喧囂過後,廚餘怎麼處理?——專訪中興大學楊秋忠 | 環境資訊中心

喧囂過後,廚餘怎麼處理?——專訪中興大學楊秋忠

2021年09月01日
轉載自科技大觀園;撰文:許君咏

中研院院士、中興大學土壤環境科學系講座教授楊秋忠,研發出了以酵素取代微生物的堆肥技術,將處理有機廢棄物變成堆肥的時間,從1到3個月縮短為3個小時內。不僅大幅提高生產效率,還解決了頭疼的臭味問題!

酵素飛彈直搗黃龍,分解廚餘「搗蛋成分」

楊秋忠說,以前常聽到人家說「燒苗」,其實所謂的「燒」指的不是溫度太高,而是將未發酵過的廢棄物丟到土壤中,會造成植物受害,其中一個原因是,微生物大量繁殖及分解物質,搶去很多養分,例如氮、磷、鉀,導致土壤裡的營養比例失調,分解出的有機酸或酚酸,也會破壞植物的根系,作物便長得不好。


楊秋忠教授,研發出了以酵素取代微生物的堆肥技術,快速將廚餘化為堆肥!圖片來源:科技大觀園提供

楊秋忠本身研究微生物多年,為何是用酵素來處理堆肥,而非微生物呢?楊教授解釋:「可以把微生物想像成是拿武器的軍人,需要有適當的環境才能打仗、分解,也需要時間作用,而酵素是『會作功的蛋白質』,就像是飛彈,用來打有機廢棄物裡的『搗蛋成分』,例如水,更直接、快速命中目標,因此我們稱為『標靶酵素』!」。

其實這套創新技術不只可以處理廚餘,任何可分解的有機廢棄物,例如枯枝落葉、家禽家畜糞便等,都可以轉化成有機質肥料利用。

楊秋忠表示,來源不同的酵素,功能差異很大,通常有機廢棄物的種類不外乎動物、植物以及少數的微生物,成分差異不大,因此重點在於找到要用何種酵素來處理,因此有所謂「酵素群」,並非只有一種酵素,而是將各種工具組合起來去分解廢棄物。

楊教授形容酵素就像是菜刀,是從微生物來的,就像是菜刀工廠,同樣功能的酵素,來源不同、穩定性便不同,需要長期篩選才能找到高效耐溫、保存性、功能好的酵素,從像是公司挑選人才一樣,而老師研究過的菌種從100多株,花了好幾年研究,到現在有8000多株,才從中找到最適合、耐用的。「所以說,研究是能量累積出的成果。」

然而不同酵素適合的環境不同,在處理有機廢棄物的過程中,要如何控制酵素的活性呢?楊秋忠解釋:「只要有水份,酵素就會作功,通常我們會把水分控制在50%,如果是乾燥的有機物就需要加水。且在研究時,已經先考慮了酵素的適應性、適合的環境,如溫度、酸鹼度的耐性等,一開始就在菌種庫裡尋找穩定性夠高的。」


透過楊教授的獨家技術,團圓飯後的廚餘就可以被快速且有效的利用!圖片來源:Pxhere

楊秋忠說明傳統廚餘堆肥與TTT®法的不同,傳統廚餘堆肥生產時之所以會臭,是由於微生物分解過程產生的代謝物,HT2S和有機胺、有機氮、氨氣等,造成二次污染源,而這套技術採用酵素,在過程中便已經考慮除臭功能,翻轉了堆肥場總是彌漫著酸臭味的印象。且傳統堆肥需要廣闊的空間讓廚餘慢慢後熟,機具也須特殊防鏽處理,「相較於傳統堆肥,大約只要1/10的土地面積。」 

此外,在有機廢棄物的處理結果也有很大的不同,假設乾重100公斤的廚餘,使用傳統堆肥法,大約只能得到乾重60公斤的堆肥,但TTT®法能夠轉化成100公斤的堆肥,且有機質含量幾乎沒有減少,製成率接近100%,但過去廚餘堆肥總有機質含量,大約會減少30%~40% 。很多傳統堆肥場的屋頂容易腐蝕,經常需要更換,因為生產過程會排放氨NH3 ,所以傳統廚餘堆肥損失大約40%~50%氮肥,但這套技術並不會排放氨NH3,因此並沒有氨揮散及脱氮損失。

「我們技術的優勢便是,節省時間、空間,而且製成率高。」

勇者鬥惡龍,一步步解決問題

之前有報導說,楊秋忠過去數十年來,每天吃便當時留下一口飯菜拿來實驗,研究怎麼加速有機肥的製程。他笑著說,這些研究成果都不是兩三年就可以促成的,而是多年的累積。提及當初發展酵素堆肥法的動機,楊教授分享,過去經過堆肥場時,一陣風吹來,便聞到陣陣惡臭,其實小時候作農也會有廚餘堆肥,但都沒有堆肥場那麼臭,「因此我就想,要徹底解決這個問題,一定要從基礎研究做起。」而因為微生物是土壤裡很重要的組成,因此楊教授剛回台灣時便從微生物開始研究。

楊秋忠回憶道,小時候生長在南投縣國姓鄉,當地的香蕉非常有名,以前的土地不需使用肥料、農藥,作物也都長得很好。1980年代,他從美國學成歸國後,當時台灣流行使用化肥,學微生物及土壤的他認為長久之下會使土壤退化。為此,他感到非常憂心,並想要解決此問題,因此這40年來,他便積極研究微生物肥料,以及快速生產有機質肥料的方式,因為有機質含量是土壤肥沃與否的第一個指標,跟土壤的物理性質、化學性質及生物性質都有密切關係。

