受海藻擺動機制啟發的海洋能轉換技術
在全球再生能源布局中，海洋能被視為尚未充分開發的重要資源。相較於太陽能與風能，海洋蘊含的能量密度更高且更穩定，但其開發長期受限於技術與成本瓶頸。傳統波浪能與潮汐發電設備多為大型剛性結構，不僅建置成本高，還需承受極端海況帶來的機械壓力與損壞風險，導致維護困難與商業化進展緩慢。此外，多數系統需特定波高或流速條件才能運作，使其應用場景受到限制，難以支撐分散式或小規模能源需求。
自然界中，大型海藻（如海帶）早已在這樣的環境中演化出一種更為穩定且高效的機制。海帶並不對抗海浪，而是透過柔軟且可變形的結構，隨著水流產生彎曲、扭轉與擺動，將流體動能轉化為結構運動，並在長期作用下保持穩定而不易損壞。這種「順應流體而非對抗流體」的設計邏輯，成為新一代海洋能源技術的重要靈感來源。
由研究機構團隊（如 National Renewable Energy Laboratory 與相關合作單位）所開發的 PKelp™ 海洋能轉換器，將這一自然機制轉化為工程系統。該裝置由多條柔性帶狀結構組成，模擬海帶在水中的擺動行為，並透過內嵌的電活性材料（electroactive materials），將彎曲、拉伸與擺動等機械變形直接轉換為電能。
與傳統剛性裝置不同，PKelp 的核心在於「柔性結構＋分散式能量轉換」。當水流或波浪作用於這些仿生結構時，每一條「人工海帶」都能獨立產生電能，並透過電力調節模組整合輸出。這種設計不僅能在低流速與多方向流動環境中持續運作，也能顯著降低結構受力與損壞風險。
在應用層面，Pkelp初步用於「小規模與分散式能源」場景。其裝置可部署於海洋、河流甚至湖泊中，為離網（off-grid）系統提供穩定電力。例如在海洋觀測與監測設備中，PKelp 可直接為感測器與資料傳輸系統供電，避免依賴電池更換或燃料補給。
此外，該技術也被視為「藍色經濟（Blue Economy）」的重要支撐工具。包括水產養殖設施、海上無人載具（AUV）充電、沿海基礎設施等，都可透過這類低干擾、可長期運作的能源系統提升自給能力。同時，由於裝置完全沉浸於水下運作，避免直接暴露於強烈海浪衝擊，其耐久性與生態相容性也優於傳統裝置。
PKelp 能夠在不影響船隻活動的情況下運作，最主要的原因在於其全淹沒式（completely submerged）的設計特點：
- 完全位於水面以下：與傳統暴露在海面上的波浪能轉換器不同，PKelp 部署時是完全淹沒在水面之下的這種設計使其能夠避開海面活動（surface activities），確保水面空間保持開放，供船隻自由航行而不會產生碰撞風險。
- 靈活的安裝位置：PKelp 的能量轉換單元（稱為「葉狀體」）可以附著在各種離岸結構上，包括海床（seafloor）、碼頭（docks）或繫泊線（mooring lines）這些安裝位置通常位於不干擾主要航道的地方，或整合在現有的基礎設施中。
- 避開表面干擾：由於其運作位置在水下，PKelp 不僅不會干擾船隻，還能保護自身免受強大且具破壞性的表面風暴波浪影響，提升了設備的生存能力與耐用性。
PKelp 亦能協助修復珊瑚礁與固碳，主要透過以下幾種機制實現：
- 支援生物岩（Biorock）形成：PKelp 產生的電力可用於生物岩形成技術。這項技術能直接支持珊瑚礁的形成，並在過程中固定碳（sequestering carbon），進而增強海岸的韌性並創造生物棲息地。
- 驅動海洋二氧化碳移除：PKelp 提供的局部能源可用於多種電化學過程，其中包括海洋二氧化碳移除（marine carbon dioxide removal），這能直接從海洋中提取碳以協助減緩氣候變遷。
- 創造人工魚礁效應：該裝置的設計靈感來自海帶，並基於流域管理和侵蝕控制的修復方法，能鼓勵沉積物和養分的截留（entrapment）。這種物理結構有助於促進生態系統「由下而上」的生長，產生類似人工魚礁的效果，並具備防淤、控制侵蝕和防止沖刷的功能，據此穩定生態環境。
- 促進生態棲息地復育：透過模擬天然海帶林，PKelp 不僅能捕獲能量，還能透過沉積物積累和侵蝕控制來推動生態系統修復，為海洋生物提供更適宜的生長環境。
從技術進展來看，PKelp 已進入系統整合與驗證階段。研究團隊已透過波浪水槽測試（wave tank testing）驗證其性能，並與其他技術平台（如智慧感測系統）結合，發展出完整的「海洋能源＋監測」解決方案。 同時，其相關設計亦已進入專利階段，顯示技術已從概念驗證邁向可工程化與商業化的路徑。
整體而言，PKelp 的創新不在於「提高單一設備輸出功率」，而在於重新定義海洋能源的捕捉方式。當海帶在海流中順勢擺動並長期存活，人類也開始學會以相同邏輯，設計出更柔性、更分散且更適應環境的能源系統。這種來自自然的設計思維，正為海洋能源開發開啟新的技術路徑。
資料來源：The National Laboratory of the Rockies；The National Laboratory of the Rockies官網
