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新系統將餐廚垃圾就地變能源

文章來源:中國科學報 | 發布日期:2020-06-10 | 作者: | 點擊次數:

都說垃圾是放錯了地方的資源,日前,一種分布式餐廚垃圾能源化系統,就高效率地實現了餐廚垃圾的資源化利用,將其變身為能源,為手機或者平板電腦供電。

該系統是上海交通大學中英國際低碳學院有機廢物資源化研究團隊與新加坡國立大學合作研發的成果。將重量為40千克的餐廚垃圾投入到該系統內的厭氧消化罐后,經過厭氧發酵產生沼氣,隨后將其轉化為電力和熱力,輸出的電能可供大約1000臺手機充電。

在上海交通大學與新加坡國立大學聯合承擔的重大國際合作項目“超大城市的能源與環境可持續發展解決方案”Create-E2S2項目的支持下,該分布式餐廚垃圾能源化系統已經在新加坡國立大學率先應用。目前,該系統也正在上海交通大學中英低碳學院試運行,為城市發展中有機廢物的能源化處理和擴大化商業化應用奠定基礎。

多處理單元組合廢物原地變能源

餐廚垃圾的來源非常分散,傳統的做法是由垃圾車收集后進行集中式處理。但長距離的運輸不僅需要高昂的成本,而且運輸過程中車輛帶來的廢氣排放、垃圾散發的臭氣等一系列問題,也影響著居民的生活環境和身體健康。緩解這一問題的方法之一就是盡量減少餐廚垃圾的遠距離運輸。

分布式餐廚垃圾能源化系統則采用了臨近垃圾產生源頭的原位處理方式,將所有處理和能源轉化設備集中在一個長為6米的移動式集裝箱內。其中,整個系統的核心是厭氧消化罐,在餐廚垃圾被泵入厭氧消化罐之前,需要經過研磨、混合等簡單操作來提高后續厭氧消化處理的效果。

“按照特定的比例將厭氧微生物和餐廚垃圾混合后,在厭氧消化系統中,餐廚垃圾將會分解成沼氣,隨后沼氣通過熱電聯產系統轉變成電力和熱力,產生的電能就可以直接輸出為附近人群提供手機充電以及其他服務?!痹擁椖控撠熑?、上海交通大學中英國際低碳學院副教授張景新介紹說。

能量利用效率高實現系統自我供電

通過該分布式餐廚垃圾能源化系統,餐廚垃圾不僅可以產生電能,厭氧消化過程中產生的富含營養物質的消化物,還可以進一步加工作為肥料。但這其中,電能和熱能的轉化與利用效率的高低,是團隊研究者們十分關注的問題,這也直接決定著整個系統的實用性和經濟性。

該團隊通過對系統的調試和研究表明,整個系統產生的電能和熱能能夠滿足其自身工作需要的電能熱能。由于微生物作用需要保持在最適溫度下,沼氣能源化產生的熱量將通過加熱水來使厭氧消化罐保持恒溫。同時,系統產生的電能也遠大于集裝箱內燈光、風扇、泵、攪拌器等其他設施的耗電量,剩余的電能將被儲存在電池中,用于其他用途。

“餐廚垃圾的組成成分影響著系統的發電量。組分中碳氫化合物、蛋白質、脂肪的含量越高,產生的沼氣越多,由此產生的電能也就越多?!睆埦靶陆榻B說。同時,經過模擬計算,該系統處理一噸餐廚垃圾的發電量為200~400千瓦時,換算下來,其產生的電能能夠為1.3萬~2.6萬臺手機充電。

處理能力提升推進系統廣泛應用

目前,在新加坡國立大學食堂附近應用該分布式餐廚垃圾能源化系統的結果表明,40千克餐廚垃圾足夠供1000臺手機充電??紤]到餐廚垃圾生產量的差異,團隊對系統在200千克和400千克的餐廚垃圾處理量的情況下進行實驗測試,提高系統的每日處理能力,使系統在不同的處理量下均具有良好的處理效果和能源化效率。

數據顯示,新加坡的濕垃圾回收率僅為18%。自2019年上海市全面實施垃圾分類政策后,上海市濕垃圾分出量為9200噸/日,清運量為8200噸/日,而處理量僅為5050噸/日。濕垃圾生產量的快速增長和回收資源化能力不足也成為影響城市生活環境的嚴峻問題。

“厭氧消化系統可以有效減少有機廢物和城鎮溫室氣體的排放,并產生更多的能源,提高資源利用效率。它在實現廢棄處理的同時,可以最小化自然資源、能源的消耗以及二次污染,將線性經濟的概念轉變為循環經濟,建設可持續發展的特大城市模式?!睆埦靶聦τ浾哒f。

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