韋伯（Michael E. Webber）／美國德州大學奧斯丁分校能源研究院副主任、乾淨能源育成中心共同主任兼能源教授。最新著作是《渴求動力： 能源、水和人類生存》。
譯者／鍾樹人
把具有價值的廢棄物轉變成珍貴的資源，
可以提高城市運作的效率。
2015 年 12 月 20 日，中國深圳一座垃圾山崩塌，造成至少 69 人死亡、幾十棟建築倒塌，重現了 2008 年反烏托邦動畫電影「瓦力」中廢棄物堆積如山的場景；該電影情節恐怖但真實：人類毫無節制地製造並堆積垃圾，最終只能離開地球。要讓現代城市永續發展——也就是保護地球而非摧毀它，最有效的辦法是減少源源不絕的廢棄物流（waste stream），並把剩餘的東西當做資源來利用，某個程序的廢棄物將成為另一個程序的原料。
越來越多人往都市遷移，都市因而成為解決全球資源問題的關鍵。市長們別無選擇，必須擔負更多責任、構思解決方案，對解決環境問題缺乏行動力的國家尤其如此。2015 年 12 月，各國在法國巴黎簽署的國際氣候協定中，城市也扮演核心角色。當時有超過 1,000 位市長齊聚巴黎，承諾減少溫室氣體排放，他們表示，城市可以比中央政府更快展開行動。改變建築法規及資助能源效率改善，只是兩個起點。
城市挺身而出合乎常理，一些城市（例如美國紐約市、墨西哥墨西哥市、中國北京市）的市民人數比一些國家總人口還多。生活中充滿各種挑戰，但全數交會在一起的場域非城市莫屬。都市可以帶頭行動，因為它能快速擴展解決方案；而且在改善生活品質的過程中，不耗盡地球資源、污染空氣和水或傷害人類健康，城市就是活生生的實驗室。
城市有能源濫用、二氧化碳排放、食物和水及空間時間浪費等問題。減少每項廢棄物流，並把它們視為資源（而非成本）來管理，可以同時解決諸多問題，為全球數十億人創造永續未來。
污染就是解決方案
歷史上有關廢棄物的例子不勝枚舉。1848 年和 1854 年，英國倫敦爆發嚴重霍亂，當地醫師史諾（John Snow）推測公共水井遭污水污染。明確的解決方案是建造下水道，但政府不理會史諾，因為他的想法不符合當時主流認知，而且一般認為這項方案太花錢。現在，氣候變遷科學家同樣遭遇困境，他們表示，廢棄物正在殘害我們，只不過比較緩慢，型式也沒那麼直接，而解決問題必須資助新的基礎建設計畫。史諾後來獲得平反，並被視為英雄（或許現在的科學家正面臨同樣際遇），因為新的領導人展開深具遠見的公共工程計畫，把總長超過 1,900 公里的下水道塞進人口 300 萬的擁擠都市裡，解決了霍亂問題。相關工程也創造了泰晤士河畔的美景，至今仍是倫敦的著名景點，很多人在河堤散步。
然而，現在光是沖走廢棄物不夠。我們在減少廢棄物之後，應該建立封閉循環，再度利用這些剩餘廢棄物；也就是先管制廢棄物，然後讓它們發揮作用。
要建立新思維，我們必須定義何謂污染。著名工程師巴塔萊（Raj Bhattarai）任職於美國德州奧斯丁市立自來水公司，他告訴我污染的新定義：不在其位的資源。物質有害是因為進入錯誤的地點，例如我們的身體、空氣或水；如果是進入正確的地方，它們就有用，例如，與其花上清理費用把固體廢棄物送到垃圾掩埋場，我們其實可以焚化這些廢棄物來發電。從人口 100 萬的社區排放的污水中，我們每年可以提煉出價值數百萬美元的黃金與其他貴金屬，並用於當地製造業。
此概念符合所謂循環經濟（circular economy）這個更宏觀的想法，意指社會中不同的行為與程序可以彼此互惠。簡單來說，會有廢棄物是因為人們缺乏想像力。
少即是多
