马桶2.0大赛，油从中来

陈晓丽

比尔和梅琳达·盖茨基金会（以下简称盖茨基金会）于2011年启动了“全球厕所创新大赛”，

如今已经成功举办了两届，资助了非洲、亚洲、欧洲以及北美洲在内的16个生态卫生设施研发项目。

疯狂的来源

据王焕升老师介绍，在此之前也有人提出过“便便变油”的概念，但只是针对污泥或畜禽粪便的，提出将人类粪便变油尚属首次。“便便变油”的灵感归功于“厕所大挑战”的宗旨和王焕升多年的研究成果。

盖茨基金会在对全球人类的卫生设施调查后，发现全球40%的人口（约25亿）缺少基本的卫生设施，仍在使用最原始的旱厕。人类粪便是病毒和寄生虫的温床。联合国儿童基金会的一份报告指出，田野里每一克重的粪便就可能带有1000万个病毒、100万个细菌和1000个寄生虫囊肿。使用旱厕的最大问题就是疾病的传播，这可能给人类的健康和环境造成灾难性后果。由于资金和水资源缺乏，在这些国家和地区传统马桶的水冲方式很难实施。于是，盖茨基金会启动了“厕所大挑战”，想通过这种形式征集全球好的马桶创意，开发创新的卫生技术，使其适合发展中国家的贫困居民。通过研发新型卫生技术以及鼓励、支持产品的市场化，让全世界人民都能够享受安全、舒适的卫生设施。

在“厕所大挑战”中国区比赛的公告上对“马桶2.0”提出了以下要求：现阶段要求成本不到0.3元/人*日（5美分/人*日），最终达到0.06元/人*日（1美分/人*日）；粪便无害化，无污染物排放；实现物质再利用（如生产清洁再生水，生产肥料、矿物质，生产能源）；无需外接水管、下水道或供电电网；可持续使用5年以上；以用户为中心，满足用户需求；构建完整商业链，商业化废物处理产品。

当接到参赛邀请时，王焕升的眼前为之一亮，“马桶2.0”正是他下一步想实施的研究。可是光靠自己的团队，力量还比较薄弱，于是他联系了人大环境科学教研室主任张景来教授和一家多年从事环保厕所研究的企业，打算由三家单位共同申请此项目。

王焕升自2003年考取北京市环境科学研究院环境工程专业的研究生后，就一直跟随导师从事厕所及粪便处理领域工程等方面的研究。2004年，在调研中国旱厕现状时，他看到了触目惊心的一幕，“中国广大农村仍然使用旱厕，这既不卫生又污染严重。若全部改造成传统的马桶水冲方式，仅改造成本这一项就负担不起。2004年我国人均GDP三千多元，而光改造马桶的费用就要人均两千多元，这还没有计算运行成本。于是，在那个时候，我们就提出了生态卫生的理念，就是不用水、不用电，直接用自然的方式来分解。”王老师说。

王焕升说，想到用高温高压来液化粪便“变”油，也是结合北化最擅长的化学。因为加热的过程本身也就是消毒的过程，当温度在100度以上就会把粪便中的病原菌杀死，于是王焕升想到了热化学，可是，热化学又分为焚烧、汽化等方式，在反复实验之后，发现这些方法总达不到理想的状态，“何不尝试液化。液化相对于焚烧而言，温度较低。”

人一次会产生0.1至0.3公斤粪便和1公斤的尿液，而尿液中所含的病原菌远远地少于粪便中的病原菌，正常人的尿液中是没有病原菌的，是可以直接被农业利用的。“从加热最小化的角度出发，最好是把尿液从粪便中分离出来，直接加热粪便。这首先解决了水冲的问题，直接加热粪便，所需的热耗就会少很多，这样就可用通过太阳能板来完成加热过程，这又解决了电的问题。整个思路一出来，王焕升的团队就想到利用一个特殊的器皿把粪便和尿液分开，用太阳能来加热，然后把粪便液化成生物质油。

