可持续城市将废物变废为宝

2015年12月20日，中国深圳发生城市垃圾堆坍塌事件，造成至少69人死亡，数十栋建筑物被毁。这场灾难使人们想起了2008年反乌托邦儿童电影《机器人瓦力》中描绘的垃圾塔，该电影描绘了一个可怕而真实的设想，即我们的垃圾可能会不受控制地堆积起来，将我们挤出我们的栖息地。将现有城市转变为可持续城市（一个保护地球而不是破坏地球的城市）的有效方法是减少所有废物流，然后将剩余物用作资源。一个过程产生的废物成为另一个过程的原材料。

世界各地的人们继续向城市中心迁移，这使城市处于解决全球资源问题的有利地位。市长们正在承担更多设计解决方案的责任，仅仅是因为他们不得不这样做，尤其是在一些国家对解决环境问题的国家热情已经降温的情况下。2015年12月在巴黎达成的国际气候协议也承认了城市的核心作用。在会谈期间，1000多名市长涌向法国首都，分享他们减少排放的承诺。改变建筑规范和投资能源效率只是许多城市领导人表示他们可以比国家政府更快启动的两个起点。

城市加强行动是有道理的。其中一些城市——纽约市、墨西哥城、北京——容纳的人口比整个国家还多。城市景观是我们生活管理的挑战以集中形式碰撞在一起的地方。城市可以发挥领导作用，因为它们可以快速扩大解决方案规模，而且因为它们是改善生活质量的活生生的实验室，同时不耗尽地球资源、不污染空气和水，也不损害人类健康。

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城市充斥着浪费的能源、浪费的二氧化碳、浪费的食物、浪费的水、浪费的空间和浪费的时间。减少每一种废物流并将其作为资源而非成本来管理，可以同时解决多个问题，为数十亿人创造更可持续的未来。

污染即解决方案

关于废物的教训在历史中比比皆是。伦敦医生约翰·斯诺推断，1848年和1854年伦敦爆发的可怕霍乱疫情是因为公共水井被污水污染。修建下水道是一个显而易见的解决方案，但政治领导人拒绝了斯诺的发现，因为他的想法不符合当时的意识形态，而且这些行动被认为过于昂贵。今天的气候科学家也受到了类似的拒绝，他们告诉我们，我们的废物正在杀死我们，尽管是以一种更缓慢、更不直接的方式，而且解决这个问题将需要在新基础设施上进行大量投资。斯诺后来被证明是英雄（或许我们今天的科学家也会有同样的命运），因为新的领导人创建了雄心勃勃的公共工程项目，在人口稠密的三百万人口的城市中塞进了1200英里的下水道，结束了霍乱问题。这项工程还创造了美丽的河堤，至今仍是伦敦城市环境的关键组成部分，许多人沿着河堤漫步。

这种新思维始于重新定义我们对污染的概念。拉杰·巴塔拉伊是德克萨斯州奥斯汀市市政供水公司的知名工程师，他教给我一个关于污染的新定义：错位的资源。物质如果位置不对，就会有害：我们的身体、空气、水。但在正确的位置，它们是有用的。例如，与其将固体废物送到垃圾填埋场并支付费用，不如将其焚烧以发电。一个百万人口社区的污水每年可以开采出数百万美元的黄金和其他贵金属，用于当地制造业。

这个想法符合所谓的循环经济的更大概念——社会的不同行动和过程相互有益地注入。简而言之，当你用尽想象力时，废物就是你拥有的东西。

少即是多

减少浪费的一个显而易见的地方是漏水的自来水管道。城市用水通常有惊人的 10% 到 40% 在管道中流失。而且由于市政当局已经净化了这些水并为水泵供电以输送这些水，泄漏也浪费了能源。

能源消耗本身是令人难以置信的浪费。城市消耗的能源有一半以上作为废热从烟囱、排气管以及加热器、空调和电器的背面释放出来。使所有这些设备更高效可以减少我们需要生产、分配和清理的能源量。

垃圾是另一种需要整合的废物流。美国平均每人每天产生超过四磅的固体废物。尽管努力堆肥、回收或焚烧其中一部分，但仍有一半多一点被倾倒在垃圾填埋场。减少包装是减少这种体积的一种方法，同时也会产生其他好处。例如，沃尔玛等大型零售商发现，减少包装可以减少运输所需的卡车数量，并增加展示商品的货架空间。

浪费食物本身就是一个令人心碎的问题。尽管全球许多地方都存在饥荒和食物短缺，但美国人扔掉了 25% 到 50% 的可食用食物。食物需要大量的能源、土地和水来种植、生产、储存、制备、烹饪和处理——因此浪费食物会留下严重的印记。美国（例如“我珍惜食物”运动）和英国涌现的倡议是朝着解决这个重要问题迈出的第一步。

