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环境日,小龙虾壳别废了!80斤餐厨垃圾充电千台手机,分拣机器人替代54人
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来源:上观新闻 作者:徐瑞哲 2020-06-03 11:42
摘要:甲壳类虾蟹的可食用部分通常只有40%到50%,全球每年约有800到1000万吨的虾蟹壳垃圾产生,大部分被当作垃圾直接丢弃或填埋。

你会垃圾分类,但肯定没它分得快——这位机器人2个机械手,相当于替代了54个垃圾分拣工人的工作量。

你手机没电了,但有垃圾“充电宝”——这套分布式餐厨垃圾能源化系统,只要80斤餐厨垃圾就可充千台手机。

你吃完小龙虾,但虾壳千万别浪费——有了从虾蟹壳中提取甲壳素的绿色技术,能制备20余种含氮化学品。

6月5日“世界环境日”之际,解放日报·上观新闻记者从上海交通大学获悉,科学家和工程师通过国际化研发产出这一系列硬核“低碳”成果。


超视觉垃圾分拣机器人 
图片来源:上海交通大学

【垃圾分拣机器人:超视觉、手速快、省成本】

在上海交大中英国际低碳学院实验室,没有身穿厚重工作服,戴着口罩、手套,埋头分垃圾的工人,取而代之的是不停往返的机械手,以及穿插有序的输送轨道——原来是固体废弃物资源化技术与智能装备团队研发的超视觉垃圾分拣机器人正在工作,从牛奶包装盒到矿泉水瓶,快速在大量垃圾中精准识别可回收物【附视频】。

“一个超视觉垃圾分拣机器人,可以高精度分拣多种不同品类的垃圾,有效分拣率可达95%,最高分拣速度5400次/小时,工作时间24小时/天。”项目负责人、上海交大中英国际低碳学院副教授李佳告诉解放日报·上观新闻记者,“生产线上每套设备布置2个机械手,相当于替代了54个分拣工人的工作量。”


超视觉垃圾分拣机器人 
图片来源:上海交通大学

依托国家自然科学基金、国家863高科技计划等项目,这支团队多年来产学研联合攻关,相继突破十余项关键技术,实现了垃圾精细分拣机器人的核心技术国产化。比如,“我们通过机器视觉中的3种主流识别传感系统,即CCD视觉、激光视觉、近红外视觉相耦合,综合判断目标物的外部特征,颜色、形状、纹理等,以及具体材质等内部特征,达到垃圾的精准定位与细分判别。”

目前,团队与国内环保头部企业对接合作与共同开发,使超视觉垃圾分拣机器人更快技术推广并投入应用。


移动式餐厨垃圾废物能源化系统,所有控制单元和操作单元均集成在一个集装箱内
图片来源:上海交通大学

【餐厨垃圾能源化系统:自给自足还当“充电宝”】

在新加坡国立大学食堂附近,一套分布式餐厨垃圾能源化系统目前在用。试验结果表明,40kg餐厨垃圾就足够供1000台手机充电。

在中新名校联合承担的重大国际合作项目“超大城市的能源与环境可持续发展解决方案”项目支持下,来自上海交大中英国际低碳学院的有机废物资源化研究团队与新国大合作研发的这套系统,采用了临近垃圾产生源头的原位处理方式,将所有垃圾处理和能源转化设备集中在一个长为6米的移动式集装箱内。


通过手机充电柜,餐厨垃圾产生的电能用于手机、平板电脑充电
图片来源:上海交通大学

其中,整个系统的核心是厌氧消化罐,在餐厨垃圾被泵入厌氧消化罐之前,需要经过研磨、混合等简单操作来提高后续厌氧消化处理的效果。“按照特定的比例将厌氧微生物和餐厨垃圾混合后,餐厨垃圾将会分解成沼气,随后沼气通过热电联产系统转变成电力和热力,而这些产生的电能就可以直接输出为附近人群提供手机充电以及其他服务。”项目负责人、中英国际低碳学院副教授张景新介绍。

通过调试和研究表明,整个系统产生的电能和热能能够满足其自身工作需要。比如电能远大于集装箱内灯光、风扇、泵、搅拌器等其他设施的耗电量,剩余的电能将被储存在电池中,用于其他用途。经模拟计算,该系统处理1吨餐厨垃圾的发电量为200-400度(kWh),换算下来,能够为13000-26000台手机充电。


餐厨垃圾处理后产生的肥料用于种菜
图片来源:上海交通大学

【甲壳素提取转化关键技术:废弃虾蟹壳变出高附加值】

当前时节,从大螃蟹到小龙虾,各式各样的海鲜水产成为餐桌上最火的食材。而甲壳类虾蟹的可食用部分通常只有40%到50%,全球每年约有800到1000万吨的虾蟹壳垃圾产生,大部分被当作垃圾直接丢弃或填埋。

借鉴自然界中钟乳石的形成过程,上海交大中英国际低碳学院陈熙课题组和新加坡国立大学颜宁课题组合作,成功开创了一种温和无污染的新技术来处理虾蟹壳垃圾。他们采用高压二氧化碳为一种绿色酸试剂,在水中溶解虾蟹壳中的碳酸钙,去除率达到95%以上。

对于其中蛋白质的去除,则类似煮肉汤的过程,通过180度高温水使蛋白质水解脱落,整个过程只使用了二氧化碳和水这两种试剂,几乎没有污染物产生,且成本低廉,两步处理后甲壳素的纯度可达90%以上。通过成分和碳排放计算,这项新技术比传统工艺能够减少碳排量80%,总体成本也为传统工艺的约一半。


从虾壳提取甲壳素流程图
图片来源:上海交通大学

事实上,甲壳素是世界上储量最大的生物质资源之一,是一种具有重要价值的高分子,也是含氮化学品取之天然的可再生平台。比如在医药领域,85%的最畅销药物都是含氮化合物。

绿色提取还有绿色转化,两校课题组结合预处理和催化剂开发体系,成功将甲壳素高分子转化为一种含氮中间体,成为合成抗癌药物的重要原料。目前,他们已研发多种新型路径转化甲壳素,制备20余种不同的含氮化学品。相关技术已申请专利,不久后进行中试研究。

栏目主编:徐瑞哲 文字编辑:徐瑞哲 题图来源:上海交大 图片编辑:朱瓅
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