环青椒说 | 楼紫阳做客《青对话》：垃圾是人类的影子

环青椒说

为进一步展现环境学院青年教师风采，让青年教师以正向的人生态度、丰富的人生阅历、严谨的治学精神助力学生成长成才，环境学院公众号正式推出青年教师分享类栏目“环青椒说”。

栏目第一弹，学院青年教师楼紫阳教授做客《青对话》，聊聊人工智能遇上垃圾分类会碰撞出怎样的火花，以及双碳目标下固废治理行业未来将会面临怎样的发展，同时，也分享了他心中对环保事业的使命感以及理想中的绿色乌托邦。

环保的本质是把不均质的变成相对均质的，把混杂的变成相对单一的，把高熵值变成低熵值。我们做的很多工作，其实都聚焦在预处理环节。

您觉得和其他专业相比，环境专业有什么特色？

我觉得环境专业最大的特点就是，这是一个跨学科专业。你看我们学院就非常典型，我们有研究传统三废的，也有研究新能源的，有研究环境管理的，还有研究环境法学的，从城市给排水到流域污染调查治理，方方面面都有。

我跟学生说，如果你们写的论文不涉及学科交叉，那得到的研究成果的价值可能就少了很多。

环保本身是问题导向的，解决问题需要多个学科的支持，而且在不同的发展阶段所依靠的学科可能是不一样的。比如刚开始三废治理依靠的就是生物、化工、机械的手段，而现在我们可能还需要借助循环经济等经济管理手段，研究怎么把物料流有效地运转起来；生态环境主管单位需要引入公共管理的手段，垃圾分类、河道治理等也都需要法律支撑。

所以环境是一个交叉学科，而且是所有学科都可以介入进来的一个行业。

在学科交叉方面，您和您的团队有什么样的实践？

我们与上海环境院一起申请到了“垃圾分类智能化”的国家重点专项项目，当中有一块内容是研究如何应用人工智能帮助大家正确地进行垃圾分类投放。

我们与交大计算机系的朱弘恣老师一起合作，开发了一个垃圾图像识别系统，通过监控画面来实时判别垃圾投放的质量，比如湿垃圾里面有没有混进去其他干垃圾，这是最基本的功能。如果将来更进一步的话，系统可以按照需求识别两网融合里的可回收废物，像塑料、玻璃、纤维等，然后再依靠机械臂把它们有序地分拣出来。

垃圾图像识别系统

其次，很多居民对于垃圾房的味道比较反感，在一定程度上也会打击大家分类投放的积极性。但垃圾房恶臭气体的成分非常复杂，目前还无法有序地去监测它们，所以我们目前在开发一个针对生活垃圾恶臭的电子鼻系统，通过大数据管控，有针对性地模拟人的嗅觉感官，对垃圾房产生的臭气进行监测和评估。

电子鼻系统

另外，我们还在研发一套城市工业危险废物管理体系，有重点地去监管某些生产企业，也提供一个平台，让上游企业产生的危险废物跟下游危废处理资质单位进行有序对接。这些都需要依靠大数据和人工智能的手段。

未来这项技术有什么样的应用场景？

未来的应用主要有两个场景。

第一个是在社区垃圾房内，如果居民投放的垃圾存在问题，图像识别系统就会进行提醒和引导，我们马上要在交大闵行校区里引入这套系统。我们想要构建一个“智能化垃圾房”的概念——垃圾房里有图像识别系统，可以实时显示垃圾分类投放的质量，也可以及时反馈垃圾房里的恶臭程度，方便后续的收运管理，让前端居民垃圾投放的体验更好，也能节省了很大一部分人力。

第二个是在垃圾回收环节，我们对初步分好类的垃圾进行更加精细的分类，满足条件的废物就可以被筛选出来，进行后续利用，这可能是这项技术将来比较有前景的一个应用方向。

我个人理解，环保的本质其实是把不均质的东西变成相对均质的东西，把混杂的东西变成相对单一的东西，把高熵值的东西变成低熵值的东西，所以预处理是非常重要的。环保里面我们做的很多工作，其实都聚焦在像这样的预处理环节。