将废物变废为宝

一旦城市减少了废物流，就应该将一个城市过程产生的废物用作另一个城市过程的资源。这种安排很少见，但引人注目的项目正在兴起。现代垃圾发电系统，例如苏黎世的一个系统，可以清洁地焚烧垃圾，其中一些系统，包括佛罗里达州棕榈滩的一个系统，可以回收燃烧后剩余的粗砂灰烬中 95% 以上的金属。德国的于恩德等乡村，利用牛和猪的粪便产生足够的沼气，为他们的大部分房屋供暖或供电。我在德克萨斯大学奥斯汀分校的研究小组已经证明，德克萨斯州新布朗费尔斯的一家水泥厂可以燃烧由不可回收塑料制成的燃料颗粒，而不是煤炭，从而避免二氧化碳排放和煤矿开采的影响。

即使是填埋在垃圾填埋场的垃圾也可以提供一些价值。城市可以收集废物分解时产生的甲烷，这显然比烧掉（燃烧掉）气体或只是让甲烷飘到大气中要好得多，甲烷在大气中捕获的热量比等量的二氧化碳多得多。发电机可以将收集到的气体转化为电力。温哥华的垃圾填埋场提取甲烷并燃烧甲烷，为附近种植番茄的温室供暖。

即便如此，垃圾填埋场仍然会泄漏。这启发了温哥华，该市已承诺成为地球上最绿色的城市，为居民提供单独的垃圾箱，用于存放垃圾和有机物（食物残渣、庭院剪报和树枝修剪物）。官员们希望市民正确使用它们，并部署城市检查员检查垃圾运输车是否正确倾倒已分类的垃圾。该市利用有机废物产生甲烷，同时产生被称为改良剂的固体，可以使土壤更肥沃。这些解决方案一次性解决了多个问题——节省了原本需要购买的能源费用，减少了对昂贵的垃圾填埋的需求，并避免了不必要的土地使用和破坏——同时改善了农业。

奥斯汀市对废水污泥也做了类似的事情，将其通过厌氧消化池制成沼气，然后出售或在现场用于发电。它将剩余的固体转化为一种流行的土壤改良剂，称为犰狳土（参考犰狳，当地的一种生物）。该市通过出售犰狳土赚钱，抵消了部分废水处理成本。尽管堆肥在居民中越来越流行，并且是一种值得追求的趋势，但做得不好实际上可能会导致更多的甲烷排放。对于奥斯汀市来说，居民将食物残渣倒入下水道并通过研磨机进行处理更有意义，这样城市污水处理厂的工业规模收集器就可以完成堆肥机的工作，但效率更高。

废热是另一个巨大的机会。收集废热很困难，因为低温很难转化为电能。美国宇航局开发了热电发电机，用于其航天器，但该技术昂贵且效率低下。然而，可以更有效地将热转化为电能的先进材料即将问世。一个起点是我们洗衣服、洗碗或洗澡时排入下水道的热废水。奥斯陆郊区桑维卡市在城市污水管道上安装了大型热交换器，提取热量为附近数十栋建筑物供暖或为人行道和道路除霜。通过在夏季打开热泵，它可以利用部分热量为这些建筑物降温。温哥华非常喜欢这个想法，以至于重复了这个概念，利用废水为数百栋建筑物和奥运村供暖。

丹麦的卡伦堡共生工业园进一步发展了这个想法，它是闭环思维的典范。该工业园有七家公司以及市政设施——以电力、水、废水和固体废物设施为中心——相互连接，因此一家公司的废物是另一家公司的投入。管道、电线和管道来回输送蒸汽、气体、电力、水和废物，以提高整体效率并减少废物总量，包括二氧化碳排放。例如，炼油厂的废水流向发电厂，在那里用于清洁和稳定燃煤飞灰。炼油厂还将废蒸汽输送到诺和诺德，后者利用热量通过细菌和酵母生产全球约一半的胰岛素[参见下方方框]。整个园区看起来像一个活生生的工业有机体。并且它已经证明了经济增长与持平或减少的排放量。

数据驱动的决策

卡伦堡共生工业园模式能否在全球范围内更大规模地复制到城市？是的，但前提是我们让城市变得智能。工业园是灵活的，因为它只有少数租户和决策者，但一个城市每天有许多个人和组织对能源、水和废物做出独立的决策。整合它们需要一种走向合作的文化转变，并辅以智能技术的进步。“智慧城市”将依赖于无处不在的传感和廉价计算，再加上机器学习和人工智能。这种组合可以识别低效率并优化运营，从而在自动运行各种设备的同时减少浪费和成本。

值得庆幸的是，对于想要在不降低生活质量的情况下容纳更高人口密度的规划者来说，使城市变得智能是一个诱人的目标。例如，在人口和公共卫生问题严重的印度，总理纳伦德拉·莫迪宣布他打算将 100 个中小型城市改造成智慧城市，作为一种可能的解决方案。

