如何讓垃圾發(fā)電？

【專家解說】：




小聚變先生（Fushion Jr.）自制能量反應(yīng)堆從本質(zhì)上是一個(gè)迷你發(fā)電機(jī)，它的能量是從可燃廢料，例如紙張、木材、院子里的斷樹枝，甚至是某些塑料，中獲取的，其靈感來源于電影《回到未來2》中的聚變先生（Mr. Fushion）。能量反應(yīng)堆有很大的潛在利用價(jià)值，實(shí)際上，這種技術(shù)在二戰(zhàn)時(shí)被用在許多汽車的能量供應(yīng)上(注:抗戰(zhàn)到建國初期中國城市的木炭汽車!)，而且，它是適合發(fā)展中國家（那里主要利用燃?xì)鉅t）使用的能量來源。

這是一種綠色技術(shù)，從可替代的燃料源中獲取能量，而且其制作組件大部分都是廢物利用的（好吧，有些核心部件不是）。

氣化爐能夠干凈地將垃圾轉(zhuǎn)變成一種可燃?xì)怏w，我們常常將其稱為合成氣或者木煤氣，然后，在燃燒時(shí)可以產(chǎn)生熱量，用于烹飪。或者，用珀耳帖制冷器（Peltier,又譯珀?duì)柼?。即半?dǎo)體制冷片）可以將這些熱能轉(zhuǎn)換成電能。半導(dǎo)體制冷片所生成的電流被送入充電模塊中。充電模塊給可充電的蓄電池充電。蓄電池提供能量，驅(qū)動(dòng)逆變器。逆變器可以用來驅(qū)動(dòng)電器。接著，在設(shè)置好電池、逆變器，以及充電器之后，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，只要把小型聚變器替換成任何太陽能電池板，就能輕松制作出一個(gè)太陽能發(fā)電裝置了。

一個(gè)單元所能產(chǎn)生的最小能量取決于所用的半導(dǎo)體制冷片數(shù)量的多少。每個(gè)制冷片能夠持續(xù)提供數(shù)瓦特的功率。一個(gè)小型聚變器系統(tǒng)的功率有可能達(dá)到 2000 瓦特以上。不過，要將這些能量盡數(shù)利用起來可不簡單，特別是在半導(dǎo)體制冷片的效率不到 3% 的情況下。額定功率較高的電器只靠較低的輸入功率就能夠運(yùn)作，這是因?yàn)槟芰恐鸩骄徛齼?chǔ)存在蓄電池里，然后在短時(shí)間內(nèi)釋放出來。

雙向電梯

• 氣化爐是小型聚變器系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組件之一。氣化爐由 3 個(gè)部分組成，圖中標(biāo)為 A（煙道）、B（內(nèi)室）以及 C（反應(yīng)器）。每個(gè)部分都是相分離的。

• 垃圾通過煙道進(jìn)入，通過點(diǎn)火裝置（延長的烤肉用打火機(jī)）點(diǎn)燃。垃圾開始和氧氣發(fā)生燃燒，這些氧氣是通過內(nèi)室底部的孔洞輸送進(jìn)來的。氧氣從外部進(jìn)入內(nèi)室，然后再通過低層的孔洞進(jìn)入反應(yīng)器。當(dāng)溫度上升，而且有越來越多的垃圾被送進(jìn)來時(shí)，氧氣供給就會(huì)被切斷，因?yàn)?，低層的孔洞?huì)被余燼和灰塵阻塞住，垃圾就無法繼續(xù)燃燒了。高溫會(huì)導(dǎo)致合成氣的形成，這種氣體基本上是由一氧化碳和氫氣這兩種可燃?xì)怏w組成的。即便在高溫條件下，合成氣在抵達(dá)圖中標(biāo)示的燃燒區(qū)域之前都不會(huì)燃燒。之后氧氣通過一排排的孔洞與合成氣混合發(fā)生燃燒，這一燃燒的結(jié)果會(huì)釋放出二氧化碳、水蒸氣和熱量。氣化爐可以有效地燃燒垃圾，不會(huì)產(chǎn)生多余的污染和煙霧。不幸的是，當(dāng)你啟動(dòng)了氣化爐之后，如果氣化爐沒有燃料了，而此時(shí)又是一個(gè)風(fēng)大的天氣，那么就會(huì)產(chǎn)生大量煙霧了。氣化爐能在火焰熄滅之后，繼續(xù)產(chǎn)生半個(gè)小時(shí)的熱量。

• 本制作使用的是一聽咖啡罐頭、一聽豆子罐頭、一小聽餅干錫罐頭，還有一個(gè)野炊鍋，不過你可以用別的材料試試。像圖示中那樣穿孔?？自蕉?，提供的氧氣也就越多，因此就能燃燒得更好，而孔較少的話，就會(huì)產(chǎn)生更多的不完全燃燒，這是氣體形成所必需的。關(guān)鍵就是要對(duì)氧氣攝入量進(jìn)行試驗(yàn)。氣體的發(fā)生依賴于名為不完全燃燒過程，也就是說，要想產(chǎn)生適中的可燃?xì)怏w，你就必須調(diào)整在燃燒區(qū)域中的氧氣量（即孔洞的數(shù)量和大?。?。

