垃圾的力量

捕获的闪电或可帮助消除垃圾并产生电力

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垃圾中蕴含着被困在其化学键中的能量。等离子体气化技术已开发数十年,可能终于准备好提取这些能量。

从理论上讲,这个过程很简单。火炬将电流通过腔室中的气体(通常是普通空气),产生超热等离子体——一种温度高达 7,000 摄氏度的电离气体,比太阳表面还要热。当这种情况自然发生时,我们称之为闪电,而等离子体气化实际上就是瓶子里的闪电:等离子体的巨大热量会分解放入腔室内的任何垃圾的分子键,将有机化合物转化为合成气(一氧化碳和氢气的混合物),并将所有其他物质困在称为矿渣的惰性玻璃状固体中。合成气可用作涡轮机的燃料来发电。它也可用于制造乙醇、甲醇和生物柴油。矿渣可以加工成适合建筑的材料。

在实践中,气化理念一直无法在经济上与传统的城市垃圾处理竞争。但成熟的技术成本一直在下降,而能源价格却一直在上涨。佐治亚理工学院研究所等离子体研究主任路易斯·西尔塞奥说,现在“曲线终于交叉了——将垃圾送到等离子体工厂比将其倾倒在垃圾填埋场更便宜”。今年夏天早些时候,垃圾处理巨头废物管理公司与俄勒冈州初创公司 InEnTec 合作,开始将后者的等离子体气化工艺商业化。在佛罗里达州、路易斯安那州和加利福尼亚州,正在开发能够每天处理 1,000 吨或更多垃圾的大型试验工厂。


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等离子体并非完美无缺。矿渣中隔离的有毒重金属通过了美国环境保护署的浸出性标准(并且在日本和法国已用于建筑多年),但仍然让考虑建造工厂的社区感到犹豫。尽管合成气发电的碳足迹无疑比煤炭小——“对于每吨用等离子体处理的垃圾,您可以减少约两吨二氧化碳排放到大气中,”西尔塞奥说——但这仍然是温室气体的净贡献者。

西尔塞奥承认:“这好得令人难以置信,但美国环保署估计,如果美国所有的城市固体废物都用等离子体处理来发电,我们可以满足我们总电力需求的 5% 到 8%——相当于大约 25 座核电站或我们目前所有的水电产量。” 预计到 2020 年,美国每天将产生一百万吨垃圾,利用等离子体回收其中一些能量可能太重要而不能放弃。

约翰·帕夫勒斯是一位专注于科学、技术和设计的作家和电影制作人。他的作品曾发表在彭博商业周刊麻省理工学院技术评论美国最佳科学与自然写作系列丛书中。他住在俄勒冈州波特兰。

更多作者:约翰·帕夫勒斯
大众科学 Magazine Vol 301 Issue 6本文最初以“垃圾的力量”为标题发表于大众科学杂志第 301 卷第 6 期 (), p. 56
doi:10.1038/scientificamerican1209-56a
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