以下摘自 Lina Zeldovich 的著作 《另一种暗物质：变废为宝、变废为利的科学与商业》。
又是一个以色列内盖夫沙漠的炎热天气，本古里安大学的几位研究人员正在搭建一个简易厕所。这个临时厕所基本上是一个固定在金属框架上的马桶座，下面是一个塑料袋收集器，其便利性最低，通常用于科学家在偏远地区工作，那里甚至连便携式厕所和公共厕所都不存在，或者周围的生态系统过于脆弱，无法处理人类排泄物。但在这个案例中，厕所本身就是研究的一部分。这项研究的重点是厕所的内容物及其为人类文明供能的潜力。简单地说，科学家们想看看他们是否能将粪便转化为煤炭。
厕所安装好后，几个人每天都会使用它，将粪便排入袋中。本古里安大学环境水文学与微生物学系的系主任 Amit Gross 说：“我们称他们为‘粪便志愿者’，他的团队专注于将废物转化为资源的方法。每天结束时，收集到的物质会在高压灭菌器中加热，以杀死细菌，使其安全供研究人员使用。Gross 说，戴着口罩、手套和实验服的学生们将干燥的粪便在研磨机中粉碎——以降低令人作呕的程度。“一旦粉碎，它就更容易处理了，”他解释了他们项目的挑战。“这种材料可能令人非常反感。但在粉碎后，你会有点忘记你在处理什么。”
一旦物质被还原成深褐色粉末，真正的实验就开始了。研究人员将干粉末与水混合，分成小批，装入九个 50 毫升的实验室反应器中，这些反应器设计在高压和高温下运行——然后开始“烹饪”所有这些粪便。
厨师喜欢尝试各种食谱以获得最佳效果，而本古里安大学的研究人员也不例外。他们尝试了不同的烹饪时间和温度。他们将批次加热到 180°C、210°C 和 240°C。他们让其中一些炖 30 分钟，一些炖一小时，另一些炖两小时。然而，所有批次都有一点是相同的——它们是在有水但没有氧气的情况下烹制的。
这种被称为水热碳化 (HTC) 的方法产生了水炭——一种由水和碳化生物质颗粒组成的棕色浆状物。与通过闷烧干燥生物质制成的木炭或生物炭不同，水炭是在水中炖煮的。由于不需要消耗热量来蒸发水分，这种方法所需的能量更少。“去除水分是耗能的，”Gross 解释道。“通过保留水分并使用更高的压力和更低温度，我们使用的能量要少得多。”
这种水炭浆具有双重用途。这些颗粒可以分离成具有类似煤炭燃烧特性的粉末，并可以送入燃煤发电厂的工业熔炉。液体可以作为安全的有机肥料使用，因为在烹饪过程中没有病原体能够存活。
水炭之所以能像煤炭一样燃烧，是因为它的形成方式与煤炭相似。本古里安大学团队用来创造它的条件在一定程度上模仿了地球内部的地质条件，这些条件导致了化石燃料的形成。化石燃料的名字来源于古代生物和植物的化石遗骸——这些生物和植物死后被埋藏在许多其他有机物的层下。煤炭沉积物大约在 3 亿年前的石炭纪开始形成，当时地球被茂密的森林覆盖。当海水偶尔淹没林地，将树木和植物困在沼泽地带时，植物就被埋在植被层下，变成了泥炭沼。不断堆积的植被层将植物物质压入地球深处，那里的更高压力和温度加上缺氧，缓慢地将有机分子转化为构成煤炭的长链碳氢化合物。
Gross 进入“废物烹饪生意”始于家禽业的排泄物。根据来源的不同，全球家禽农场每年排放 6.25 亿至 9.38 亿吨垫料。家禽垫料富含碳和氮，这是能源产生的必需化学元素。与可以散布在牧场上的牛粪不同，家禽粪便被堆积在围栏内。这是一种有吸引力的废物形式，因此该团队收集了附近农场的粪便，用研钵和研杵将它们磨成粉末，然后进行烹饪——干的、湿的、不同温度等等。项目中的另一位研究员 Vivian Mau 说，产生的水炭与煤炭非常相似，可以直接送往发电厂。它甚至已经是粉末状的，而许多发电厂更喜欢粉末状，因为他们会粉碎煤炭。“实际上，它非常契合，可以立即用作发电机燃料，”Mau 说。
她补充说，水炭可以压制成用于烹饪和烧烤的煤球。她的团队有一天想在家禽粪便烧烤会上进行一次烧烤。他们想用一只鸟的粪便制成的水炭烤制这只鸟——然后吃掉它。因此，理论上，一只感恩节火鸡可以用它在其一生中产生的粪便来烤制。Mau 认为，它很可能还会散发出好闻的味道。燃烧时，水炭不会产生任何异味，反而会产生宜人的香气。“它闻起来像咖啡，”她说。看看火鸡是否会散发出早晨咖啡的香气会很有趣。
根据该团队的计算，全球的家禽粪便可以替代约 10% 的发电用煤，从而减少化石燃料的使用。液体可以被输送到农田——就像 19 世纪的污水农场一样，而且完全没有病原体。
但人类粪便在能源产生潜力方面优于禽类粪便。与主要以植物为食的鸟类不同，人类的饮食非常多样化，其排泄物中含有更多的油脂，这有助于燃烧。“我们吃很多脂肪，所以这可能是我们最终产生油性粪便的原因，这改变了它的性质，”Gross 说。这就是为什么人类粪便的能源潜力高于鸡粪。“人类排泄物是一种有趣的材料，”Gross 说。它比典型的粪肥更有前景。而且它还可以被“烹饪”成其他形式的能源。
改编自 Lina Zeldovich 的著作 《另一种暗物质：变废为宝、变废为利的科学与商业》。版权所有 © 2021 Lina Zeldovich。 @LinaZeldovich。
