الفصل 4: الإسكان / مجتمع مستدام براوت فيليدج الطبعة الثانية

 

المواد الأساسية السكنية

     عندما يفتقر العديد من منازل اليابان إلى العزل الحراري، يحدث تسرب للحرارة خلال فصل الشتاء على الرغم من الجهود المستمرة للتدفئة، مما يؤدي إلى تكثف الرطوبة على النوافذ. ومع استمرار التدفئة في هذه الحالة، يصبح الاستهلاك الزائد للكهرباء تبذيرًا غير ضروري. لمواجهة هذا، يتم استخدام مواد العزل لمنع تسرب الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يتيح استخدام النوافذ المزدوجة الزجاج والتهوية الميكانيكية على مدار 24 ساعة استخدام أنظمة التدفئة والتبريد على مدار العام مع تقليل استهلاك الكهرباء.

     وعلاوة على ذلك، ينبعث من الخرسانة المستخدمة في المباني والشقق والمساكن كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية إنتاجها، مما يسهم بشكل كبير في الاحتباس الحراري العالمي. من الضروري تقليل استخدامها في ضوء هذه المشاكل.

     بما في ذلك هذه المشاكل، مثل الفقر الذي يمنع الناس من العيش في منازل كافية، ومشاكل اللاجئين التي تحتاج إلى استجابة فورية، إذا فكرنا في بناء منازل مستدامة يمكن أن نبدأ في بنائها من الآن وتكون متاحة في جميع أنحاء العالم، فإن المواد الأساسية ستكون الكيري سريع النمو (Paulownia)، والخيزران، والقش، والأرض، والطين، والحجارة، والجير، والماء.

     القش هو سيقان النباتات مثل الأرز والقمح. يُزرع الأرز في جميع أنحاء آسيا، من اليابان إلى الهند، في حين يُزرع القمح في جميع أنحاء العالم في أفريقيا وأوروبا وآسيا وروسيا وأستراليا وكندا والأرجنتين، بين مناطق أخرى. وبالتالي، يتوفر القش بشكل واسع، ويتم تجميعه في كتل تقريبًا عرضها 50 سم لتكون عازلة حراريًا. تُكدس هذه الكتل بين الأعمدة في المسكن. يُغطى الجزء الداخلي والخارجي من هذه الجدران القشية بالطين لإنشاء جدران طينية. هذه المنازل تُعرف باسم "منازل قشية"، وتُنشأ القش بواسطة آلة زراعية تُسمى آلة الضغط، التي تضغط العشب المجفف أو القش إلى أشكال كتل.

     تُستخدم أعمدة الكيري سريع النمو. ينمو هذا النوع أسرع من الكيري العادي، حيث يصل طوله إلى 15 مترًا وقطره إلى حوالي 40 سم في غضون 5 سنوات. نظرًا لقوته، يمكن استخدامه للأعمدة والأثاث. وبمجرد زراعته، تنبت البراعم مرة أخرى بعد الحصاد ويمكن حصاده كل 5 سنوات، ويستمر ذلك لمدة 30 إلى 40 عامًا. يمكن زراعته في أي مكان يتمتع بمناخ دافئ وتربة ليست شديدة الحموضة أو القلوية.

     إضافةً إلى ذلك، تتضمن أساليب البناء مثل "الكوب" و "الأدوب" خلط الماء مع مواد مثل الرمل والطين والقش لإنشاء جدران من الطين أو الطوب. لقد لوحظت هذه الأساليب المعمارية عبر قارات مختلفة منذ العصور القديمة. يساعد إضافة مواد أليافية مثل القش في تطويل وربط التربة، مما يزيد من قوة الشد لدى الكوب.

     نظرًا لأن هذه الجدران الطينية عرضة للضعف عند تعرضها لعوامل الطبيعة، يتم طليها بمواد مثل الجص الجيري الممزوج بالزيت على الجزء الخارجي لتعزيز مقاومة الماء والمتانة.

     في حين أن جدران القش تكون سميكة بحوالي 50 سم وجدران الكوب تكون حوالي 60 سم، تتضمن طريقة شائعة في المنازل اليابانية التقليدية تطبيق التربة على شبكات الخيزران لإنشاء جدران داخلية أكثر نحافة.

     تمثل القيم التالية توصيل الحرارة، حيث تشير الأرقام الأقل إلى أداء عزل أعلى. القش لديه أداء عالي للعزل.

- الصوف الزجاجي: حوالي 0.016 واط / (م × ك)

- القش: تقريبًا 0.05 - 0.09 واط / (م × ك)

- جدران الطين: تقريبًا 0.5 - 0.8 واط / (م × ك)

- الخشب الطبيعي: حوالي 0.1 - 0.2 واط / (م × ك)

- الخرسانة: حوالي 1.7 - 2.3 واط / (م × ك)

    بالإضافة إلى القش، يمكن أيضًا استخدام الأعشاب مثل القصب الهندي والقش. يبلغ معامل التوصيل الحراري للقصب الهندي 0.041 واط / (متر كلفن) ، بينما يبلغ للقش من العشب الخضراء 0.037 واط / (متر كلفن). هناك أنواع مختلفة من الأعشاب، بما في ذلك القصب الهندي والنجيل والميسكانثوس والقصب والكارياسو والكاركايا والشيماكايا، معروفة في اليابان لاستخدامها في أسقف القش.

