我们是否忽视了那些可以弥补能源缺口的细小但卓越的创新？

托马斯·塔哈·拉萨姆·卡尔汉坐在一辆破旧的丰田出租车的后座上，指着路过的景象。从附近森林砍伐下来的破旧木炭袋放在临时商店旁边。破旧的小屋由波纹金属、纸板和其他废料组成。一股被附近一家工厂的废水染成红色的脏水顺着小巷流淌。到处都是垃圾。穆库鲁是内罗毕最大的贫民窟之一，这里的生活元素很原始。然而卡尔汉坐在座位上向前倾身，为他们所呈现的可能性而兴奋。

出租车停在穆库鲁技能培训中心，这是一所艺术和职业学校。一名警卫从一间小小的水泥棚屋里走出来，打开了正门。穆库鲁社区脏乱不堪，但在院内，随处可见整洁的即兴创作：一间艺术工作室通向一个种满香草和树苗的小花园。三间堆肥厕所将废物变成肥料。在一间简陋的厨房外，一个装满陈豆和香蕉皮的 500 加仑水箱正在慢慢产生烹饪用气。

在距离任何可靠能源基础设施数千英里的地方，肯尼亚人临时发明了一个几乎与美国厨房一样可靠的系统。49 岁的美国人卡尔汉设计了这个燃料系统。它提供的燃气量不够，所以他来这里是为了做一些改进。第一步很简单。一根管子把食物垃圾送到储气罐，另一根管子把燃气送回厨房，现在食物管子被堵住了。卡尔汉抓起拖把柄，把它伸进管子里，使劲地疏通。然后，他拿了一个装满粘稠的厨房垃圾的容器，用锯掉的塑料水壶作为漏斗，把它们送入系统。在他工作的时候，一群刚刚吃完学校免费周日午餐的孩子走过来观看。

卡尔汉必须快速行动。太阳很快就要落山了，穿过贫民窟不安全，即使是打车也不行。但他还是忍不住想解释一下他的项目。孩子们围得更近了。一些年纪较小的孩子为了看得更清楚，不惜爬上任何可以爬上的地方。卡尔汉指着水箱说：“这里有细菌，但细菌是无害的，”他用斯瓦希里语说，指的是没有患病的细菌。“如果我们把所有的食物垃圾磨碎放在这里，细菌就会吃掉它们，制造出烹饪气体。”

卡尔汉问坐在前排观看的男孩攀爬技术好不好。男孩点点头。“上来，”卡尔汉指着储气罐说道。“但如果周围没有老师，千万不要这么做。”男孩爬上储气罐，然后按照卡尔汉的要求，在盖子上跳上跳下。压力将气体推向储气罐侧面的阀门。卡尔汉打开水龙头，打开打火机，一股橙色火焰从阀门中喷出。“啊哈！”卡尔汉大叫道。“看到了吗？沼气！”

在美国，自己发电非常困难，几乎不可能发电全部。要想接近发电量，你需要在屋顶和院子里安装足够多的太阳能电池板来为所有灯、电子设备和电器供电。你还需要一个太阳能热系统来加热水，以及一辆由太阳能充电的电动汽车。

然而，我们现有的能源系统虽然很方便，但也是无法持续的。当然，满足我们日常需求的基础设施似乎运转良好。打开炉灶上的旋钮，天然气就出来了。周二晚上把垃圾倒出去，周三早上就会有卡车过来运走。但这些表面上的效率掩盖了我们系统真正的低效。住在康涅狄格州，你的天然气可能来自怀俄明州；垃圾可能运往新泽西州。这种盲目的、遥远的系统需要更新和本地化。

穆库鲁贫民窟基础设施很少：没有污水处理系统，没有地下煤气管道，没有垃圾填埋场。居民们把土豆皮和塑料袋扔到街上。炭火的烟雾刺痛了眼睛。但这种混乱的局面提供了一个机会，让我们重新思考一些基本的东西，并即兴创造新的能源形式。

在这里，一些像卡尔汉这样的沼气系统正在将废物——世界上最普遍但却被忽视的能源——转化为燃料。在这个过程中，他们还将家庭变成了本地能源生产和再利用的闭环系统。

当微生物在没有空气的情况下消化有机废物（污水、粪便、食物残渣）时，它们会产生甲烷（以及少量的二氧化碳和水），这些甲烷可以为从电灯到城市公交车的所有设备供电。没有人知道需要什么样的沼气系统才能为整个城市供电。但在肯尼亚，一个塑料罐和一些管道就可以改变一个家庭的整个能源循环。

