处理垃圾的新技术_电弧等离子体

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1、Overseas Perspective海外视角6 1绿色中国FebruaryP l a s m a a r c ：当所有人都在为堆积如山的垃圾烦恼时，M i c h i a k iS h i g e h i r o 的烦恼可谓无人能解。“我每天都在努力寻找更多的垃圾” ， M i c h i a k i S h i g e h i r o 面情严肃地说。 事实上，他每天平均能收购1 0 0 吨的垃圾，但他希望越多越好。S h i g e h i r o 是E c o V a l l e y U t a s h i n a i 公司的商业常务经理。 这个公司是以日本北海道一个小城市命名的。 该

2、公司利用电弧等离子体技术将垃圾转化为能源，其实质是依靠振荡的电流体，在一个密闭空间使空气电离，产生1 6 0 0 0 的超高温，几乎是太阳表面温度的3 倍。这项技术可以说是昂贵的， 若要收回其5 9 0 0 万美元的巨额投资，充足的垃圾供应量是重要的影响因素。仅U t a s h i n a i城所产生的垃圾是不能完全满足E c o V a l l e y U t a s h i n a i 工厂需要的， 但放眼日本、 放眼全球，人类产生的垃圾就太多了。日本每年产生约5千万吨垃圾，人均每天约1 千克，包括纸张、食物、塑料和其他垃圾。 这些垃圾统称为城市固体废物。 美国的年人均产垃圾量更高，几乎

3、是日本的两倍， 仅2 0 0 5 年美国就产生了2 .2 2 亿吨的城市固体废物。通常，这些城市固体废物不是被掩埋就是焚烧掉。 不管那种方式， 都是既费钱 （纳税人的钱） 又会对土地和大气造成严重的污染。 在美国不同的地区，掩埋一吨垃圾的直接成本是3 0 8 0 美元， 焚烧吨约6 9 美元， 而像日本这样土地资源极其珍贵的国家， 掩埋或焚烧一吨垃圾则必须付出2 0 0 3 0 0 美元的直接经济成本。 另外， 不管是掩埋处理还是焚烧处理都会冲击经济的发展， 降低垃圾处理场附近区域的物产价值， 而且如果处理垃圾的新技术：处理不当，还有可能产生巨大的环境风险。E c o V a l l e y

4、U t a s h i n a i 的设计者认为， 只要利用电弧等离子体技术，这些问题都能得到很好的解决。 理论上，通过气化将垃圾转成能源，垃圾处理将会是一个既环保又利润丰厚的良性产业。 从理论上计算， 一吨固体垃圾蕴含的能量是同质量煤的1 / 3 至1 / 2 ， 这足够支撑一个垃圾处理场能量使用，剩余的也可以卖给国家电网。但是U t a s h i n a i 等离子体垃圾处理厂作为世界上正在运行的一个大型的城市固体废料能量回收处理厂， 自2 0 0 2 年开始运营，只是勉强能够做到收支平衡。目前，一些公司正在设计他们自己的“电弧等离子体” 处理厂。 他们坚信， 在日本的经验基础上肯定能够

5、作一些改进。 亚特兰大公司G e o p l a s m a 已签订合同， 准备在佛罗里达州中部的S T L u c i e 地区筹建一个1 0倍于电弧等离子体编译 / 刘文娟N e w t e c h n o l o g y o f w a s t e r d i s p o s a l海外视角Overseas Perspective6 2绿色中国FebruaryU t a s h i n a i 的垃圾处理厂。 这个地区物产丰饶， 但却因为有一个巨大的垃圾掩埋场，该地物产已经贬值。如果G e o p l a s m a 工厂能够成功， 到2 0 0 9 年， 日均垃圾处理量将达到2 7 0

6、 0 吨。 2 0 0 6 年9 月份， 威尔顿的S t a r t e c h 环境公司C o n n e c t i c u t（康涅狄格） ， 宣称已经签订了在巴拿马建立一个日处理垃圾1 8 0 吨的电弧等离子体垃圾处理场的合同。 与此同时， 安大略湖P l a s c o 能源集团正在谈判， 计划在渥太华和巴塞罗那也建立同样规模的垃圾处理工厂。这些工厂的建立， 将是对电弧等离子体技术的极大支持， 尽管这项技术还没有实现 “垃圾变金子” 的承诺，但是， 多数业内人士对该技术的前途都很乐观。 随着政府和公众对环保污染问题的日益重视及能源价格的持续上涨， G e o p l a s m a