    بمعنى أن القش هو مورد يمكن جمعه سنويًا في جميع أنحاء العالم، وإذا كانت البلدية تدير كمية المواد التي يمكن استخدامها، فلن تواجه مشكلة في نضوب الموارد. ومع ذلك، نظرًا لأن تكوين التربة يستغرق مئات السنين، فإن الأشجار سريعة النمو مثل الكيري والقش، التي يمكن جمعها عدة مرات في فترة قصيرة، تجعل من البيوت المصنوعة من بالات القش التي تستخدم كمية أقل من التربة ذات أولوية أعلى مقارنة بالبيوت الطينية.

     الخيزران ينمو بشكل أساسي في المناطق الدافئة والرطبة مثل شرق وجنوب آسيا وأفريقيا والبلدان القريبة من خط الاستواء في أمريكا الجنوبية. في الأماكن التي لا تكثر فيها الخيزران، يصبح الخشب البديل، مع اتخاذ السلطات المحلية القرارات ومراقبة كمية الأشجار. إذا استنفد استخدام بيوت القش من الموارد الخشبية اللازمة للبناء السكني، تصبح منازل الكوب بديلاً جديرًا.

     هذه المساكن تستخدم مواد قابلة لإعادة الاستخدام، مع التركيز على الاستخدام على المدى الطويل من خلال الإصلاحات المتكررة والقابلية الطبيعية للتخلص بعد الاستخدام. بناء القش، والكوب، والأدوب هي تقنيات قديمة وجدت عبر القارات وتتميز بقدرتها الكبيرة على التكيف كأساليب سكنية مستدامة أساسية على مستوى العالم.

     في المناطق التي تشهد هطولاً عاليًا من الأمطار ورطوبة مرتفعة مثل اليابان، يصبح من الضروري منع تحلل القش بسبب العفن. الاعتبارات تشمل:

    وفقًا لذلك، تكون المعايير الهامة لمنع تدهور القش بسبب العفن في المناطق ذات الأمطار الغزيرة والرطوبة العالية، كالتالي:

- استخدام أسقف تدير بفعالية مياه الأمطار وضمان أن تكون الطواحين والأطراف الزجاجية ذات طول كافٍ لحماية الجدران من مياه الأمطار.

- رفع أساسات المنزل لحماية الجدران من رش المياه المطرية.

- منع الرطوبة من الأرض من دخول الجدران.

- تنفيذ جدران خارجية مهواة لتحرير وتجفيف الرطوبة بين مواد الجدار الخارجية والعزل، مما يمنع التكثف.

     بالإضافة إلى ذلك، تفضيل البناء على أساسات من الحجر مباشرة على الأحجار الأساسية (المعروفة باسم "ishibadate") على أساس الخرسانة هو الأكثر تفضيلًا. يهدف هذا الاختيار إلى تقليل استخدام الخرسانة وتحويل قوى الزلازل. في حالة الأساس الخرساني، تؤثر الهزات الزلزالية مباشرة على المسكن. على الجانب الآخر، في بناء الحجر، تستند الأعمدة على الأحجار الأساسية، مما يسمح لها بالانزلاق على سطح الحجر، وبالتالي يقلل من الهزات الزلزالية. ومع ذلك، قد لا يكون بناء الحجر مناسبًا على نطاق عالمي، لذا فإن تقييم أسس الخرسانة أو الأساليب الأخرى بناءً على الحالة هو أمر حيوي بينما يبقى بناء الحجر خيارًا أساسيًا.

     علاوة على ذلك، تحديد هذه الأسس على ارتفاع يمنع رش المياه المطرية على جدران الأرض أمر أساسي.

توليد الكهرباء وتخزينها

     تعتبر توليد وتخزين الطاقة من الأمور التي يجب أن تكون مستدامة وفي ذات الوقت بسيطة من حيث البنية. في براوت فيليدج، يتم إعطاء الأولوية للتركيبة التالية من معدات الطاقة.

     أولاً، تعتبر البطاريات الرئيسية هي بطاريات الماغنسيوم، التي طوّرها البروفيسور تاكاو يابي من جامعة طوكيو للتكنولوجيا. تستخدم هذه البطاريات ألواح الماغنسيوم الرفيعة كعنصر تخزين يمكن حمله. يتم استخراج الكهرباء من خلال غمر المواد الكربونية في المحلول الملحي مع الماغنسيوم كقطب سالب. تمتاز هذه البطاريات بقدرتها على تخزين الطاقة بزيادة تصل إلى 8.5 مرات مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في الهواتف الذكية، وأيضاً بأن مخاطر الاشتعال أقل مقارنة بالوقود الهيدروجيني. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للطائرات بدون طيار الطيران بها لمدة ساعتين بدلاً من 30 دقيقة فقط، ويمكن لعربات الغولف العمل بها لنفس الفترة. الماغنسيوم متوفر بكميات ضخمة في مياه البحر، يصل إلى حوالي 1800 تريليون طن، وهو ما يعادل 10 آلاف سنة من استهلاك النفط سنويًا. لذا فإن احتمالية نفاده منخفضة للغاية، وهو متاح في جميع أنحاء العالم. يمكن أيضاً إعادة استخدام الماغنسيوم بعد انتهاء عمر البطارية عن طريق تسخين أكسيد الماغنسيوم لأكثر من 1000 درجة مئوية. البروفيسور يابي طوّر أيضاً جهازًا لجمع ضوء الشمس باستخدام المرايا وتحويله إلى شعاع ليزر لضبط أكسيد الماغنسيوم لفصل الأوكسجين وإعادة الماغنسيوم، وكذلك جهاز لتحلية مياه البحر لاستخراج الماغنسيوم والملح. 