卡尔汉经营着一家名为 Solar C3ITIES（连接社区催化剂，整合工业生态系统技术）的非营利组织。该组织没有带薪员工，资金几乎全部来自个人捐款。他在开罗、拉各斯和西岸地区建造了低技术、低成本的沼气系统，并培训当地人维护和复制这些系统。

卡尔汉的母亲是伊拉克人，他在贝鲁特有家人。他目睹了各地的战争摧毁了亲戚的生计，使他们从富有的土地所有者变成了难民。“我了解到，我们无法控制的历史事件会抹去我们以为拥有的任何安全感，”卡尔汉说。“我想找到一种更好地保护家人的方法，而赚钱不是。”

沼气系统不需要太多的资本投资或规模，因此肯尼亚人开始了自己的实验。这一探索使他走遍了世界各地。20 世纪 90 年代，他教洛杉矶中南部的青少年如何改装汽车发动机，使其能够使用太阳能蒸馏器生产的酒精。2003 年美国领导的入侵伊拉克后，他移居埃及，住在开罗贫民窟的扎巴林人中。扎巴林人是“拾荒者”，他们收集有机废物喂猪。后来，在观看 1985 年的电影《疯狂的麦克斯 3：雷霆穹顶》时受到启发，这部电影讲述了整座城市都使用猪的粪便运行的故事，他前往印度学习如何建造简单的沼气系统。如今，他住在德国，通过在纽约的默西学院教授在线课程来支付账单，并将其余的时间和金钱花在像穆库鲁这样的项目上。

沼气是卡尔汉的福音，他是一位天才的福音传道者。他在内罗毕的一家药店停下来买了一些抗疟药，很快他就和药剂师坐在一起，在废纸上画出了沼气系统。他走进一家天主教慈善机构的宾馆使用 Wi-Fi，出来时约了两个斯洛文尼亚传教士去看穆库鲁沼气池。在旅程结束时，我替他完成了工作。在内罗毕交通堵塞时，我告诉出租车司机有关沼气的事情，他想知道在哪里可以买到自己的沼气系统。

肯尼亚人需要沼气提供的那种能源。烹饪燃料几乎占发展中国家家庭消耗的全部电力，而肯尼亚的烹饪燃料主要来自木材，这是一种日益减少的资源，会产生大量污染。即使在内罗毕较富裕的地区，也没有集中的天然气分配系统；人们要么用购买并装在小容器中的液态丙烷做饭，要么用木炭做饭。

与此同时，内罗毕人每天产生约 3,000 吨垃圾，其中大部分是有机垃圾。他们只收集了其中的一半。（独立运输商将垃圾从富裕社区运到露天垃圾场。）燃烧由垃圾产生的沼气将有助于同时解决两个问题。但政府一直无法启动任何大型或中型沼气项目。市议会最近考虑了一项建立十几个沼气厂的提案，但从未付诸行动。“过去有很多计划，但都没有实现，”总部位于内罗毕的碳信用公司 Carbon Africa 的运营总监马特·伍兹 (Matt Woods) 说。

也许有些人喜欢现在的制度。例如，当地的垃圾场由一个强大的帮派经营。在内罗毕国际机场负责航空餐饮的公司提出将每天从飞机上运来的六吨食物垃圾用于生产沼气的想法后，该帮派发出了威胁。卡车仍然将飞机垃圾运送到垃圾场。

穆库鲁是内罗毕最大的贫民窟之一，这里的生活条件很简陋，但却蕴含着令人兴奋的可能性。不过，沼气系统不需要太多的资本投资或规模，因此肯尼亚人已经开始了自己的实验。像卡尔汉这样的小型发电机开始遍布城市。例如，在内罗毕高档的韦斯特兰兹社区，有一座印度教寺庙为无家可归者提供免费餐食，其中的一个炉子与一条天然气管道相连，这条管道越过厨房的墙壁，一直延伸到后院，那里一个 1,300 加仑的储气罐每天可生产三个小时的沼气。寺庙的领导们很快将从肯尼亚妇女比贾尔·沙阿那里购买第二套系统，她在内罗毕经营着一家可再生能源公司 GreenTech International。在离寺庙不远的地方，沙阿的姑姑每天傍晚都会从室外厨房爬上楼梯，将一桶剩饭和煮饭水倒进她自己的 400 加仑储气罐里。与此同时，卡尔汉最近发现了一个更直接的循环：一个有进取心的付费厕所老板利用顾客每天产生的宝贵能源，并通过管道将天然气输送到小巷对面的一家餐馆。

人类很早就知道如何制造沼气。公元前 10 世纪，亚述人使用沼气来加热浴室。19 世纪末，路易斯·巴斯德利用粪便生产沼气，证明巴黎的马匹可以为路灯供电。19 世纪中叶，印度用沼气为麻风病医院提供照明；如今，印度大约有 300 万个小型沼气厂，中国有 3500 万个。