要減少廢棄物，顯然可以從水管漏水開始。令人驚訝的是，一座城市的自來水通常有 10～40% 在水管中流失。而且市政當局已淨化水質、供電給水泵以送水，所以漏水等同浪費能源。
能源的運用過程也很浪費。一座城市使用的能源，超過一半會轉換成廢熱，從煙囪、排氣管、冷暖氣機與家電排出。提高這些設備的效率，可大幅降低我們在生產、配送和清潔時所需的能源。
垃圾是另一項亟待處理的廢棄物流，美國人每天會丟棄大約兩公斤固體廢棄物。雖然有堆肥、回收或焚化等諸多處理方式，但仍有超過一半的垃圾傾倒在掩埋場。減少包裝是降低垃圾量的方法之一，而且也有其他好處，例如沃爾瑪（Walmart）這類大型零售商發現，減少包裝後，運輸商品所需的卡車車次變少，商品在貨架上的展示空間也增加。
食物浪費也是難解的問題。雖然全球很多地區發生饑荒或食物短缺，美國仍浪費 25～50％ 的食物。食物的生長、加工、儲存、運送、烹飪和丟棄需要大量能源、土地和水，所以浪費食物會造成深遠影響。英美等國現已出現許多運動，例如美國的「我重視食物」（I Value Food），對於解決這個關鍵問題是個開始。
廢棄物不浪費
在減少廢棄物流之後，應該把都市中某個程序的廢棄物當成資源，供另一個程序利用。採行這種做法的城市很罕見，但不斷有人推行這類迷人計畫。現代化的「廢棄物變能源」系統（其中之一位於瑞士蘇黎士），在焚化垃圾時不會造成污染；有些系統（例如位於美國弗羅里達州棕櫚灘）則可從燃燒剩餘的粗砂質灰燼中回收超過 95% 的金屬。另外，許多農村例如德國的雲德（Juhnde）運用牛和豬的糞肥產生沼氣，提供多數住家產生暖氣或電力。我在美國德州大學奧斯丁分校的研究團隊把不可回收的塑膠製成燃料丸，供給德州新布藍費爾斯（New Braunfels）的水泥工廠，讓工廠不需燒煤，避免採煤過程中排放的二氧化碳衝擊環境。
掩埋場的垃圾也有價值。城市可以收集廢棄物分解時排出的甲烷，這方式顯然優於燃燒過多天然氣，或讓甲烷直接進入大氣——大氣中的甲烷比等量二氧化碳保留更多熱；發電機可以把燃燒甲烷產生的熱轉換成電力。加拿大溫哥華的垃圾掩埋場便抽取出甲烷並燃燒，以加熱周遭溫室來種植番茄。
儘管如此，垃圾掩埋場的做法還是有漏洞。這促使溫哥華（誓言成為全球最環保的城市）市政府提供市民垃圾分類桶，一桶裝垃圾，另一桶裝有機廢棄物（廚餘和修剪庭院樹木後的殘枝）。市府官員希望市民妥善運用垃圾分類桶，並派出稽查員檢查市民傾倒的垃圾是否正確分類。該市利用有機廢棄物製造甲烷，過程中的固體產物可做為土壤改良劑，使土壤更加肥沃。這些方案同時解決了好幾個問題：省下購買能源的經費、減少設立昂貴的掩埋場、避免土地不必要的使用或遭受破壞，還能改善農業。
奧斯丁市也採取類似做法來處理廢水淤泥——讓淤泥通過厭氧消化槽（anaerobic digester）以製成生物沼氣（biogas），沼氣可以販售，也可以直接用來產生熱。他們把剩餘的固體產物製成廣受歡迎的土壤改良劑，並以當地動物命名為犰狳土（Dillo Dirt）。該市政府販賣犰狳土獲利，可抵銷一些處理廢水的成本。雖然堆肥的做法有越來越多市民響應，而且也值得推行，但處理不當可能導致更多甲烷排放。對該市來說，比較合理的做法是，市民把廚餘丟進水槽通過攪碎機排放，廢水處理廠的工業用處理設備就能製作堆肥，而且效率更好。
