○关于住宅基本材料
许多日本住宅缺乏隔热，导致在冬季尽管持续供暖，但热量仍然流失，导致窗户上出现了凝水。在这种情况下继续供暖将导致不必要的电力浪费。为了解决这个问题，采用隔热材料以防止热量流失。此外，采用双层玻璃窗和24小时机械通风可使供暖和制冷系统全年运行，同时最小化电力消耗。
此外，建筑物、公寓和住宅中使用的混凝土在其制造过程中会释放大量二氧化碳，对全球变暖产生重大影响，因此有必要减少使用量。
包括这些问题在内，贫困、难民问题等使许多人无法住进足够的房屋，必须立即应对。如果从现在开始考虑可以建造并且在全球范围内可持续的房屋，那么基本材料将是早生桐、竹子、稻草、土壤、粘土、石头、石灰和水。
稻草是稻谷和小麦等植物的干枯茎秆。稻谷在从日本到印度的亚洲地区广泛种植，而小麦则遍布非洲、欧洲、亚洲、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、阿根廷等地区。因此，稻草供应充足，被捆扎成大约50厘米宽的块状用作隔热材料。这些块状材料被堆叠在住宅的柱子之间。稻草墙的内外部会覆盖泥土，形成土墙。这种房屋被称为“稻草包房屋”，草捆是用一种叫做压块机的农业机械将干草或稻草压缩成块状。
柱子使用早生桐。这种桐比一般的桐生长更快，5年内可以长到15米高、40厘米左右的直径。由于其强度，它可以用于柱子和家具。此外，种植一次后，砍伐后会再次发芽，每5年可以砍伐一次，这个周期可以持续30到40年。在温暖的气候下，只要土壤的酸碱性不过强，就可以在任何地方种植。
此外，建筑方法如“cob”和“adobe”涉及将水与沙子、黏土和稻草等材料混合以制作土墙或土砖。自古以来，这些建筑方法在各大洲都有所观察。添加像稻草这样的纤维材料有助于延长和粘合土壤，增加了cob土墙的抗拉强度。
由于这些土墙在暴露在外部环境下容易削弱，因此它们会在外部涂覆像石灰石膏混合油这样的材料，以增强防水性和耐久性。
虽然稻草墙约厚50厘米，cob土墙厚约60厘米，但在传统日本房屋中有一种方法是将土壤涂覆在竹格子上以制作更薄的内墙。
以下数值代表了热导率，较低的数值表示更高的隔热性能。稻草具有较高的隔热性能。
- 玻璃棉：约为0.016 W/(m·K)
- 稻草：大约为0.05 - 0.09 W/(m·K)
- 土墙：约为0.5 - 0.8 W/(m·K)
- 天然木材：约为0.1 - 0.2 W/(m·K)
- 混凝土：大约为1.7 - 2.3 W/(m·K)
除了稻草外，还可以使用像茅草和干草这样的草本植物。茅草的导热系数为0.041 W/(m K)，而草坪干草的导热系数为0.037 W/(m K)。日本有多种草本植物，包括茅草、莎草、芒草、芦苇、苇草、马尾草和岛茅等，以其用于茅草屋顶而闻名。
也就是说，稻草是可以每年在世界各地收取的资源，只要地方政府掌握可用的材料数量，就不会面临资源枯竭的问题。然而，由于土壤的形成需要几百年的时间，因此像早生桐和稻草这样可以在短时间内多次收获的材料，使用土壤量较少的稻草捆房屋的优先级会高于泥土房屋。
竹子主要生长在温暖潮湿的地区，如东亚、南亚、非洲以及南美赤道附近的国家。在竹子不普遍的地方，木材成为替代品，当地政府则会在监控树木数量的同时做出决策。如果稻草包房屋的使用消耗了居住建筑所需的木材资源，土坯房将成为可行的替代选择。
这些住宅采用可重复使用的材料，强调通过反复维修和使用后的自然可分解性来实现长期使用。稻草包、土坯和土砖建筑是跨越各大洲的古老技术，作为全球基本可持续住房方法具有高度的适应性。
在日本等降雨量和湿度较高的地区，防止稻草因霉菌而腐烂变得必要。考虑因素包括：
- 采用有效管理雨水的屋顶，确保悬挑和窗台足够长，以保护墙壁免受雨水侵蚀。
- 将房屋的基础抬高，以防止墙壁受到飞溅雨水的影响。
- 防止地面潮气进入墙壁。
- 实施通风的外墙，释放和干燥外墙材料与隔热层之间的湿气，防止冷凝现象。