沼气并非适合所有工作或所有国家。在德国，该国 17% 的电力来自可再生能源，而沼气仅占该组合的 2% 左右。但在瑞典，沼气作为运输燃料的利用率已超过天然气；一些城市（如赫尔辛堡）使用沼气为整个公交车队提供动力。

美国环境保护署估计，美国有近 8,000 家农场能够生产大量沼气；167 家美国奶牛、猪、家禽和牛肉农场已经使用厌氧消化来减少污染和抑制气味。即使只有最大的 160 家农场安装了消化器，它们产生的甲烷也可以为 300 万户家庭供暖——或者，通过将沼气送往天然气发电厂，可以为 87 万户家庭提供电力。与此同时，食物垃圾含有更多的能量。一吨粪肥可产生 1,700 千瓦时的电力。一吨黄油可产生 9,600 千瓦时的电力。

但开发这些资源并非易事。城市管理者在考虑是否采用沼气时，必须权衡新设备的成本、能源的销售价格，以及垃圾填埋费、土地使用许可证和其他费用将如何影响他的利润和损失。这是复杂而陌生的数学问题。波士顿的温室设计师和堆肥专家布鲁斯·富尔福德花了近三十年时间试图在那里建立一个社区沼气系统。“启动和运行项目需要数十万甚至数百万美元，”他说。“谁来承担这个风险？美国没有足够的先例”

富尔福德可能只是在寻找错误的先例。例如，城市工程师对沼气非常熟悉，只是不将其作为独立的能源。超过 1,000 家污水处理厂使用厌氧消化过程来减少最终必须运走或燃烧的污水量。但直到最近，大多数城市都将产生的沼气视为副产品，而不是商品。污水处理厂用它来加热污泥消化器（微生物喜欢温暖）并运行部分能源密集型水处理过程。

一吨粪肥可产生 1,700 千瓦时的电力。一吨黄油可产生 9,600 千瓦时的电力。然而，现在，由于能源成本高昂和新的温室气体排放目标，一些美国城市正在试验产生过剩沼气的方法。纽约市环境保护局建造了八个 145 英尺高的蛋形消化池，耸立在布鲁克林的格林波因特街区。这些闪闪发光的银色蛋形消化池是纽敦溪污水处理厂的一部分，每天有 100 万加仑的污水从东河对岸的泵站运来，还有 100 万加仑的污水从布鲁克林和皇后区的部分地区流入。

废物被送入一系列有盖的储存罐，较重的物质沉到底部。污泥通过离心机，去除更多的液体，然后进入新的消化器。每个消化器可容纳 300 万加仑污泥 15 天，机械搅拌并将其加热到微生物友好的 100°F。

这些沼气池是 20 世纪 90 年代末开始的一项 50 亿美元升级工程的一部分，还需要两到三年才能完成。升级的目的不是为了产生能源，而是为了减少维护。旧式沼气池产生的气体不多，但它们确实积累了 10 英尺厚的沙砾层，每三年需要人工清除一次。新式沼气池在混合污泥方面做得更好，因此产生的堆积物更少，能够容纳更多的产气物质。当这些沼气池投入使用时，工程师们发现它们产生的甲烷量也是原来的两倍，远远超过了该工厂在日常现场运营中可以使用的量：这些能量足以为 2,500 户家庭供暖。到明年，纽约市将把这些多余的沼气通过清洁系统，然后输送到天然气管道。纽约人的粪便和磨碎的食物垃圾将帮助他们烹饪食物和取暖，同时每年向大气中排放的二氧化碳量减少 16,650 吨。

密尔沃基地区污水处理机构正与马凯特大学的研究人员合作，确定哪些类型的当地高能废物最适合用于沼气生产，而无需升级其系统。在过去的五个冬天，该机构一直在从机场抽吸除冰液（一种有机化合物丙二醇），并将其用卡车运到水处理厂，工程师们将其直接放入消化池中以产生更多的气体。“当我们开始时，”密尔沃基大都会污水处理区水质保护主任彼得·R·托普切夫斯基说，“你可以看到瞬间的飙升。我们看到的气体产量是原来的两倍半。”该机构最近还与当地一家可口可乐装瓶厂达成协议，接收其废弃的成分。

与此同时，瑞典生物气国际公司 (Swedish Biogas International) 在密歇根州弗林特市设立了北美总部，正在那里建造一座工厂，利用污水污泥和肉类、沙拉酱等当地产品加工产生的废物。该工厂将为该市生产约 1.6 兆瓦的电力，同时还能稳定供应肥料。与所有沼气系统一样，该项目的本质是利用附近的资源。“我们希望努力收集当地的垃圾，”该公司首席执行官汤姆·吉斯 (Tom Guise) 说。

