劉文娟

當(dāng)所有人都在為堆積如山的垃圾煩惱時，Michiaki Shigehiro的煩惱可謂無人能解。“我每天都在努力尋找更多的垃圾”，Michiaki Shigehiro面情嚴(yán)肅地說。事實上，他每天平均能收購100噸的垃圾，但他希望越多越好。

Shigehiro是Eco Valley Utashinai公司的商業(yè)常務(wù)經(jīng)理。這個公司是以日本北海道一個小城市命名的。該公司利用電弧等離子體技術(shù)將垃圾轉(zhuǎn)化為能源，其實質(zhì)是依靠振蕩的電流體，在一個密閉空間使空氣電離，產(chǎn)生16000℃的超高溫，幾乎是太陽表面溫度的3倍。這項技術(shù)可以說是昂貴的，若要收回其5900萬美元的巨額投資，充足的垃圾供應(yīng)量是重要的影響因素。

僅Utashinai城所產(chǎn)生的垃圾是不能完全滿足EcoValleyUtashinai工廠需要的，但放眼日本、放眼全球，人類產(chǎn)生的垃圾就太多了。日本每年產(chǎn)生約5千萬噸垃圾，人均每天約1千克，包括紙張、食物、塑料和其他垃圾。這些垃圾統(tǒng)稱為城市固體廢物。美國的年人均產(chǎn)垃圾量更高，幾乎是日本的兩倍，僅2005年美國就產(chǎn)生了2.22億噸的城市固體廢物。通常，這些城市固體廢物不是被掩埋就是焚燒掉。不管那種方式，都是既費(fèi)錢（納稅人的錢）又會對土地和大氣造成嚴(yán)重的污染。在美國不同的地區(qū)，掩埋一噸垃圾的直接成本是30－80美元，焚燒１噸約69美元，而像日本這樣土地資源極其珍貴的國家，掩埋或焚燒一噸垃圾則必須付出200－300美元的直接經(jīng)濟(jì)成本。另外，不管是掩埋處理還是焚燒處理都會沖擊經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，降低垃圾處理場附近區(qū)域的物產(chǎn)價值，而且如果處理不當(dāng)，還有可能產(chǎn)生巨大的環(huán)境風(fēng)險。

Eco Valley Utashinai的設(shè)計者認(rèn)為，只要利用電弧等離子體技術(shù)，這些問題都能得到很好的解決。理論上，通過氣化將垃圾轉(zhuǎn)成能源，垃圾處理將會是一個既環(huán)保又利潤豐厚的良性產(chǎn)業(yè)。從理論上計算，一噸固體垃圾蘊(yùn)含的能量是同質(zhì)量煤的1/3至1/2，這足夠支撐一個垃圾處理場能量使用，剩余的也可以賣給國家電網(wǎng)。但是Utashinai等離子體垃圾處理廠作為世界上正在運(yùn)行的一個大型的城市固體廢料能量回收處理廠，自2002年開始運(yùn)營，只是勉強(qiáng)能夠做到收支平衡。

目前，一些公司正在設(shè)計他們自己的“電弧等離子體”處理廠。他們堅信，在日本的經(jīng)驗基礎(chǔ)上肯定能夠作一些改進(jìn)。亞特蘭大公司Geoplasma已簽訂合同，準(zhǔn)備在佛羅里達(dá)州中部的ST Lucie 地區(qū)籌建一個10倍于Utashinai的垃圾處理廠。這個地區(qū)物產(chǎn)豐饒，但卻因為有一個巨大的垃圾掩埋場，該地物產(chǎn)已經(jīng)貶值。如果Geoplasma工廠能夠成功，到2009年，日均垃圾處理量將達(dá)到2700噸。2006年9月份，威爾頓的Startech環(huán)境公司Connecticut（康涅狄格），宣稱已經(jīng)簽訂了在巴拿馬建立一個日處理垃圾180噸的電弧等離子體垃圾處理場的合同。與此同時，安大略湖Plasco能源集團(tuán)正在談判，計劃在渥太華和巴塞羅那也建立同樣規(guī)模的垃圾處理工廠。

這些工廠的建立，將是對電弧等離子體技術(shù)的極大支持，盡管這項技術(shù)還沒有實現(xiàn)“垃圾變金子”的承諾，但是，多數(shù)業(yè)內(nèi)人士對該技術(shù)的前途都很樂觀。隨著政府和公眾對環(huán)保污染問題的日益重視及能源價格的持續(xù)上漲，Geoplasma公司環(huán)境組的負(fù)責(zé)人Hiburn Hillestad相信這項技術(shù)的前途注定是光明的。