“智能”这个绰号本身就是对大多数城市是愚蠢的指责。这种指责成立，因为充斥着废物的城市似乎在盲目运转。美国国家科学基金会刚刚启动了一项名为“智能互联社区”的重大研究计划，以帮助城市更好地利用数据。顺便说一句，这个名称表明智能是不够的——系统和人之间的互连也很重要。

智慧城市在很大程度上依赖于从广泛的传感器网络和先进算法收集的大数据，以快速获得见解、得出结论并根据这些数据做出决策。然后，互联网络将这些分析结果传达给整个城市的设备。密切跟踪每日、家庭和工业设备用电、天然气和用水量的智能电表是一个显而易见的起点。实时交通传感器、空气质量监测器和泄漏检测器也唾手可得。奥斯汀的 Pecan Street 联盟正在收集数百个家庭的数据，以了解访问此类数据流如何帮助消费者改变其行为，从而在节省成本的同时减少消耗。凤凰城等城市和科罗拉多州卡森堡等军事基地已承诺成为能源和水的自给自足用户，并成为废物的净零生产者。实现这些雄心勃勃的目标将需要大量互连的数据。

更好的交通可能会让城市居民首次 glimpse 智慧城市的好处，从而减少浪费的时间。减少交通足迹意味着清理燃料、提高车辆效率、缩短出行距离和持续时间、提高车辆载客率并减少出行次数。如果人们住在离工作地点很近的地方，他们可以步行、骑自行车或乘坐公共交通工具。研究表明，修建受保护的自行车道可以显着增加骑车人数，而且由于自行车与汽车相比占用空间很小，因此它们可以减少道路拥堵。

无人驾驶城市还将释放与停车相关的浪费空间和时间。如果共享或自动驾驶汽车持续行驶，而不是私家车停在家中和工作场所，停车位数量可以大大减少，从而释放浪费的空间并进一步缓解拥堵。德克萨斯大学奥斯汀分校交通研究中心的 researchers 使用复杂的模型来确定，共享自动驾驶汽车将使城市中所需的汽车数量减少一个数量级，并将减少排放，尽管由于车辆将保持运动状态而导致总行驶里程略有增加。通勤者可以休息、阅读电子邮件、打电话或处理其他业务，而不是浪费时间开车。这项工作可以创造经济价值——并缩短一个人的工作时间，以便他或她可以早点回家吃晚餐。

使我们的基础设施更智能无疑是解决漏水管道等基本问题的关键。如果仪表分布在整个供水系统中以跟踪流量并轻松查明泄漏量和位置，则识别泄漏应该很容易。英国伯明翰的研究人员开发了一种系统，该系统带有微型压力传感器，使用少量电力频繁检查和检测供水网络中的泄漏，这比等待有人打电话抱怨水像间歇泉一样从道路上喷出来的老技术有了很大的改进。而且总有一天我们可能会派遣智能机器人进入管道来修复问题。

高性能传感器还将使我们在事故发生前发现和预测天然气泄漏。天然气泄漏不仅对环境有害且浪费资源，而且还很危险，正如我们在基础设施老化的城市地区头条新闻爆炸事件中看到的那样。

很难知道智能、有废物意识的城市会在哪里出现。我设想一个可能的候选者将是一个人口超过一百万的中西部城镇，该城镇需要重塑自我，因为它的经济在几十年前就被掏空了。印第安纳波利斯浮现在脑海，部分原因是它需要根据一个世纪前的错误决策重建供水、废水和下水道系统。这座城市一直在投资市中心，并且正在崛起。匹兹堡正在利用其现有资产——充满活力的城市核心、城市自豪感、市长威廉·佩杜托的前瞻性领导、卡内基梅隆大学和其他创新温床的实力——从被烟囱定义转变为被智力定义。事实上，优步在那里推出了其自动驾驶汽车服务。哥伦布是俄亥俄州的首府，也是一所主要大学的所在地，是另一个值得关注的成为智能城市的尖端实验场所。美国交通部最近向哥伦布市授予了 4000 万美元的拨款，以重塑其出行方式。

从这里到那里

将浪费成性的城市转变为减少浪费并重复利用剩余物的场所并非易事。联邦政府的综合研发投资必须与各级政府的实用政策相结合。不幸的是，研发资金最近有所下降，在美国，它可能会在特朗普政府领导下进一步下降。

投资也必须具有社会意识。研究表明，智慧城市的研发更侧重于技术，而不是公民的需求。如果方式不当，智慧城市的好处可能会归于那些已经拥有互联网连接和先进技术的人，这只会扩大技术差距，并在其他社会经济分歧之上雪上加霜。

市政当局还需要帮助居民成为更聪明的公民，因为每个人每次购买产品或拨动开关时都会做出资源决策。获得教育和数据至关重要。连接这些公民还需要合作和睦邻友好互动：公园、游乐场、共享空间、学校以及宗教和社区中心——所有这些都是数百年历史的繁荣城市设计的核心原则。我们的城市越现代化、越智能，我们就可能越需要这些旧世界的元素来让我们团结在一起。