【环球科技】
撰文 米切尔·E.韦伯（Michael E. Webber）（美国）
翻译 张雪华
城市生活通常会产生大量的垃圾，如何让这些看似无用的废弃物变成资源，成了推动绿色城市的关键一步。
1.城市化困境
2008年的反乌托邦动画片《机器人总动员》描绘了一幅垃圾山走入现实的画面。这个故事骇人听闻，但却非常真实：我们的垃圾会不受控制地堆积，将我们排挤出自己的家园。要想将一座城市的发展变得可持续，让它保护地球而不是破坏地球，最有效的方法是减少我们排放的废弃物，把这些材料当作资源再次利用，让前一个流程生成的垃圾，变成后一个流程需要使用的原材料。
光明图片/视觉中国
在全世界范围内，城市化是一种趋势，这就让城市成了解决全球资源问题的关键一环。各地的官员都在想办法承担起责任，解决城市化面临的问题。他们也必须这样做，因为部分国家或地区为解决环境问题而激发的热情已经在逐渐降低了。2015年12月在巴黎签署的国际气候协定中，人们也认识到了城市在这个过程中扮演的核心角色。全球1000多位市长在气候谈判期间聚集在法国首都，分享他们的减排承诺。许多官员都表示，改变建筑规范，向能效管理项目投资只是起点，他们可以更高效地开始各项行动。
城市先行，意义重大。如纽约、北京、墨西哥城这样的城市，居住的人口比有些国家的总人口都多，而城市环境是多种挑战集中爆发的地方。城市之所以能引领可持续发展，是因为它们可以将解决方案快速规模化。而且，城市也是一个活的实验室，可用来研究怎样改善才能生活，同时又不会耗尽地球资源、污染空气和水，或者损害人体健康。
如今，城市里充斥着被浪费的能源、二氧化碳、食物、水，空间和时间。尽量减少每一种废弃物，并且把它当作资源来管理，或许可以同时解决多个问题，为几十亿人创造一个更可持续发展的未来。
2.面对污染
历史上，关于废弃物的经验教训有很多。1848年到1854年间，英国伦敦爆发了霍乱，当地医生约翰·斯诺推断，公共水井被下水道污水污染是重要原因，因此修建下水道就成了最首要的解决方案。但是，政府官员无视了斯诺的发现，一方面因为他的致病理论与主流观念不符，另一方面是他的解决方案实在太过昂贵。当今的气候科学家也遭遇了类似的压力。这些科学家告诉我们，废弃物正以一种非常缓慢、间接的方式消灭我们，解决这个问题需要大力投资新型基础设施。当年的斯诺已经被看作是一位英雄人物，或许今天的科学家也会有相同的命运。后来，伦敦的新任官员启动了一项雄心勃勃的市政项目：在拥挤的城市里（当时伦敦住了300多万人）修建一条长达1200米的下水道，解决了霍乱问题。这项工程同时也把泰晤士河畔改造成了景色优美的河堤，时至今日，这依然是伦敦城标志性的景色之一，每天都有很多人沿着河堤散步。
如今，只把垃圾冲走，已经很难满足人们的需求。在尽力减少垃圾总量的同时，我们应该打造闭合圈，重新利用残余物。首先，减少垃圾的产生，然后，重新利用这些垃圾。
新思路的开启有赖于重新定义污染物的概念。瑞·巴塔依是美国得克萨斯州奥斯汀市政自来水公司一位著名的工程师，巴塔依告诉我：垃圾是放错位置的资源。如果被放错位置，垃圾会对我们的身体、空气和水产生危害。但是放对位置，垃圾就是有用的。比如，如果不花大价钱把垃圾当固体废物填埋，其中的一些就可以用来焚烧发电。在一个100万人居住的社区，每年产生的污水中可以回收到价值数百万美元的黄金和其他贵重金属，这些材料都可以供当地制造业使用。
这个观念符合一个涵盖范围更大的概念——“循环经济”，后者指的是社会中不同的行为或过程，都是为另一个行为或过程提供原材料。简单来说，废物是当你的想象力枯竭的时候才存在的。
要想减少浪费，首先应该从漏水的管道入手。你可能不知道，一个城市10%~40%的水资源都是在管道中损失的。不仅如此，市政部门为了清理这部分浪费的水，还需要驱动水泵，这又加剧了能源的浪费。
能源消费本身就存在严重的浪费。城市消费的能源中，一半以上都变成了从烟囱、排气管、加热器后背散发的无效热能，空调和家用电器也会排出很多无效的热能。想办法让这些设备高效运行，就能减少我们生产、传输以及清理时所需的能源。