另一個大有可為的機會是利用廢熱，但收集熱的難度高，因為在低溫下很難轉換成電力。美國航太總署（NASA）雖然研發出熱電發電機（thermoelectric generator），並應用於太空船，但該技術昂貴又沒效率。然而，把熱更有效率地轉換成電力的先進材料即將問世，可率先應用在洗衣服、洗碗或洗澡後流進排水管的熱廢水。挪威奧斯陸近郊的桑維卡市便沿該市廢水管線安裝大型熱交換系統，收集熱以提供附近幾十棟建築物暖氣，或除去人行道和車道上的霜；夏天時，透過熱泵則可利用這些熱提供建築冷氣機運轉。溫哥華喜歡這個想法，便應用此概念以廢水供數百棟建築物及奧運選手村暖氣。
丹麥的卡倫堡共生園區（Kalundborg Symbiosis）則以此想法為基礎，往前更進一步，成為封閉循環概念的先驅。這座工業園區裡有七家公司及市立公用事業（主要是處理電、水、廢水和固體廢棄物的設施），各設施透過管線相連，某設施的廢棄物可為另一設施利用。管線能來回輸送蒸汽、氣體、電、水和廢棄物，以改善整體運作效率並減少廢棄物總量，包括二氧化碳的排放量。舉例來說，煉油廠的廢水會流到發電廠，用於清潔或吸收燃煤產生的飛灰；煉油廠會把廢蒸汽輸送到諾和諾德（Novo Nordisk）藥廠，他們利用這些熱來培養細菌和酵母以生成胰島素，他們的胰島素佔全球供應量的一半。整座園區看起來就像活生生的工業生態系。這種方式也證明，在減少排放的情況下，經濟依然能成長。
巨量資料啟動智慧城市
卡倫堡共生園區的模式能否擴大規模推廣到全球？可以，但前提是我們要讓城市變「聰明」。工業園區較單純，只有數量不多的租用戶和決策者，因此很有彈性；但在城市中，每天有很多的人和組織各自進行關於能源、水和廢棄物的決策。統整這些決策者，需要建立更容易合作的氛圍，還有賴智慧科技的幫忙。「智慧城市」必須借助無所不在的感測設備與價格低廉的計算機器，並透過機器學習與人工智慧進行整合。這樣的結合能讓設備操作自動化，同時找出缺乏效率之處，使城市運作最佳化以減少廢棄物和成本。
若想讓都市容納更高密度的人口，同時維持生活品質，城市規劃專家把城市變聰明的做法很吸引人。例如，印度的人口和公共衛生問題很嚴重，總理莫迪（Narendra Modi）為了解決這些問題，他計畫把 100 座小型與中型城市轉變成智慧城市。
「智慧」一詞，就像在指責多數城市都很笨。這項指責之所以成立，是因為都市充斥廢棄物，運作起來就像無頭蒼蠅。美國國家科學基金會（NSF）發起大型研究計畫「智慧與連結社區」（Smart & Connected Communities），目的是幫助城市更加善用巨量資料。順道一提，這項計畫的名稱暗示，光有智慧不夠，系統與人之間的連結也是關鍵。
智慧城市必須從廣佈的感測器網絡收集巨量資料，運用先進演算法分析資料後，便可迅速了解狀況、得出結論並做出決策，之後再透過網路把這些分析資訊送到全市的設施。顯然，我們可先從智慧型度量表著手，這些度量表可以依照一日的時間、家電或工業設備等類別，嚴密分析電、天然氣和水的使用狀況。即時交通感測器、空氣品質監測器及偵漏器（leak detector）也可即時派上用場。奧斯丁的胡桃街聯盟（Pecan Street consortium）正從數百戶家庭收集資料，取得資料流（data stream）後希望了解如何幫助消費者改變行為、減少消耗並節省成本。美國鳳凰城等城市以及科羅拉多州的喀孫堡（Fort Carson）等軍事基地，誓言在能源和水資源上自給自足，而且完全不傾倒廢棄物。要達成這些深具遠見的目標，便需要相互連結的巨量資料。