此外，优先考虑在地基石上直接进行石材建筑（被称为“ishibadate”），而不是采用混凝土基础。这个选择旨在减少混凝土的使用并抵御地震力量。采用混凝土基础时，地震直接影响住所。相反，在石材建筑中，柱子放置在地基石上，可以在石头表面滑动，减少地震震动。然而，石材建筑可能并不普遍适用，因此在仍然是首选方案的情况下，有必要根据具体情况评估混凝土基础或其他方法。
此外，将这些基础设置在高度，以防止地面上的雨水飞溅到土墙上，是至关重要的。
○电力的产生与储存
发电和储电也希望在持续性和结构简洁性方面都表现良好。在普劳特村，首先优先考虑以下电力设备的组合。
首先，主要的电力来源是由东京工业大学的矢部孝教授开发的镁电池。这种电池采用镁薄板作为电池，通过浸泡在盐水中来提取电能。镁作为负极，正极则使用碳基材料。这种电池的电量是手机等常用的锂离子电池的8.5倍以上，相比于氢燃料，起火风险也较低。此外，以往传统电池的无人机飞行时间限制在30分钟，但这种镁电池可以使其飞行2小时，同时也能让高尔夫球场的电动车运行2小时。
镁在海水中含量约为1800万亿吨，极为丰富，这相当于每年使用的石油100亿吨的10万年量。镁的枯竭可能性非常低，并且可以在全球范围内利用。使用后的氧化镁可以在1000℃以上加热，重新利用为镁电池。教授还开发了一种装置，可以利用不需要电力的镜子集中太阳光，将其转化为激光照射氧化镁，从而分离氧气并将其重新利用为镁。此外，他还开发了从海水中提取镁和盐的淡水化装置。
实验中使用的镁电池尺寸为宽16.3厘米，深23.7厘米，高9.7厘米，注水后的重量约为2公斤，最大输出功率为250瓦特。这种电池足以驱动一个450升的冰箱1小时。如果将5个、10个这样的电池连接起来，就可以为更大功率的设备提供电力。搭载了16公斤镁电池的汽车可以行驶500公里。
在淡水化过程中会产生盐和苦咸水（氯化镁），但当氯化镁受到激光照射时，镁可以重新生成。此外，镁在沙漠的沙子中也非常丰富。据说从10吨海水中可以提取13公斤镁，相当于一个月的标准家庭电力需求。
通过将镁电池作为生活的基础，可以在全球各地的海洋中生产镁电池，这样一来，镁的枯竭担忧较小，并且由于其可储存和运输，恶劣环境中的偏远地区也能使用电力。
这种生产镁的淡水化装置需要电力。因此，在世界各地的河流和小溪上进行小水力发电，以产生电力。虽然电量会受到落差和水量的影响，但在日本的例子中，岐阜县石彻白番场清流发电站的一台水轮机在111米落差的条件下，产生了约125千瓦的电力，足以供约150户家庭使用。
除了这种小水力发电，还会使用海洋或河流的潮流发电。由于海浪始终在运动，潮流发电能够不分昼夜地稳定供应电力，而且由于结构简单，不需要大型设备，这成为了一个重要原因。
再加上小中规模的风力发电，当有风时，电量会增加。已经开发了几种类型的风力发电，如果采用垂直轴型风力发电机，由于它是横向旋转的，可以应对来自各个方向的风。在普劳特村，每个自治体都能制造和管理这些小中规模的能源设备，优先分散产生能源，因此大型风力发电并不是首要选择。
前述的镁电池、小水力发电、潮流发电和风力发电在发电过程中都不排放二氧化碳，因此有助于应对全球变暖问题，并且是稳定且可持续的发电方式。此外，还会同时使用其他能源，以实现自然能源的多样化。
其中之一是使用真空管太阳能热水器，通过太阳能加热水，用于浴室和厨房。这种设备集成了集热部分和储水部分。在日本，夏天水温可达60至90度，冬天则在40度左右。
同时，还会考虑使用太阳能集热板。这种装置将被太阳加热至约50度的空气通过管道输送，作为供暖设备加热整个房屋。由于这些装置利用太阳能，所以安装热水器和集热板时，方位和角度非常重要。在日本，正南方向最为有效，如果效能为100%，那么正东和正西也能确保80%左右的效能。此外，理想的屋顶角度为20至30度。这些装置可以安装在屋顶或地面上。如果安装在屋顶上，屋顶的形状需要配合，以增大集热面积。
由于太阳能热水器和太阳能集热板直接利用热量，结构相对简单。
