厦门市城市代谢重点实验室探索城市"生长"与"新陈代谢"

城市“生长”模拟器

从气候到能源使用、从居住条件到出行方式、再从城市固废到建材生产与碳排放等，这些因素时时刻刻对城市的“生长”产生影响

如果把城市比作一个有机生命体，那么城市绿地就如同它的“肺”，能源就是它的“血液”，固废处理系统相当于它的“排泄系统”……从气候到能源使用、从居住条件到出行方式、再从城市固废到建材生产与碳排放等，这些因素时时刻刻对城市的“生长”产生影响。

城市所副研究员刘宇鹏的计算机里，正在构建一个更智能、更宏大的城市“平行宇宙”——城市代谢模拟器。“城市化和城市扩张引发建筑在水平和垂直方向上的三维增长与更迭，伴随大量材料和能源的使用与消耗，形成了城市建筑的‘新陈代谢’。”刘宇鹏介绍，在这个初具雏形的“平行宇宙”中，分析了厦门市从1980年至2018年期间，城市建筑生长的“食量”“重量”“代谢产物”等趋势。

近40年间，城市年均“食量”200万吨，前20年多数“摄入”砂石和砖瓦，此后十几年则偏好钢铁和混凝土。城市的“重量”即“堆砌”在城市中的建材存量，也从城市化初期的快速增长到趋于稳定。随之而来的还有代谢的“副产物”——各种城市垃圾产生量持续增长。

此外，城市代谢模拟器还根据全市建筑屋顶大数据做了屋顶利用规划、建筑光伏用能效率等分析。“未来，实验室相关领域的研究成果和大数据，都可以集成在这个城市代谢模拟器中。”刘宇鹏说，通过模拟器建立起一系列的时空分析框架、方法和模型，可支撑城市建筑、家电和固废的高精度时空代谢过程模拟，实现了关键参数的自动化获取、智能反演和精准化评估。

“城市的生物地球化学过程被认为是导致全球环境变化的5种主要驱动因素之一。”崔胜辉介绍，高强度的城市人为活动所产生的各种废弃物，通过自身或携带物的迁移而进入大气、水体和土壤，从而影响从城市尺度到全球尺度的生物地球化学循环过程。

最近，城市所副研究员高兵正在研究城市厨余垃圾不同处置方式的经济效益和环境效应，为我市厨余垃圾资源回收提供更好的决策参考。“我们以厦门市厨余垃圾集中厌氧发酵产生沼渣和城市所的食堂厨余作为研究样本，模拟沼渣制肥与填埋、好氧制肥过程，再到田间应用的全生命周期，全面评估厨余垃圾不同处置方式的减污降碳和协同增效能力。”高兵介绍，从2021年4月8日开始至今，已完成15季叶菜类蔬菜试验。

实验结果显示，在农民常规种植基础上等量替代30%化肥氮，厨余垃圾好氧堆肥和厌氧沼渣肥与厦门市传统有机肥鸡粪相比，作物收获量差别不大，但每万元农产品的碳排放强度能减少20%-40%。而且生熟厨余混合存放相比熟厨余单独存放，氧化亚氮排放量增加了44.4%。“因此，餐饮业厨余垃圾产生后直至被集中收运处理的时间内，要尽量避免生熟厨余的混合投放。”高兵建议。

名片

厦门市城市代谢重点实验室

厦门市城市代谢重点实验室依托中国科学院城市环境研究所建设。实验室面向国家社会经济发展和抢占科技制高点的需求，围绕生态文明建设和城市化健康发展目标，以城市代谢过程、效率及调控为研究对象，开展城市代谢过程与机制、城市代谢系统分析、城市代谢调控研究。

结语

市科技局联合推出的“探访科创前沿——走进厦门市重点实验室”全媒体系列报道今天圆满落幕。这组系列报道历时一个多月，其间，多路记者走进2023年度评估优良的部分市重点实验室进行体验式采访，领域涉及信息技术、新材料、生物医药、环境科学等。通过可触可感的采访，努力把艰深晦涩的实验室科研“翻译”成高质量、接地气、通俗易懂的科普知识。这组系列报道融合传统媒体与新媒体报道形式，每篇报道均配上创意海报，在报纸、微信、视频号上全媒体呈现，揭秘实验室高科技产品背后的故事和原理，让深奥的科技知识与市民生活不再有距离感。