2014年8月21日 星期四

能源的計畫-無碳排放!

比爾蓋茲的能源的計畫-無碳排放! 
Bill Gates on energy: Innovating to zero!





人類在地球生存, 最基本的就是需要能源來轉換成各種食物跟服務,另外還需要一個合適的生活環境. 但是因為人口跟各種需求的增加,現在知道過度利用石化燃料來取得能源的結果就是同時破壞了環境. 在這個演講, 比爾蓋茲說出他認為未來人類要面臨的最大問題就是怎麼能持續有能源來讓社會發展並且同時不破壞環境-如果有能源然後不排放二氧化碳. 他舉出三種最有可能的技術, 希望更多人能在未來的20-50年內投入. 這三種分別是,二氧化碳的固定化技術, 核能技術, 還有再生能源的儲存技術. 以他的觀點, 這些技術是解決未來問題的關鍵, 雖然都要面臨很大的技術困難, 但是沒有什麼原理上無法做到的事情. 其中二氧化碳的固化技術, 需要大規模的研究跟整體計畫, 因為所需要的空間跟保存計畫都是很大規模的. 在再生能源上, 他舉例目前世界上所有的電池只夠存10分鐘人類所需的能源. 如果真的要轉換到再生能源, 怎麼有效的轉化太樣能跟儲存會是最大的問題.

演講裡, 他花了最多時間說明一種利用目前核廢料U238來當作能源的計畫. 說明如果這種技術成功, 不僅有了新的能源, 而且還能解決目前核廢料的問題. 目前在超級電腦上模擬這樣的反應是可能的, 不過如果要實現還需要很多研究跟投資.

本文原發表於 科學影像Scimage[2010-12-25]

演講內容
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今天我要談的是關於能量和氣候。 這或許有點讓人意外,因為你們也知道 我在基金會全職的工作主要關於疫苗和種子, 這些急需要發明且散佈的事情 以幫助20億貧民過更好生活。 但是能源和氣候對這些人也極其重要, 實際上,比對地球其他人來說更重要。 氣候變得更壞,使得他們的穀物將有很多年無法成長。 有時將有太多雨,有時將會雨量不足。 所有改變的方式 以他們脆弱環境實在難以支撐。 結果將導致飢餓。 導致不確定的恐慌和動亂。 因此,氣候變化對於他們是十分可怕的。
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此外,能源的價格對他們非常重要。 實際上,如果你僅僅能挑一件東西降低價格, 以降低貧困,目前能源是最佳選項。 現下,能源的價格已經下降好長一段時間。 真的,人類的文明進步是基於能量的進展。 煤的革命點燃工業革命, 並且,在20世紀我們看見電力的價格迅速下降。 因此我們才能擁有冰箱,空調系統, 並且能製造進步的材料及那麼多東西。 也因此,我們處於一個有電力的美好富足世界。 如果,當我們使它更便宜 --讓我們努力使它兩倍便宜 -- 我們就必須面臨新的限制, 這限制就是CO2(二氧化碳)。
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CO2使地球變暖, 而描述CO2的方程式實際上是非常直觀的。 如果你把所有排出的CO2加起來, 那就會導致溫度增加, 而溫度增加進而導致一些負面效果。 這效應對天氣有影響,更糟的是或許是其他間接的效應 我們的自然生態系統不能適應這些迅速的變化, 生態系統因而崩潰。
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現在對於精確的數據對應 例如在CO2的增加量與溫度上昇幅度的對應 以及是否有正向的回饋的存在 有些不確定性但不算太多 當然對於這些效應有多糟的看法,也有不確定性 但方向上一定是相當糟的 我好幾次就這議題問過幾位頂尖的科學家, 我們真的必須將CO2減量至幾近零嗎? 只降一半或降至四分之一呢? 而答案是直到我們降至零之前, 溫度還是繼續升高。 所以這是一大挑戰。 這跟如何讓一輛12英尺高的卡車穿過一座10英尺高的橋完全不同, 我們只能用力向下緊壓 要減量到零,有些事情必須考量。
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現在,我們每年排出許多二氧化碳, 超過260億公頓。 大約是每名美國人20公頓。 對窮國的人們來說,每人不到一公頓。 地球上每人的平均大約5 公頓。 不管如何,我們都必須改變 以減量到零。 它一直不斷上升。 曾有各種各樣的經濟變化使它的趨勢平緩, 因此我們必須努力從迅速上升的趨勢 開始讓它下降,並且一路下降到零。