“化石源”的垃圾烧掉，“自然源”的垃圾回归自然，无机物组分的垃圾再进入到填埋场，这样就能实实在在地支撑“双碳”目标的实现。

您是从什么时候开始关注和参与到碳排放问题的？

2007年我博士毕业的时候，刚好有机会到丹麦参加一个固废全生命周期评价（LCA）的短期班，也正是在那个时候，我开始接触到温室气体排放问题。

后来到上海交大工作以后，我了解到德国洪堡基金会的项目，我本身也做了一些填埋场温室气体减排相关的技术性工作，觉得机会很好就申请了，也很幸运地申请上了。2010年我去到德国，感觉像打开了一扇新世界的大门。

当时正好赶上哥本哈根世界气候大会开完，我们社会上才开始关心气候变化；而在欧洲，感觉上到政府、下到黎民百姓，都对气候变化的议题非常关心。

我们去参观了好多地方，包括他们的环保局、环卫局、垃圾填埋场，以及好几家跨国企业，给我的感觉就是，当时在我们国家，“气候变化”只是个新鲜的话题，而在欧洲，接触到的社会各层都会发自肺腑地告诉你，气候变化是个非常迫切的环境问题。

当然了，现在随着极端天气越来越频繁地出现，气候问题的重要性和紧迫性也成为普遍话题。

当时欧洲和中国学界在双碳问题研究上，存在什么样的差距呢？

像德国在2010年前后就提出，到2030年，他们的能源结构中，新能源的占比要达到30%以上；而且2011年日本福岛核电站泄漏事故之后，总理默克尔宣布德国将全面弃用作为能源大头的核电。当时我也是百思不得其解——德国为什么这么有底气呢？

德国电力、暖通、交通行业新能源使用趋势发展（图来源：Umweltbundesamt）

我后来就去问当时德国的合作导师，究竟他们手头有什么样的“黑科技”能够支撑新能源的发展。他就告诉我，当时，德国已经进行了20~30年的前期布局，在太阳能、风能利用方面储备了诸多先进技术，传统的火力发电领域，也在温室气体减排方面做了很多工作，能效大大提高。正是这样技术迭代支撑了整个政策导向的变革。

那时候我们刚开始注意到了这么一个点，还没有形成一种自发的内驱力去推动和布局，更多可能还是出于外界的压力。但现在情况已经完全变了，我们主动提出了双碳目标，形成了一套自上而下的压力体系，各行各业都认真去落实，把它从一个口号变成实实在在的行动指南。

现在发展中国家和发达国家存在碳排放权分配不公平的问题，“碳排放权”在一定程度上似乎成了一种国际政治手段，对此您怎么看？

我参加德国洪堡基金会项目的时候，边上有好几个发展中国家的学者，他们国家的条件都比中国要落后很多。我跟和我年龄相仿的那些第三世界的学者聊，他们都觉得自己国家自身的发展问题都没有得到解决，民众连饭也没吃饱，喝的水也不干净，怎么有精力和能力去承担和发达国家一样的减排责任？所以说，任何政策的出台和落地，都应该要和它的现实基础匹配。 

国际社会在应对气候变化这一全球性环境问题上，有一条合作原则就是“共同而有区别的责任”。发达国家在发展进程中已经产生了大量的历史碳排放，他们不能要求别的国家代替自己来承担这部分的责任。 

共同而有区别的责任，也叫“CBDR”原则

另外这里面其实还有一个隐含的碳排放问题——温室气体是个全球性的概念，它永远不会有一个明确的属地。比如美国人买的衣服、穿的鞋都是中国生产的，这些消费品在制造过程中的碳排放都是在中国产生的；木材、农产品等原料可能又是从南美进口的，这部分的碳排放也都没有算到美国头上。 

中国人每人每天可能也就产生不到1公斤的垃圾，但美国人每天的人均垃圾产生量可能有2~3公斤，这些垃圾看起来是在美国产生的，但它们源头的碳排放可能要由全球各个国家来共同承担。 

全球国家人均固废产生量（图来源：世界银行）

发展中国家这些年的碳排放量急剧增长，其中很大一部分碳排放是为了满足发达国家的生产和生活需求，通过大量出口廉价产品而产生的，对此，发达国家的消费者负有不可推卸的责任。