     البطاريات المستخدمة في التجارب كانت بحجم 16.3 سم عرضًا، 23.7 سم عمقًا، 9.7 سم ارتفاعًا، ووزنها حوالي 2 كجم بعد ملئها بالماء، وتبلغ قدرتها القصوى 250 واط. يمكنها تشغيل ثلاجة بحجم 450 لتر بقدرة 250 واط لمدة ساعة. وعند توصيل 5 أو 10 منها، يمكن تزويد الأجهزة التي تحتاج إلى طاقة أكبر. السيارة المزودة ببطارية ماغنسيوم تزن 16 كجم يمكنها السفر لمسافة 500 كم. عند تحلية مياه البحر، يتبقى الملح والماغنسيوم (كلوريد الماغنسيوم) الذي يمكن تحويله إلى ماغنسيوم بواسطة شعاع الليزر. يتواجد الماغنسيوم بكميات وفيرة أيضًا في رمال الصحراء. يتم الحصول على 13 كجم من الماغنسيوم من 10 أطنان من مياه البحر، وهو ما يعادل استهلاك الطاقة لعائلة نموذجية لمدة شهر. 

     باستخدام هذه البطاريات كمصدر رئيسي للطاقة، يمكن إنتاج بطاريات الماغنسيوم من مياه البحر حول العالم، مما يقلل من القلق بشأن النفاد ويتيح تخزينها ونقلها، وبالتالي توفير الكهرباء حتى في المناطق النائية ذات الظروف الصعبة.

     تحتاج أجهزة تحلية المياه لإنتاج الماغنسيوم إلى الطاقة الكهربائية. لذلك، يتم توليد الطاقة عن طريق إنشاء محطات توليد الطاقة الصغيرة على الأنهار والجداول في جميع أنحاء العالم. يعتمد مقدار الطاقة المولدة على الفرق في الارتفاع وكمية المياه، ولكن في اليابان، على سبيل المثال، يمكن لتوربين واحد في محطة توليد الطاقة من المياه الجارية في إيتوشيرو بانبا في محافظة غيفو توليد طاقة تصل إلى 125 كيلوواط تكفي لحوالي 150 أسرة، بفرق ارتفاع قدره 111 متر.

     بالإضافة إلى توليد الطاقة المائية الصغيرة، يتم استخدام توليد الطاقة من المد والجزر في البحر والأنهار. نظرًا لأن أمواج البحر تتحرك دائمًا، فإن توليد الطاقة من المد والجزر يوفر كهرباء بشكل مستمر على مدار اليوم والليل، ويتميز ببنية بسيطة لا تحتاج إلى معدات كبيرة.

     عند إضافة الطاقة الناتجة عن توربينات الرياح الصغيرة والمتوسطة الحجم، تزداد الطاقة المولدة عندما تهب الرياح. تم تطوير أنواع مختلفة من توربينات الرياح، ويمكن لتوربينات الرياح ذات المحور العمودي أن تدور في جميع الاتجاهات، مما يجعلها قادرة على التعامل مع الرياح من جميع الاتجاهات. في براوت فيليدج، يتم إنشاء معدات الطاقة الصغيرة والمتوسطة في كل منطقة لتكون البلديات قادرة على التصنيع والإدارة، مما يعزز توليد الطاقة الموزعة ويجعل الطاقة الكبيرة لتوربينات الرياح ليست الأولوية القصوى.

     جميع الطرق المذكورة لتوليد الطاقة مثل بطاريات الماغنسيوم، والطاقة المائية الصغيرة، وطاقة المد والجزر، وطاقة الرياح لا تصدر ثاني أكسيد الكربون وغيرها من الغازات المسببة للاحتباس الحراري، لذا فهي تعتبر حلاً لمشكلة الاحتباس الحراري وتعتبر طرق توليد طاقة مستقرة ومستدامة. بالإضافة إلى ذلك، سيتم استخدام مصادر طاقة أخرى لتحقيق تنوع في الطاقة الطبيعية.

     واحدة من هذه المصادر هي استخدام سخانات المياه بالطاقة الشمسية ذات الأنابيب المفرغة لإنتاج الماء الساخن من حرارة الشمس، والتي تستخدم في الحمام والمطبخ. تتكون من قسم يجمع الحرارة وآخر يخزن الماء الساخن. في اليابان، يمكن أن تصل درجة حرارة الماء إلى 60-90 درجة مئوية في الصيف و حوالي 40 درجة مئوية في الشتاء. 

     بالإضافة إلى ذلك، يتم النظر في استخدام ألواح جمع حرارة الشمس. تسخن الألواح الشمسية الهواء إلى حوالي 50 درجة مئوية، الذي ينقل الهواء عبر الأنابيب لتدفئة المنزل بأكمله. نظرًا لأن هذه الأنظمة تعتمد على الطاقة الشمسية، فإن الاتجاه وزاوية التثبيت هامة. في اليابان، يكون الاتجاه المثالي هو الجنوب تمامًا، ويمكن الحصول على حوالي 80% من الكفاءة إذا كان الاتجاه هو الشرق أو الغرب. كما أن زاوية الأسطح المثلى هي بين 20-30 درجة. عند وضعها على الأسطح أو الأرض، قد يتطلب وضعها على الأسطح تعديل شكل السقف لزيادة مساحة جمع الحرارة.