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這個方程式有四個因子。 及簡單的相乘。 因此,左式有一因子CO2,你想要它趨於零, 而那必須基於「人口的數量」, 「平均每人享用的服務」, 「每種服務的平均的能源」, 及「單位能源排出的CO2」。 現在,讓我們逐一審視 並且想想我們如何能把這變成零。 或許,這些數字之一必須讓它趨近於零。 現在讓我們複習中學的代數, 讓我們瞧瞧。
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首先是人口。 現下,世界有約68億人。 未來預計增到大約90億。 現在,如果我們在新疫苗發展上有不錯的進展, 包括醫療保健,生育保健服務 或許會降低約10~15% 但目前是增加約1.3%
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第2 個因子是我們使用的服務。 這包含了所有的事情, 我們吃的食品,衣服,電視,暖氣。 這些是非常好的東西, 提供這些服務某種程度表示脫離了貧困 如果能遍及地球上所有的人。 增加這數量其實是好事 在富有的世界,或許前10億人口, 我們或許能縮減享受以減少用量, 但是每年,這平均數目是上升的, 整體說來,將來會成為兩倍以上 提供每人所享有的服務量 現在我們來談一項非常基本的服務。 你房子內有照明讓你能做你的家庭作業嗎? 實際上,很多孩子沒有,因此他們必須到屋外 並且在路燈下研讀他們的功課。
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再來,講到效率,E,指每種服務所需的能量, 總算有一些好消息。 某些事情並沒有增加。 透過各式各樣的發明和製作照明設備的新方法, 透過不同的汽車類型,建築大樓的不同方法。 有許多你所使用的服務 整體而言已大幅降低消耗的能量 某些項目甚至降了幾乎90% 但仍有不少項目如肥料製造 及空中運輸等 能夠改善的空間實在不大 因此概括的看,如果我們是樂觀主義者 我們有可能降低到三分之一,甚或到六分之一 但是現在對這些前3 個因素來說, 我們或許充其量從260億降到130億公頓, 且很難再往下降
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因此讓我們看第4因素 -- 這將是關鍵的一項 -- 每消耗單位能量所排出的CO2的數量。 問題是,你真的能讓它趨於零? 燃燒煤,不可能。 燃燒天然氣,不可能。 幾乎我們今天用來發電的任一方法, 除了新興的再生能源和核能,都會排出CO2。 因此,我們以全球性角度考量將來必須做的, 是創建一新系統。 我們需要能源奇蹟。
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我這裡使用奇蹟這個詞,並不意味著不可能發生。 微處理器是一個奇蹟。 個人電腦是一個奇蹟。 網際網路及其各項服務是一個奇蹟。 因此,在場各位已經共同參與創造過很多奇蹟。 通常,我們不設期限, 不要求你必須在某天讓奇蹟出現。 通常,你只要努力準備好,有些會發生,有些則沒有。 但在這件事上我們必須加足馬力 並在緊迫的時限內創造出奇蹟
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現在,我在想,我如何才能辦得到? 是否有自然的圖示 或其他現成的範例可以讓人們想像? 我回想起一年前我帶一罐蚊子來到這裡 人們似乎覺得有趣 (笑聲) 這確實讓他們了解到 不少人與蚊子生活在一起 所以,關於能源,我所能想到的就是這個 我決定放些螢火蟲 這可能是今年我對環境所做的貢獻 所以我們將有一些天然的螢火蟲 我被告知這不會咬人,事實上,它們可能根本無法離開罐子 (笑聲)