一直以来，国际社会普遍采用“国家领土内的排放责任”或“生产者负责”原则，为此我们需要一个更加公平合理的碳排放责任分配方案。

您觉得中国主动提出“双碳”目标，是出于什么样的现实背景？

作为全球第二大经济体，中国需要承担相应的国际责任，这是理所应当的。

另外我们也可以看到，现阶段大家的生活质量越来越高，随之而来的浪费现象也越来越严重了。我们以前一双鞋要穿好几年，再看看现在家里有多少衣服鞋子？已经很少有人会把旧衣服再转送给亲戚朋友了。

在这种情况下，实际上“双碳”目标也是一个撬动我们生产生活方式转变的支点。

为实现“双碳”目标，固废处理领域有什么样的实践路径？

垃圾其实是人们日常生活的一个缩影，因为我们做的所有事，都能在垃圾里留下蛛丝马迹。我在准备一本关于垃圾的科普书，题目想叫“垃圾是人类的影子”。 

以往垃圾回到自然界就能够自然分解，但现在随着城镇化进程加快，人口越来越密集，消费水平越来越高，产生的垃圾也越来越多，组分也越来越复杂，垃圾已经无法被自然消解了。事实上直到2012年前后，我们都在解决垃圾的历史侵占问题，当时建设了一大堆的垃圾填埋场和焚烧厂，来对垃圾进行无害化处理。

虽然目前主流的垃圾处理手段依然是传统的填埋和焚烧，但在“双碳”目标下，我们对待垃圾问题的解题思路必然要升级——除了处理技术的不断升级，在源头上尽可能地把垃圾分清楚是我们目前的重要抓手。

一方面是对于处理过程中产生的甲烷、二氧化碳这些温室气体，我们要把它们合理地削减掉；另一方面是要引导居民生活方式的转变，通过垃圾分类这样的手段，尽量减少进入末端处理环节的垃圾总量。

首先，原生垃圾如果直接填埋容易产生甲烷、一氧化二氮等，是温室气体重要的排放源，所以对于未经处理的原生垃圾，我们不再采用填埋的方式，只有那些经过处理后仍然无法消解的无机物垃圾，比如焚烧炉渣、建筑垃圾等等，我们才使用填埋的无害化处理方式，这样就能减少很大一部分碳排放。

原生垃圾即未经处理的原状态垃圾。2019年起，上海老港综合填埋场关闭原生生活垃圾填埋处置业务，仅保留应急处置功能。（图来源：凤凰新闻）

我们尽可能地把原生垃圾中能烧的干垃圾部分烧掉，产生的能量替代一部分的热能和化石能源，这是减碳的另一条重要路线。现在我们1吨垃圾能烧400多度电了，这在以前是根本不敢想的，原来我读书的时候最大的问题是垃圾烧不起来，现在我们担心的是过热焚烧，怕温度太高炉子受不了。

上海老港再生能源利用中心二期项目于2019年全面投运，每天焚烧处理生活垃圾6000吨，每吨垃圾焚烧发电量达550千瓦时，是全球规模最大垃圾焚烧厂。（图来源：上观新闻）

对于另外一部分湿垃圾，我们也要进行资源化利用，湿垃圾厌氧发酵，有机物降解之后，产生的沼气可以实现供热、发电上网，沼渣干化后也可以进一步焚烧发电，最大限度实现资源回收利用。

在垃圾处理问题上，我们理想的设计路径就是：能回收的尽量回收，剩下的，“化石源”的垃圾烧掉，“自然源”的垃圾回归自然，无机物组分的垃圾再进入到填埋场，这样就能很大程度上实实在在地支撑“双碳”目标的实现。

垃圾分类绝不会是一件一步到位的事情，需要整个社会的耐心，在法律制度、社会动员、基础设施建设方面进行长周期的布局。

在垃圾分类这件事情上，除了江浙沪等部分地区外，国内很多城市似乎还有些力不从心。您觉得我们现在已经进展到哪一步了？离做好还有多大的差距？

我觉得中国的垃圾分类将会是一个长期的实践过程。

我在2016年曾经组织过一次中德双边论坛，专门请了德国的十几个专家和国内的二十几个专家一起交流讨论，主题就是关于垃圾分类进展和未来发展趋向。其中德国的专家就给我们分享，德国刚开始搞垃圾分类的时候，也会有民众不配合，有些人把垃圾偷偷扔到街道上的公共垃圾箱里，然后那位德国专家就去找是谁丢的垃圾，去敲人家的门当面劝阻和引导。

