可以作为生物燃料的“肥球”和排泄物

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Image caption 在伦敦摄政街(Regent Street)和维多利亚时代下水道的交叉口,一名下水管道技工拿着一块"肥球"(图片来源:Adrian Dennis/AFP/Getty Images)

地球面临一个问题。和所有生物一样,人类也会产生很多令人厌恶的排泄物。如果不处理这些大小便,供水和河流可能会受到污染,海岸地区可能会受到破坏。在发展中国家,没有清洁的饮用水和没有可用的厕所已成为巨大的问题。在发达国家,需要投入大量的能源,让废水变得安全。

但是我们对下水的看法可能是错的——它可能是一种珍贵的商品,而不是日常生活中带有臭味的副产品。

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Image caption 在乌干达的一个偏远地区的女子学校里,厕所的电灯依靠细菌供电(图片来源:Bristol BioEnergy Centre)

一些擅长发明的工程师正在挖掘身体排泄物的潜力,将其变成电能为房屋供电,或成为汽车的燃料。以下是几个例子,介绍一些有可能大有做为的初步创想。

依靠尿液供电?

一种创新方法是利用细菌把尿液转化成电能。

西英格兰大学(University of the West of England)的研究人员已经建造出袖珍版生物能发电机。它被称为微生物燃料电池,可以把尿液转化成电能,可用于给较小的房间提供照明,或者给小型电器供电。

这种燃料电池的特殊性在于它带有细菌——这种细菌通常在轮船和海上油井水下的金属部分上生存。它们在电极上生长,以尿液中流过的有机质为食,并产生一小股电流。

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Image caption 从2015年到2017年,研究人员成功缩小了微生物燃料电池的尺寸,并提高了其效率(图片来源:Bristol BioEnergy Centre)

"这项技术不仅能够清洁废水,还能改善卫生状况,并产生电能,"西英格兰大学教授、布里斯托生物能中心(Bristol Bioenergy Centre)主任、项目主管扬尼斯·艾罗普洛斯(Ioannis Ieropoulos)说。

研究人员已经用这种依靠尿液发电的燃料电池给智能手机充电,不过充满电需要花费64个小时。电池的输出仅为1安培和大约3伏特。但是,艾罗普洛斯认为,通过改变材料和过程,有可能增强这种燃料电池的电力。

因为世界一些地区的卫生状况仍然较差,并且电力稀缺,因此这种电池有可能产生巨大的作用。全球有25亿人生活在不安全的卫生条件下,12亿人无法用电。今年7月,该团队在乌干达的一所女子学校的厕所安装了微生物燃料电池堆,为厕间和通往厕所的路提供夜间照明。

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Image caption 厕所有一条水管通往微生物燃料电池堆所在的另外一栋建筑物(图片来源:Bristol BioEnergy Centre)

该技术在发达国家也有用途。

"全世界每个小时都有大量的废水进入下水道。"他说,"如果我们能够在尽可能靠近废水源的地方应用该技术,它就能发挥出最大的潜力。它能够发电为家庭级电器提供电力,并减轻废水处理厂的压力。"

但是未来燃料的来源并不局限于液体。

粪便的潜力

微生物燃料电池还可以用于处理人体产生的固体排泄物。艾罗普洛斯正通过比尔及梅琳达·盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)与美国的研究人员合作,开发把粪便转化为泥状物送入燃料电池的技术。

艾罗普洛斯说,"我们正在用泥状排泄物测试我们的系统。它的有机质含量比尿液丰富许多,这样微生物就可以产生更多的电能。"

在清洁能源的背景下,我们可能不太会听到"泥状排泄物"这个词,但是除此之外,还有其他项目在尝试处理人体的粪便。

在英国布里斯托,韦塞克斯水务公司(Wessex Water)在下水道系统上建了一个生物气体工厂,一天可以把废水转化成5600万升生物气体。

日本联合国大学(United Nations University)的一份报告称,如果把人类所有的粪便转化为生物气体,可以为1.38亿个家庭供电。

城市地下的下水道还藏着其他令人作呕的东西,同样也可以加以利用。

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Image caption 在英国布里斯托,韦塞克斯水务公司在下水道系统上建了一个生物气体工厂,一天可以把废水转化成5600万升生物气体(图片来源:Wessex Water/GENeco)

