本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
中国襄阳——这座位于中国中部城市襄阳一个安静小岛上的工厂可能不会引起你的注意。它的不锈钢建筑群和三层办公楼看起来和任何其他工厂都差不多。但不要被外表所迷惑。这里的工厂蕴藏着一个秘密，吸引了100多位中国市长前来参观学习，并探索如何复制其成功。
每天，这家工厂都会吞噬数百吨的人类排泄物和其他废物——一种被称为污泥的臭气熏天、危险的混合物——并产生足够的清洁能源，为400辆汽车提供动力。在一个正努力解决大量未经处理的污泥造成的污染问题，并寻求新的清洁能源来源的国家，政策制定者希望尽快启动更多的污泥发电项目。
目前，在工厂以东约400英里的合肥，正在进行首次将市政污泥转化为能源的实验。北京也推出了一项计划，以利用污泥的能源潜力，其他城市如成都、长沙和重庆也在效仿。
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但在该项目之前，没有人能确定这种努力在中国是否能在经济和环境上可行。
污泥正日益成为中国环境的威胁。随着该国为应对水污染而增加的污水处理厂数量，由此产生的副产品的数量也在增加。根据精华证券最近的估计，2015年中国污水处理厂产生了3500万吨污泥，比上一年增加了16%。
污泥堆积如山
市政污泥通常被倾倒在垃圾填埋场，甚至未经处理就直接排放到环境中。根据清华大学的一项研究研究，近一半的污泥被农民用作肥料。如果未经处理，污泥会污染土壤、空气和地下水。有毒化学物质会进入食物链，最终出现在餐桌上。
中国领导人意识到了这个问题。去年，中央政府强制要求地级市到2020年使其90%的污泥无毒化——高于目前的70%的要求——并采取适当的处置方案。但过去，类似的努力都以失败告终。
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中国城市曾试图建造污泥焚烧炉，或将副产品作为燃煤电厂的替代燃料进行燃烧。虽然这有助于在短期内减少污泥，但这种燃烧成本高昂，并且需要大量的能源。“即使脱水后，污泥的水含量仍然很高，”亚洲开发银行环境专家Nawon Kim解释说。“为了准备燃烧，需要大量的额外能量来干燥。”
将富含营养的污泥回收制成堆肥也不是一个快速的解决方案。由于担心重金属污染，中国农业部禁止将污泥堆肥用于农田。虽然该国的树木种植者欢迎使用污泥，但业内人士表示，市场需求有限。
需要是创新之母
目前，中国的大部分污泥最终被倾倒在垃圾填埋场，与日益稀缺的土地资源发生冲突，并造成环境危害。2009年，在垃圾填埋场对地下水位造成巨大压力后，深圳大量污泥从地下涌出。污染物流入附近的一条河流，一直流到邻近的香港。
但对于总部位于武汉的中国废物能源技术公司拓邦来说，这些挑战提供了一个机会。2011年，在襄阳首次尝试将污泥转化为堆肥失败后，该公司向市政府官员提出了一个完全不同的方案。由此开始了一段为期五年，臭气熏天且充满挑战的旅程。
“我们现在站的地方，在2011年都被污泥覆盖了，”公司高管窦文龙在他的大理石会议室里告诉我。
“污泥基本上就是厕所垃圾，”窦继续说道。“当时，这里堆积了大约15万吨污泥——都是之前堆肥项目运营商留下的。想象一下被15万吨厕所垃圾包围着。那气味简直无法忍受。我刚来的时候什么都吃不下。”
窦和他的团队在测试污泥样本并调整厌氧消化技术两个月后，逐渐习惯了这种恶臭，他说。然而，在该工地工作的挑战仍在继续。
图片来源：拓邦公司
在公司的头几年里，工程师们一整天都受到苍蝇的困扰。当窦和其他人走到外面时，他们必须注意脚下。一旦污泥开始干燥，它就会形成半固体的表面，植物可以在上面扎根，诱使人们认为它是安全的。窦回忆起早年犯了很多错误，有时会踩到半固体的污泥里，甚至没过膝盖。“我丢了很多裤子和鞋子，”窦笑着说。
也存在技术挑战。由于污水系统中包括城市雨水径流和家庭废水，中国的污泥含有较低的有机物含量——约为40%至50%。相比之下，国际污泥发电厂的原料有机物含量通常高达70%。有机物是产生甲烷的关键成分，甲烷随后可以被捕获以发电。
