{教育快讯}厨余垃圾变“充电宝” 上海交大多项“低碳”科研成果亮相

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人民网北京6月4日电(李)能“看到”可回收材料、厨余垃圾“转化”充电宝、废弃“虾蟹壳”的垃圾分类机器人被转化为有用资源...在世界环境日临近之际，上海交通大学中英国际低碳学院研究团队近日正式推出三大硬核“低碳”成果。生活中随处可见的垃圾，已经成为一种多元化的资源。

手速快，视力好，节省成本

超视觉垃圾分类机器人“解放”人工操作

超级视觉垃圾分类机器人(图片由上海交通大学提供)

不需要穿厚重工作服、将头埋在垃圾分离处的工人被不断来回穿梭、从大量垃圾中准确识别可回收材料、并通过特定的输送轨道有序地放入相应的回收容器的机器人所取代...在上海交通大学的实验室里，一个超视觉垃圾分类机器人正在“紧张地”工作。

从2019年开始，全国许多地方开始进行生活垃圾分类，垃圾分类逐渐成为居民的“新时尚”。然而，目前垃圾分类是一项枯燥的工作，工程量巨大，过程重复。处理大量垃圾，工人需要长时间工作，对体力和精神都有很大的考验。同时，生活垃圾来源广泛，成分复杂，性质各异，传统的分类技术仍有一定的局限性。如何提高垃圾分类的准确性和效率已经成为一个重要的问题。

“一个超视觉垃圾分拣机器人，可以高精度分拣各种不同类型的垃圾，有效分拣率95%，最大分拣速度5400次/小时，工作时间24小时/天。生产线上每套设备配置两台机械手，相当于替代54名分拣工人的工作量。”项目负责人、上海交通大学中英国际低碳学院副教授李佳说。

“我们综合判断外部特征(颜色、形状、质地等。)和目标物体的内部特征(材料)通过机器视觉中的三种主流识别和传感系统，即ccd视觉、激光视觉和近红外视觉的耦合。垃圾精确定位细分；通过自由模型的超视觉技术，可以识别各种类别、形状和表面材料的样本，不需要逐个注册样本三维模型，大大减少了部署时间和成本；通过轨迹优化算法，机械臂走最优路径，显著提高分拣节拍；同时配合机器人轨迹跟踪算法和抓取释放算法的开发，实现垃圾自动分拣，完全替代人工，提高处理效率。”李佳说。

据报道，该机器人是由上海交通大学中英国际低碳学院固体废弃物回收技术与智能设备团队研发的。目前，该机器人已经进入生产、教育和研究技术的普及阶段，团队将与国内环保企业合作共同开发，使超视觉垃圾分类机器人更快进入市场应用。

“就地改变”垃圾的能量

餐厨垃圾能源系统实现“变废为宝”

餐厨垃圾能源系统(图片由上海交通大学提供)

将重达40公斤的餐厨垃圾放入系统中的厌氧消化池，然后通过厌氧发酵产生沼气，再转化为电能和热能，输出的电能可以为大约1000部手机充电...上海交通大学推出的分布式餐厨垃圾能源系统，让餐厨垃圾“脱胎换骨”，成为日常使用的电子设备“充电宝”。

据悉，该系统采用垃圾源头附近就地处理的方式，将所有处理和能量转换设备集中在一个6米长的移动容器内，克服了长距离运输的弊端。“厌氧微生物和餐厨垃圾按特定比例混合后，在厌氧消化系统中，餐厨垃圾会分解成沼气，然后通过热电联产系统将沼气转化为电能和热能，产生的电能可以直接输出，为附近的人们提供手机充电等服务。”项目负责人、上海交通大学中英国际低碳学院副教授张景新说。

据张景新称，就其适用性而言，厨房垃圾可以通过这一系统发电，厌氧消化过程中产生的营养丰富的消化物可以进一步加工成肥料。同时，系统的调试和研究表明，整个系统产生的电能和热能能够满足自身工作所需的电能和热能。

“厨房垃圾的成分影响系统的发电。当组分中碳氢化合物、蛋白质和脂肪的含量较高时，产生的沼气就越多，产生的电就越多。”张景新说，通过模拟计算，该系统处理一吨餐厨垃圾的发电量为200-400千瓦时，可为13000-26000部手机充电。

张景新补充说，厌氧消化系统可以有效减少城镇有机废物和温室气体的排放，产生更多的能源，提高资源利用效率。在实现废物处置的同时，要最大限度地减少自然资源、能源和二次污染的消耗，将线性经济的理念转化为循环经济，构建可持续的特大城市模式。

据介绍，该系统由上海交通大学中英国际低碳学院有机废弃物回收利用研究团队和新加坡国立大学联合开发，基于双方共同承担的“特大城市能源与环境可持续发展解决方案”create-e2s2项目。目前，该系统已在新加坡国立大学首次应用，一套系统正在上海交通大学中英低碳学院试运行，旨在为城市发展中有机废物的能源处理和扩大商业应用提供坚实的基础。

探索贝壳中的奥秘

废弃的“虾蟹壳”也可以产生“大量用途”

虾蟹壳垃圾新技术处理示意图(图片由上海交通大学提供)

目前，螃蟹、小龙虾等水产品已经成为餐桌上最受欢迎的食材之一。人们在享受美食的同时，也产生了大量的虾蟹壳废弃物。据统计，全球每年约生产800-1000万吨虾蟹壳，其中大部分被直接丢弃或作为垃圾填埋。在环境退化的过程中，它们释放出大量的二氧化碳和氮氧化物，在一定程度上促成了温室气体的额外排放。

上海交通大学中英国际低碳学院陈课题组和新加坡国立大学课题组成功创造了温和无污染的虾蟹壳垃圾处理新技术。据报道，新技术采用高压二氧化碳作为绿色酸试剂，将虾蟹壳中的碳酸钙溶解在水中，去除率可达95%以上。另一方面，为了去除外壳上的蛋白质成分，蛋白质被180℃的高温水水解并脱落。

据负责人介绍，上述处理过程只使用了二氧化碳和水两种试剂，几乎不产生污染物，成本较低。甲壳素经两步处理后纯度可达90%以上。根据成分和碳排放计算，这种新技术比传统技术减少碳排放80%，总成本约为传统技术的一半。

据报道，虾蟹壳中的主要成分包括碳酸钙、甲壳素和蛋白质，这些都是天然的可再生资源，具有很大的开发价值。例如，碳酸钙可以用作建筑材料、纸张填料等。，蛋白质可用作动物饲料；甲壳素是世界上最大的生物质资源之一，是一种具有重要价值的聚合物。有望替代或补充化石资源，为现代社会提供重要的化工和医药产品。

项目组从虾蟹壳中有效分离提取成分，开发了绿色、环保、经济的新技术，成功将提取的甲壳素转化为重要化学品，真正实现了“变废为宝”。目前，该团队已经开发了多种新方法，将甲壳素转化为20多种不同的含氮化学物质。相关技术已获专利，即将进行中试研究。海洋废弃虾蟹壳有望成为石化资源等多种化学品制备的平台资源，为未来含氮化学品的制备提供有价值的新思路。