垃圾是另一种需要加强管理的废物流。在美国，每人每天会产生超过1.8千克的固体废物，尽管其中一部分会用来制造有机肥料，循环利用或者焚烧发电，可是剩余的一大半垃圾仍然会被倒入填埋场。减少包装能有效减少垃圾，不仅如此，它还能产生其他效益。比如，沃尔玛已经发现，减少包装可以减少需要运输的货物量，同时还能空出更多的货架用来展示其他货物。
食物浪费也是很让人心痛的一个问题。尽管世界上很多地方还存在饥荒和食物短缺，美国人却扔掉了25%~50%的食物。食物种植、生产、贮存、加工、烹饪以及后续回收处理，都需要消耗大量的资源，包括能量、土地和水。因此，美国和英国已经涌现出了一些保护食物的运动，比如“我珍惜食物”运动，这或许是解决食物浪费问题的良好开端吧。
3.让垃圾发挥作用
当城市开始减少废物流时，它们应该将一个流程中产生的废物转化为另一个流程需要利用的资源。这种利用方式现在还很少，但是具有吸引力的项目正不断涌现出来。新型的“垃圾—能源”利用系统会让垃圾焚烧变得清洁，瑞士苏黎世的焚烧厂就是很好的例子。在部分焚烧厂中，飞灰中95%的金属都是可回收的，比如位于佛罗里达州棕榈滩的焚烧厂就可达到这个效率。
即使已经被倒入填埋场的垃圾，也可以提供一些价值。工厂可以收集垃圾分解过程中产生的甲烷气体。首先，甲烷是一种比二氧化碳更强效的温室气体，比起直接燃烧或者排放到大气中，收集再利用，能够明显改善它对环境的影响。不仅如此，发电机还可以将这种可燃气体转化为电能，在温哥华，垃圾填埋场收集并燃烧甲烷气体，为附近种植西红柿的温室提供了热量。
即便如此，填埋场依然会产生渗滤液。加拿大的温哥华承诺要成为地球上最绿色的城市，为此市政当局开始给居民提供了专门收集垃圾和有机物的垃圾桶（剩饭剩菜、割下的草皮和修剪掉的树枝）。政府希望市民能正确使用分类桶，还调用城市督察员检查垃圾清运工填埋的垃圾分类是否正确。这个城市利用有机垃圾制造沼气，同时生产可以使土壤变得更肥沃的固体肥料。
这些解决方案能同时解决很多问题：节约能源费用，减少了土地填埋的需求，避免了不必要的土地使用和破坏，同时还提升了农业的质量。
得克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队也在用类似的方式利用废水中的污泥，通过厌氧分解池用污泥生产沼气。这些沼气可以就地制造热能，也可以向周围地区售卖。剩下的固体物质也能转化为一种很受欢迎的土壤改良剂，一般人们称它为Dillo污泥。出售Dillo污泥获得的收益，可以用来抵销处理污水的部分花费。用堆肥的方式处理垃圾在城市居民中很受欢迎，使用率也在上升。不过，值得注意的是，这种方法使用不恰当很容易导致大量甲烷直接排向大气，造成污染。在奥斯汀，居民利用粉碎机粉碎食物残渣后，直接把它倒入下水道更合理，因为城市的工业级污水厂可以取代家庭用的堆肥器，且效率要高得多。
废热的再利用也蕴藏着巨大的机会。由于废热的温度较低难以被转化为电能，要收获这部分热量是相当困难的。美国航空航天局开发了一种热电发电机，可以把废热转化为电能，但是这项技术造价昂贵，效率也不高。不过，可以高效地将热能转化为电能的先进材料也即将问世。我们可以先尝试把洗衣服、洗餐具或者洗澡时流入下水道的热水利用起来。在挪威奥斯陆的郊区桑维卡，城市废水管道中就安装了大量热量交换器，它可以吸收热量给附近大量的建筑供暖，或者为人行道和路面解冻。夏天，通过热泵，这个城镇还可以用部分热量给建筑降温。
丹麦的凯隆堡共生体系是闭环思维的一个先锋性的案例。这个工业园区有7个公司，还有以电、水、废水和固体废物处理设施为中心的全套市政设施，这些设施相互连接，一个设施出来的垃圾可以转入另一个设施，当原料使用。管道、电线和导管来回运输蒸气、气体、电力、水和废物，以此提高总效率，减少包括二氧化碳在内的所有废物。比如来自炼油厂的废水流向发电厂，被用来清洁和固定煤炭焚烧产生的飞灰；炼油厂也把废蒸气送到诺和诺德公司，该公司利用这部分热量，通过细菌和酵母生产了占世界总产量50%的胰岛素。整个园区看上去像一个活的工业有机体。它证明，在不产生或者减少排放的情况下，也是可以实现经济增长的。
4.用数据说话
很多城市的决策者想容纳更高密度的人口，同时不降低生活质量，值得庆幸的是，智能化城市能够满足他们的需求。“智能”这个词本身就显示出大多数城市是相对笨拙的。而这个指责也是站得住脚的，因为很多城市都在充满废物的环境中盲目运转。美国国家科学基金会刚刚宣布了一个重要研究计划，名为“智能连通社区”，目的就是协助城市更好地使用数据。