「要解決一個大的問題,是長期思想、累積的經驗,最後才能夠找出方法,有了方法還要繼續測試,其中一定有困難要解決,慢慢一點一滴醞釀。」

在研究過程中,就是不斷的試錯與突破。


楊教授也曾研究以玉米穗軸為原料,製作出環保的有機肥料。圖片來源:Pixabay

「當然,也不是一開始就找到最完美的,這都需要時間,所以遇到困難,就要繼續奮鬥。」楊教授分享,過去曾碰到想用玉米穗軸去做有機肥,一直無法分解,原本以為是酵素的問題,仔細看了配方後,覺得沒有問題,結果原因出在材料的光滑面,讓酵素無法接上,楊教授與其研究團隊便試著加水,後來發現,必須將玉米穗軸在作用的前一天泡水,才能用酵素處理。甚至之前有業者向楊教授請教如何處理生產抗生素的廢渣,含有很高的抗生素量,因此需要找出能分解或轉化抗生素的材料,當時各種方法都是都試試看,最後有找到解決方法。

發展至今,楊教授表示,有機肥就像是糧食,人和動物都能吃,只是內含成分不同,需要調配其他營養,因此只要是生長作物的土地,都能使用有機肥,但所需的用量及營養調配不同。因為是有機物,會釋放出氮、磷、鉀等,不同廢棄物會有比例上的差異,例如木屑做成的有機肥,氮含量較低,若單純使用植物會缺氮,所以需要再搭配氮肥使用。

「肥料適合不適合,在於會不會用。」因此楊教授最近開始教產業界,如何使用這套新技術,從廢棄物處理到真正用到土地上的整個過程。首先將有機廢棄物快速生產成堆肥,解決臭味、環保等問題,再來「優化」,如何調配營養比例,第三步則是教「如何用到土地上」,一公頃需要多少有機肥等。

從最根本的土壤,解決人類面臨的危機

除了改善堆肥場惡臭、空間等問題外,其實TTT®技術也能夠對人類目前面臨的重大挑戰——糧食不足及氣候變遷等有所幫助。

如上述提及,有機質含量是土壤肥力的第一指標,若增加土壤裡的有機質,便可以使作物好好生長,產量增加,解決目前人口增加、糧食不足的危機。楊秋忠說明,現在作物的產量不好、容易生病,其實是因為土壤條件不好,有機質是控制土壤地力的指標,例如全台灣有兩千多萬噸的有機廢棄物,真正送到堆肥場的總量不到1/10,傳統堆肥生產又耗時,這樣的情況下,若使用我們的技術,能快速將有機廢棄物生產成肥料,

全世界的垃圾裡大約含有30%~40%的有機廢棄物,因此楊秋忠想,若讓這些都回到田裡去,對糧食的生產會有很大的幫助,若有機質含量低,土壤容易生病,這也是為什麼大量使用化肥會使土地退化,除了營養不平衡、酸化等,化肥也會讓土壤中的有機質被大量分解,地力變差,作物生長便不好。


楊教授所研發的技術不僅可以解決糧食不足的問題,也可以協助固碳,將二氧化碳固定在土壤中,減少溫室氣體回到大氣中的情形。圖片來源:Pixabay

除解決糧食不足的問題外,這套新技術還能減少溫室氣體回到大氣中,例如我們不吃的那些稻稈要如何處理,若到焚化爐燒掉會產生溫室效應氣體,若是埋到土裡也會釋放出甲烷CH4 。「目前我們已經在發展的技術,是把有機廢棄物放回土壤裡,變成不易被微生物分解的腐植物質,便是『碳儲存』(carbon storage) 的概念。」此技術也已經發表在學術期刊上。

楊教授解釋,他有計算過,全世界有幾億公頃的土地,若每公頃的土壤都增加1%的有機質,大約可以儲存60Gt(兆噸) 的碳,全世界植物光合作用固碳的量大約是120Gt(兆噸) ,影響將近一半。最近也在計算,台灣大約70、80萬公頃的農業用地,若以我們的技術,一樣每公頃增加1%有機質,幾乎等於森林固碳的能力。因此他認為,以此作法來固定二氧化碳,是減少溫室氣體排放的解方之一,雖然多少還是會回到大氣,但目前的技術已經有點眉目,未來希望能發展出更穩定、精進的方式,將有機廢棄物變成腐植物質。

楊教授笑稱自己是思想家,光是要怎麼把二氧化碳從空氣中抓下來,就想過很多方法,例如造一個風洞捕捉。後來想到,應該要從土壤根本解決,把碳留在土壤裡。

作為科學家,希望能幫助全世界解決問題

這套新技術不只化解有機堆肥生產過程的困難,也能夠對環境有貢獻。而未來酵素堆肥法會往什麼方向發展呢?

楊教授表示,希望這個技術能大量應用到全世界。

「我們認為,目前的農業土壤正在退化中,因化肥的大量使用,我很擔心這個問題,若現在不解決,未來50年後,糧食生產會面臨很大的危機。」楊老師在農試所的實驗田做了25年的實驗,看到化學肥料造成的問題,因此他認為,若人類再不重視土壤、保護土壤,未來在農業及糧食上都會遇到問題。楊秋忠解釋,全球已經有大約1/3的土壤退化了,唯一的解決方法便是增加有機質,將有機廢棄物變成肥料,回到土壤裡,才能使土地肥沃回來。

楊秋忠希望TTT®技術能夠拯救全球正在退化的土壤,並穩定糧食生產,同時解決廢棄物造成的環保問題,以及減少二氧化碳排放,減緩氣候變遷。

楊教授最後總結:「作為科學家,我常會想,我的研究能幫助世界解決什麼問題?希望幫助的不只是台灣的土地,而是全世界的。」

※ 全文轉載自《科技大觀園》,原文標題〈喧囂過後,廚餘怎麼處理?——中興大學楊秋忠老師專訪〉