乍一听，粪便转化成生物质油的过程异常简单：将粪便放入反应釜加热，粪便就变成了“年轻的石油”——人类粪便中丰富的有机质，是其能变成生物质油的基础。但人类粪便平均含水量达80%，脱水后也只有三成能转化为生物质油。这意味着只有6%的转化率。

“这个转换率并不高，所以需要低能耗、低成本的转化方式。”需要模拟地壳内生成石油时的温度、压强，找到能用最少的花费、最短的时间提取最高纯度生物质油的实验室临界点。

科学不邪乎

自从接下这个项目，整个团队的主要工作，就是在实验室里调试设备、测试实验条件。以期找到规律，而找规律的唯一方式，是反复实验。

做实验需要各类人群的“原料”，有时会要求团队成员或者一些学生憋着，然后把“原料”送到实验室，有时也会让成员出去收集。当颜色、形态各异的“实验原料”运到实验室之后，团队成员需要先用手将其中杂质和“不符合要求”的去除，将“原料”重新分类，用保鲜袋装好，放入冰箱冷冻。用手分拣也是项目组成员要过的“第一关”。

项目实验室总是散发出一种带着油腻的腥臭。门上挂着的几件实验服、一人多高的反应仪器上、实验器皿、一次性手套、面罩…..也满是灰黑色的污渍。

很多时候，团队成员都会被喷得满头满脸。大家往往穿着最破的衣服到实验室，下实验后第一件事就是冲向澡堂，但仍然能够在自己的枕头上闻到隐隐的臭气。刚刚开始接触项目时，大多数团队成员都曾一个月吃不下饭，但后来也就逐渐习惯了。

“事情都要有一个适应的过程。2003年做厕所调查的时候，选定区域的每一个旱厕，我都进去过，时间长了，也就没啥感觉了，这只是我研究的一个原料，要解决问题，就得面对，刚开始很不适应，后来就适应了。这和让一个适应城市生活的人去农村待着上旱厕是一个道理，没什么好说的，必须上。其实，科学没那么神秘，聊开之后就是这个样子，一点也不邪乎。”王焕升笑着说。

遗憾的是，曾设在中国人民大学的环境学院的实验室，因为气味太过难闻，在被多次投诉之后，不得不停止“伟大”的实验另谋出路。2015年春节过后，整个团队搬迁到北京化工大学昌平实验基地。“实验基地里实验室的气味掺杂在一起，谁也甭说谁，新的实验室比较大，还特别通风。”

这个厕所能用吗？

“因为粪便的气味，让人们忽略了潜藏在其中的巨大能量，可是从生态循环的角度来看，粪便是比宝石还珍贵的宝物。”王焕升说。

在拿到资助奖金后，团队就启动了“伟大的人类粪便实验”，可是从签合同到项目结项，盖茨基金会仅仅给了一年时间，时间非常紧迫。

采访的最后，王焕升提出对这个项目的最大担忧，一是能耗问题；二是产业化问题。“如何把加热的温度尽可能地降低？比如说，目前液化粪便的温度是300度，那么有没有一种可能性就是加热到200度就可以了。若能从300度降到200度，这个能耗降幅还是很大的。”

“产业化问题就是这个项目投入实践的可能性。”王焕升举了电动汽车的例子，十年前，电动汽车还仅仅是一个概念，但是目前已经走进了人们生活中。“我今天提出用一个反应釜把人类的粪便变成油，当在实验室研发成功之后，在具体实施的时候能否实现产学研一体化，这是我最担忧也是下一步需要重点关注的事情。因为在具体实践中，你不可能在每家每户安装一个反应釜，然后加热生成油。绝对不可能有人去上这样的厕所，这是肯定的。如何把这个小反应釜进一步改造成人们都能接受的设施，这是关键。如果能耗问题和产业化问题都解决了，那么这个厕所还是能够使用的。当然这有待时间去检验。”