• 半導(dǎo)體制冷片和一般的太陽能電池一樣，采用了半導(dǎo)體技術(shù)。兩個(gè)不同極性的半導(dǎo)體（PN結(jié)）可以將熱流轉(zhuǎn)化成電流。熱量梯度越大，所產(chǎn)生的電流自然也就越大?；?70 美元可以買到 10 個(gè)一組的半導(dǎo)體制冷片。令人驚訝的是，相比太陽能電池，這玩意兒每瓦特的成本更低（根據(jù)2007年調(diào)查的情況）。半導(dǎo)體制冷片常常被用于制熱和制冷設(shè)備，因?yàn)楫?dāng)電流流過半導(dǎo)體制冷片時(shí)，其一側(cè)會(huì)變熱，而另一側(cè)會(huì)變冷(發(fā)電的逆過程)。


• 強(qiáng)烈建議你將冷卻器件（散熱器）安裝在半導(dǎo)體制冷片的另一側(cè)（不接觸小型聚變器的一側(cè)）。這樣就能形成更大的冷卻梯度。在某些情況下，你可以用風(fēng)扇，甚至是冰塊這樣的冷卻方式，來形成足夠大的梯度。可別讓半導(dǎo)體制冷片過熱了，否則它們會(huì)熔化的！


• 將電池的位置調(diào)整到最佳狀態(tài)，讓它們的熱量梯度最大化。用鋁膠帶將這些電池綁起來。


• 如果你不想要使用半導(dǎo)體制冷片的話，那么也可以用其他的技術(shù)，例如小型蒸汽機(jī)或者斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)（套閥式發(fā)動(dòng)機(jī)）。這兩者都可以產(chǎn)生足夠大的功率，給電池或者小型電器充電。

• 一開始，先要進(jìn)行一些測(cè)試，確保你的設(shè)備能夠正常地進(jìn)行氣化過程。方法是，往設(shè)備中插入固體燃料、燒紅的煤塊，和/或一點(diǎn)Tiki火炬油。設(shè)備應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生純凈、無煙的火焰。這就表明生物氣（木煤氣）的存在。你可以把過時(shí)的書或者木頭放進(jìn)去燒掉，不會(huì)產(chǎn)生什么煙霧。


• 在照片中，可以注意到?jīng)]有使用Tiki火炬油，也沒有煤塊，只用了固體燃料！注意燃燒的純凈性。


• 這就是為什么這種技術(shù)適合作為發(fā)展中國家的燃料來源，而且在二戰(zhàn)時(shí)用于驅(qū)動(dòng)汽車。

• 做了一個(gè)更大的裝置。本例中，在裝置周圍的冷卻盤上放了冰塊，以產(chǎn)生更大的熱量梯度。半導(dǎo)體制冷片被夾在冷卻盤和氣化爐之間。膠水在這里一般是無用武之地的，因?yàn)樗鼤?huì)熔化或者燒盡。鋁膠帶則非常適合！

• 既然你有了電源，那么就需要采取某種方式來儲(chǔ)存獲得的能量。你將需要一節(jié) 12 伏的鉛酸蓄電池、一個(gè)浮充充電器，以及一臺(tái)逆變器。這些東西都可以在網(wǎng)上買到。你也許還需要購買一只價(jià)值 5 美元的電壓表，來監(jiān)測(cè)電池的充電情況。


• 這些器件有些分類。例如，方波逆變器沒有正弦波逆變器好，而且方波逆變器無法與許多敏感的電子器件兼容(注:方波逆變器通常體積更小更便宜更普遍)。有些充電器比較便宜，但其實(shí)會(huì)傷害電池。記住，有些鉛酸電池要比別的更好，而有些充電器也比別的更好。在購買之前記得看看顧客的評(píng)價(jià)！在本例中用的是標(biāo)準(zhǔn)的車載電池，不過這些玩意兒在我們這樣的折騰下是用不了多久的。留心看看有沒有深度循環(huán)電池。電池的標(biāo)度是安培時(shí)。在我們的制作中，你可以用下面的公式估算一下電池在一個(gè)小時(shí)內(nèi)所能提供的能量：放電效率（%） 12V 電池額定容量（安培時(shí)）


• 逆變器、充電器，以及電壓表可以直接連在電池上（留意極性！）。

• 有了這些充電器件以后，你甚至可以把小型聚變器換成太陽能電池板，從而提供可利用的輸出，或者驅(qū)動(dòng)數(shù)量繁多的各種和太陽能有關(guān)的裝置！