窦几乎参观了欧洲所有的污泥处理厂，他知道采用预热固体废物等策略可以帮助提高有机物含量并提高能源产量。但当时中国不存在实施此类解决方案的技术，而且该公司不想依赖进口。窦和他的团队决定开发自己的设备，并通过艰难的实践来学习。
“有一次，我们正在寻找合适的压力补偿器，我们已经测试了几十个，甚至几百个压力补偿器，”窦回忆起一个关键部件。“这些都达不到我们的预期，但是测试更多的设备意味着花费更多的钱。这是一个冒险的决定。我们真的感到压力很大，因为我们知道一些决定可能会让公司付出代价。”
额外成分
幸运的是，他们的努力得到了回报，这要归功于一些巧妙的工程设计和一个令人惊讶的盟友：襄阳的餐馆。
自2012年该项目上线以来，该工厂不仅处理了窦和他的员工刚到时堆积在该工地上的所有陈年污泥，还处理了新鲜的污泥和厨房垃圾。
每天，襄阳200万居民产生的污泥都会通过卡车或管道运送到这里。该工厂将污泥与从餐馆收集的厨房垃圾混合以增加有机物，将混合物加热至高达130摄氏度（266华氏度）的温度，并通过称为协同消化的过程进行处理。
两个20米高的银色厌氧消化罐吸入450吨污泥和厨房垃圾，呼出至少12,000立方米的甲烷。然后，该工厂燃烧一半的甲烷来为其运营提供动力，并将剩余的甲烷加工成压缩天然气。
压缩天然气在附近的加油站出售给当地的出租车司机，帮助满足该市对更清洁的交通燃料日益增长的需求。固体废物剩余物要么经过消毒后用于肥料，要么转化为生物炭，一种用于盆栽树木的替代土壤。
物尽其用
华盛顿特区智库世界资源研究所北京办事处专家钟丽金表示：“就中国而言，这是一种高效的污泥处理方式。”
钟丽金和她的同事在2013年对襄阳污泥发电项目进行了一项案例研究。他们的研究结果于2015年12月发布，结果表明，与其他处理方法（如将污泥制成堆肥或在焚烧设施中燃烧）相比，甲烷转化成本更低，同时还能产生具有商业价值的产品。
窦拒绝透露该项目的收入，但表示该项目是盈利的。他补充说，一些好处超出了公司的资产负债表。
正如窦解释的那样，该设施所在的岛屿过去因为臭鸡蛋味而受到投资者的冷落。但自从该设施开始运营以来，污染已经开始消退。去年，来自香港的投资者公布了一项对襄阳投资17亿美元的开发计划，其中大部分用于该岛上的豪华度假村、高尔夫球场和游艇俱乐部。
“你想知道我们的收入吗？我认为说17亿美元是合理的，”窦说。
也有环境效益。窦说，直到他的公司在2015年处理完所有的陈年污泥之前，其中一些污泥距离汉江（长江的重要支流）仅50米（164英尺）。襄阳位于中国南水北调工程的中线，这是一个持续数十年的基础设施项目，该项目将每年从中国南方的长江输送448亿立方米的淡水到更加干旱和工业化的北方。保护这些水域免受污泥径流的污染可以降低清洁它的处理和能源成本——这对于一个水资源日益紧张的国家来说至关重要。
地平线上的变化？
世界资源研究所的报告称，与垃圾填埋和焚烧等污泥处理方法相比，该工厂在其生命周期内可减少温室气体排放超过95%。
如果去年中国产生的污泥中有10%以同样的方式处理，那么将减少相当于3.8亿吨二氧化碳的温室气体排放，大致相当于乌克兰2012年的总排放量。
尽管这听起来很有希望，但在其他地方复制襄阳工厂仍然是一个挑战。专家表示，由于有机物含量低，将污泥转化为能源在中国是无利可图的，这已是业内共识，而且行业参与者需要时间来改变他们的想法。
中央政府缺乏支持性政策是另一个障碍。窦表示，与污水处理不同，污泥处理的法规没有相应的惩罚措施，因此很难执行。地方政策制定者在自身升迁方面没有动力去关注。
尽管当前法规要求中国城市至少处理70%的污泥，但从北京到上海的媒体报道继续揭露他们被忽视的证据。例如，在武汉，无人监管的倾倒将一片如画的森林变成了足球场大小的泥潭。
但变革可能即将到来。襄阳的项目表明，污泥能源化工厂在中国可以取得成功。本月早些时候，《南方周末》发表的一篇文章中，住房和城乡建设部的官员张悦表示，党内领导人正在考虑将污泥处理纳入市政政府的减污目标，新法规即将发布。