厘米的废弃物,包括硬塑料、塑料片材和塑料薄膜,塑料微粒只占塑料总质量的8%。这项结果对“威尔逊”的可行性和价值至关重要,因为按照设计,它只能搜集直径1厘米以上的塑料垃圾,但很多科学家并不认可这样的结果和逻辑,在他们看来,真正需要“清理”的是那些“威尔逊”无法处理的微塑料。

马库斯·埃里克森告诉我,“大太平洋垃圾带”并非是静止不动的。“他们并没有在海流模型上做足够的研究,海流模型告诉我们,他们所希望收集的大块的垃圾碎片会在10年或更短的时间内被重新带回到海岸边。一个例子是,美国夏威夷大学国际太平洋研究中心高级研究员尼可莱·马克西莫科(Nicholai Maximenko)2018年发布了他的研究。他估计,2011年日本海啸时失踪的1000艘渔船中的90%,其残骸已经在7年后被海流重新送回到了岸边。因此‘海洋清理’的行动是非常不必要的。”

“在过去5年里,关于海洋塑料垃圾的研究比过去50年都要多。我们现在已经知道了塑料如何在海洋中运动。问题的关键在于预防。全世界有数百个组织在从事相关的工作。塑料工业企业刚刚组建了一个联盟,决定投入15亿美元用于废物处理,防止塑料进入海洋,”埃里克森说,“没有人真的在大洋的中心打捞垃圾,因为海洋实在太大了。根据我们的研究,漂浮在海面上的塑料垃圾只占人类制造的塑料制品总量的0.00003%。绝大多数的塑料垃圾被堆积在海岸边。‘海洋清理’行动实际上分散了人们抗击海洋垃圾污染的努力。大量的资金不再被用于从源头上控制塑料,这对于全球抵抗塑料污染运动是一种伤害。”

斯莱特说,“海洋清理”的赞助者并没有受到首航失败的影响。“我们的主要赞助人……他们中的许多是企业家和技术专家,他们知道迭代开发过程是怎么一回事。”根据“海洋清理”的数据,设计、制造、组装“威尔逊”,再加上运营,其一年的花费是2100万美元。