     تعتبر سخانات المياه الشمسية وألواح جمع الحرارة الشمسية بسيطة في التصميم لأنها تستخدم الحرارة مباشرة.

     بعد ذلك، بالنسبة للإضاءة في الأماكن التي لا توجد بها أسلاك كهربائية، يتم النظر في استخدام توليد الطاقة من النباتات أو توليد الطاقة المائية الصغيرة جداً. توليد الطاقة من النباتات يشمل إدخال قطبين كهربائيين في الأرض للحصول على طاقة كهربائية ضعيفة. ومع ذلك، تكون الطاقة المولدة صغيرة جدًا، حيث تبلغ حوالي 1.5 فولت من كل قطب. تم إجراء تجارب لربط 100 قطب لتوليد طاقة تتجاوز 100 فولت، وكانت المواد المستخدمة في الأقطاب هي الماغنسيوم وفحم البنشان، مع عدم استخدام المعادن النادرة أو الموارد المدفونة.

     كما تم تطوير مولد طاقة مائية صغير للغاية يمكن حمله بطول متر واحد، والذي يمكنه توليد الطاقة من فروق الارتفاع البسيطة (متر واحد) في الجداول، ويمكنه توليد 5 واط من الطاقة عند تدفق 10 لترات من المياه في الثانية.

     في فنلندا، تُستخدم بطاريات الرمل أيضًا. يتم تخزين الكهرباء التي تُنتج من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح كحرارة في الرمل. الخزان العازل للحرارة يبلغ عرضه 4 أمتار وارتفاعه 7 أمتار، ويحتوي على 100 طن من الرمل. يتم استخدام هذه الحرارة لتزويد المناطق المجاورة، بما في ذلك تدفئة المباني وحمامات السباحة الساخنة. الرمل الذي يُسخن إلى أكثر من 500 درجة مئوية يمكنه تخزين الطاقة لعدة أشهر، ولديه عمر افتراضي يصل إلى عدة عقود. يمكن استخدام أي نوع من الرمل طالما أنه جاف وخالٍ من النفايات القابلة للاشتعال، وهذه التقنية قابلة للتطبيق في اليابان أيضًا. في فنلندا، يُقدر أن خزانًا لتخزين الرمل بارتفاع 25 مترًا وقطر 40 مترًا سيكون ضروريًا لتوفير الحرارة لمنطقة بها 35 ألف نسمة. كما أن بطاريات الرمل تتميز بتركيبها البسيط، حيث تتكون من أنابيب وصمامات ومراوح وعناصر تسخين كهربائية، مما يجعل تكلفة البناء منخفضة.

     في أمريكا، تم تطوير بطاريات الرمل أيضًا، حيث يتم تسخين رمل السيليكا إلى 1200 درجة مئوية وتخزينه في خزانات عازلة من الخرسانة. لتحويل هذه الحرارة إلى كهرباء، يتم تسخين الماء لإنتاج بخار يدير توربينًا مزودًا بكثير من الشفرات. هذا التوربين متصل بمولد كهرباء، مما ينتج الكهرباء. هذه التقنية تتطلب المعدات اللازمة لتحويل الحرارة إلى كهرباء.

     هذه هي طرق توليد وتخزين الطاقة في براوت فيليدج. الآن، سنتناول الأسباب التي تجعلنا لا نستخدم بعض طرق توليد الطاقة المتاحة.

     أحد هذه الطرق هو استخدام الهيدروجين. عند استخدام الهيدروجين كوقود، لا يتم إصدار ثاني أكسيد الكربون، ولكن يتم إصدارها أثناء عملية الإنتاج. على سبيل المثال، طريقة إنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والنفط والفحم تطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة إلى مواجهة مواردها نفادها في النهاية، لذلك لا تعتبر خيارًا مناسبًا.

     هناك أيضًا طريقة لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي للماء باستخدام الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. على الرغم من أن هذه الطريقة تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، إلا أنها تتطلب كميات كبيرة من الماء، مما قد يسرع من نقص المياه الموجود بالفعل بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري. علاوة على ذلك، تتطلب عملية التحليل الكهربائي استخدام المعادن النادرة مثل الإريديوم، التي من المتوقع أن تتجاوز كمية استخدامها المخزونة بحلول عام 2050، مما يجعلها غير مستدامة.

     بالإضافة إلى ذلك، هناك طريقة لإنتاج الغاز والكهرباء والهيدروجين من الكتلة الحيوية. الكتلة الحيوية تشمل الفضلات البشرية والحيوانية، قش الأرز، بقايا الطعام، والأخشاب. على سبيل المثال، في مراحيض البيوغاز المنزلية، يتم وضع فضلات الأبقار التي تحتوي على بكتيريا الميثان. عند إضافة فضلات بشرية أو غذاء أو أعشاب، تقوم بكتيريا الميثان بتخمير المواد وإنتاج الغاز الحيوي. يتكون الغاز الحيوي بشكل رئيسي من 60% ميثان و40% ثاني أكسيد الكربون. نظرًا لأن غاز الميثان يعتبر من الأسباب الرئيسية للاحتباس الحراري، يصبح من الصعب استخدامه عالميًا.

     تتضمن طرق تخزين الهيدروجين الضغط العالي، التبريد إلى -253 درجة مئوية لتخزين الهيدروجين السائل، واستخدام سبائك تخزين الهيدروجين. وبعد ذلك، يلزم تجهيزات لنقل الهيدروجين، مما يجعل المعدات كبيرة ومعقدة، لذلك يتم استبعادها.

