可持續城市將廢物變廢為寶

2015年12月20日，中國深圳發生城市垃圾堆坍塌事件，造成至少69人死亡，數十棟建築物被毀。這場災難使人們想起了2008年反烏托邦兒童電影《機器人瓦力》中描繪的垃圾塔，該電影描繪了一個可怕而真實的設想，即我們的垃圾可能會不受控制地堆積起來，將我們擠出我們的棲息地。將現有城市轉變為可持續城市（一個保護地球而不是破壞地球的城市）的有效方法是減少所有廢物流，然後將剩餘物用作資源。一個過程產生的廢物成為另一個過程的原材料。

世界各地的人們繼續向城市中心遷移，這使城市處於解決全球資源問題的有利地位。市長們正在承擔更多設計解決方案的責任，僅僅是因為他們不得不這樣做，尤其是在一些國家對解決環境問題的國家熱情已經降溫的情況下。2015年12月在巴黎達成的國際氣候協議也承認了城市的核心作用。在會談期間，1000多名市長湧向法國首都，分享他們減少排放的承諾。改變建築規範和投資能源效率只是許多城市領導人表示他們可以比國家政府更快啟動的兩個起點。

城市加強行動是有道理的。其中一些城市——紐約市、墨西哥城、北京——容納的人口比整個國家還多。城市景觀是我們生活管理的挑戰以集中形式碰撞在一起的地方。城市可以發揮領導作用，因為它們可以快速擴大解決方案規模，而且因為它們是改善生活質量的活生生的實驗室，同時不耗盡地球資源、不汙染空氣和水，也不損害人類健康。

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城市充斥著浪費的能源、浪費的二氧化碳、浪費的食物、浪費的水、浪費的空間和浪費的時間。減少每一種廢物流並將其作為資源而非成本來管理，可以同時解決多個問題，為數十億人創造更可持續的未來。

汙染即解決方案

關於廢物的教訓在歷史中比比皆是。倫敦醫生約翰·斯諾推斷，1848年和1854年倫敦爆發的可怕霍亂疫情是因為公共水井被汙水汙染。修建下水道是一個顯而易見的解決方案，但政治領導人拒絕了斯諾的發現，因為他的想法不符合當時的意識形態，而且這些行動被認為過於昂貴。今天的氣候科學家也受到了類似的拒絕，他們告訴我們，我們的廢物正在殺死我們，儘管是以一種更緩慢、更不直接的方式，而且解決這個問題將需要在新基礎設施上進行大量投資。斯諾後來被證明是英雄（或許我們今天的科學家也會有同樣的命運），因為新的領導人建立了雄心勃勃的公共工程專案，在人口稠密的三百萬人口的城市中塞進了1200英里的下水道，結束了霍亂問題。這項工程還創造了美麗的河堤，至今仍是倫敦城市環境的關鍵組成部分，許多人沿著河堤漫步。

這種新思維始於重新定義我們對汙染的概念。拉傑·巴塔拉伊是德克薩斯州奧斯汀市市政供水公司的知名工程師，他教給我一個關於汙染的新定義：錯位的資源。物質如果位置不對，就會有害：我們的身體、空氣、水。但在正確的位置，它們是有用的。例如，與其將固體廢物送到垃圾填埋場並支付費用，不如將其焚燒以發電。一個百萬人口社群的汙水每年可以開採出數百萬美元的黃金和其他貴金屬，用於當地製造業。

這個想法符合所謂的迴圈經濟的更大概念——社會的不同行動和過程相互有益地注入。簡而言之，當你用盡想象力時，廢物就是你擁有的東西。

少即是多

減少浪費的一個顯而易見的地方是漏水的自來水管道。城市用水通常有驚人的 10% 到 40% 在管道中流失。而且由於市政當局已經淨化了這些水併為水泵供電以輸送這些水，洩漏也浪費了能源。

能源消耗本身是令人難以置信的浪費。城市消耗的能源有一半以上作為廢熱從煙囪、排氣管以及加熱器、空調和電器的背面釋放出來。使所有這些裝置更高效可以減少我們需要生產、分配和清理的能源量。

垃圾是另一種需要整合的廢物流。美國平均每人每天產生超過四磅的固體廢物。儘管努力堆肥、回收或焚燒其中一部分，但仍有一半多一點被傾倒在垃圾填埋場。減少包裝是減少這種體積的一種方法，同時也會產生其他好處。例如，沃爾瑪等大型零售商發現，減少包裝可以減少運輸所需的卡車數量，並增加展示商品的貨架空間。

浪費食物本身就是一個令人心碎的問題。儘管全球許多地方都存在饑荒和食物短缺，但美國人扔掉了 25% 到 50% 的可食用食物。食物需要大量的能源、土地和水來種植、生產、儲存、製備、烹飪和處理——因此浪費食物會留下嚴重的印記。美國（例如“我珍惜食物”運動）和英國湧現的倡議是朝著解決這個重要問題邁出的第一步。

