迈克•霍夫曼和他的“下一代厕所”

稿源:南方人物周刊 | 作者: 本刊记者 李姗姗 实习记者 姚梧雨童 日期: 2018-01-03

“利用科学的突飞猛进得到能源”,这句话写在迈克·霍夫曼的个人网站最醒目的位置,如果你了解霍夫曼的研究领域,以及他做出的卓越贡献,你就会发现,这句话是对他研究生涯的最好注脚。

“利用科学的突飞猛进得到能源”,这句话写在迈克·霍夫曼的个人网站最醒目的位置,如果你了解霍夫曼的研究领域,以及他做出的卓越贡献,你就会发现,这句话是对他研究生涯的最好注脚。

迈克·霍夫曼是美国工程院院士、加州理工学院工程与应用科学系教授,四十年来,他的研究领域覆盖了大气化学、光化学、环境催化、高级氧化脉冲功率等离子体化学以及污染的控制等环境科学与环境化学的方方面面。近年来,霍夫曼受到中国一些高校邀请,多次来到中国举办讲座,参加学术会议。他甚至已经有了一个中文名字——贺明开。前不久,霍夫曼再次来到中国,出席了“厕所创新大赛——中国区”的启动仪式。

变粪为宝

霍夫曼职业生涯早期的主要兴趣点在于研究过氧化氢和相关过氧化物应用于污染控制的优势,而过氧化氢现在被人们广泛用于控制污水排放系统,废水抽水池和废水处理厂中硫化氢的生成与排放。近几年,霍夫曼的研究小组开始积极研究一些与太阳能燃料制造相关的问题,其中就包括曾经赢得“第一届全球厕所创新大赛”一等奖的新型太阳能马桶。

霍夫曼设计的太阳能马桶内含有一个太阳能供电的生化反应器,它能够将收集的水和人类排泄物分解之后转化为肥料和氢气,而经过消毒处理过后的水(主要来源其实是尿液)可以用于灌溉或冲厕。

虽然处理排泄物并不是一个小的工程,但在接受美国国家公共广播电台的采访中,他曾经自信地回答:“对于一个普通家庭来说,太阳能马桶可以足够担负起转换能源的作用。假设一个家庭人数是5人,那么一天将总计产生1千克粪便和5公升水。我们的马桶在3~4小时内就可以将它们处理完。”而在北京,接受新华社记者采访时,霍夫曼说:“想象一下,一个人每天可以排泄1.5升尿液和300克粪便,如果将这一数量乘以北京人口,每天得有多少东西需要处理。”

“下一代厕所”

1775年,世界上第一个抽水马桶诞生。这项发明引发了公共卫生领域的革命。但如今200多年过去了,相比医疗、通讯等领域,厕所再也没有任何革命性的创新。另一方面,冲水式马桶需要耗费巨大的水资源,而城市中排水和污水处理系统的建设也需要大笔资金。对于很多发展中国家来说,高昂的成本往往让他们望而却步,只能降低厕所的卫生标准。全球仍有25亿人缺乏满足基本安全、卫生需求的厕所,其中约10亿人只能露天大小便。

2012年,盖茨基金会发起了“全球厕所创新大赛”,试图掀起一次新的“厕所革命”。盖茨基金会对“下一代厕所”的要求非常严苛:卫生、节能、廉价和舒适。这样的要求并没有难倒霍夫曼和他的研究小组,他们设计的太阳能马桶最终拔得头筹,获得了10万美金的奖励。

霍夫曼的太阳能马桶完全满足“下一代厕所”的所有条件。太阳能马桶用太阳能电池板为马桶内部的电化学系统供能。这样一来会产生两种物质:一种是氢气,另一种是尿液中的盐分产生的氯。氯能产生一种温和的消毒液来冲洗厕所,而氢气则能够被用来烹饪或给燃料电池充电产生电能。整个过程产生的固体残渣则可以用做化肥。

毋庸置疑,对于盖茨基金会提出的定义“下一代厕所”的所有条件,霍夫曼的太阳能马桶都能够满足:卫生:它可以去除人类排泄物中的病原体,并将其转化为可用的能源;节能:它不需要外接水源、电源以及排水管道系统;廉价:每人每天使用它的综合成本少于5美分;舒适:太阳能马桶外表美观、无异味。

就像霍夫曼的个人网站上写的那样:利用科学的突飞猛进得到能源。他一直致力于能源的循环利用。以前他作为索诺玛研究机构的共同创始人时,他就曾为NASA的一艘航天飞机设计了一个排尿系统,他也曾为海军设计过污水处理系统,还参与过为宝马汽车制造氢燃料的项目。

当霍夫曼发明出了一个可持续性的、可产生能源的太阳能马桶的消息传出来后,他的手机比往常响得更频繁了。“它(太阳能马桶)引起了广泛的兴趣”,霍夫曼在介绍项目的一个视频里说,“无论怎样,我们希望设计出的系统能够帮助发展中国家减少因不卫生而导致的疾病传播。”

在设计出获奖的模型之后,霍夫曼和他的研究小组下一步的任务是:在尽量减少成本的前提下,制作出一个可以正常运营的成品。

 

(参考文献: 盖茨基金会官网、科学美国人、经济学人集团中文网、美国公共广播电台、新华网、德稻教育机构)

 

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南方人物周刊 2019 第34期 总第612期
出版时间:2019年11月07日
 
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