     تحتوي الألواح الشمسية المستخدمة في توليد الطاقة الشمسية على مواد ضارة، وعملية التخلص النهائي منها تتضمن دفنها في الأرض، مما يجعلها غير مستدامة. 

     أما توليد الطاقة الحرارية الجوفية، فهو غير ملائم بسبب الوقت الطويل اللازم لإجراء الدراسات والحفر وبناء أنابيب النقل، بالإضافة إلى محدودية الأماكن القابلة للاستخدام.

     محطات الطاقة النووية أيضًا غير مقبولة لأنها يمكن أن تؤدي إلى كوارث، والوقود النووي مثل اليورانيوم محدود في النهاية وسيجف. كما أن محطات الطاقة الحرارية تستخدم الوقود الأحفوري الذي سينفد في النهاية، وتنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، مما يجعلها غير ملائمة. 

     بطاريات الليثيوم المستخدمة في السيارات الكهربائية والدراجات الكهربائية والهواتف الذكية تعتمد على المعادن النادرة مثل الليثيوم والكوبالت، وهي غير مستدامة أيضًا.

     بناءً على ما تم ذكره، ستكون البطاريات المغنيسيوم، الطاقة الصغيرة المائية، توليد الطاقة من المد والجزر، وتوربينات الرياح الصغيرة والمتوسطة هي المحاور الرئيسية. سيتم النظر في استخدام سخانات المياه بالطاقة الشمسية، الألواح الشمسية لجمع الحرارة، توليد الطاقة من النباتات، توليد الطاقة من الماء الصغير، وبطاريات الرمل وفقًا للظروف.

     من خلال إنتاج الكهرباء قدر الإمكان من البحر والأنهار والأراضي ومشاركتها، وزيادة كفاءة العزل في المساكن لتقليل استهلاك الطاقة. هذا يتيح العيش باستخدام الطاقة الطبيعية فقط دون الاعتماد على الموارد القابلة للنفاد. في المجتمعات الاقتصادية، يتم استهلاك كميات هائلة من الطاقة يوميًا بسبب الأنشطة الاقتصادية والمنافسة. عندما تنخفض هذه الأنشطة الاقتصادية، سينخفض بشكل كبير مقدار الطاقة المطلوبة، مما يقلل بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ويكون ذلك تدبيرًا قويًا لمكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري.

الصرف الصحي المنزلي

     عند بناء مسكن مستدام يتناسب مع الطبيعة، من الأمور الحيوية التي يجب معالجتها مسائل الصرف الصحي المنزلي. تشمل المصادر الرئيسية للصرف الصحي في المنزل غسالة الملابس، والمطبخ، وحوض الاستحمام، والحوض، والمرحاض. يتم إدارة الصرف في الأساس بوساطة نظام التسرب الطبيعي، الذي يسمح لمياه الصرف بالتسرب إلى الأرض من حفرة تحفر بالقرب من المسكن. بشكل بسيط، ينطوي ذلك على وضع الحصى أو الرمال في الحفرة، مما يسمح لمياه الصرف بالتسرب إلى الأرض.

     يُستخدم أنابيب الطين (السيراميك) للصرف. يتم صنع هذه الأنابيب بطهي الطين عند درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية. إنها تتمتع بقوة ممتازة ومقاومة للتآكل والمواد الكيميائية، ولديها عمر تشغيلي طويل، مما يجعلها موادًا يمكن أن تعود بشكل طبيعي إلى البيئة.

     الاعتماد على المنظفات والصابون ومعجون الأسنان الصديقة للبيئة أمر بالغ الأهمية. الصابون والشامبو المصنوعان من الزيوت الأساسية يتجنبان استخدام المكونات البترولية أو المواد الكيميائية، مما يضمن تحلل كامل للبقايا بعد الصرف. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر المطهرات المعتمدة على الإيثانول خيارات مجدية. إنها تحتوي على عناصر مضادة للبكتيريا تساعد في السيطرة على انتشار البكتيريا على الجلد. الإيثانول مورد طبيعي مصنوع من النباتات مثل قصب السكر ويمكن إعادته مباشرة إلى الأرض وهو قابل للزراعة كجزء من نهج مخطط. يمكن استخدام الماء الساخن بدرجة حرارة تتجاوز 70 درجة مئوية للأطباق والملابس. يحتوي الماء الساخن على خصائص للتعقيم وإزالة الدهون، مما يزيل الأوساخ والروائح بشكل فعال. بعد ذلك، يمكن استخدام المنظفات القائمة على المواد الطبيعية.

    أما بالنسبة لمعجون الأسنان، فإن تلك المتوفرة تجاريًا تتألف في الغالب من مواد كيميائية لا تتحلل تمامًا؛ لذا، يجب تجنب استخدامها. يجب النظر في استخدام مواد مثل الكزيليتول والفلورايد في معجون الأسنان. بالإضافة إلى ذلك، يُوصى بتنظيف الأسنان باستخدام فرشاة الأسنان واستخدام خيط الأسنان. تنظيف الأسنان بالفرشاة وحده ينظف نحو 50% فقط من الأسنان، ويتم استخدام خيط الأسنان لتنظيف بقايا الطعام والأوساخ بين الأسنان عبر تمريره خلالها. على الأقل، القيام بتلك الإجراءات بعد كل وجبة غذائية أمر أساسي؛ فغير ذلك قد يتعرض العديد من الأشخاص للتسوسات.