所以说无论社会的发展程度如何，垃圾分类绝不会是一件一步到位的事情，需要整个社会的耐心，在法律制度、社会动员、基础设施建设方面进行长周期的布局。

我们从2019年才开始强制实行垃圾分类，花了很大精力去推广普及，全民参与，遇到问题立马反馈解决，事实上整个进程已经快得超乎想象了。到目前为止，我们经历了三个阶段——前期的轰炸阶段，接着是快速培养阶段，然后现在我们已经达到了一个相对平稳的阶段。

对于社会关注的湿垃圾处理问题，刚开始我们没有太多的湿垃圾处理厂，政府当即下决心把上海湿垃圾的处理能力提升上去，建成了每天能处理1万吨湿垃圾的配套设施。这也说明，只有在硬件条件支持的基础上，我们才能进一步实现垃圾处理过程的优化。

上海生物能源再利用中心是上海规模最大的湿垃圾资源化处理设施，处理规模为每天1000吨，图为预处理车间。（图来源网络）

国内很多城市在垃圾分类这件事情上可能还达不到像上海这样的管理水平，我觉得也是有现实原因的。先把垃圾无害化处理过程做好，各方面的配套设施逐步跟上，把基础打好，再去优化垃圾前端分类收集的流程，按部就班，因地制宜，这才是现实的。

固废处理实践过程中还有一个比较棘手的问题就是邻避效应，对此您有什么样的体会？

我做了很多关于生活垃圾恶臭的课题研究，因此在邻避效应的问题上比较有体会。

邻避效应是在我们对美好生活的要求越来越高的基础上产生的，国内在这一问题上的标志性事件就是2009年的广州市番禺区垃圾焚烧厂事件，引来了外媒的关注。以我个人的经验来看，在垃圾厂的邻避效应问题中，恶臭和噪声是居民最主要的投诉问题，而这基本上都是由于运行管理模式不当引发的。

2009年广州市决定建设番禺生活垃圾焚烧发电厂，遭到周边业主强烈抗议，成为轰动全国的公共政策事件。后经重新选址和公众调查，垃圾焚烧厂于2015年在别处建成。（图来源网络）

解决邻避效应问题，除了要尽可能降低建设项目本身对周边环境质量和公众健康的影响外，还需要依靠生态补偿和公民教育的手段。

对于前者来说，就是要让受到影响的民众觉得自己的“牺牲”是有所回报的，比如建造垃圾焚烧厂的话，就给周边的住宅免费提供集中供暖，或者在周边建造一个公园、运动场或者游泳池，为民众提供切实的便利。

至于后者，其实我们现在大力推行的垃圾分类就是民众科普教育体系很重要的一个抓手，通过亲自参与实践，以及被各种宣传耳濡目染，公民对垃圾的处理处置过程有了更深入的了解，自然而然也会更加理解和接受垃圾处理场的存在。

现在邻避效应的问题越来越趋于平缓，一方面是因为我们做得好，另一方面也是因为大家的理解程度在变高了。

您觉得固废处理领域未来的发展趋势，或者面临的挑战，会是在哪些方面？

固废处理问题现在是靠两条腿在走路。

第一条腿还是解决现阶段的现实问题——怎样保证固废及其伴生的臭气、渗滤液等得到有序、安全、卫生的处理，处理过后的废气、废水、废渣等能够达标排放，使用的药剂安全可靠，从而减少邻避效应。

还有就是技术优化，如何把填埋、焚烧、堆肥、厌氧发酵，还有其他一些修补体系有序地组织和集成起来，让垃圾得到卫生、安全、低碳的处理。

另外一条腿就是如何实现循环经济。传统的产品生命周期评价包含从“摇篮”到“坟墓”的整个生产、消费、处置过程，现在我们还要考虑产品从“坟墓”回到“摇篮”的固废处理体系，挖掘从固废中进一步分离出有价值原料的可能性。

能源行业我们有一个词叫“梯级利用”，就是对不同品位的能源逐级加以利用，比如中高温热能用于生产或发电，低温余热用于住宅供热；我们也需要对固废进行梯级利用，把分离出来的物质按不同的品质逐级回馈社会所需。

从这一点来说，固废治理是一个大的行业，就像前面说的，是一个多学科交叉的领域，需要耦合技术、管理、评估等方方面面的专业能力。

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