Yucatán 半島外海岸外是中美洲珊瑚礁，與所有的珊瑚礁一樣，它是地球上生物種類最多的生態系統之一。 然而，全球氣溫上升正在影響著海洋生物，就像影響陸地生物一樣。 隨著海洋變暖，水中的氧氣水准下降，海水酸化加劇，像中美洲珊瑚礁這樣的珊瑚礁正在經歷一場被稱為“白色併發症”致命的健康危機，這種病可在 40 天內殺死珊瑚。

但這種病的影響並不限於珊瑚本身，或那些依賴珊瑚礁的海洋生物們。 它們甚至影響著海洋。

珊瑚礁是强大海浪與沿海城市建築的海灘之間的屏障。 如果沒有珊瑚礁阻礙潮汐的持續能量，海浪會全力沖向海岸並迅速侵蝕那些受人喜愛的海灘海岸線（圖 1）。

但人類已經發現一種方法幫助重建那些垂死珊瑚礁，以盡力保護這些海灘的遺跡。 總部設在英國的 CCell Renewables 公司在全球範圍內致力於封锁甚至扭轉海岸侵蝕，該公司製定了一項策略，利用一種叫做電解的過程，在水下的鋼結構上加速珊瑚的生長。

如何種植你自己的珊瑚礁

CCell 在 Cancún 和位於 Yucatán 北部海岸的 Telchac 開展了多個月的試點項目。 該珊瑚礁項目旨在模仿珊瑚礁的自然生長條件，而珊瑚礁本身需要數百年的時間才能達到成熟。

有了 CCell 的人工珊瑚礁結構，這個過程可以在短短 36 個月內完成。

“這裡最關鍵的是，你不能把這些珊瑚放在普通的沙子上，它們會沉到沙子裏然後消失，”CCell 的首席執行官 Will Bateman 博士說。 “我們正在做的是提供類似骨架的東西，可以把它們放在上面。”

人工礁的基礎是一系列 2.2 米長的鋼制半隧道籠狀結構（圖 2）。 這些結構由精確控制的 1.2V 至 6V 的電流通電，這些電流通過一個小型金屬陽極。 在這個系統中，陰極本身就是礁石結構本身，新增周圍水的 pH 值，使鹽分溶解在籠子的鋼表面。

陽極的低電壓產生的氧氣與陰極的可溶性效應相結合，形成文石（碳酸鈣）和水鎂石（氫氧化鎂）岩石，附著並密封籠子，保護它們不受腐蝕（圖 3）。

這整個過程取決於遠端系統管理陽極和陰極之間的精確電壓控制。 在一個月內，結構上會形成一個 3-5 毫米的岩石層。

如果施加的電壓不足，岩石層會變得鬆軟，不適合孵化出的珊瑚。 你可以想像在這種環境下，過多的電力會造成什麼後果。

但即使岩石成功地與鋼籠結合，使潛水夫可以用手放置當地的珊瑚蟲，這項沒有完成的工作。 CCell 的電解過程必須繼續進行，以使附著的珊瑚以 3-5 倍的速度加速生長，從而在三年內形成成熟的珊瑚礁。

貝特曼說：“我們最不想做的事情就是在這個過程中繼續生長岩石，因為我們最終會埋葬可憐的小珊瑚蟲。”

CCell 的團隊必須學會解釋水中的環境條件以確定何時需要减少、甚至完全停止電力輸入，以減緩岩石的膨脹並最大限度地促進珊瑚生長。

為人造珊瑚礁提供動力

CCell 電解過程的電力是由多種來源產生的。 其中一些來自方便的可再生資源，由 CCell 自己的波浪能轉換器提供，它為一個帶槳的發電液壓系統提供動力。 根據波浪條件，這個系統可以產生 35V 到 70V 之間的電壓，然後由電解系統本身進行轉換、控制和監測。

如 Telchac 這樣較大的飛行器，它從太陽能獲得補充的電力。 像 Cancún 這樣較小的飛行器，由於只有幾百瓦電力可用，無法獲得足够的可再生能源，只能從其他途徑獲得電力。

撇開來源不談，收集的電力必須傳輸到試點珊瑚礁地點的電解系統。 這是通過供電網路（PDN）實現的，該網路由一個前端轉換穩壓階段和一個下游負載點（PoL）穩壓階段組成，通過電纜將電力輸送到電解系統。

但是，如前所述，輸送到系統的電量必須得到精細的控制。 為了保持每段礁石所需的 10A 峰值電流和 50W 功率，CCell 利用 Vicor 的 分比式電源架構，該架構集成了預穩壓模組（PRM） 升降壓穩壓器和變壓模組（VTM）電流倍增器，具有快速瞬態回應（圖 4）。 PRM 輸入未穩壓電壓並進行穩壓輸出，用於驅動 VTM。

“VTM 也可以說是一個電流倍增器，”Vicor 的現場應用工程師 Philip Simpson 說。 “VTM 的作用實際上是一個有效的 DC/DC 轉換器。

“從概念上講，它們是一個直流到直流的變壓器，我們稱之為 K 因數，它相當於變壓器類型應用中的匝數比，”他繼續說。 “PRM 和 VTM 的組合使你能以一種非常有效的管道獲取相當高的直流電壓，並在相對較高的電流下將其轉換為相當低電壓的直流。”

“CCell 使用的 PRM 和 VTM 的組合使效率遠遠超過 90%，”Simpson 解釋說。 “它充當了一個理想的變壓器”。

在 Cancún，現時沿著 120 米的珊瑚礁部署了 50 個這樣的控制單元。

逆轉全球變暖影響的力量

到目前為止，結果是振奮人心的，在測試地點的波浪衰减預計將在明年提高至 30%。 在這種背景下，雖然全球變暖導致全球波浪能量每年增加 0.41%，但只要减少 5% 到 8% 的波浪能量，就能將近岸的波浪氣候恢復到接近二十年前的水准。

CCell 人工珊瑚礁的形狀和多孔結構可以封锁較大的海浪撞擊海岸，但也可以讓較小的海浪在海灘上沉積沙子，並重建失去的東西。

現時計畫沿著 Yucatán 海岸將人工礁再擴充 1 公里。

然而，正如海岸侵蝕不是一個地理區域所特有的現象一樣，CCell 的目標也不僅僅局限於墨西哥海岸。 該公司一直在以色列、瑪律地夫和其他地方研究人工礁石結構，這些都是為了封锁並希望逆轉地球上一半以上的海岸線發生的侵蝕。

CCell 的未來目標包括與康奈爾大學建立潜在的合作關係，在珊瑚礁結構上實施聲學設計，類比活珊瑚礁的聲音，以幫助吸引海洋生物進入項目現場。

• 瞭解更多關於 CCell 可再生能源公司的資訊，請訪問： https://www.ccell.co.uk/
• 參與 CCell 正在進行的項目並為其工作做出貢獻，請訪問： https://www.ccell.co.uk/crowdfunding
• 欲知更多關於 Vicor 的分比式電源架構的資訊，請訪問： https://www.vicorpower.com/industries-and-innovations/factorized-power-architecture
• 瞭解更多關於海岸侵蝕的資訊，請訪問：https://toolkit.climate.gov/topics/coastal-flood-risk/coastal-erosion