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現在有許多花拳繡腿的解決方案就如同剛剛的示範 而它們實際的貢獻不大 我們需要一個以上的方案 必須具有不可置信的規模 以及難以想像的可靠性, 雖然人們正追尋很多的方向, 我只看見5種方式,可能達到足夠的需求。 我已經放棄潮汐、地熱、核融合及生質能 這些當然都能有些貢獻 但是必須比我預期的好很多、非常多才會有希望 我要說的重點是 我們將必須持續做這5項 我們不能因為氣餒而放棄它們 也不能因為有各項顯著挑戰而放棄
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讓我們首先看石化燃料, 無論是燃煤或者燒天然氣。 必需要做的好像很簡單,但是實際很困難, 必須在燃燒後將CO2從煙中取出 加壓液化並放置於某處 並希望能保存在那兒 我們有一些先端的研究顯示可以做到百分之60到80的水準, 但是做到全部, 那將非常難, 此外選擇這些CO2同意存放的地點也將是艱難的課題, 但是最困難的是長期的問題。 誰能確定? 誰又能對比核廢料或其他廢料多數十億倍的東西 提出保證? 這體積十分可觀 因此艱困可期
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接著談到核能 也有三個大問題。 成本花費,特別是在嚴格管制的國家,是相對高的。 關於安全的問題,不會出錯聽起來感覺不錯, 但仍究有人為操作的問題, 核燃料也不能用於武器 然後,如何處理廢料? 雖然它不是非常多,但是許多人在意此議題。 人們必須感到安心。 這三個非常棘手的問題可能是能解決的 因此,應該持續努力。
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這五個中的其他三項,我打算一同討論。 這些是人們經常提到的所謂再生能源。 他們實際上 -- 雖然它們很偉大,他們不需要燃料 -- 但仍有一些不利條件。 其一是這些技術所能蒐集能源的密度 大幅的少於一座電廠。 這是能源農場,因此談的是好幾平方英里, 數千倍於你所能想到一個一般電廠的區域。 此外,這些是間歇能源。 太陽光並非整天都有,也不是每日都能普照, 同樣,風也不是颳吹無歇。 因此,若你要依賴於這些能源, 你必須有得到能量的輔助方法 以彌補無法提供的時段 因此,我們有高成本的挑戰。 我們有輸送的挑戰。 例如,能源來自國外, 你不僅需要技術, 還必須處理來自別處能量的各項風險。
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最後,還有能源貯存問題。 為了要評估容量,我仔細審視查閱 目前各種型態的電池 包括車用,電腦用,電話用,手電筒用及其他各種用途 把那與世界使用的電能數量相比, 我發現目前完成所有的電池 僅能儲存全世界不到10 分鐘所消耗的能量。 因此,實際上,我們需要一個大的突破, 那必須是一個100倍優於 我們現有努力的方法。 它並非不可能,但是也絕非是件容易的事。 因此當你努力於得到間歇能源 如上分析,頂多只能達到使用需求的20~30% 如果要100%的依賴它 你必須有奇蹟電池
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我們繼續談論這課題:正確的方向是什麼? 它是一項曼哈頓計畫(製造原子彈的計畫)嗎? 能帶我們到達目標的是什麼? 嗯,我們需要數以百計的公司投入工作 在這5 條道路中的每一項,至少需要100 人。 當中的許多人,你會覺得他們看起來瘋了。 那倒不賴。 這裡是TED,因此我想 應該有不少人已經投入了吧 葛洛斯(Bill Gross)有幾家公司,其中一家叫eSolar 有偉大的太陽熱技術。 維諾德·科斯拉(Vinod Khosla)投資許多公司 進行許多偉大的事情並已達令人感到興趣的可能性, 目前我準備協助支持。 內森·麥沃爾德(Nathan Myhrvold)和我事實上支持一家公司 或許你會訝異,實際上是採取核能的方向。 在核能界有一些創新,小型模組化反應器,液態反應器。 不久前這個領域的創新停滯一段時間, 所以在此多少有一些好想法不足為奇
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至於Terrapower公司的想法,不是只燃燒鈾的一部分, 約百分之一,也就是是U235(鈾235), 我們決定,設法燃燒百分之99,U238(鈾238)。 這想法有點兒瘋狂。 實際上,人們已經談論它很久, 但他們無法適當的模擬確認是否能做到, 因此藉由現代超級電腦的進步 現在你能模擬並且發現這是可行的, 只要材料改進方法正確,它將可成功運行。