     وبهذه الطريقة، من خلال الامتناع عن استخدام أي مواد كيميائية والسماح لمياه الصرف بالتسرب إلى الأرض، يتم منع تلوث التربة.

مراحيض الغاز الحيوي

     المراحيض الحيوية لتنقية مخلفات المرحاض تستخدم مولدات الطاقة الحيوية لإنتاج الغاز أو الكهرباء أو الهيدروجين. تُثبت خزانات مياه الأمطار في المساكن للاستخدام في شطف المراحيض والاستحمام والمياه الساخنة وغسل الملابس. مع مشكلة الانحسار المحتملة لموارد المياه، تهدف هذه الممارسة أيضًا إلى تقليل استخدام المياه من الأنهار والبحيرات.

     علاوة على ذلك، يُوصى باستخدام ورق المرحاض المصنوع من المواد النباتية الطبيعية مثل الخيزران والتي تتحلل بشكل طبيعي.

     من الضروري أن يُولى العناية بالتوجيه والمرافق المتعلقة بالمراحيض الحيوية لمنع تسرب غاز الميثان من خزان التنقية إلى الأماكن الداخلية. هناك حوادث سبق وحدثت حيث تسبب غاز الميثان في نشوب حرائق أو انفجارات نتيجة للشرر الناتج عن الدوائر الكهربائية.

     خلال الكوارث مثل الزلازل، يصبح توفر المراحيض أمرًا حيويًا. بينما يمكن للمراحيض الشطفية العمل بدون كهرباء، إلا أن انقطاع إمدادات المياه يمكن أن يمنع الشطف. لذلك، فإن ضمان نقل الفضلات يدويًا إلى خزان صرف صحي يمكن أن يحل مشكلة نقص المراحيض خلال الكوارث.

    إذا لم تكن المراحيض الحيوية ممكنة، فإن النظر في المراحيض الحيوية يعتبر خيارًا. تستخدم هذه المراحيض حاوية مملوءة بمسحوق الخيزران أو النشارة، مما يعزز تحلل وتخمير الفضلات. تعمل المراحيض الحيوية بدون ماء ولا تتطلب الشطف. يحتاج مسحوق الخيزران الداخلي إلى إعادة تجديده أو استبداله بشكل دوري. تعتمد المراحيض الحيوية نظام فصل الفضلات الصلبة والسائلة، وذلك لأن الرطوبة الزائدة تعيق التخمير وتؤدي إلى رائحة كريهة للبول. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسخين حاوية المرحاض باستخدام الطاقة الشمسية لتسهيل عملية التحلل.

     يتم حصاد الغابات لصناعة حفاضات الأطفال القابلة للتخلص والرعاية. يتطلب حرق الحفاضات الرطبة المستخدمة حرارة أعلى، مما يؤدي إلى زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. لذا، تصبح حفاضات القماش الخيار الرئيسي. يُفضل استخدام المواد الطبيعية لتجنب الحكة المحتملة الناجمة عن الألياف الاصطناعية. ونظرًا لأن المساكن تستوعب الرضع وكبار السن أو الأشخاص الذين يحتاجون إلى رعاية، تُزود كل منزل بغسالة صغيرة ومنطقة لغسل حفاضات القماش. كما يتبع مياه الصرف الصحي من هذه العملية أسلوب التصريف الطبيعي عبر الترشيح في الأرض.

    وفيما يتعلق بإدارة النفايات، في مجتمع مستقل مثل قرية براوت، تغيب السوبرماركت ومتاجر ال conveniencem التي تقلل من النفايات غير القابلة للتحلل مثل الأكياس البلاستيكية والزجاجات والعلب والحاويات غير القابلة للتحلل أو العبوات. ونتيجة لذلك، تبقى فقط النفايات العضوية والحاويات القابلة للتحلل. في المقام الأول، يتم معالجة هذه النفايات من خلال المراحيض الحيوية حيث يتم تحللها وتحويلها إلى طاقة. إذا لم تكن هذه الطريقة ممكنة، يتم استخدام التسميد، ويتبع نفس مبدأ المراحيض الحيوية، حيث يخلط مع مسحوق الخيزران أو النشارة للتحلل بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة.

     وبالتالي، يتم معالجة مياه الصرف الصحي المنزلية والفضلات وبقايا الطعام داخل كل منزل. يعيد معالجة مياه الصرف الصحي بالطريقة الذاتية إلى الأرض، مما يحافظ على نهران وبحار واضحتان وصالحتان للشرب، مما يسمح للكائنات الحية المائية بالازدهار في تنوعها الطبيعي.

طابعة ثلاثية الأبعاد

     يمكن لطابعة ثلاثية الأبعاد، عند استخدام خيوط PLA المصنوعة من مصادر نشاء مثل قصب السكر، الذرة، أو البطاطا، أن تتحلل بيولوجيًا في البيئات الطبيعية.

     في منازل براوت فيليدج، يستخدم السكان طابعات ثلاثية الأبعاد لتصنيع العناصر الأساسية من الموارد المحلية، مجانًا.