改善交通就能減少時間浪費，這或許能讓都市人一窺智慧城市的好處。減少運輸足跡，代表要使用更潔淨的燃料、交通工具必須更有效率、減少旅程距離與時間、增加交通工具載客量、大幅降低旅程次數。如果市民住得離工作地點很近，他們可以走路、騎自行車或利用大眾運輸上下班。研究顯示，建造安全的自行車道能大幅增加騎車人數，而且和汽車相比，自行車所需的空間很小，可以減輕交通壅塞。
一座不需要汽車駕駛人的城市，不再有為了停車位浪費的空間和時間。以持續運作的共享或自動駕駛車輛取代停放在家或上班地點的私家車，能釋出以往停車佔據的大量空間，進一步改善交通壅塞。德州大學奧斯丁分校運輸研究中心（Center for Transportatoin Research）的研究人員根據複雜模型判斷，引進共享和自動駕駛車輛，能把城市運作所需的車輛數減少一個數量級，而且可降低碳排放；不過，因為車輛持續移動，總里程數會稍微增加。與其浪費時間開車，通勤者可休息、查看電子郵件、打電話或處理公事。這可以創造經濟價值也能減少上班時間，上班族便能提早回家吃晚餐。
讓基礎建設更聰明，絕對是解決水管漏水這類基本問題的關鍵。確認漏水狀況不難，只要把水表安裝到供水系統各處便可追蹤水量，立即確定漏水量與位置。英國伯明罕的研究人員研發出非常省電的迷你壓力感測器系統，可以不斷檢查並偵測供水網的漏水狀況。以往只能等待市民打電話抱怨自來水像噴泉一樣從馬路上噴出，相較之下，新方法改善很多。有朝一日，或許我們能把智慧機器人送進水管，以修復漏水管線。
高性能天然氣感測器也能讓我們在意外發生之前，及早發現天然氣洩漏。天然氣洩漏不只對環境有害、浪費資源，還很危險——我們都看過類似的頭條新聞：城市的基礎建設老舊，因而發生天然氣爆炸。
我們很難知道，善於利用廢棄物的智慧城市會在何處出現。我猜很可能是美國中西部某個超過 100 萬人口的城市，因幾十年前經濟崩壞影響而必須重新改造。我腦海中浮現的是印第安納波利（Indianapolis），原因之一是一個世紀前的錯誤政策，讓城市的自來水、廢水和下水道系統必須重建；這座城市一直在投資建設市中心，而且後勢看好。匹茲堡（Pittsburgh）則想讓既有的資產發揮作用，使城市的特色從傳統製造業轉型為智力密集產業——這些資產包括有活力的都會中心、城市榮譽感、市長培杜托（William Peduto）的前瞻領導力、卡內基美倫大學與其他創新基地的實力。優步（Uber）就是在這座城市率先推出自動駕駛車服務。另一個想要實驗智慧城市的是俄亥俄州首府哥倫布（Columbus），該市有一所主要大學；最近，美國交通部（DOL）剛資助哥倫布 4,000 萬美元，補助該市改造運輸系統。
改變與傳統相輔相成
讓恣意揮霍的城市改變，減少廢棄物並再次利用剩餘資源並不容易。美國政府的綜合研發投資必須跟各級地方政府的實務政策結合，不幸的是，研發經費持續減少，而川普政府可能讓經費縮減更劇烈。投資計畫也必須掌握社會脈動。研究顯示，智慧城市的研發大多聚焦技術，而非市民需求。一旦規劃有誤，智慧城市的受益者可能是早已有網路、而且能使用先進科技的人，這樣只會在既有社經差距上繼續擴大市民的科技落差。市府當局必須幫助市民變得更有智慧，因為每個人在購買產品或打開設備開關時，都在做攸關資源使用的決策，因此讓市民接受教育很重要。要把市民連結起來，也必須透過合作和社區互動的模式，例如利用公園、遊樂場、公共空間、學校、宗教和社區中心，這是幾百年來城市繁榮的核心原則。當城市變得越現代、越有智慧，我們就越需要這些傳統元素來保持聯繫。
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