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变粪为宝
更新日期:2017-01-10 21:48:13
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导语:粪便处理一直是市政工程面临严峻问题。近日,肯尼亚创业公司利用太阳能热处理等技术创新性地将人类粪便制作成为比木炭更加高效的替代能源。


关键词:固废能源化; 创业公司; 太阳能;


照片来源:Sanivation


Sanivation设计的粪基燃料块正在架子上完成冷却和干燥。
2015年8月——在多年测试之后——肯尼亚的一家公司开始将太阳能热处理人类粪便生产环保燃料的技术商业化。本周,Sanivation计划开启一个新的连续流系统,以扩大规模支持比其此前多得多的客户。
 “我们可以处理数千甚至上万人连续产生的粪便。”Sanivation的执行总裁Emily Woods如是说。
国际能源机构估计,发展中国家大约有25亿人在用生物质做饭:源于森林的木炭、农业废弃物、动物粪便和其他资源。据肯尼亚森林局报告,肯尼亚82%的城市家用能源和34%的农村家用能源来源于木炭。不过,如此使用已经导致了大规模的滥砍滥伐——2013年研究发现木炭的需求量大概是1630万m?,但是肯尼亚只剩下大概730万m?木炭。更不用说,固体燃料比如木炭,其低效燃烧引发的大气污染每年会致死430万人。
使用更加清洁的炉灶可能解决以上问题,不过有研究指出新技术推广困难。相较于替换炉灶,更改燃料可能更为有效——例如,联合国水、环境和健康研究所开展的研究推断全球所有人类的排泄物用于发电可以供给1.38亿户家庭用电。
而这恰恰就是目前Sanivation所涉足的领域——向当地小企业和餐馆提供替代厨用能源。Woods说Sanivation加工的“阳光处理”粪便燃料块可以比标准炭多燃烧一倍的时间,而且释放出的二氧化碳和烟尘只有标准炭的三分之一。每公吨粪炭块保护大约88棵树的资源,而且价格与不断波动的木炭价格相差无几。
本周之前,一个大概50人的团队每月可以批量处理约2吨排泄物。而这周在奈瓦沙投入的新型连续流系统中,Sanivation估计每月将可以处理6~8公吨的排泄物,同时将减少排队处理所需的物理空间,有望大大提高服务对象数量。
该工艺从处理该公司收集的公厕粪便开始,到产出燃料块结束。
第一阶段是预处理。Sanivation采用热处理法给排泄物消毒——置于储罐中——直到去除所有危险病原体。


照片:Sanivation


Sanivation的排泄物处理系统使用太阳能集中器加热粪便。主要部件包括舍弗勒盘式反射器(镜面)、用于装载粪便的灰褐色料斗和大口径管道换热器。
一个大概有5m2的玻璃钢抛物面盘充当太阳能集中器。当太阳射线打在盘片上的时候,盘片将光束反射并集中到玻璃接收端。玻璃接收端是约13×13厘米装着排泄物的容器。排泄物被加热到大约60℃——接收器的另一端防止热量逸散,其由绝热体组成:水泥和玻璃。
预处理技术的诀窍在于当粪便加热到一定程度以后,病原体就会消失。有评估报告证实排泄物在加热到60℃持续一小时后就会出现上述现象。Woods说很多研究人员都在努力寻找这一消毒过程的最低温度和最短时间,但是目前Sanivation在该过程上依旧谨慎对待,加热到60℃后持续3小时。
本周之前,该团队将检查流程批次是否符合安全要求,然后将产品和木炭灰、锯末之类的废弃物混合在一起。粪便具有高纤维含量,所以热处理冷却干燥之后,就会形成坚硬结实的团块。(Woods描述加工细节是“我们的机密”但“可以产出漂亮的、非常致密又易燃的材料”。)


照片:Sanivation


Sanivation的结块机像水泥搅拌机一样,将原料混合在一起并且滚筒施压将粪便粘合剂和碳化农业废弃物压在一起。
在新型连续流系统中,排泄物加热5到10分钟,通过运输管道输送到绝缘水泥和玻璃纤维容器中,在容器中贮留到3小时再输送入粪炭块产出区。而贯穿容器的传感器会监控这一过程中的温度。
Woods说,推出这样的新系统困难重重,因为存在例如密封件固定或者维修时,零件缺失和部件制造质量的限制之类的设备问题。“我们不能只依赖家得宝获取新的密封件。”她说。
尽管如此,本周应该是该系统开始运行的日子了。“我想我们大概准备放一些粪便进去,”Woods说。
Salim Mayeki Shaban,肯尼亚非洲基督教组织网络的创始人和主席,利用一种叫水葫芦的入侵植物代替树木生产木炭。他还销售特种炉灶。这种炉灶可以持续地使用和生产他设计的木炭——主要作为一种肥料配料,不过也可以用作燃料。
他在一篇Skype推送里这样写道:在肯尼亚大约70%的人仍然使用标准炭,部分是因为价格原因,但是更多是由于“缺乏知识”。不过后者的情况可以通过相关人员现场演示和培训得到改善。他写到多数人在了解这些能源处理情况后都会选择替代能源。
Bj?rn Vinner?s,乌普萨拉瑞典农业大学的一名环境工程师,在瑞典、非洲、亚洲和拉丁美洲开发现场卫生系统。他设计的项目之一收集粪便和尿液——但是不想Shaban将其转化为燃料,而是转化为植物肥料。“如果你真的可以转置废弃物,那你必须将其搞成一种资源,”他说,“我发现其中确实存在巨大的商机。”
不像其他木炭代替能源,Vinner?s说,Sanivation的系统解决了将溢满公共厕所的排泄物放到哪里的问题:如果排泄物在公共厕所里溢出,那么它就是污染物。Vinner?s说人类粪肥的形象可能使其难以被公众接受,但是同时,在农村地区有些人已经使用奶牛粪便作为燃料。“这一想法早就存在于文化当中,”他讲到。
Woods说人们总能联想到粪便的形象,但是她说Sanivation并不认为这是一个问题。“一旦人们尝试使用它,他们很少仍会对其表示怀疑。”该公司关于这一问题非常坦率,但是粪炭块没有粪便的气味,看起来也不像。
除了因为公司并非来自肯尼亚而面临的社会、政治障碍,她说主要困难是产品供应质量。Sanivation使用其他物质生产的炭块常常充满降低炭块品质的其他污染物。
她还提到,Sanivation和当地企业合作的非常好,因为它满足可持续性法规——她解释道,肯尼亚销售的大部分木炭都是非法生产的,所以企业家不必担心该公司像传统能源供应商一样突然消失。在10月份,Sanivation向约20家小企业和餐馆销售了大概8公吨的粪炭块。
该公司首先从小企业和餐馆入手,因为这些商家都是批量购买:一家企业每次可以购买200公斤到2公吨的粪炭块,然而一户家庭只能购买几公斤。不过,该公司计划向家庭市场拓展业务,因为家庭“会付得更多”。Woods也希望Sanivation扩张到其他城市、销售燃料粪炭块和定制厕所改善卫生条件。
 “这都是简单的技术,实际上也是在肯尼亚开展工作和运营的关键技术,”Woods说。
未来的技术改进可能包括更改为传送带输送粪便和其他相关废弃物。明年,该团队有望使该系统每月生产30公吨粪炭块。
 “这些其他形式的燃料,就是如此亟需,”Woods说。


本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。


(翻译:赵小娜;审校:杨玉洁)


原文链接【科学美国人博客】:

http://spectrum.ieee.org/energywise/energy/environment/kenyan-startup-uses-the-sun-to-turn-human-waste-into-cooking-fuel

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