推行循環永續社區,先來談談你和我的…排泄物

文 / 陳霈軒(熱愛大自然和熱愛青蛙的環工人)

城市的發展不僅需要能夠符合現今社會的價值觀,更需具有前瞻性,而低碳社區甚至是零碳社區則是我們目前所致力追求的目標,但究竟適合臺灣的零碳社區將會是以什麼樣子的型態出現呢?

智慧城市?不如先來一個永續的智慧社區

當我們在談論最具科技性的智慧城市的同時,往往把焦點放在物聯網、雲端運算或人工智慧等科技上,卻時常忽略城市發展「永續性」這項重要的指標。人類在創造科技進步和城市發展的同時,更應該投入資源以創造更加永續且為下一代著想的生活模式。

關於永續社區,我們還可以做些什麼?除了將物聯網概念納入其中外,更應該思考社區中究竟有哪些資源具有再利用的價值,並將其取出作深入研究。人類所產生的日常廢棄物,包含糞便、尿液、廚餘、洗衣廢水等,都是含有高營養成分的有機廢棄物,具有再利用的價值。理論上,這些污水會經由下水道排至水資源回收中心進行處理,但臺灣下水道建設速率緩慢(全台灣公共污水下水道接管率約為 37%),目前多數的物質仍舊被排入化糞池或排水溝中,而沒有妥善地再利用。倘若這些物質能夠透過分流的手段將其各別收集起來,妥善利用後再排出社區,理應能夠發揮其最大效益。

這種作法以社區作為主體,是考量到人口數量所能帶來的經濟效益,雖然有可能不具有經濟規模性,但其所能帶來的永續性卻具有長遠意義。舉例而言,透過收集糞便或廚餘進行共消化,能夠對污染物進行厭氧消化和產生甲烷,並可用於供給區域發電系統,此舉亦符合歐洲智慧型電網平台(European Technology Platform Smart Grids)於 2006 年所指出的分散式發電系統。若進一步搭配太陽能、再生能源的分散式發電系統,則可以有效地提升用電效率,減少集中式的發電及配電系統經過長距離運輸所造成的能量耗損;同時,也因為社區污染物已經分散式小規模收集處理,能夠暫時彌補下水道建設比例的不足。或許這些手段實施起來相當不容易,但筆者確信能夠為永續社區帶來些不同的面貌。

便便幫你發電,尿尿幫你減碳

在生活污水中,糞便和部分廚餘適合用來進行厭氧消化以取得甲烷(天然氣),而尿液則因為氮磷比例恰好落在微藻生長區間,適合用以養殖特定種類之微藻並取得其中的生物材料。特別提到微藻,是因為微藻除了可以用於去除尿液污染物,更可以吸收大氣中的二氧化碳進行光合作用。這點恰好能夠與前面提到的厭氧消化發電系統結合,將甲烷燃燒發電後所產生的二氧化碳回頭供給微藻培養系統行光合作用,達到減碳、除污、創造綠色循環等多贏的局面。

回到糞便和部分廚餘厭氧消化取得甲烷的討論。研究表明同時混入多種料源進行共消化時能夠提供微生物代謝更加平衡的環境,遂能夠提升甲烷產量。舉例來說,目前的研究發現當豬糞加入甘油時,甲烷的產量遠比單純使用豬糞時多出 4 倍!當我們將共消化列入考量時,那麼在規劃永續社區時,除了收集糞便外也可以收集廚餘、廢油等物質,或許都能夠有效使永續社區內的甲烷產量大幅提升喔!

對於社區而言,這些生產出來的甲烷可以有兩種用途,純化後當成瓦斯使用或電力供給的來源。當我們將甲烷作為瓦斯使用前,需要先經過純化的步驟並將其儲存起來,再經由管線送至家庭使用。雖然有些人可能會對這種設施感到有安全疑慮,但其實仔細想想一般時期我們的瓦斯管線其實也就是埋在地底下並送至各住戶中,表示目前的技術顯然已經能夠妥善克服這類的安全問題。而當甲烷作為電力來源使用時,可以搭配太陽能發電系統進行調配作業,使社區的用電方式能夠更加多元,以降低電力匱乏的風險!而甲烷經過發電機燃燒產生的二氧化碳,就可以供給前面提及的微藻系統使用囉!藉此我們或許能夠讓厭氧消化由原先的碳中和發電方式轉變成為負碳的發電方式喔!

