火鸡和鸡粪具有尚未开发的能源潜力

以下内容摘录自莉娜·泽尔多维奇 (Lina Zeldovich) 所著的《另一种科学的暗物质：将废物转化为财富和健康的科学和商业》 。

以色列内盖夫沙漠又是一个炎热的日子，本·古里安大学的几位研究人员正在搭建一个野外厕所。这个临时厕所本质上是一个马桶座，放在一个金属框架上，下面有一个塑料袋容器，是一种最不方便的装置，通常用于科学家在偏远地区工作，那里甚至没有便携式厕所和户外厕所，或者周围的生态系统太脆弱，无法处理人类排泄物。但在这种情况下，厕所本身是一项研究的一部分。这项研究的重点是厕所的内容及其为人类文明提供动力的潜力。简而言之，科学家们想看看他们能否将垃圾转化为煤炭。

马桶安装完成后，每天有几个人使用它，将粪便排泄物排入袋子。“我们称他们为粪便志愿者，”本-古里安大学环境水文与微生物学系主任阿米特·格罗斯 (Amit Gross) 说，他的团队专注于将废物转化为资源的方法。每天结束时，收集到的粪便都会放入高压灭菌器中加热，以杀死细菌，确保研究人员可以安全使用。格罗斯说，学生们戴着口罩、手套和实验服，用机械研磨机将干燥的粪便磨碎，以减少恶心感。“一旦将其磨碎，就更容易处理了，”他解释了他们项目的挑战。“这种物质对人们来说可能相当令人厌恶。但在粉碎后，你会忘记自己在处理什么。”

当物质分解成深棕色粉末后，真正的实验就开始了。研究人员将干粉与水混合，将其分成小块，装入九个 50 毫升的实验室反应器中，这些反应器设计为在高温高压下运行——然后开始烹煮所有这些物质。

厨师喜欢尝试各种食谱以获得最佳效果，本·古里安的研究人员也不例外。他们尝试了各种烹饪时间和温度。他们将食物加热到 180 摄氏度、210 摄氏度和 240 摄氏度。他们让其中一些食物慢炖 30 分钟，一些慢炖 1 小时，还有一些慢炖 2 小时。然而，所有食物都有一个共同点——它们都是用水煮的，但没有氧气。

这种方法被称为热液碳化法或 HTC，它产生的是水热炭——一种由水和燃烧的碳化生物质颗粒组成的棕色浆液。与通过闷烧干生物质制成的木炭或生物炭不同，水热炭是在水中慢火煮制的。由于不消耗热量来蒸发水分，因此这种方法所需的能量较少。“去除水分需要耗费大量能源，”格罗斯解释说。“通过保留水分并使用更高的压力和更低的温度，我们可以减少能源消耗。”

这种水炭浆液具有双重用途。颗粒可以分离成具有类似煤的燃烧特性的粉末，并可以送入燃煤发电厂的工业炉中。而且这种液体可以用作安全的有机肥料，因为没有病原体可以在烹饪过程中存活下来。

水热炭燃烧的方式与煤相似，是因为它们的形成方式相似。本·古里安团队制造水热炭的条件在一定程度上模拟了地球内部产生化石燃料的地质条件。化石燃料的名称来源于古代生物和植物的化石残骸——它们已经死亡并埋藏在多层其他有机物之下。煤矿床形成于大约 3 亿年前的石炭纪，当时地球被茂密的森林覆盖。当海水偶尔淹没林地，将树木和植物困在沼泽湿地中时，植物被埋在层层植被之下，变成了泥炭沼泽。不断堆积的植被层将植物材料压入地球深处，更高的压力和温度加上缺氧，慢慢地将有机分子转化为构成煤的长链碳氢化合物。

格罗斯进军“废物烹饪业务”的第一步是从家禽业的粪便开始的。全球范围内，全世界的家禽养殖场每年会排放 6.25 亿至 9.38 亿公吨的粪便，具体数量取决于粪便来源。家禽粪便富含碳和氮，而这两种化学元素正是产生能量所必需的。与可以撒在牧场上的牛粪相比，家禽粪便则堆积在围栏内。这是一种很有吸引力的废物形式，因此该团队从附近的农场收集粪便，用研钵和研杵将其磨成粉末，然后烹饪——干燥、潮湿、不同温度等。该项目的另一位研究员维维安·毛 (Vivian Mau) 表示，由此产生的水炭与煤非常相似，可以立即送往发电厂。它甚至已经是粉末状的，这是许多工厂喜欢的，因为它们会将煤磨成粉。 “它实际上非常完美，现在可以为发电机提供燃料了，”毛说。

她补充说，水热炭可以压成煤球用于烹饪和烧烤。她的团队希望有一天能做一次家禽粪便烧烤。他们想用鸟自己的粪便制成的水热炭来烤鸟，然后吃掉它。所以从理论上讲，感恩节火鸡可以用它一生中产生的粪便来烤。而且它甚至可能闻起来很香，毛认为。燃烧时，水热炭不会产生任何臭味，而是产生令人愉悦的香气。“它闻起来像咖啡，”她说。看看火鸡出来的味道是否会像你早上喝的那杯快乐咖啡，这将会很有趣。

根据该团队的计算，全世界的家禽粪便可以替代发电所用的约 10% 的煤炭，从而减少化石燃料的使用。而且这些液体可以输送到农田——与¹⁹世纪将其泵入成功的污水处理场的方式类似，而且完全不含病原体。

但人类粪便在发电潜力方面胜过鸟粪。与以植物为主食的鸟类不同，人类的饮食非常多样化，粪便中含有更多油脂，有助于燃烧。“我们吃了很多脂肪，所以这可能是我们粪便油腻的原因，这改变了粪便的性质，”格罗斯说。这就是为什么人类粪便中的能量潜力高于鸡粪的原因。“人类粪便是一种有趣的材料，”格罗斯说。它比普通的粪便更有前景。而且它也可以“煮”成其他形式的能量。

改编自Lina Zeldovich 的《另一种科学暗物质：将废物转化为财富和健康的科学和商业》 。版权所有 © 2021 Lina Zeldovich。 @LinaZeldovich 。