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研究團隊處理全球廢棄物時發展出循環經濟的連結

2020/05/21 @國際

摘要

垃圾掩埋場有三分之一的垃圾為廚餘,新加坡科技設計大學研究團隊對於這巨量的城市垃圾找出解決之道,運用黑水虻、蠕蟲、真菌等進行生物轉化,將廢棄物變成用途廣泛的幾丁質與纖維素,也啟動了社會與經濟間的永續發展。

示意圖

研究團隊處理全球廢棄物時發展出循環經濟的連結

  由於新加坡科技設計大學(SUTD)的研究人員受到生物體藉由使用有限能源和資源來進行週期性生產與降解生物材料的啟發,其欲將這種原理應用於城市生態系統,期望能夠減少對洲際運輸、有能源需求的製造過程、有害物質的使用和回收程序繁瑣的人造合成材料之依賴。因此研究人員開發出一種特殊工藝,該工藝可將積層製造,也稱3-D列印和城市垃圾應用於循環經濟中,進行製造與降解幾乎所有的物品,並同時發展出循環經濟的連結。

  幾丁質與纖維素是地球上最豐富的有機聚合物,如甲殼動物與昆蟲的殼以及木材與紙張的成分分別是由幾丁質與纖維素演變而來。纖維素易從城市垃圾中獲得,如衛生紙、紡織品和植物等。此外,幾丁質雖無處不在,但該成分仍須從工業與農業的產物中獲得,如: 幾丁質主要從漁業的季節性副產品獲得,並且僅限於農村沿海地區。這意味著當有需求時,幾丁質需要從其他生態系統中運輸過來,雖有助於貨運行業,但眾所皆知貨運是造成二氧化碳排放的關鍵因素。現今,幾丁質可在有限的能源下生產製造,同時減少食物浪費,從而減輕世界各政府最大的支出,而這一切皆歸功於從黑水虻(BSF)提取出幾丁質。同時,BSF可有效地分解各種有機材料,如將食物垃圾分解成蛋白質、油脂和其他生物質,因此減少了垃圾掩埋場的數量。儘管BSF廣受歡迎,但研究人員為確保其開發的系統廣泛的用途,因此不依賴BSF或其他獨特材料作為來源,主要原因是幾丁質和纖維素存在於地球上每個生態系統的許多生物中,如:其他昆蟲、真菌和蠕蟲。雖然這些生物能處理廢棄物,但他們反過來也可用作生產幾丁質。據估計,每年處理垃圾掩埋場中的食物垃圾約佔世界總產量的1/3,藉由昆蟲、真菌和蠕蟲進行生物轉化可有效處理城市垃圾,因此該方法廣受歡迎,同時也指出循環城市生態的範例,即包含從材料的生產與製造到處理報廢回收的模式。【延伸閱讀】可使用於3D列印的纖維素材料

  在《自然科學報告》發表的研究中,研究人員建立受生物機制啟發的製造業和城市垃圾的生物轉化這兩者的連結,從而可輕易地在任何區域的生態系統中獲得材料以進行不同生產方式,進而顯著地減少了運輸需求。如: SUTD開發出真菌狀的黏合劑材料,稱FLAM,其能夠有效地將幾丁質與纖維素轉化成可持續用於生產的材料。FLAM不僅可生物降解、具彈性且耐用,其也可使用3-D列印技術大量生產,因此被喻作”塑膠的綠色替代品”。如此不僅可以解決城市生活的偏差,其也可從根本上促進經濟和社會的永續發展。這項新發展改變了原有的製造方式,其可使用當地資源來生產和消費,因此能夠作為替代模組。此外,也可使世界各地的任何人將一般製造業整合到周圍的生態系統中。透過城市生態系統啟發的生產與消費週期,彼此間緊密融合,藉以影響我們未來城市的居住方式,同時影響上游端的構想、設計與建造方式。

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