脂肪燃料

全球几乎每个城市的地下都会发生油脂凝聚成"肥球"堵塞下水道的情况。

其中最大的"肥球"是上月在伦敦白教堂区(Whitechapel)地下维多利亚时代下水管道的一段发现的。这个肥球长达250米——是温布利球场(Wembley Stadium)的两倍——重130吨,用了近三个星期才清理完毕。但是处理方法并不是把它扔到垃圾填埋场,而是送到创新技术工厂处理,将其转化为10,000升生物柴油,提供给巴士和卡车使用。

处理这批肥球的工厂是由位于英国北部柴郡(Cheshire)埃尔斯米尔港(Ellesmere Port)的Argent Energy公司运作。该公司开发了一套流程,能够将发臭、肮脏的肥球转化为清洁能源:首先过滤掉渣滓,然后对脂肪进行所谓酯化反应的化学转化,最后进行蒸馏。所得燃料可以和普通的柴油混合后供常规的柴油发动机使用。

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Image caption 在伦敦摄政街(Regent Street)和维多利亚时代下水道的交叉口,一名下水管道技工拿着一块"肥球"(图片来源:Adrian Dennis/AFP/Getty Images)

"这东西会堵塞下水道和下水处理系统,但是它里面有很多东西可以转化成燃料,"Argent Energy的开发主任迪肯·波斯内特(Dickon Posnett)解释说。波斯内特估计英国一年可以从下水道和下水处理系统提取30万至40万吨油脂和脂肪。而在纽约,油脂造成的堵塞在五年内造成了1800万美元的处理成本。

Argent Energy的工厂每周处理来自伯明翰市下水道处理系统大约30吨油脂,生产出大约2000升燃料。但是波斯内特认为该工厂如果满负荷运作,一年最多可以生产9000万升生物柴油。

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Image caption 这种堵塞下水道的发臭、肮脏的脂肪可以转化为清洁的生物柴油燃料(图片来源:Argent Energy)

除了肥球以外,该厂还能帮助处理其他东西。

波斯内特说:"工厂可以处理各种各样高度降解的油脂。它可以接收酸败的蛋黄酱或汤汁。比如,有人送来一批批酸败的酥油,本来这些东西是要送去垃圾填埋场的。"

位于南非开普敦的AgriProtein公司还有一种比较不让人讨厌的处理废弃食品的方式。

他们先用黑水虻去吃掉废弃食品,然后回收黑水虻,脱水,加压,以榨取油脂,制成对环保的家畜饲料。

AgriProtein在南非的废弃食品工厂已经开始工业化运作,但目前这种方法正被用于处理人类的排泄物。

"苍蝇喜欢粪便,"The BioCycle公司主管马克·路易斯(Marc Lewis)说。该公司使用AgriProtein公司的苍蝇处理人类的排泄物。它在南非德班(Durban)的伊西平戈(Isipingo)建立了试点处理厂,每天接收来自夸祖鲁-纳塔尔省(Kwa-Zulu Natal)八万个厕所的泥状排泄物。

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Image caption AgriProtein的创始人詹森·德鲁(Jason J Drew)站在一天生产90至100吨蛋白质的苍蝇工厂里(图片来源:Jenny Goldhawk-Smith/AFP/Getty Images)

这种发臭的粘稠液体被灌入幼虫,在13天后工厂将这些幼虫回收。路易斯预计在工厂满负荷运作后,一周最多可以生产出940升油。这种油可以当作燃料出售,也可以用作他途——它的月桂酸含量很高,这种化合物通常存在于椰子油里,常常被用在肥皂和保湿剂中。

路易斯还认为未来拓展的空间很大。

他说:"通过进一步的研究,我们有可能将工业知识用于其他对全球造成危害的废弃物上,这可能包括动物粪便或肉类加工厂的残留物。"

当我们从这个角度来看时,我们会发现最让人厌烦的物质有可能成为建设美好未来的最让人意想不到的工具。

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