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且因為你是燃燒那百分之99, 已經大大改進成本結構。 實際上是消耗掉廢料, 也就是將廢料作為燃料 想想來自今天核電廠全部的廢料。 因此,不必再擔心核廢料問題,而是利用它。 這多棒啊。 它實行時消耗鈾。 就像蠟燭燃燒一樣。 它就像是根木材,通常稱為推旅波式反應器(Traveling Wave Reactor,TWR)。 就燃料而言,這真的解決了問題。 我這裡有在美國肯德基州一處的照片。 這就是殘留的百分之99 在這裡他們已經取出可燃燒的部分(即U235), 因此它被稱為耗乏鈾(U238)。 這將能提供美國數百年的電力。 僅僅需透過一個廉價的海水過濾程序, 你將有足夠的燃料提供撐過地球整個壽命的能量。
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因此,你知道,即使它須面對許多挑戰, 但這是數百種想法中的一個例子 驅使我們向前 現在讓我們想像,我們應該怎樣評量自己? 我們的工作成績鑑定表該像什麼? 現在讓我們看未來的目標應設定在哪裡 對於中期目標而言 到了2050年,你會聽到很多人談到減量80%的事 到那時,這真的是十分重要的事 還有20%則是窮國需要的消耗 例如農業的需求 希望到時已經解決林業、水泥等問題 因此,要到達減量百分之80, 已開發國家,包括像中國這樣的國家, 都須同時改變電力產生的方式 所以,下個階段,當我們部署這項零排放的技術時, 我們在全部已開發國家都利用它 並且持續進行在其他國家的部署。 那超級重要的。 那是我們制定工作成績鑑定表的關鍵要素。
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從那裡退回來,2020的 工作成績鑑定表應該像什麼? 同樣的,它應該有兩個要素。 我們應該審視這些效率評估,並開始進行減量。 CO2排的越少,空氣的總量也會較少 因此,溫度跟著較低。 在這階段,就幾方面來說 作些無法達到大幅減量的事 只能持平或微量減少,其重要性較諸其他 只是突破性創新的一小部份
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我們所需的突破必須是加足馬力衝刺 並能使用各像參數評估如參與公司數 先期計畫及已修訂的法規等 有許多經典著作已經提到這個。 高爾的書,「我們的抉擇」 以及大衛馬凱的書,「永續能源:免除地獄的業火」 他們加以審視並且建立一種架構 這可以被廣泛地討論, 因為我們需要得到廣泛的支持。 還有很多必須加以整合
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因此這是一個願望。 我們要發明這項技術,是個非常具體的願望。 如果你今後50年中只能讓我一個願望成真, 我能指定誰當總統 我能指定一種疫苗的出現,那是我最愛的事 或我能選擇這件事 只要一半的花費就能發明無CO2排放的技術 這將是我會選擇的願望 這願望會有最大的影響力 如果無法完成這願望 長期與短期來看人們間差距將變的十分可怕 在美國與中國之間,窮國與富國之間 20億貧民中的大部分人生活將變得更壞。
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因此,我們必須做什麼? 我在呼籲你們向前並且推動的是什麼? 我們急需更多的研究資金 當許多國家聚集在某處如哥本哈根 他們不該只討論CO2。 他們應該討論這項創新議程, 你會訝異願意投入在此的經費是如此低 即使這些是多麼具創新的方案 我們確實需要市場獎勵,CO2稅,限額交易, 一些能反映到價格上的機制 我們需要將訊息傳佈出去 我們需要更理性與可理解的對話 包括政府所採行的步驟 這是個重要的願望,但這也是我們能做到的。
18:33
謝謝。 (掌聲) 謝謝。
18:48
(克力斯安德森,以下CA):謝謝。 謝謝。 (掌聲) 謝謝。如此讓我對泰拉能源公司(Terrapower)多了解一些,沒說錯吧-- 首先,請讓我們大概了解這項投資的規模有多大?