7、公司环境组的负责人H i b u r n H i l l e s t a d相信这项技术的前途注定是光明的。虽然电弧等离子体技术在垃圾处理上大规模的应用才刚刚开始，其实它是一项很老的技术。自上个世纪6 0年代开始，美国国家宇航局（N A S A ）就利用该技术模拟航天飞机返回大气层时的超高温度。现在等离子体炬广泛应用于金属焊接或用来破坏各种危险的材料。 但是， 直到上个世纪9 0 年代该技术才被一些公司用于垃圾处理，像威尔顿的S t a r t e c h 环境公司和美国宾西法尼亚州麦迪逊城市的W e s t i n g h o u s e 公司等。等离子体炬的工作原理是在一个密闭空间里，通过

8、强大的电弧， 使空气电离产生等离子体， 然后在另一个缺氧的密闭空间里，城市固体废料（M S W ）就在这里面，此外还有焦碳、 石灰石， 产生的等离子体对它们进行超高温加热。 在无氧化的条件下， 垃圾混合物中的无机物迅速玻璃化， 最后产生的无害熔渣可作为建筑材料。 最为重要的是，高温可分解固体废料中的有机分子。 在有氧条件下，分解能产生大量的二氧化碳； 若在无氧的条件下， 固体废料中的有机物就会转化为氢气和一氧化碳的混和物，这种混合物， 可以像天燃气一样作为一般汽轮引擎的能源，其中的氢气进一步纯化分离， 则可以作为单独的燃料。 对这种气体混合物作进一步的处理，降低其中污染物质的含量， 如氮化物和

9、二氧( 杂) 芑等直接进入涡轮机或释放到大气层中。日本在这项技术上已有一些成功的例子。 U t a s h i n a i工厂每年输出约3 0 亿瓦特的电能， 完全解决了该工厂运行使用能量的需求。 但由于该城市的人口稀少， 它的垃圾供应量在逐渐减少。 U t a s h i n a i 城目前只有5 5 0 0 居民，被认为是日本最小的城市。 它之所以被称为城市，只因5 0 年前这里有4 5 0 0 0 名居民。 当初建立这个工厂， 是期望通过征收垃圾处理费（已经实现）和出售电能及无害熔渣（还未实现）来实现自身的运行，而完全没有料到会出现垃圾供应不足的问题。 这个工厂处理的垃圾量平均只达到预期

10、的 6 0 % 。各种设备也经常出现问题，虽然不是核心技术等离子体炬的问题，但两条生产线中，常有一条是处于维修检修状态。 当两条线都能够全力运作时，垃圾量又不够，有时候两条线都处于停产状态。从其它地区引进垃圾是一个解决方法， 但是没有哪个城市愿意成为其他地区的垃圾倾卸场。 “大家对垃圾的印象都很糟糕” ， S h i g e h i r o 说。 美国的一些州计划进口垃圾， 但要收取高额的倾卸费用。 纽约和多伦多这样的大城市的大部分垃圾都是出口处理。 日本的垃圾交易很少， 当地政府更倾向于自己处理垃圾， 而不是装载到其他地方。佛罗里达州S t L u c i e 地区的垃圾掩埋场的垃圾量已达到

11、4 3 万吨的。清理完这些垃圾， 不但可以开发出1 6 0 英亩Overseas Perspective海外视角6 3绿色中国February的土地， 而且还能提高当地的物产价值。 G e o p l a s m a 公司一旦建成，每天可以处理1 8 0 0 吨的新垃圾和9 0 0 吨已掩埋的垃圾， 不需2 0 年就可以处理完这些垃圾， 且能把4 . 2 5 亿美元的投资成本收回来。 该公司负责人H i l l e s t a d 说， 其8 0 % 的收入都将来自能源的出售上。 该公司计划每天生产出1 . 6 亿瓦的电量， 其中四分之三都会用来出售。G e o p l a s m a 公司和

