垃圾是可再生能源的一种形式吗？

至少从某种意义上说，我们整个社会都靠垃圾运转。自工业时代开始以来，我们电网就一直靠古老的垃圾（包括源自远古植物和恐龙遗骸的煤炭和石油等垃圾）供电。2020 年，美国使用的 3.8 万亿千瓦时电力中，大部分来自化石燃料。问题是，这些垃圾并不是用来点亮灯或给电动汽车充电的；它们本应深藏在地表之下，锁住现在充斥我们大气并造成灾难性变暖的气体。

好消息和坏消息是，我们一直在制造新的富含碳的垃圾。2018 年，美国人平均每天产生 4.9 磅令人厌恶的垃圾。这些新鲜的垃圾堆能帮助我们摆脱对死去恐龙的依赖吗？

当然，我们已经知道，我们可以燃烧碳基产品来获取能源。但简单地焚烧垃圾也有其严重的副作用。自 1885 年以来，美国一直在运行的焚烧厂会排放氮氧化物、二氧化硫、颗粒物、铅、汞和二恶英等毒素。它们还会排放出大量的温室气体：超过煤炭排放量的一半。这个过程甚至不是很高效，只能提取垃圾潜在能量的一小部分。克莱姆森大学能源系统项目执行主任 Johan Enslin 说：“在这个过程中，很多能量都流失了。”

幸运的是，燃烧垃圾（无论是新的还是数百万年前的）并不是将其转化为燃料的唯一方法。以天然气为例：在地底深处，有机物分解并压缩形成甲烷（化学式为 CH ₄ ）。我们将这种副产品称为天然气，自 20 世纪 60 年代以来，天然气一直为电网提供大量电力，如今其发电量比煤炭和石油的总和还要多。

我们堆积如山的废弃物意味着我们地面上也有同样的甲烷。由于垃圾填埋场和粪池中缺少氧气，现代垃圾分解成甲烷的方式与古代地下垃圾大致相同。人们有充分的理由去捕获这种气体：甲烷在捕获大气热量方面的能力是二氧化碳的 25 倍以上，而城市固体废物填埋场是美国第三大与人类有关的 CH ₄排放源。

沼气就是其中的一种，它是从腐烂的垃圾中自然产生的二氧化碳和甲烷的混合物。自 19 世纪末以来，人类就以各种方式利用了这些垃圾填埋场产生的沼气，如今欧盟一半以上的沼气都用于发电。

有几种不同的方法可以将这些垃圾转化为电压。最古老的方法涉及一种称为厌氧消化器的容器：有机物被放入缺氧罐中，在几天或几个月内分解。产生的气体通常用于驱动产生电力和热量的内燃机或涡轮机。沼气还可以通过燃料电池产生电压，燃料电池利用化学反应将氢原子分离成电子和质子。然后带负电的粒子通过电路，产生能量，排放量比燃烧少。

目前，沼气生产者分为三类：生物消化器、垃圾填埋气回收系统和污水处理厂。垃圾堆项目目前是全国沼气生产的主要来源，产生约 170 亿千瓦时的电力，不到我们年用电量的一半。

农场和污水处理设施可能是提高美国沼气使用量的关键。目前，全美只有 20 家奶牛场和畜牧场将粪便转化为电能，发电量仅为 1.73 亿千瓦时，几乎不足以维持全国 30 分钟的照明。但美国环保署估计，全美有 8,000 多家农场可以回收沼气。每年可再产生 160 亿千瓦时的电能。截至 2017 年，全美只有 860 家污水处理厂利用垃圾金矿来生产沼气，而其他 15,000 多家设施则将类似的污泥送往垃圾场和焚烧炉。

当然，弥补这一差距仍然无法满足我们所需的全部能源需求。但烤垃圾可以填补可再生能源拼图中缺失的一块。在阳光微弱、风力不强的日子里，动物——还有人类——将继续排便。

释放这一潜力在很大程度上取决于政策变化。世界其他国家已经向我们展示了如何做到这一点。2009 年，欧盟规定欧盟 20% 的能源必须来自可再生能源，早在 1990 年代，德国等国家就开始使用激励措施将更绿色的电力引入电网。因此，2015 年欧盟生产了全球约一半的沼气也就不足为奇了。随着拜登政府的新目标——到 2035 年使美国电力行业“无碳污染”，美国可能有机会迎头赶上。

甚至在白宫颁布强制要求之前，2019 年初至 2020 年底期间，可再生天然气管道项目的数量就从 219 个猛增至 312 个。根据环境与能源研究所的数据，可再生甲烷和沼气资源有朝一日可以取代美国 10% 的天然气。

那么，我们能只用垃圾来运行整个电网吗？可能不会。风能、太阳能和水力发电可能具有单独为整个电网供电的潜力。但利用地球上的垃圾可以帮助我们最大限度地利用甲烷，否则甲烷会继续充斥我们的​​大气层。我们只需要确保从我们用恐龙为所有汽车和工厂供电所犯的错误中吸取教训。

这个故事最初刊登在 PopSci 2022 年春季 Messy 期刊上。阅读更多 PopSci+ 故事。