雖然電弧等離子體技術(shù)在垃圾處理上大規(guī)模的應(yīng)用才剛剛開始，其實它是一項很老的技術(shù)。自上個世紀(jì)60年代開始，美國國家宇航局（NASA）就利用該技術(shù)模擬航天飛機(jī)返回大氣層時的超高溫度。現(xiàn)在等離子體炬廣泛應(yīng)用于金屬焊接或用來破壞各種危險的材料。但是，直到上個世紀(jì)90年代該技術(shù)才被一些公司用于垃圾處理，像威爾頓的Startech環(huán)境公司和美國賓西法尼亞州麥迪遜城市的Westinghouse公司等。

等離子體炬的工作原理是在一個密閉空間里，通過強(qiáng)大的電弧，使空氣電離產(chǎn)生等離子體，然后在另一個缺氧的密閉空間里，城市固體廢料（MSW）就在這里面，此外還有焦碳、石灰石，產(chǎn)生的等離子體對它們進(jìn)行超高溫加熱。在無氧化的條件下，垃圾混合物中的無機(jī)物迅速玻璃化，最后產(chǎn)生的無害熔渣可作為建筑材料。最為重要的是，高溫可分解固體廢料中的有機(jī)分子。在有氧條件下，分解能產(chǎn)生大量的二氧化碳；若在無氧的條件下，固體廢料中的有機(jī)物就會轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳的混和物，這種混合物，可以像天燃?xì)庖粯幼鳛橐话闫喴娴哪茉矗渲械臍錃膺M(jìn)一步純化分離，則可以作為單獨(dú)的燃料。對這種氣體混合物作進(jìn)一步的處理，降低其中污染物質(zhì)的含量，如氮化物和二氧(雜)芑等直接進(jìn)入渦輪機(jī)或釋放到大氣層中。

日本在這項技術(shù)上已有一些成功的例子。Utashinai工廠每年輸出約30億瓦特的電能，完全解決了該工廠運(yùn)行使用能量的需求。但由于該城市的人口稀少，它的垃圾供應(yīng)量在逐漸減少。Utashinai城目前只有5500居民，被認(rèn)為是日本最小的城市。它之所以被稱為城市，只因50年前這里有45000名居民。當(dāng)初建立這個工廠，是期望通過征收垃圾處理費(fèi)（已經(jīng)實現(xiàn)）和出售電能及無害熔渣（還未實現(xiàn)）來實現(xiàn)自身的運(yùn)行，而完全沒有料到會出現(xiàn)垃圾供應(yīng)不足的問題。這個工廠處理的垃圾量平均只達(dá)到預(yù)期的60%。各種設(shè)備也經(jīng)常出現(xiàn)問題，雖然不是核心技術(shù)等離子體炬的問題，但兩條生產(chǎn)線中，常有一條是處于維修檢修狀態(tài)。當(dāng)兩條線都能夠全力運(yùn)作時，垃圾量又不夠，有時候兩條線都處于停產(chǎn)狀態(tài)。從其它地區(qū)引進(jìn)垃圾是一個解決方法，但是沒有哪個城市愿意成為其他地區(qū)的垃圾傾卸場?！按蠹覍挠∠蠖己茉愀狻保琒higehiro說。美國的一些州計劃進(jìn)口垃圾，但要收取高額的傾卸費(fèi)用。紐約和多倫多這樣的大城市的大部分垃圾都是出口處理。日本的垃圾交易很少，當(dāng)?shù)卣鼉A向于自己處理垃圾，而不是裝載到其他地方。

佛羅里達(dá)州St Lucie地區(qū)的垃圾掩埋場的垃圾量已達(dá)到43萬噸的。清理完這些垃圾，不但可以開發(fā)出160英畝的土地，而且還能提高當(dāng)?shù)氐奈锂a(chǎn)價值。Geoplasma公司一旦建成，每天可以處理1800噸的新垃圾和900噸已掩埋的垃圾，不需20年就可以處理完這些垃圾，且能把4.25億美元的投資成本收回來。該公司負(fù)責(zé)人Hillestad說，其80%的收入都將來自能源的出售上。該公司計劃每天生產(chǎn)出1.6億瓦的電量，其中四分之三都會用來出售。