12、日本U t a s h i n a i 工厂的一个不同点就在气体涡轮机的使用上。 这种涡轮机能将氢气和一氧化碳混合气体转化为电能。 U t a s h i n a i 工厂使用的是一个较便宜的蒸汽涡轮机，转化率仅为1 5 % ， 而G e o p l a m s a 将使用价值4 0 0 0 万美元的气体涡轮机，转化率可达到4 0 % 。高效的转化率是获得更多的能源的保障。 曾为U t a s h i n a i 工厂安装设备的日本日立金属环境系统部门的领导S h i n i c h i O s a d a 认为： “这会冲击气体涡轮机的使用” 。 蒸汽涡轮机工作原理是通过气体加热水， 用蒸汽

13、推动涡轮机产生电能。 气体涡轮机则直接用气体本身来推动涡轮机的转动，这明显是更高效的能量转换过程。但由于混合气体中含有少量的氢氯化物和硫氧化物， 涡轮机不可避免地要接触这些腐蚀性气体， 因而耗损比较厉害。 事实上， U t a s h i n a i 在以前的计划方案中也计划使用气体涡轮机，但考虑到机器磨损的情况，又换成了蒸汽涡轮机。 G e o p l a m s a 公司负责人H i l l e s t a d 则说 ：“预处理混合气体能将腐蚀气体的含量降到能接受的水平范围内，S t L u c i e 垃圾处理场的规模， 允许我们做更高的技术投资， 从而避免这样的问题” 。每次投标当地政

14、府有关垃圾处理的项目时，电弧等离子体技术都要面临其它处理垃圾方法的挑战， 这些方法也保证说能把垃圾转为能源，或降低污染物的含量。 “我们仔细研究过焚烧、厌氧消化、气化、电弧等离子体、生物反应和掩埋方式等方案” ， S t L u c i e 地区垃圾处理厂指导中心助手R o n R o b e r t s 说。通过一份6 0 0 0 页的研究报告得出的结论： 结束对垃圾掩埋场的依赖，解决城市固体废料，电弧等离子体技术是唯一被证明行之有效的方式。 彻底摆脱垃圾掩埋场是S t L u c i e 地区选择电弧等离子体的一个关键因素。 G e o p l a s m a 公司也需要有掩埋垃圾场来保证

15、充足的垃圾供应。 一旦垃圾掩埋场的 “资源” 用完了， 而常规的垃圾供应又得不到足够的保障， 那公司就不得不选择关闭工厂，但到那时它们的投资成本也肯定早回收了。缺少稳定的垃圾供应是G e o p l a s m a 公司在夏威夷建立工厂计划失败的原因之一， 当地政府只能保证每天3 0 0 吨的供应量，“这就是我们竞争不过那些现存的垃圾焚烧厂的原因” ， H i l l e s t a d 解释道。尽管没人会反对对垃圾掩埋场的清理， 但是， 环境部门仍然警惕一氧化碳和氢气混合物中的污染物。在2 0 0 6 年的一份“城市固体垃圾废料的热量转化策略” 报告中， 加利福尼亚州健康与环保正义的绿色行动

16、组织，宣称电弧等离子体技术和其他高温气化技术实质上是“伪装的焚烧炉” 。 U t a s h i n a i 工厂已经达标日本所有最苛刻的环保标准（尽管还没有通过当地政府的审查） ，但该公司的S h i g e h i r o 却仍怀疑这项技术的前景 ： 许多外国人来我们工厂参观考察，却没有行动去建立这样的垃圾处理场。 G e o p l a s m a 公司的R o b e r t 则相当乐观， 他曾参观过U t a s h i n a i 工厂， 他说 “我对这项技术的优势和前途毫不担心，我们已看到它取得的成果。 付出那么多， 我们当然也迫切希望自己的辛勤努力换来必要的经济回报” 。那就让G e o p l a s m a 公司来证明电弧等离子体技术的优势和美好的前景吧！（本文译自2 0 0 6 年出版的自然 杂志， 作者为亚洲记者D a v i d C y r a n o s k i ）( 责编： 张国栋)