     مع طابعة ثلاثية الأبعاد، يمكن للمصممين تحويل الصور ثلاثية الأبعاد المرسومة على شاشة الكمبيوتر مباشرة إلى أشياء ثلاثية الأبعاد. بالتالي، يتم مشاركة البيانات التي صممها المصممون عبر الإنترنت، مما يتيح للسكان اختيار التصاميم المفضلة لديهم أو إنشاء تصاميمهم الخاصة. قواعد التصميم لطابعات ثلاثية الأبعاد والمنتجات المصنعة هي كالتالي:

    يتمثل الأولوية الرئيسية للمواد المستخدمة في الأدوات المنزلية في استخدام المواد الخام المتاحة على نطاق عالمي.

المواد مثل خيوط PLA المصنوعة من النشاء أو مصادر نباتية مثل الخيزران، التي يمكن أن تعاد طبيعيًا وتكون مستقرة ومتجددة، تعتبر أبرز المرشحين للمواد.

استخدام المواد القابلة لإعادة الاستخدام.

ضمان عدم حدوث تلوث بيئي.

تجنب استخدام المواد المشتقة من الحيوانات، مثل الجلود.

تصميم منتجات يمكن إنتاجها بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد من طابعة أخرى. هذا يُيسّر البناء السريع في مناطق أخرى أو دعم الإغاثة السريعة للكوارث في مناطق مختلفة.

     مع الالتزام بهذه القواعد، تتولى مرافق التصنيع أيضًا إصلاح المنتجات وإعادة تدوير الإلكترونيات المهملة كمواد خام.

فرن كهربائي، فرن الانصهار

     المعادن هي مادة خام للبنية التحتية العامة والمنازل والأجهزة الكهربائية، ولكن عند صنع المعادن والزجاج من موارد المعادن، يصبح الفرن الانصهار ضروريًا. وهذا يعتمد بشكل أساسي على أفران الانصهار الصغيرة إلى المتوسطة الحجم أو فرن الصهر. فرن الصهر هو طريقة بدائية تم توريثها منذ القدم ويتم صنعها من الطين ولها شكل مستطيل منخفض الارتفاع. تتمثل أولوية المواد الخام للنار في الفحم الحيوي، ثم الفحم الخشبي.

     يتناقص عدد منتجات البلدية مقارنة بالمجتمع النقدي، لكن لا يزال استخدام الفحم الخشبي يؤدي إلى انبعاث ثاني أكسيد الكربون. ويعتمد الأمر على إجمالي الانبعاثات عند إجراء العمليات في أماكن مختلفة. لذلك يجب النظر في الفرن الكهربائي الصغير إلى المتوسط. إذا كان بإمكان البلدية تشغيل الفرن الكهربائي باستخدام الطاقة المتجددة فقط، فسيكون ذلك الخيار المفضل.

     وبهذه الطريقة يتم صنع الحديد والنحاس والألومنيوم والزجاج وغيرها. يتم إنتاج المعادن بالقدر الذي يحتاجه السكان فقط، ويتم هنا إعادة استخدام المعادن أيضًا. ويتم تخزين الحرارة التي يتم إطلاقها إلى الهواء في بطاريات رملية أو يتم استخدامها في استخراج الزيوت من الخيزران بسبب التعامل مع درجات الحرارة العالية.

مصنع شبه موصلات صغير الحجم

     يُستخدم معظم الأجهزة الكهربائية المنزلية والإلكترونية اليومية شبه الموصلات. شبه الموصلات هي أجزاء صغيرة تُستخدم لإرسال الإشارات اللاسلكية، وزيادة مستوى صوت المكبرات الصوتية، وتحكم في المحركات، وضبط الحسابات والمؤقتات.

     غالبًا ما يتم إنتاج شبه الموصلات في مصانع تكلفتها تصل إلى مئات المليارات أو التريليونات من الين الياباني. ومع ذلك، في المجتمعات الذاتية الاكتفاء، يُعتبر هذا أيضًا جزءًا من إنتاج المنتجات على المستوى المحلي واستهلاكها من مكان إلى آخر. لذا، يتم تحويل مصانع صغيرة تجمع بين أجهزة صغيرة مثل طابعة ثلاثية الأبعاد.

     بالإضافة إلى شبه الموصلات، يجب تصنيع الدوائر المطبوعة التي تحمل مكونات أخرى مثل المقاومات والمكثفات والمحولات والصمامات الثنائية والترانزستورات باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد.

     يتم الحصول على المواد الخام من الصخور وصنع المواد المعدنية وتجميع شبه الموصلات والدوائر المطبوعة في المنشآت الصغيرة. يتم دمجها في المنتجات. يتم تحقيق إنتاج الكميات اللازمة بأقل قدر ممكن وإنقاص الأعباء البيئية. وبهذه الطريقة، يمكن للأفراد استخدام الأجزاء الرئيسية دون احتكارها، وهو أمر يتم تنفيذه أيضًا في ورش البلدية.

الاستخدام المحدود للخرسانة

     في المجتمعات النقدية في جميع أنحاء العالم، تُعبد الطرق عادة بالأسفلت أو الخرسانة. تسعى بعض المناطق للحصول على تحسين جمالي باستخدام طرق مبلطة بالحصى، حيث يُمكن أيضًا استخدام الخرسانة. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الخرسانة في جدران الأنفاق ومترو الأنفاق تحت الأرض.

     الأسفلت، المستمد من النفط الخام، ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية تصنيعه. بالنسبة للخرسانة، المواد اللازمة لتجميد المواد مثل التربة تحتوي على الحجر الجيري. عند حرقها في درجات حرارة تتجاوز 900 درجة مئوية، تتحول إلى الجير الحي، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون. يُستخدم الوقود الأحفوري مثل البترول أو الفحم في هذه العملية، مما يؤدي إلى انبعاث مزدوج لثاني أكسيد الكربون. تشير بعض الإحصائيات إلى أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من إنتاج الأسمنت تشكل 8% على مستوى العالم و 4% في اليابان.

