2011年，盖茨基金会启动了一项名为“厕所改造”的挑战赛，希望为全球25亿没有安全如厕环境的人，提供可持续的卫生解决方案。在全世界范围内，盖茨基金会寻找那些能够用基础的工程原理，用创新力制造出能有效解决人体排泄物问题的科学家，并鼓励他们将发明带到世界上最贫困的地区去。
五年以来，有多名科学家凭借着他们的创意获得了这项挑战的奖项。我们来一同看一下这些脑洞打开的新式马桶，了解下它们能如何改变人类的如厕吧。
太阳能无水马桶
这个全新的马桶是由加州理工学院的环境科学系教授Michael Hoffmann教授发明的。这个马桶能够安全地降解人类的排泄物，每次降解所需的成本只有3毛人民币左右。此外，它也无需和化粪池、下水管相连，更不会带来污染。
这个看起来不可思议的厕所，关键在于其中安装的一个电化学反应器。这个反应器能将人的排泄物分解成肥料与氢气，后者将被储存起来，当作能源使用。此外，经过它处理的水能够用来冲洗厕所，或者用来灌溉。这个电化学反应器由太阳能供电，相当环保。
Hoffmann教授的团队在加州理工学院内搭建了一个原型机，以供测试用。盖茨基金会使用大豆与大米，制造了50加仑的“人工粪便”，并取得了满意的测试效果。这个创新的马桶也获得了2012年“厕所改造挑战赛”的一等奖。
在拿到奖后，Hoffmann教授的团队并没有停下前进的步伐。他们提出了一个极为现实的问题：在发展中国家，定期安排人员前去检修的成本太高。但如果放置不管，一旦马桶出现微小的故障，就会让它失去作用。“我们越发明白，像我们这样的卫生解决方案，只有在容易检修的地方才具有实用价值”，Hoffmann教授的学生Cody Finke说道。这样一个两难的问题，要怎样才能找到平衡点呢？
解决方案来得意外简单——目前，全世界有超过3/4的人能用上手机。如果在马桶上安装一些简单，廉价的传感器，用来监测整个系统的状况，不就能实时向维护人员汇报情况了吗？这样一来，只有在出现问题的时候，维护人员才需要前去维修。而且，在维修前，他们也知道了问题出在哪里，变相提高了维修效率。
事实上，这也是研究人员目前在努力的方向。按他们的设计，一旦系统出了故障，传感器就会自动给运营者发送短信，让他们知道这一情况。考虑到发展中国家的人或许没有经过专门培训，这些运营者还会收到一段视频，手把手一步步教他们怎么进行更换。
“我们的技术最酷的一点是，只要用一个螺丝刀，就能修理。它的每一个部件都是可替换的。”Finke说道。
未来，这些研究人员计划在中国、印度和南非等国家测试他们的发明。
从粪便到能源
英国拉夫堡大学（Loughborough University）的研究团队开发的一款马桶同样获得了“厕所改造挑战赛”的奖项。这款马桶利用了一种叫做“连续高温碳氢化”（Continuous Thermal Hydrocarbonisation）的技术，能够让排泄物在无氧的高温水中降解。这能杀死排泄物中所有的病原菌，避免对环境造成卫生隐患。
与加州理工学院开发的马桶类似，拉夫堡大学研发的这款马桶也能“变废为宝”。经过处理，人类的排泄物会被碳化，用来产生热量，保持高温水的温度；排泄物中的矿物质会被分离，用于土壤施肥；而水分在被清洁之后，能用来冲洗马桶，甚至是洗手。
拉夫堡大学
这个马桶能满足一家多口人的如厕需求，每人每次使用，耗费只有几毛钱。
拉夫堡大学的前副校长Myra Nimmo教授对自己学校的发明很满意：“拉夫堡大学在跨领域解决全球性问题上，有着非常好的声誉。这项挑战让我们在卫生、化学、材料和水工程和设计领域的专家齐聚一堂。我很高兴他们的专精能得到首肯，并获奖。”
与拉夫堡大学一道获奖的，还有荷兰的代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）。这所学校开发的马桶同样能变废为宝。不过在这之前，它更关心的是人的如厕体验。根据学校研究人员的介绍，他们计划在贫困地区打造一个卫生中心，人们不但能在中心用上卫生的厕所，同时也能购买到不同的卫生产品。
这个中心是不对称设计的，女士的部分更为庞大与宽敞，能更好地满足她们的生理与宗教需求。这个中心采用会员制，会员费折合到每天，只有3毛钱。这笔钱会被用于中心的日常维护，以及医疗保险等公益事业。
从技术上说，这个中心的马桶能将固体排泄物与水分分离。这些水会在过滤和清洁后，被用于马桶的冲洗。而固体排泄物则会定期被运往发电厂。在那里，利用特殊的技术，这些排泄物会被气化，然后被送往特殊的反应室，进行发电。
来自中国的设计方案
不要以为只有老外参与了这些新式马桶的设计，我们中国的设计人员其实也做出了自己的贡献。2012年，来自石家庄的宁靖开发了一种“利用风能和太阳能驱动设备处理粪便的新型马桶”。故名思议，它能利用绿色能源，对人类的粪便进行处理。
宁靖在接受盖茨基金会“探索大挑战”的采访时，介绍了他的设计思路——“具体来说，在这种排污系统中，通过太阳能供电升温，尿液将蒸发成水蒸气排向空中，而粪便则经高温处理，变成灭菌干燥的有机肥。”这个设计有点像拉夫堡大学与代尔夫特理工大学设计的合体：粪便需要经过高温处理，同时水分会被移走，剩下干燥的固体。这些固体能被用作肥料，进行二次利用。
在未来，宁靖还计划在缺水地区的马桶中安装一道水处理装置，“把尿液处理成蒸馏水”，供人使用。
无独有偶，来自中科院生态环境研究中心的副研究员范彬也设计了一款全新的马桶。根据盖茨基金会“探索大挑战”的报道，这款马桶利用的是真空设计，类似于“飞机上常见的那种真空厕所”。当然，这个设计远没有飞机上的马桶那么简单。“飞机上的真空厕所是一个个体”，而范彬要做的，是“一整套真空卫生排水技术系统，由真空马桶、真空管道、真空泵站、黑水收集装置组成。”
这款马桶的最大特点是省水。由于真空提供了出色的“吸力”，它每使用一次，耗水量只有一次性水杯的容量那么大。它不但减少了用水，更减少了污水处理的成本。此外，由于水分较少，粪便也更容易进行消毒处理。
设计师和维护者也应该会喜欢这个设计。由于真空的“吸力”强劲，管道发生堵塞的概率大大降低。目前，这个项目已在江苏省进行了试点。
消除病菌、循环利用资源、省水、实惠、可持续……已经伴随我们走过了几百年的马桶，会在盖茨基金会的推动下，带来怎样的变化呢？全球25亿没有安全如厕环境的人，生活又会得到怎样的改善呢？我们对这一切充满期待。（编辑：不启轩）
参考资料：
[1] A Winning Sanitation Solution
[2] Caltech Wins Toilet Challenge
[3] Loughborough’s Reinvent the Toilet Challenge awarded prize by Bill Gates
[4] Reinvent the Toilet – Welcome
[5] 新一代马桶，不仅省水，还能挣钱 – 果壳网
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