Geoplasma公司和日本Utashinai工廠的一個不同點(diǎn)就在氣體渦輪機(jī)的使用上。這種渦輪機(jī)能將氫氣和一氧化碳混合氣體轉(zhuǎn)化為電能。Utashinai工廠使用的是一個較便宜的蒸汽渦輪機(jī)，轉(zhuǎn)化率僅為15%，而Geoplamsa將使用價值4000萬美元的氣體渦輪機(jī)，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到40%。高效的轉(zhuǎn)化率是獲得更多的能源的保障。曾為Utashinai工廠安裝設(shè)備的日本日立金屬環(huán)境系統(tǒng)部門的領(lǐng)導(dǎo)Shinichi Osada認(rèn)為：“這會沖擊氣體渦輪機(jī)的使用”。蒸汽渦輪機(jī)工作原理是通過氣體加熱水，用蒸汽推動渦輪機(jī)產(chǎn)生電能。氣體渦輪機(jī)則直接用氣體本身來推動渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)動，這明顯是更高效的能量轉(zhuǎn)換過程。但由于混合氣體中含有少量的氫氯化物和硫氧化物，渦輪機(jī)不可避免地要接觸這些腐蝕性氣體，因而耗損比較厲害。事實上，Utashinai在以前的計劃方案中也計劃使用氣體渦輪機(jī)，但考慮到機(jī)器磨損的情況，又換成了蒸汽渦輪機(jī)。Geoplamsa公司負(fù)責(zé)人Hillestad則說：“預(yù)處理混合氣體能將腐蝕氣體的含量降到能接受的水平范圍內(nèi)，St Lucie 垃圾處理場的規(guī)模，允許我們做更高的技術(shù)投資，從而避免這樣的問題”。

每次投標(biāo)當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)垃圾處理的項目時，電弧等離子體技術(shù)都要面臨其它處理垃圾方法的挑戰(zhàn)，這些方法也保證說能把垃圾轉(zhuǎn)為能源，或降低污染物的含量?！拔覀冏屑?xì)研究過焚燒、厭氧消化、氣化、電弧等離子體、生物反應(yīng)和掩埋方式等方案”，St Lucie地區(qū)垃圾處理廠指導(dǎo)中心助手Ron Roberts說。通過一份6000頁的研究報告得出的結(jié)論：結(jié)束對垃圾掩埋場的依賴，解決城市固體廢料，電弧等離子體技術(shù)是唯一被證明行之有效的方式。徹底擺脫垃圾掩埋場是St Lucie 地區(qū)選擇電弧等離子體的一個關(guān)鍵因素。 Geoplasma公司也需要有掩埋垃圾場來保證充足的垃圾供應(yīng)。一旦垃圾掩埋場的“資源”用完了，而常規(guī)的垃圾供應(yīng)又得不到足夠的保障，那公司就不得不選擇關(guān)閉工廠，但到那時它們的投資成本也肯定早回收了。缺少穩(wěn)定的垃圾供應(yīng)是Geoplasma公司在夏威夷建立工廠計劃失敗的原因之一，當(dāng)?shù)卣荒鼙ＷC每天300噸的供應(yīng)量，“這就是我們競爭不過那些現(xiàn)存的垃圾焚燒廠的原因”，Hillestad解釋道。

盡管沒人會反對對垃圾掩埋場的清理，但是，環(huán)境部門仍然警惕一氧化碳和氫氣混合物中的污染物。在2006年的一份“城市固體垃圾廢料的熱量轉(zhuǎn)化策略”報告中，加利福尼亞州健康與環(huán)保正義的綠色行動組織，宣稱電弧等離子體技術(shù)和其他高溫氣化技術(shù)實質(zhì)上是“偽裝的焚燒爐”。Utashinai 工廠已經(jīng)達(dá)標(biāo)日本所有最苛刻的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（盡管還沒有通過當(dāng)?shù)卣膶彶椋?，但該公司的Shigehiro卻仍懷疑這項技術(shù)的前景：許多外國人來我們工廠參觀考察，卻沒有行動去建立這樣的垃圾處理場。Geoplasma公司的Robert則相當(dāng)樂觀，他曾參觀過Utashinai工廠，他說“我對這項技術(shù)的優(yōu)勢和前途毫不擔(dān)心，我們已看到它取得的成果。付出那么多，我們當(dāng)然也迫切希望自己的辛勤努力換來必要的經(jīng)濟(jì)回報”。那就讓Geoplasma公司來證明電弧等離子體技術(shù)的優(yōu)勢和美好的前景吧！

（本文譯自2006年出版的《自然》雜志，作者為亞洲記者David Cyranoski）

(責(zé)編：張國棟)