智能城市非常依赖广泛分布的传感器网络收集的大数据，以及通过先进的算法对数据进行的快速分析，在这些数据的基础上，才能得出结论做出决定。随后，相互连接的网络会将这些分析传递给整个城市的设备。
智能仪表能准确地追踪家庭和工厂每时每刻的电量、天然气和水的使用情况，建设智能城市正好可以从它们开始。目前，实时的交通传感器、空气质量监测器和泄露探测器也已经问世。美国奥斯汀的山核桃联盟正在收集成百上千户家庭的数据。通过研究分析这些数据流，我们就能知道如何帮助顾客改变他们的使用习惯，既减少用量又节约成本。
良好的交通环境可以让市民直观地认识到智能城市有益于节省时间。减少交通产生的碳足迹意味着使用清洁燃料，提高交通工具的效率，减少出行距离和时间，增加车辆搭载人数以及减少出行的次数。如果人们的居住地离工作地点很近，他们就能走路、骑自行车或者乘坐公共交通上班。研究表明，修建自行车专用道会使骑自行车的人大幅增加，相比于汽车，自行车只需要很小的空间，可以减缓道路堵塞。
在一个车辆使用率较低的城市，浪费在停车上的时间和空间也会减少。共享汽车或者自动汽车的出现，可以取代停放在家里或者工作地点的私家车，将使停车占用的空间明显下降。这又让城市可以进一步利用被浪费的空间，缓解交通拥堵。得克萨斯大学奥斯汀分校交通研究中心的研究人员使用复杂的模型法得出了一个结论：虽然让汽车持续在公路上运行会增加总的行驶距离，但是共享和自动驾驶汽车的出现，能让城市所需的汽车数量减少一个数量级，有效降低排放。共享汽车可以让市民免于自己开车，人们就可以利用这些时间休息、查邮件、打电话或者进行其他工作，从而创造经济价值。或许，这还能减少人们的上班时间，尽量早点回家吃晚饭。
要想解决前面提到的水管漏水之类的问题，让我们的基础公共设施变得更加智能显然非常关键，如果智能仪表被安装到整个输水系统中，就能追踪流量，轻松查明泄漏的数量和位置，使问题更容易得到解决。
英国伯明翰市的研究人员发明了一套具有微压传感器的系统，这些传感器的耗能很小，可以频繁地检查和发现水网中出现的泄露，相比以前等着用户打电话、抱怨水像喷泉一样喷出路面，这套传感系统带来的改进确实非常明显。未来，我们可能派智能机器人进入管道，从而解决问题。高性能的传感器能让我们预知和发现各种危险，比如天然气管网泄漏等。
5.迈向未来
现在，我们还很难预知智能的、具备控制浪费意识的城市会在哪里率先出现。按照我的设想，可能的候选对象是一个位于美国中西部的城市，人口100万或更多，在过去几十年间经济曾遭遇挫折需要重建。印第安纳波利斯就符合类似的条件，另一个潜在的对象是匹兹堡。匹兹堡有许多优势，例如中心区非常活跃，居民对城市充满自豪，再加上富有远见的领导，以及来自卡内基·梅隆大学的支持和众多创新团体共同培育的创新氛围，这座城市正在充分利用这些优势，实现从“烟囱”到“脑力”的产业转型。事实上，优步就是从匹兹堡开启自动驾驶汽车服务的。俄亥俄州的州府哥伦布市也有一定的潜力，这里拥有一所知名的学校，希望通过前沿性的实践转型成为智能城市。最近，美国交通部给哥伦布市4000万美元的奖励，资助其建立创新性的交通系统。
要想从随意挥霍型的城市转变为减少废物并且倡导废物再利用的城市，并不容易，美国联邦政府的研发投资必须与各州政府的实际政策结合起来。在投资时，也必须具备聪明的社会意识。研究显示，有关智能城市的研发过于注重技术，忽略了城市居民的实际需求。按照这种错误的方式，智能型城市带来的收益将集中到那些可以上网，并能获得高科技产品的人身上，而这可能会导致已经存在的社会经济分化变得更明显，让技术鸿沟进一步加剧。
城市也需要帮助居民变成更聪明的居民，每个个体在购买产品或者关掉开关的时候都是在做有关资源的决定。获得教育和数据的途径将会是最关键的。要把这些居民连接起来，也需要合作并在各种场所进行近距离交流：公园、游乐场、分享空间、学校及宗教和社区中心——几个世纪以来，这些都是繁华城市的核心设计原则。我们的城市越是变得现代和智能，我们可能就越需要一些来自旧世界的经验来把人们团结起来。
《光明日报》（ 2017年07月26日 14版）
