全自動分揀機器人如何自動充電
你會垃圾分類，但肯定沒它分得快——這位機器人2個機械手，相當于替代了54個垃圾分揀工人的工作量。
你手機沒電了，但有垃圾“充電寶”——這套分布式餐廚垃圾能源化系統(tǒng)，只要80斤餐廚垃圾就可充千臺手機。
你吃完小龍蝦，但蝦殼千萬別浪費——有了從蝦蟹殼中提取甲殼素的綠色技術(shù)，能制備20余種含氮化學品。
6月5日“世界環(huán)境日”之際，·上觀新聞記者從上海交通大學獲悉，科學家和工程師通過國際化研發(fā)產(chǎn)出這一系列硬核“低碳”成果。
超視覺垃圾分揀機器人圖片來源：上海交通大學
【垃圾分揀機器人：超視覺、手速快、省成本】
在上海交大中英國際低碳學院實驗室，沒有身穿厚重工作服，戴著口罩、手套，埋頭分垃圾的工人，取而代之的是不停往返的機械手，以及穿插有序的輸送軌道——原來是固體廢棄物資源化技術(shù)與智能裝備團隊研發(fā)的超視覺垃圾分揀機器人正在工作，從牛奶包裝盒到礦泉水瓶，快速在大量垃圾中精準識別可回收物【附視頻】。
“一個超視覺垃圾分揀機器人，可以高精度分揀多種不同品類的垃圾，有效分揀率可達95%，最高分揀速度5400次/小時，工作時間24小時/天。”項目負責人、上海交大中英國際低碳學院副教授李·上觀新聞記者，“生產(chǎn)線上每套設(shè)備布置2個機械手，相當于替代了54個分揀工人的工作量。”
超視覺垃圾分揀機器人圖片來源：上海交通大學
依托國家自然科學基金、國家863高科技計劃等項目，這支團隊多年來產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)，相繼突破十余項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了垃圾精細分揀機器人的核心技術(shù)國產(chǎn)化。比如，“我們通過機器視覺中的3種主流識別傳感系統(tǒng)，即CCD視覺、激光視覺、近紅外視覺相耦合，綜合判斷目標物的外部特征，顏色、形狀、紋理等，以及具體材質(zhì)等內(nèi)部特征，達到垃圾的精準定位與細分判別。”
目前，團隊與國內(nèi)環(huán)保頭部企業(yè)對接合作與共同開發(fā)，使超視覺垃圾分揀機器人更快技術(shù)推廣并投入應用。
移動式餐廚垃圾廢物能源化系統(tǒng)，所有控制單元和操作單元均集成在一個集裝箱內(nèi)圖片來源：上海交通大學
【餐廚垃圾能源化系統(tǒng)：自給自足還當“充電寶”】
在新加坡國立大學食堂附近，一套分布式餐廚垃圾能源化系統(tǒng)目前在用。試驗結(jié)果表明，40kg餐廚垃圾就足夠供1000臺手機充電。
在中新名校聯(lián)合承擔的重大國際合作項目“超大城市的能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展解決方案”項目支持下，來自上海交大中英國際低碳學院的有機廢物資源化研究團隊與新國大合作研發(fā)的這套系統(tǒng)，采用了臨近垃圾產(chǎn)生源頭的原位處理方式，將所有垃圾處理和能源轉(zhuǎn)化設(shè)備集中在一個長為6米的移動式集裝箱內(nèi)。
通過手機充電柜，餐廚垃圾產(chǎn)生的電能用于手機、平板電腦充電圖片來源：上海交通大學
其中，整個系統(tǒng)的核心是厭氧消化罐，在餐廚垃圾被泵入?yún)捬跸拗埃枰?jīng)過研磨、混合等簡單操作來提高后續(xù)厭氧消化處理的效果。“按照特定的比例將厭氧微生物和餐廚垃圾混合后，餐廚垃圾將會分解成沼氣，隨后沼氣通過熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電力和熱力，而這些產(chǎn)生的電能就可以直接輸出為附近人群提供手機充電以及其他服務(wù)。”項目負責人、中英國際低碳學院副教授張景新介紹。
通過調(diào)試和研究表明，整個系統(tǒng)產(chǎn)生的電能和熱能能夠滿足其自身工作需要。比如電能遠大于集裝箱內(nèi)燈光、風扇、泵、攪拌器等其他設(shè)施的耗電量，剩余的電能將被儲存在電池中，用于其他用途。經(jīng)模擬計算，該系統(tǒng)處理1噸餐廚垃圾的發(fā)電量為200-400度（kWh），換算下來，能夠為13000-26000臺手機充電。
餐廚垃圾處理后產(chǎn)生的肥料用于種菜圖片來源：上海交通大學
【甲殼素提取轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)：廢棄蝦蟹殼變出高附加值】
當前時節(jié)，從大螃蟹到小龍蝦，各式各樣的海鮮水產(chǎn)成為餐桌上最火的食材。而甲殼類蝦蟹的可食用部分通常只有40%到50%，全球每年約有800到1000萬噸的蝦蟹殼垃圾產(chǎn)生，大部分被當作垃圾直接丟棄或填埋。
借鑒自然界中鐘乳石的形成過程，上海交大中英國際低碳學院陳熙課題組和新加坡國立大學顏寧課題組合作，成功開創(chuàng)了一種溫和無污染的新技術(shù)來處理蝦蟹殼垃圾。他們采用高壓二氧化碳為一種綠色酸試劑，在水中溶解蝦蟹殼中的碳酸鈣，去除率達到95%以上。
對于其中蛋白質(zhì)的去除，則類似煮肉湯的過程，通過180度高溫水使蛋白質(zhì)水解脫落，整個過程只使用了二氧化碳和水這兩種試劑，幾乎沒有污染物產(chǎn)生，且成本低廉，兩步處理后甲殼素的純度可達90%以上。通過成分和碳排放計算，這項新技術(shù)比傳統(tǒng)工藝能夠減少碳排量80%，總體成本也為傳統(tǒng)工藝的約一半。
從蝦殼提取甲殼素流程圖圖片來源：上海交通大學
事實上，甲殼素是世界上儲量最大的生物質(zhì)資源之一，是一種具有重要價值的高分子，也是含氮化學品取之天然的可再生平臺。比如在醫(yī)藥領(lǐng)域，85%的最暢銷藥物都是含氮化合物。
綠色提取還有綠色轉(zhuǎn)化，兩校課題組結(jié)合預處理和催化劑開發(fā)體系，成功將甲殼素高分子轉(zhuǎn)化為一種含氮中間體，成為合成抗癌藥物的重要原料。目前，他們已研發(fā)多種新型路徑轉(zhuǎn)化甲殼素，制備20余種不同的含氮化學品。相關(guān)技術(shù)已申請專利，不久后進行中試研究。