    تشمل أسباب استخدام الخرسانة الحاجة إلى القوة على الطرق لتحمل السيارات الثقيلة ولتقليل استهلاك الطاقة على جانب السيارة من خلال تمكين السفر الأملس. بالمثل، للهياكل الكبيرة مثل المباني أو الشقق، تكون القوة ضرورية، وأصبحت الخرسانة ميسورة التكلفة وسهلة الوصول إليها.

     يُستخدم الخرسانة بشكل واسع في مختلف الإعدادات اليومية، مما يؤدي إلى نضوب الرمال والحصى المناسبة على نطاق عالمي. تدخل الدول في صراعات بشأن الرمال، مما يؤدي إلى قيود على تعدين الرمال. بينما يُعتبر الحجر الجيري، المكون الرئيسي للأسمنت، وفيرًا، إلا أنه مورد محدود وقد ينضب مع الاستخدام الزائد.

    السبب الجذري لهذا الاستخدام المفرط يكمن في السعي إلى الربح، وهو دافع مشترك بين الدول والشركات والأفراد على حد سواء. أصبحت الخرسانة لا غنى عنها، ولكن استخدامها يحتاج إلى تقليل لانبعاث ثاني أكسيد الكربون ومواجهة تغير المناخ. لذا، من الضروري تقييد استخدام الخرسانة في الحياة اليومية وتقليل الاستهلاك العام.

     على سبيل المثال، في براوت فيليدج، لا يتم بناء مباني مثل ناطحات السحاب أو الشقق بالكامل من الخرسانة، مما يقلل بشكل كبير من استخدام الخرسانة. تعطى الأسس للمنازل أولوية للبناء بالحجر، مما يقلل من استخدام الخرسانة. يتم صنع الأعمدة من الخيزران والخشب، بينما يتم صنع الجدران من القش أو حجارة الفطر، مما يلغي الحاجة إلى الخرسانة.

     وسائل نقل السكان داخل المجتمع تتضمن السفر بسرعات تصل إلى 20 كيلومترًا في الساعة في السيارات، وللسفر بين المجتمعات على مسافات متوسطة إلى طويلة، يتم استخدام القطارات. وبالتالي، يتم القضاء على الحاجة إلى الطرق السريعة المبنية بالخرسانة.

    ومع ذلك، تظل الخرسانة ضرورية لمسارات القطارات والهياكل التي تتطلب القوة، مثل الأنفاق أو الجسور. داخل المجتمع، يتم بناء الطرق بالخرسانة بشكل أدنى ويُعطى الأسبقية للحصى، مما يقلل من استخدام الخرسانة. هذا النهج لا يقلل فقط من استخدام الخرسانة ولكنه يعزز أيضًا جمالية المجتمع. سيُوجه أي استخدام متبقي للخرسانة نحو الحواجز الترابية أو ربما السدود إذا لزم الأمر.

     في عصر ميجي في اليابان عندما لم تكن الآلات الكبيرة للبناء متاحة، تم تطوير حجر صناعي. تم استخدام هذا المواد في مشاريع كبيرة مثل بناء الموانئ وقنوات الري. كان الحجر الصناعي مزيجًا من الجرانيت المتحلل (10 أجزاء) والجير (جزء واحد). في المناطق التي لا تحتوي على الجرانيت المتحلل، كانت الطين المناسبة أو ترب الرماد البركاني تستخدم أحيانًا.

     كان لهذا الحجر الصناعي خاصية التجمد في الماء. تم استخدامه لتشكيل طبقة واقية سميكة على الجانب الخارجي للهياكل مثل الحواجز الترابية وبوابات السد عن طريق مزج التربة المختلطة مع الأحجار الطبيعية. في هذه العملية، وضعت حوالي 10 سم من التربة المختلطة بين الأحجار الطبيعية، مما يمنع الاتصال المباشر بينها. ثم تم ضغطها من الأعلى باستخدام أدوات ضرب مثل قضيب الضرب، مما يتطلب جهدًا بدنيًا كبيرًا.

    هذا الحجر الصناعي محبوب أيضًا لقدرته على العودة إلى الطبيعة. لذا، إذا كان مناسبًا لبناء الطرق من حيث القوة، فقد يُعتبر كخيار.

     علاوة على ذلك، هناك تطوير حيث يتم استخدام خليط من 100 جزء من التربة و40 جزء من الرمل و30 جزء من الجير المتطاير والماء لتشكيل جدران في المنازل.

     تعتمد العوامل المصلبة المختلفة على نوع التربة. يتم استخدام الأسمنت للتربة ذات محتوى أعلى من الرمال، في حين يتم استخدام الجير المتطاير (المنتج عن طريق إضافة الماء إلى الجير الحي) للتربة الطينية. تختلف المواد والنسب المختلطة استنادًا إلى خصائص التربة، مما يغير طريقة تماسك التربة.

     في المستقبل، إذا ظهرت طرق لتماسك التربة دون استخدام الحجر الجيري مثل الخرسانة، فقد يصبح ذلك بديلاً. ومع ذلك، حاليًا، من خلال تقييد استخدام الخرسانة والانتقال بعيدًا عن المجتمع النقدي، هناك إمكانية لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير.