又到了新的一年,逢年过节家家户户总免不了一桌「澎湃」的好菜,大鱼大肉、吃饱喝足后,留下来的厨余却是最令人头痛的。而这些厨余到了堆肥场后,还须经过一到三个月才能分解成有机物堆肥,过程耗时且需有足够大的空间,重点是生产过程中的臭味,令人退避三舍,但厨余每天都在制造,只靠传统堆肥法处理,实有难处。究竟这些厨余该何去何从呢?
中研院院士、中兴大学土壤环境科学系讲座教授杨秋忠,研发出了以酵素取代微生物的堆肥技术,将处理有机废弃物变成堆肥的时间,从一到三个月缩短为三个小时内。不仅大幅提高生产效率,还解决了头疼的臭味问题!
杨秋忠说,以前常听到人家说「烧苗」,其实所谓的「烧」指的不是温度太高,而是 将未发酵过的废弃物丢到土壤中,会造成植物受害 ,其中一个原因是, 微生物大量繁殖及分解物质,抢去很多养分,例如氮、磷、钾,导致土壤里的营养比例失调 ,分解出的有机酸或酚酸,也会破坏植物的根系,作物便长得不好。
杨秋忠本身研究微生物多年,为何是用酵素来处理堆肥,而非微生物呢?杨教授解释:「可以把微生物想像成是拿武器的军人,需要有适当的环境才能打仗、分解,也需要时间作用,而酵素是『会作功的蛋白质』,就像是飞弹,用来打有机废弃物里的『捣蛋成分』,例如水,更直接、快速命中目标,因此我们称为『标靶酵素』。」
其实这套创新技术不只可以处理厨余,任何可分解的有机废弃物,例如枯枝落叶、家禽家畜粪便等,都可以转化成有机质肥料利用。
杨秋忠表示,来源不同的酵素,功能差异很大,通常有机废弃物的种类不外乎动物、植物以及少数的微生物,成分差异不大,因此重点在于找到要用何种酵素来处理,因此有所谓「酵素群」,并非只有一种酵素,而是将各种工具组合起来去分解废弃物。
杨教授形容 酵素就像是菜刀 , 是从微生物来的,就像是菜刀工厂,同样功能的酵素,来源不同、稳定性便不同,需要长期筛选才能找到高效耐温、保存性、功能好的酵素 ,从像是公司挑选人才一样,而老师研究过的菌种从100多株,花了好几年研究,到现在有 8000 多株,才从中找到最适合、耐用的。「所以说,研究是能量累积出的成果。」
然而不同酵素适合的环境不同,在处理有机废弃物的过程中,要如何控制酵素的活性呢?杨秋忠解释:「只要有水份,酵素就会作功,通常我们会把水分控制在 50%,如果是干燥的有机物就需要加水。且在研究时,已经先考虑了酵素的适应性、适合的环境,如温度、酸碱度的耐性等,一开始就在菌种库里寻找稳定性够高的。」
杨秋忠说明传统厨余堆肥与 TTT® 法的不同, 传统厨余堆肥生产时之所以会臭,是由于微生物分解过程产生的代谢物,H2S 和有机胺、有机氮、氨气等,造成二次污染源 ,而 这套技术采用酵素 , 在过程中便已经考虑除臭功能 ,翻转了堆肥场总是弥漫着酸臭味的印象。且传统堆肥需要广阔的空间让厨余慢慢后熟,机具也须特殊防锈处理,「相较于传统堆肥,大约只要十分之一的土地面积。」
此外,在有机废弃物的处理结果也有很大的不同,假设干重 100 公斤的厨余,使用传统堆肥法,大约只能得到干重 60 公斤的堆肥,但 TTT® 法能够转化成 100 公斤的堆肥,且有机质含量几乎没有减少,制成率接近 100%,但过去厨余堆肥总有机质含量,大约会减少 30% ~ 40% 。很多传统堆肥场的屋顶容易腐蚀,经常需要更换,因为生产过程会排放氨 NH3,所以传统厨余堆肥损失大约 40%~ 50% 氮肥,但这套技术并不会排放氨 NH3,因此并没有氨挥散及脱氮损失。
「我们技术的优势便是,节省时间、空间,而且制成率高。」
之前有报导说,杨秋忠过去数十年来,每天吃便当时留下一口饭菜拿来实验,研究怎么加速有机肥的制程。他笑着说,这些研究成果都不是两三年就可以促成的,而是多年的累积。提及当初发展酵素堆肥法的动机,杨教授分享,过去经过堆肥场时,一阵风吹来,便闻到阵阵恶臭,其实小时候作农也会有厨余堆肥,但都没有堆肥场那么臭,「因此我就想,要彻底解决这个问题,一定要从基础研究做起。」而因为微生物是土壤里很重要的组成,因此杨教授刚回中国台湾时便从微生物开始研究。
杨秋忠回忆道,小时候生长在南投县国姓乡,当地的香蕉非常有名,以前的土地不需使用肥料、农药,作物也都长得很好。1980 年代,他从美国学成归国后,当时中国台湾流行使用化肥,学微生物及土壤的他认为长久之下会使土壤退化。为此,他感到非常忧心,并想要解决此问题,因此这四十年来,他便积极研究微生物肥料,以及快速生产有机质肥料的方式,因为有机质含量是土壤肥沃与否的第一个指标,跟土壤的物理性质、化学性质及生物性质都有密切关系。