19:06
(比爾蓋茲,以下BG):實際上超級電腦的軟體 及僱用一些偉大的科學家等已經做的 只花費約幾千萬美金 每次對於材料方法在俄羅斯反應器的測試 以確定是否可行 則需花費約幾億美金 最困難的是建立先期試驗性的反應器 必須尋求數十億資金、尋求法規支持、還有地點 才可能建立完成第一座 一旦建造了第一座,它就成了活廣告 隨著時間將讓大家明白,因為經濟學、能量密度等考量 和我們理解的核能大不相同
19:44
CA:我再確認一下,是不是要有深入地下的建築 就像垂直的核燃料柱 裡面充滿鈾廢料 整個核反應由上往下進行呢?
19:57
BG︰ 沒錯。 今天,反應器總是需重新裝填核燃料, 因此許多人為和許多控制可能出錯, 因為你必須打開它並將一些物質移進移出的。 我不認為那是好事。 因此,如果你有非常便宜的燃料且能放置60 年 -- 就當它是一根木材 -- 把它放下去並沒有那麼複雜。 就讓它呆在那裡並且燃燒60 年,一切都解決了。
20:23
CA:所以這是一座能自己處置核廢料的核能發電廠。
20:27
BG︰ 是的。 嗯,關於核廢料的部份 就讓它留在那裡 -- 用這種方法產生較少的廢料 -- 而且能取出處理, 並且把它放進另一個反應器燃燒。 事實上我們可以由現有的核廢料開始 目前都存在冷卻水槽或乾式儲存護箱內 這些是可以開始使用的燃料 因此,這些曾被視為問題的核反應器 可以裝入我們的裝置 因而大幅降低核廢料的體積 並同時進行發電的程序
20:59
CA:你對全世界不同的人談論這議題 及其可能性 哪些地方對於實際進行此計畫最感興趣?
21:06
BG︰ 嗯,我們沒特別挑什麼地方, 關於核能的任何事情總是有人表示興趣 有不少人向我們表達興趣 例如來自俄羅斯、印度、中國等國公司的人們 我曾遇過能源部長, 並討論如何將此置入能量議程。 因此我很樂觀。 你知道法國和日本已經完成了一些工作。 他們所完成的與這提的並不相同 那是很重要的進展,但那像是個快滋生反應器(fast reactor) 有不少國家參與建造 所以任何有快滋生反應器的地方,將會是我們考量第一座電廠的候選場址
21:47
CA:因此,在你的頭腦裡,時間規模和各項可能 在這輩子能夠完成到什麼狀況呢?
21:55
BG:嗯,我們需要建立一個大規模、發電系統 且必須非常便宜, 我們只有20 年來發明並用20 年來部署。 這期限來自環境模型的推演 而我們必須去正視且遵循 你知道嗎,如果一切順利,我們期許泰拉能源公司 可以輕易達成目標。 幸運的是現在有數十家公司 而我們需要的是數百家 同樣的,如果他們科技發展一切順利 如果他們建立先期試驗電廠集資順利 他們就能有競爭力 當然如果有多重方法成功那更好 那我們就可以妥為混用這些技術 我們就是需要一項解決技術的成功
22:39
CA:若考量大規模的競爭環境變化 這是您所知道最具優勢的方案嗎?