• 關(guān)于效率：

許多人都指出，半導(dǎo)體制冷片的效率太低了。也許半導(dǎo)體制冷片的確不是理想的選擇，但是對(duì)一個(gè)小型 DIY 項(xiàng)目而言，這種簡單的固態(tài)組件可以讓作品看起來更酷更吸引人。工業(yè)級(jí)的蒸汽動(dòng)力效率更高，但是在小尺寸的應(yīng)用條件下，要手工制作迷你蒸汽機(jī)等部件太繁瑣了，而且毫無疑問，這對(duì)于業(yè)余的 DIY 玩家而言就是坑爹??！在汽車產(chǎn)業(yè)有種說法，要把汽車的交流發(fā)電機(jī)在排氣管的部分換成半導(dǎo)體制冷片，從而重新利用那些廢氣的熱量，而不是讓它從汽車的動(dòng)量中白白流走。半導(dǎo)體制冷片雖然效率不高，但并不是一無是處。

• 關(guān)于對(duì)環(huán)境的影響：

消除碳排放就是讓它離開碳循環(huán)。由于碳循環(huán)中所有的碳都在循環(huán)的某一位置進(jìn)入了氣態(tài)，所以，如果在任何時(shí)刻將碳加入碳循環(huán)中，那么就會(huì)在那一位置對(duì)環(huán)境造成破壞，而這也是唯一產(chǎn)生破壞的時(shí)刻。氣化技術(shù)已經(jīng)得到了全球范圍的應(yīng)用，一般是利用等離子電弧產(chǎn)生氣化，而且，這是一種可選的燃料源，但是現(xiàn)在所得到的關(guān)注度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。每一種可選燃料源都有缺點(diǎn)。氣化的缺點(diǎn)就是會(huì)驅(qū)使碳從循環(huán)的某一狀態(tài)進(jìn)入另一狀態(tài)（氣態(tài)），但是這種效應(yīng)并不是長期的。地底下所蘊(yùn)藏的碳（化石燃料）本來是不參與碳循環(huán)的，但當(dāng)人類運(yùn)用它們的時(shí)候就會(huì)讓循環(huán)中的任何一種狀態(tài)的碳總量增加，同時(shí)，運(yùn)用本就在循環(huán)中的碳會(huì)讓某一狀態(tài)的碳總量增加，但其他狀態(tài)的總量則會(huì)減少，所以這種聯(lián)系基本上是平衡的。循環(huán)碳（氣化），而不是帶來碳（化石燃料），這種生產(chǎn)能量的方式更符合可持續(xù)發(fā)展。


恐龍是可以拿去燒的，但恐龍的尸骨就不能燒了！

• 更多關(guān)于氣化：

這一節(jié)會(huì)來解釋一下氣化的基本過程，以及作者是如何想到這一設(shè)計(jì)方案的。氣化過程所生成的可燃?xì)怏w是一氧化碳、氫氣，以及甲烷。在高溫下，碳和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)（吸熱反應(yīng)，高溫下發(fā)生），此時(shí)環(huán)境中的含氧量要控制在一個(gè)較小的值。一般而言，碳?xì)浠衔锘蛘咂渌剂隙伎梢酝耆紵?，生成二氧化碳，并向空氣中排放大量微粒，燃燒也很劇烈（產(chǎn)生煙霧）。當(dāng)含氧量被控制住時(shí)，就會(huì)發(fā)生不完全燃燒，所生成的就不是二氧化碳，而會(huì)出現(xiàn)燃燒的中間產(chǎn)物（可燃?xì)怏w）。這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生純凈、高效、長久的燃燒，那些本來會(huì)進(jìn)入空氣中的煙霧顆粒會(huì)變成灰燼留下來，而且會(huì)產(chǎn)生一部分可以利用的可燃?xì)怏w。這個(gè)設(shè)計(jì)方案是研究了氣化野炊爐和車用氣化器后想出來的。作者當(dāng)時(shí)沒辦法獲得生產(chǎn)所需的少量金屬零件的專用工具，所以，就轉(zhuǎn)而重新利用了身邊的一些罐頭和其他東西。

• 排查問題：

如果你的小型聚變器無法正常工作，那么你可以做下面幾件事情。試試在半導(dǎo)體制冷片朝向冷面的一側(cè)涂上些導(dǎo)熱膏。試試開更多的孔來讓裝置中獲取更多的氧氣，或者堵住一些孔來減少氧氣的供給。將核心部分隔絕開來，它可能還不夠熱。有些合成氣野炊爐使用風(fēng)扇來幫助氧氣的流通和排出。試試用谷歌搜索圖片，研究一下合成氣野炊爐的設(shè)計(jì)方式。

• 安全：

小心不要在樹林或者其他可燃物，或者在封閉的環(huán)境下點(diǎn)燃任何東西（注：有一氧化碳中毒危險(xiǎn)）。用延長的烤肉打火機(jī)來點(diǎn)燃小型聚變器！

• 視頻：

如果你喜歡這個(gè)項(xiàng)目的話，可別忘了點(diǎn)推薦哦。

美國普渡大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物工程系的教授邁克爾拉迪什（Michael Ladisch）在2007年領(lǐng)導(dǎo)制造了一種可移動(dòng)的垃圾發(fā)電機(jī)，本意是讓戰(zhàn)場(chǎng)上的士兵可以就地取用垃圾來發(fā)電。