塑料袋、烂菜叶、包装盒,这些被我们丢弃的拉圾,县至我们闻之色变的尿液,也都蕴含着丰富的能量,如黑我们能把这部分能量利用起来,这将是一笔非常可观的“财富”/如何变“废”为能呢?科学家选中了一些我们通常会忽略的小东西——细菌,也设计了“风格迥异”的燃料电池,成功地达到了这个看似艰难的目标。
变“废”为能,最为普遍的方法就是焚烧。它的原理与火力发电厂类似,垃圾燃烧时释放出的热量先加热锅炉,产生蒸汽,然后蒸汽推动汽轮机发电。于是,垃圾里的化学能先转化为热能,再转化为电能。
但是,垃圾燃烧的过程中会释放出大量的有害物质,严重危害工人以及附近居民的健康。因此,人们迫切希望可以找到一种更好的方法代替焚烧,既利用垃圾中的能量,又不致产生有害物质。所幸,科学家真的找到了这样的方法。
垃圾之能
2014年4月,美国加州大学戴维斯分校的华人教授张瑞红发起了“把垃圾转换成再生能源”的项目,希望实现“建造绿色校园,实现零废物”的目标。约在10年前,张教授就开始研究快速厌氧发酵技术了。现在这项技术能够快速、有效地“吃”掉餐饮垃圾、动物粪便、农场秸秆以及食品加工废弃物等。
这些垃圾经过粉碎,与厌氧菌混合、罐装,就得到了一个个生物气体发生罐,它们能产生甲烷。甲烷经过燃烧,再推动着汽轮机发电。与传统的焚烧相比,尽管这种技术也需要燃烧,但是甲烷却是完全无污染的清洁气体,它的燃烧产物只有二氧化碳和水。另外,发酵之后的“废料”,其实是一种“肥料”,可以直接埋入农田作为堆肥,也可以作为土壤改良剂,真是一点儿都不浪费!
张教授的再生能源厌氧发酵厂就建在原先的垃圾场上,也算是“就地取材’了。目前,这也是美国最大的、在校园内用固体有机废料经过厌氧发酵后生产生物燃气的系统。发酵厂每天处理有机垃圾50吨,每天可发电2.2万度,占校园用电的30%,服务学校西区的学生宿舍、教职员工住宅和办公楼。
植物中含有一种非常“顽固”的分子-木质素,它是构成植物细胞壁的主要成分,结构非常复杂,很难分解。普渡大学的内森·莫热(Nathan Mosier)教授开发了一种可移动的生物发电机,在加热条件下,通过化学催化剂加速木质素的分解。这也是这项发明最重要的意义。
这种发电机的原理与一般的生物发电机类似,只不过它利用厌氧菌发酵产生了乙醇;将残剩的有机食物与塑料、纸板等其他垃圾分离;有机食物废料经工业发酵,生成乙醇(酒精);其他垃圾进入气化炉,在低氧条件下加热,最后生成低品质的丙烷和甲烷,增加一个生产步骤也增加了有机物的转化率,同样重量的垃圾可以产生更多的电能。另外,这个发电机最初是为军队设计的,目的是应对战场上的突发状况。想象一下,在枪林弹雨的战场上,一旦断电导致电台和雷达瘫痪时,派一个班的士兵去一趟厕所,电台和雷达就能恢复工作,多么神奇!