(圖片繪製:傅雅祺)

挑戰全自主發電的可行性,肩負起對下一代的責任

不過現在這些設備的價格和操作方式並非那麼平易近人,都需要專業訓練人員和符合經濟價值才行,而這套系統是否能夠順利運轉也取決於是否有足夠的污染源進入系統之中。不可否認的是,人類造成的污染是移動性的,而非像養殖動物侷限在一處空間內,若一社區內所累積的污染存量不足後非常容易造成已成形的微生物系統崩解,使發酵系統失靈。除此之外,欲收集這些廢棄物時也會衍生額外的臭味逸散之問題,雖然現在的科技已能夠解決這類問題,但其所衍生的建置成本則會使人望之卻步。

不過,當我們能夠綜合考量人類對環境所造成的負面影響、長距離電力運輸及維護成本、下水道運輸及維護成本時,那麼這個方法或許能夠讓整體社會帶來些許進展。未來的永續社區除了能夠提供居住,更是肩負起對下一代的責任,挑戰全自主發電的可行性。同時也一併將污染源直接進行現地處理,創造零碳排放、零污染的生活環境,加以提升生活水平並創造前所未見的商業模式。

厭氧消化係蝦米?!
厭氧消化(Anaerobic digestion, AD)又稱作沼氣發電,是描述討厭氧氣的微生物在無氧的環境中將複雜有機物分解並利用的一個過程,而這個過程所涉及的污染物降解乃至於產生甲烷的反應機制相當複雜且冗長。

目前臺灣主要利用厭氧消化最多的產業就是畜牧業(養豬),因為科學家發現厭氧消化所產生的甲烷具有經濟價值,而豬豬們所產生的排泄物正好又是非常適合厭氧消化中微生物的營養來源。根據台電的統計數據,目前每年僅有約 2% 的發電量是來自厭氧消化,但這很明顯代表厭氧消化還有許多努力的空間。

以基載電力的角度考量,風力和太陽能發電這兩大再生能源雖然是目前政府主力投資的項目,但這兩項相當易受環境之不穩定性影響(颱風、陰天)而致無法發電;此時,若能夠將厭氧消化(沼氣發電)納入電力結構的一環中,那麼或許能夠幫助風力和太陽能發電應付無法應用的時刻,使厭氧消化成為有潛力的基載電力候選人(請支持我一票~~)!
微藻各係蝦?!
微藻其實就是大家耳熟能詳的藻類(Algae),其細胞內含有葉綠體(Chloroplast)或葉綠素(Chlorophyll),而這個東西能夠幫助微藻進行光合作用,幫助固定大氣中的二氧化碳並排出氧氣。根據科學家們所估計,微藻所能固定的二氧化碳量高達全球固碳量的 40% 以上,而微藻也是幫助我們地球在數百萬年前大量的吸收大氣中的二氧化碳,且幫助地球降溫的一大功臣喔。

微藻除了可以吸收大量的二氧化碳,也可以去除環境中大量的氮和磷。既然如此我們就必須要讓微藻適得其所,這樣才能讓它發揮最大的功效。以資源再利用的角度而言,燃燒後的沼氣所生的二氧化碳和尿液將會是微藻最愛的環境。因此,若在整個系統穩定的前提下,透過這樣子的串聯系統,除了能夠幫助永續社區進行簡易的污染處理外,更可以透過微藻進行減碳。

封面照片來源:pikist.com


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陳霈軒

環境工程師,夢想是能夠像青蛙能夠游蛙式游得那麼好,還有創造足以提供人類和青蛙共生共存的永續環境。雖然夢想遙遠,但還是要勇敢展開雙手擁抱未來。
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