「要解决一个大的问题,是长期思想、累积的经验,最后才能够找出方法,有了方法还要继续测试,其中一定有困难要解决,慢慢一点一滴酝酿。」
在研究过程中,就是不断的试错与突破。
「当然,也不是一开始就找到最完美的,这都需要时间,所以遇到困难,就要继续奋斗。」杨教授分享,过去曾碰到想用玉米穗轴去做有机肥,一直无法分解,原本以为是酵素的问题,仔细看了配方后,觉得没有问题,结果原因出在材料的光滑面,让酵素无法接上,杨教授与其研究团队便试着加水,后来发现,必须将玉米穗轴在作用的前一天泡水,才能用酵素处理。甚至之前有业者向杨教授请教如何处理生产抗生素的废渣,含有很高的抗生素量,因此需要找出能分解或转化抗生素的材料,当时各种方法都是都试试看,最后有找到解决方法。
发展至今,杨教授表示, 有机肥就像是粮食,人和动物都能吃 , 只是内含成分不同,需要调配其他营养,因此只要是生长作物的土地,都能使用有机肥,但所需的用量及营养调配不同。 因为是有机物,会释放出氮、磷、钾等,不同废弃物会有比例上的差异,例如木屑做成的有机肥,氮含量较低,若单纯使用植物会缺氮,所以需要再搭配氮肥使用。
「肥料适合不适合,在于会不会用。」因此杨教授最近开始教产业界,如何使用这套新技术,从废弃物处理到真正用到土地上的整个过程。首先将有机废弃物快速生产成堆肥,解决臭味、环保等问题,再来「优化」,如何调配营养比例,第三步则是教「如何用到土地上」,一公顷需要多少有机肥等。
除了改善堆肥场恶臭、空间等问题外,其实 TTT® 技术也能够对人类目前面临的重大挑战——粮食不足及气候变迁等有所帮助。
如上述提及, 有机质含量是土壤肥力的第一指标,若增加土壤里的有机质,便可以使作物好好生长,产量增加,解决目前人口增加、粮食不足的危机。杨秋忠说明,现在作物的产量不好、容易生病,其实是因为土壤条件不好 ,有机质是控制土壤地力的指标,例如全中国台湾有两千多万吨的有机废弃物,真正送到堆肥场的总量不到十分之一,传统堆肥生产又耗时,这样的情况下,若使用我们的技术,能快速将有机废弃物生产成肥料,
全世界的垃圾里大约含有 30%~40% 的有机废弃物,因此杨秋忠想,若让这些都回到田里去,对粮食的生产会有很大的帮助,若有机质含量低,土壤容易生病,这也是为什么大量使用化肥会使土地退化,除了营养不平衡、酸化等,化肥也会让土壤中的有机质被大量分解,地力变差,作物生长便不好。
除解决粮食不足的问题外,这套新技术还能减少温室气体回到大气中,例如我们不吃的那些稻秆要如何处理,若到焚化炉烧掉会产生温室效应气体,若是埋到土里也会释放出甲烷 CH4 。「 目前我们已经在发展的技术,是把有机废弃物放回土壤里,变成不易被微生物分解的腐植物质,便是『碳储存』(carbon storage) 的概念。」 此技术也已经发表在学术期刊上。
杨教授解释,他有计算过,全世界有几亿公顷的土地,若每公顷的土壤都增加1%的有机质,大约可以储存 60 Gt (兆吨) 的碳,全世界植物光合作用固碳的量大约是120 Gt (兆吨) ,影响将近一半。最近也在计算,中国台湾大约七、八十万公顷的农业用地,若以我们的技术,一样每公顷增加 1% 有机质,几乎等于森林固碳的能力。因此他认为,以此作法来固定二氧化碳,是减少温室气体排放的解方之一,虽然多少还是会回到大气,但目前的技术已经有点眉目,未来希望能发展出更稳定、精进的方式,将有机废弃物变成腐植物质。
杨教授笑称自己是思想家,光是要怎么把二氧化碳从空气中抓下来,就想过很多方法,例如造一个风洞捕捉。后来想到,应该要从土壤根本解决,把碳留在土壤里。
这套新技术不只化解有机堆肥生产过程的困难,也能够对环境有贡献。而未来酵素堆肥法会往什么方向发展呢?
杨教授表示,希望这个技术能大量应用到全世界。
「我们认为,目前的农业土壤正在退化中,因化肥的大量使用,我很担心这个问题,若现在不解决,未来五十年后,粮食生产会面临很大的危机。」 杨老师在农试所的实验田做了 25 年的实验,看到化学肥料造成的问题,因此他认为,若人类再不重视土壤、保护土壤,未来在农业及粮食上都会遇到问题。杨秋忠解释,全球已经有大约三分之一的土壤退化了,唯一的解决方法便是增加有机质,将有机废弃物变成肥料,回到土壤里,才能使土地肥沃回来。
杨秋忠希望 TTT® 技术能够拯救全球正在退化的土壤,并稳定粮食生产,同时解决废弃物造成的环保问题,以及减少二氧化碳排放,减缓气候变迁。
杨教授最后总结:「作为科学家,我常会想,我的研究能帮助世界解决什么问题?希望帮助的不只是中国台湾的土地,而是全世界的。」