22:45
BG:能源技術突破是最重要的事情。 就算不考慮環境侷限也該如此 而因為環境侷限讓他顯得更偉大 在核能領域,仍有其他創新者 我們對他們的不了解可能和我們對這的了解一樣多 對於提倡小型模組化反應器的人來說,那是另一種處理方式 還有液態反應器感覺上很困難 但也許他們看我們也是一樣的想法 確實有其他方案 但是美妙之處都在於鈾分子 具有其他分子如煤炭,百萬倍以上的能量 因此如果能夠處理好負面效應 通常指輻射 碳足跡、成本、發展潛力 包含對陸地與其他事務的效應 那都可視為是相同等級的方案
23:36
CA:如果不成功,該怎麼辦? 是否要啟動緊急機制 以試圖保持地球溫度的穩定?
23:47
BG:如果到了那種狀況 就好像你已過度飲食,心臟病就要發作了 你要怎麼辦呢?可能要動心臟手術或其他處理。 有一系列研究稱為大地工程 那是延遲暖化的各種技術 以爭取增加20或者30 年的緩衝時間整合我們的行動。 現下,那只是一項保險政策。 你會希望不要用到 有些人會說你不應該投入進行保險政策 因為它可能使你偷懶, 它會使你一直吃,因為你知道有心臟手術將會救你。 我不能確信是否明智,如果考量問題的重要性, 現在有關於大地工程的討論 談論是要將此技術置於後口袋,以免變化快於預期? 或是該減慢這項創新
24:36
CA:對於氣候懷疑論者,你有什麼話要對他們說, 你如何說服他們說他們錯了?
24:46
BG:嗯,令人遺憾,那些懷疑者來自不同的陣營。 他們很少提出科學的論點。 他們有提到必須考量雲層抵銷 的負回饋效應嗎? 他們所能談的不多 這兒有成千上萬的例子 現在主要的問題就像愛滋病 現在做錯誤的決定,未來要付出更多
25:12
所以當你有些急迫的問題 記得寧可現在嚐栽種之苦,未來才有收穫-- 更何況未來還有不可知的痛苦等著 實際上,IPPC報告所提,還不一定是最壞情況, 在富有的世界有人看IPPC報告 會覺得還好啊,那有什麼大不了。 事實上還有不確定的部份驅使著我們朝這方向前進 但我的夢想是,是否能使它更經濟, 並且符合CO2 限制, 然後那些懷疑論者會說:「好吧, 我不在乎它是否排CO2, 我還希望能排出點CO2呢, 但是我猜我會接受它,因為這比以前來的便宜。」 (掌聲)
25:57
CA:我想那也是你對藍博(Bjorn Lomborg)論點的回應 那論點基本上是指如果所有資源都拿去解決CO2問題 那將排擠其他所有目標 例如遠離貧窮與瘧疾等其他議題 把錢放在CO2上是地球資源愚蠢的浪費 有更重要的事要做
26:16
BG:嗯,實際在研發上的花費 -- 我必須說美國每年應該投入比現在多100億 -- 這不誇張。 它不應該排擠其他事情。 如果你要花費一筆大錢,當然人們是不同意的 尤其是集資的目的是花在不經濟的議題上 而那些大多對我來說是浪費 除非你十分封閉且只資助學習曲線 而未來會變很便宜的 我相信我們應嘗試各項有潛力的事 以讓能源價格大幅降低 如果你參與的交易,是要讓能源更貴 那只有富人能享有。 我的意思是,在場各位都能對於我們的能源付五倍的錢 而不需改變我們的生活模式。 受害的是最窮的20億人。
27:01
就算蘭博也已經改變。 他現在的重點在於為何不多加討論研發 因為他早期關心的題材, 仍然與懷疑論陣營有關, 不過他意識到那是一個相當孤獨的陣營, 所以他現在專注於研發議題 順著這脈絡,我想這樣說是適當的 關於研發這塊,它所獲得的資金真是少的誇張。
27:26
CA:好的比爾,我懷疑我是在幫在場的人請命 老實說,我真的希望你的願望實現。 非常感謝。
27:32
BG:謝謝。 (掌聲)


以上中文翻譯  來自Ted網站
http://www.ted.com/talks/bill_gates/transcript#t-20000