我们整个社会 都在依靠垃圾运转，至少从某种意义上说。亿万年来的垃圾——煤炭和石油，它们最初是古代植物和恐龙残骸等垃圾——自工业时代开始以来就为我们的电网提供动力。在美国 2020 年消耗的 3.8 万亿千瓦时电力中，大部分来自化石燃料。问题是，这些垃圾本不该被用来点亮灯或给电动汽车充电；它们应该深埋地下，封存那些如今充斥大气、导致灾难性变暖的气体。
好消息——也是坏消息——是我们一直在不断产生新的富含碳的垃圾。2018 年，美国人平均每天产生惊人数量的 4.9 磅废物。这些新产生的垃圾堆能否帮助我们摆脱对“死去恐龙”的依赖？
我们当然已经知道，可以通过燃烧含碳产品来获取能源。但仅仅焚烧垃圾也会带来其自身的负面影响。自 1885 年以来在美国运行的焚烧厂会 排放氮氧化物、二氧化硫、颗粒物、铅、汞和二噁英等有毒物质。它们还会 大量排放温室气体：比 煤炭排放 的总量还要多一半。这个过程甚至效率不高，只能提取垃圾潜在能量的一小部分。“过程中会流失很多能量，”克莱姆森大学能源系统项目执行董事 Johan Enslin 说。
幸运的是，点燃垃圾，无论是新的还是数百万年前的，并非将其转化为燃料的唯一途径。以天然气为例：在地球深处，有机物分解并压缩形成甲烷（化学式为 CH₄）。我们称之为副产品天然气，它自 20 世纪 60 年代以来一直为部分电网提供动力，并且如今的发电量超过煤炭和石油的总和。
我们堆积如山的废弃物意味着我们地表也有同样的天然气。在垃圾填埋场和粪便池中缺乏氧气的条件下，现代垃圾会以与古代地下物质大致相同的方式分解成甲烷。捕获这种气体具有巨大的经济效益：甲烷在 吸收大气热量方面，其效力是二氧化碳的 25 倍以上，而城市固体废物填埋场是美国人类活动产生的 CH₄ 排放的第三大来源。
生物燃气应运而生，它是腐烂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，人类就以各种形式利用了这些填埋场的“气体”，如今欧盟超过一半的生物燃气产量用于发电。
有几种方法可以将这些垃圾转化为电能。最古老的方法涉及一种称为厌氧消化器的容器：有机物被放入一个缺氧的罐子中，在几天或几个月内进行分解。产生的气体通常用于驱动内燃机或涡轮机来发电和供热。生物燃气也可以通过燃料电池产生电能，燃料电池利用化学反应将氢原子分离成电子和质子。带负电的粒子随后通过电路流动，产生排放量比燃烧更少的能量。
目前，生物燃气生产商分为三类——厌氧消化器、垃圾填埋场气体回收系统和废水处理厂。基于垃圾填埋场的项目目前占全国生物燃气产量的主要来源，带来约 170 亿千瓦时——不到我们年使用量的一半。
农场和废水处理设施可能是在增加美国使用量方面的关键。目前，全国只有 20 家奶牛场和畜牧场将它们的粪便转化为能源，发电量仅约为 1.73 亿千瓦时——这几乎不足以让国家亮灯 30 分钟。但环保局估计，美国有超过 8000 家农场有可能回收生物燃气。这将每年带来另外 160 亿千瓦时的能源。截至 2017 年，美国只有 860 家废水处理厂利用其“黄金矿藏”般的垃圾生产生物燃气，而超过 15,000 家其他设施则将类似的污泥运往垃圾填埋场和焚烧厂。
当然，弥合这个差距仍然不足以满足我们所需的所有电力。但“烤熟的垃圾”可以填补可再生能源拼图中的一环。在阳光稀少、风力不大的日子里，动物——以及人类——将继续排泄。
释放这种潜力在很大程度上取决于政策的改变。世界其他国家已经向我们展示了如何做到。2009 年，欧盟规定该地区 20% 的能源必须来自可再生能源，早在 20 世纪 90 年代，像德国这样的国家就已经利用激励措施来提高电网的绿色能源。因此，2015 年欧盟生产了全球约一半的生物燃气也就不足为奇了。随着拜登政府提出到 2035 年实现美国电力部门“无碳污染”的新目标，美国有机会迎头赶上。
即使在白宫发布规定之前，从 2019 年初到 2020 年底，可再生天然气输送项目数量就从 219 个飙升至 312 个。根据环境与能源研究所以及能源研究所的数据，可再生甲烷和生物燃气资源有一天可能会取代美国天然气用量的 10%。
那么，我们能仅靠垃圾运行整个电网吗？可能不行。而且风能、太阳能和水力发电本身就有可能为整个电网供电。但利用地球上的垃圾可以帮助我们充分利用本会继续充斥大气的甲烷。我们只需要确保我们吸取为汽车和工厂提供动力时对恐龙造成的错误。
这个故事最初刊登在《科普》杂志 2022 年春季“混乱”特刊上。阅读更多PopSci+故事。