將廢物變廢為寶

一旦城市減少了廢物流，就應該將一個城市過程產生的廢物用作另一個城市過程的資源。這種安排很少見，但引人注目的專案正在興起。現代垃圾發電系統，例如蘇黎世的一個系統，可以清潔地焚燒垃圾，其中一些系統，包括佛羅里達州棕櫚灘的一個系統，可以回收燃燒後剩餘的粗砂灰燼中 95% 以上的金屬。德國的於恩德等鄉村，利用牛和豬的糞便產生足夠的沼氣，為他們的大部分房屋供暖或供電。我在德克薩斯大學奧斯汀分校的研究小組已經證明，德克薩斯州新布朗費爾斯的一家水泥廠可以燃燒由不可回收塑膠製成的燃料顆粒，而不是煤炭，從而避免二氧化碳排放和煤礦開採的影響。

即使是填埋在垃圾填埋場的垃圾也可以提供一些價值。城市可以收集廢物分解時產生的甲烷，這顯然比燒掉（燃燒掉）氣體或只是讓甲烷飄到大氣中要好得多，甲烷在大氣中捕獲的熱量比等量的二氧化碳多得多。發電機可以將收集到的氣體轉化為電力。溫哥華的垃圾填埋場提取甲烷並燃燒甲烷，為附近種植番茄的溫室供暖。

即便如此，垃圾填埋場仍然會洩漏。這啟發了溫哥華，該市已承諾成為地球上最綠色的城市，為居民提供單獨的垃圾箱，用於存放垃圾和有機物（食物殘渣、庭院剪報和樹枝修剪物）。官員們希望市民正確使用它們，並部署城市檢查員檢查垃圾運輸車是否正確傾倒已分類的垃圾。該市利用有機廢物產生甲烷，同時產生被稱為改良劑的固體，可以使土壤更肥沃。這些解決方案一次性解決了多個問題——節省了原本需要購買的能源費用，減少了對昂貴的垃圾填埋的需求，並避免了不必要的土地使用和破壞——同時改善了農業。

奧斯汀市對廢水汙泥也做了類似的事情，將其透過厭氧消化池製成沼氣，然後出售或在現場用於發電。它將剩餘的固體轉化為一種流行的土壤改良劑，稱為犰狳土（參考犰狳，當地的一種生物）。該市通過出售犰狳土賺錢，抵消了部分廢水處理成本。儘管堆肥在居民中越來越流行，並且是一種值得追求的趨勢，但做得不好實際上可能會導致更多的甲烷排放。對於奧斯汀市來說，居民將食物殘渣倒入下水道並透過研磨機進行處理更有意義，這樣城市汙水處理廠的工業規模收集器就可以完成堆肥機的工作，但效率更高。

廢熱是另一個巨大的機會。收集廢熱很困難，因為低溫很難轉化為電能。美國宇航局開發了熱電發電機，用於其航天器，但該技術昂貴且效率低下。然而，可以更有效地將熱轉化為電能的先進材料即將問世。一個起點是我們洗衣服、洗碗或洗澡時排入下水道的熱廢水。奧斯陸郊區桑維卡市在城市汙水管道上安裝了大型熱交換器，提取熱量為附近數十棟建築物供暖或為人行道和道路除霜。透過在夏季開啟熱泵，它可以利用部分熱量為這些建築物降溫。溫哥華非常喜歡這個想法，以至於重複了這個概念，利用廢水為數百棟建築物和奧運村供暖。

丹麥的卡倫堡共生工業園進一步發展了這個想法，它是閉環思維的典範。該工業園有七家公司以及市政設施——以電力、水、廢水和固體廢物設施為中心——相互連線，因此一家公司的廢物是另一家公司的投入。管道、電線和管道來回輸送蒸汽、氣體、電力、水和廢物，以提高整體效率並減少廢物總量，包括二氧化碳排放。例如，煉油廠的廢水流向發電廠，在那裡用於清潔和穩定燃煤飛灰。煉油廠還將廢蒸汽輸送到諾和諾德，後者利用熱量透過細菌和酵母生產全球約一半的胰島素[參見下方方框]。整個園區看起來像一個活生生的工業有機體。並且它已經證明了經濟增長與持平或減少的排放量。

資料驅動的決策

卡倫堡共生工業園模式能否在全球範圍內更大規模地複製到城市？是的，但前提是我們讓城市變得智慧。工業園是靈活的，因為它只有少數租戶和決策者，但一個城市每天有許多個人和組織對能源、水和廢物做出獨立的決策。整合它們需要一種走向合作的文化轉變，並輔以智慧技術的進步。“智慧城市”將依賴於無處不在的感測和廉價計算，再加上機器學習和人工智慧。這種組合可以識別低效率並最佳化運營，從而在自動執行各種裝置的同時減少浪費和成本。

值得慶幸的是，對於想要在不降低生活質量的情況下容納更高人口密度的規劃者來說，使城市變得智慧是一個誘人的目標。例如，在人口和公共衛生問題嚴重的印度，總理納倫德拉·莫迪宣佈他打算將 100 箇中小型城市改造成智慧城市，作為一種可能的解決方案。