沼气永远不会成为美国的主要燃料来源 如果我们充分利用污水、动物粪便和垃圾填埋场的供应，我们可以替代约 6% 的天然气消耗。新成立的美国沼气委员会估计，如果我们也利用工业有机废物，到 2030 年，沼气可能占到我们天然气供应的 10% 到 15%。

但沼气可能成为一种极其有用的燃料来源。“这是一种多解决方案，”理事会成员、行业刊物《生物循环》的编辑诺拉·戈尔茨坦 (Nora Goldstein) 说。她说，作为废物处理和能源生产系统，“它解决了城市和农村基础设施的多重挑战。”它使用一种被忽视的燃料来源，它使能源生产本地化，它生产有用的副产品，如肥料，而且它不需要新的专用设施。“当你只看潜在的能源产出时，”她说，“这种潜力就被忽略了。”

卡尔汉并不是肯尼亚唯一的沼气推广者。多米尼克·万吉希亚十多年前在做汽车修理工时设计了他的第一个沼气系统。现在，在内罗毕的 Jamhuri 可再生能源中心，他向卡尔汉展示了他最新的原型。

万吉希亚越来越担心使用木柴造成的污染和森林砍伐，于是发明了一种柔性 PVC“气球”消化器，以粪便为燃料。为了产生沼气，农民将粪便铲入管道，并用一种​​由软管制成的拉链将其封闭。然后他通过管道加水。大约需要三天时间才能启动，但此后，只要有水供应，系统就会持续供应。该系统每天使用约 25 磅牛粪（少于一头牛的日产量），即可为一个普通家庭生产足够的沼气。

万吉希亚的新公司 Simply Logic 以约 525 美元的价格出售沼气池，作为包括安装和培训在内的套餐的一部分。万吉希亚设想将这些系统卖给超市的顾客，然后让当地的杂工安装它们，就像我们在美国购买新洗衣机一样。他说，要使沼气取得成功，它必须成为一种职业。“人们将掌握一门手艺，然后找到客户，从销售中获得佣金，并进行维护，”他说。

只要有供给，该系统就能持续产生沼气。卡尔汉显然对万吉西亚的设计很满意。他们无视正午的烈日，兴奋地谈论着抗紫外线的 PVC 和万吉西亚安装的新型塑料接头。卡尔汉提到，他自己的沼气系统就是利用厨余垃圾来运行的。万吉西亚看起来很沮丧。他告诉卡尔汉，人们不愿意切碎食物，这永远行不通。卡尔汉伸手从包里拿出一些宣传资料递给这位同行。万吉西亚读着读着，开始点头。他微笑着，轻敲着光鲜的宣传册。这是 InSinkErator Evolution 200 垃圾处理器的宣传材料，这是一款将厨余垃圾转化为沼气原浆的完美高效工具。

InSinkErator 售价 400 美元，对于普通肯尼亚人来说太贵了。但一台垃圾处理器可以将几个家庭整合成一个发电装置。Wanjihia 放下手册。“我可以设计一个可以在肯尼亚生产的版本，”他说。Culhane 补充说，如果两三个家庭共用一台，就能生产出足够的有用燃料，他们的邻居就会看到火焰，甚至可能愿意亲手切碎食物垃圾，自己点起火焰。

第二天，在穆库鲁学校的厨房里，卡尔汉将注意力集中在一个没人使用的金属水槽上，这里是安装刚刚从飞机上运来的 InSinkErator 的理想地点。他和学校的美术老师戴维·雷德蒙德花了半天时间寻找破旧的工具和磨损的延长线，并钻出排水口以安装处理器。另一位老师亨利·奥基奥也伸出了援手，当工作终于完成后，一条管道将 InSinkErator 的废物直接从厨房输送到消化器中。另一根管道将燃料输送到从 Jamhuri 能源中心购买的沼气炉中。

运行 InSinkErator 需要少量电力，如果它坏了，有人必须订购零件并爬到水槽下面去修理。但除此之外，这是一个无缝系统，几乎是一个闭环。卡尔汉说，它所需要的只是细菌和垃圾。肯尼亚人距离任何可靠的能源基础设施数千英里，他们临时搭建了一个几乎与美国任何厨房一样可靠的系统。卡尔汉转动旋钮。燃气就出来了。

希拉里·罗斯纳 (Hillary Rosner) 在 2009 年 7 月刊中撰写了有关水动力、储存碳排放的水泥以及深水涡轮机的文章。