“智慧”這個綽號本身就是對大多數城市是愚蠢的指責。這種指責成立，因為充斥著廢物的城市似乎在盲目運轉。美國國家科學基金會剛剛啟動了一項名為“智慧互聯社群”的重大研究計劃，以幫助城市更好地利用資料。順便說一句，這個名稱表明智慧是不夠的——系統和人之間的互連也很重要。

智慧城市在很大程度上依賴於從廣泛的感測器網路和先進演算法收集的大資料，以快速獲得見解、得出結論並根據這些資料做出決策。然後，網際網路絡將這些分析結果傳達給整個城市的裝置。密切跟蹤每日、家庭和工業裝置用電、天然氣和用水量的智慧電錶是一個顯而易見的起點。即時交通感測器、空氣質量監測器和洩漏檢測器也唾手可得。奧斯汀的 Pecan Street 聯盟正在收集數百個家庭的資料，以瞭解訪問此類資料流如何幫助消費者改變其行為，從而在節省成本的同時減少消耗。鳳凰城等城市和科羅拉多州卡森堡等軍事基地已承諾成為能源和水的自給自足使用者，併成為廢物的淨零生產者。實現這些雄心勃勃的目標將需要大量互連的資料。

更好的交通可能會讓城市居民首次 glimpse 智慧城市的好處，從而減少浪費的時間。減少交通足跡意味著清理燃料、提高車輛效率、縮短出行距離和持續時間、提高車輛載客率並減少出行次數。如果人們住在離工作地點很近的地方，他們可以步行、騎腳踏車或乘坐公共交通工具。研究表明，修建受保護的腳踏車道可以顯著增加騎車人數，而且由於腳踏車與汽車相比佔用空間很小，因此它們可以減少道路擁堵。

無人駕駛城市還將釋放與停車相關的浪費空間和時間。如果共享或自動駕駛汽車持續行駛，而不是私家車停在家中和工作場所，停車位數量可以大大減少，從而釋放浪費的空間並進一步緩解擁堵。德克薩斯大學奧斯汀分校交通研究中心的 researchers 使用複雜的模型來確定，共享自動駕駛汽車將使城市中所需的汽車數量減少一個數量級，並將減少排放，儘管由於車輛將保持運動狀態而導致總行駛里程略有增加。通勤者可以休息、閱讀電子郵件、打電話或處理其他業務，而不是浪費時間開車。這項工作可以創造經濟價值——並縮短一個人的工作時間，以便他或她可以早點回家吃晚餐。

使我們的基礎設施更智慧無疑是解決漏水管道等基本問題的關鍵。如果儀表分佈在整個供水系統中以跟蹤流量並輕鬆查明洩漏量和位置，則識別洩漏應該很容易。英國伯明翰的研究人員開發了一種系統，該系統帶有微型壓力感測器，使用少量電力頻繁檢查和檢測供水網路中的洩漏，這比等待有人打電話抱怨水像間歇泉一樣從道路上噴出來的老技術有了很大的改進。而且總有一天我們可能會派遣智慧機器人進入管道來修復問題。

高效能感測器還將使我們在事故發生前發現和預測天然氣洩漏。天然氣洩漏不僅對環境有害且浪費資源，而且還很危險，正如我們在基礎設施老化的城市地區頭條新聞爆炸事件中看到的那樣。

很難知道智慧、有廢物意識的城市會在哪裡出現。我設想一個可能的候選者將是一個人口超過一百萬的中西部城鎮，該城鎮需要重塑自我，因為它的經濟在幾十年前就被掏空了。印第安納波利斯浮現在腦海，部分原因是它需要根據一個世紀前的錯誤決策重建供水、廢水和下水道系統。這座城市一直在投資市中心，並且正在崛起。匹茲堡正在利用其現有資產——充滿活力的城市核心、城市自豪感、市長威廉·佩杜託的前瞻性領導、卡內基梅隆大學和其他創新溫床的實力——從被煙囪定義轉變為被智力定義。事實上，優步在那裡推出了其自動駕駛汽車服務。哥倫布是俄亥俄州的首府，也是一所主要大學的所在地，是另一個值得關注的成為智慧城市的尖端實驗場所。美國交通部最近向哥倫布市授予了 4000 萬美元的撥款，以重塑其出行方式。

從這裡到那裡

將浪費成性的城市轉變為減少浪費並重複利用剩餘物的場所並非易事。聯邦政府的綜合研發投資必須與各級政府的實用政策相結合。不幸的是，研發資金最近有所下降，在美國，它可能會在特朗普政府領導下進一步下降。

投資也必須具有社會意識。研究表明，智慧城市的研發更側重於技術，而不是公民的需求。如果方式不當，智慧城市的好處可能會歸於那些已經擁有網際網路連線和先進技術的人，這隻會擴大技術差距，並在其他社會經濟分歧之上雪上加霜。

市政當局還需要幫助居民成為更聰明的公民，因為每個人每次購買產品或撥動開關時都會做出資源決策。獲得教育和資料至關重要。連線這些公民還需要合作和睦鄰友好互動：公園、遊樂場、共享空間、學校以及宗教和社群中心——所有這些都是數百年曆史的繁榮城市設計的核心原則。我們的城市越現代化、越智慧，我們就可能越需要這些舊世界的元素來讓我們團結在一起。