接下来，对于没有电线的地方的照明等，将考虑使用植物发电或超小型水力发电。植物发电是通过将两个电极插入地下来获取微弱电力的方法。然而，这种电力非常小，一个电极只能产生约1.5伏特的电压。已有实验通过连接100个电极，成功实现了超过100伏特的家庭用电源。这时，电极的最佳组合是镁和备长炭，不使用稀有金属等埋藏资源。
此外，已经开发出一种长度为1米的便携式超小型水力发电装置，即使在有1米高差的小溪中也能发电，每秒10升的水流可以产生5瓦的电力。
在芬兰，还使用了沙子电池。这种电池将通过太阳能和风力获得的电能以热能的形式储存在沙子中。绝热罐的宽度为4米，高度为7米，里面装有100吨的沙子。这种热能被供应给周边地区，用于建筑物的供暖或温水游泳池。加热至500度以上的沙子可以储存能量数个月，使用寿命长达几十年。只要沙子是干燥的，并且不含可燃垃圾，任何沙子都可以使用，因此在日本也可以实现。
在芬兰，计算表明，为3.5万人口的地区供热，需要一个高度为25米、直径为40米的沙子储存罐。
这种沙子电池结构简单，由管道、阀门、风扇和电加热器组成，建设成本也很低。
在美国也开发了沙子电池，这里使用石英砂加热至1200℃，然后将这些砂子储存在绝热混凝土储藏罐中。当需要将热能转化为电能时，通过加热水产生蒸汽的力来驱动装有多片叶片的涡轮水轮机。这个涡轮机连接到发电机，从而产生电力。当从热能转换为电能时，这种设备是必需的。
以上是普劳特村的发电和储能方法。接下来，将探讨现有发电方法及其不被使用的原因。
其中之一是氢气。虽然在使用氢气作为燃料时不会排放二氧化碳，但在制造过程中会产生。例如，通过天然气、石油、煤炭等化石燃料生产氢气的方法会排放大量二氧化碳，并且这些资源最终会枯竭，因此不作为选择。此外，还有一种方法是利用太阳能或风能等自然能源发电，通过电解水来获取氢气。这种方法的二氧化碳排放量较低，但由于需要大量的水，已经因地球变暖导致的水资源短缺问题将进一步加剧。此外，这种水电解过程中会使用铱等稀有金属。如果按照目前的使用量继续下去，预计到2050年，稀有金属的使用量将超过其储量的两倍，最终导致枯竭，因此这也不是一个可持续的选择。
此外，还有一种从生物质发电中提取气体、电力和氢气的方法。生物质包括人类和牲畜的排泄物、稻草和稻壳等农业残渣、食物残渣、木材等生物来源的材料。例如，在家庭用生物质气厕所中放入牛粪。牛粪中含有甲烷菌，加入人类排泄物、食物和杂草后，甲烷菌会发酵产生生物气体。这种气体的主要成分是60%的甲烷和40%的二氧化碳。由于甲烷气体是导致全球变暖的主要原因，因此在全球范围内使用将变得困难。
氢气的储存方式包括高压压缩、冷却至-253℃的液态氢，以及氢吸附合金，之后还需要设施来进行运输。在这种情况下，由于设备规模庞大且复杂，因此不作为选择。
此外，太阳能发电的太阳能电池板含有有害物质，最终的处理方式是填埋，因此不是一种可持续的方法。
地热发电由于需要长时间的调查、钻探和管道建设，并且适用地点有限，因此也不作为选择。
核电站可能导致大灾难，其燃料铀是有限的，最终会枯竭，因此不作为选择。火力发电由于化石燃料最终会枯竭，并且二氧化碳排放量高，也不作为选择。此外，电动汽车、电动自行车和智能手机中使用的锂电池由于使用锂和钴等稀有资源，因此不可持续，这些也不被使用。
综上所述，镁电池、小水力发电、潮流发电和小中规模的风力发电将成为主力发电方式，并根据情况考虑太阳能热水器、太阳能集热板、植物发电、超小型水力发电和沙子电池的使用。
尽可能从海洋、河流和土地中获取电力，并将其共享。同时，通过住宅的隔热措施降低能耗。在这种情况下，不使用枯竭资源，仅依靠自然能源生活。在货币社会中，经济活动持续进行，为了竞争，每天消耗大量电力。当这种经济活动消失后，所需的电力将大幅减少，二氧化碳的排放量也会大幅降低，从而成为应对全球变暖的有力措施。
○家庭排水
要建造与自然和谐的自给自足住宅，解决家庭排水问题至关重要。家庭排水的主要来源包括洗衣机、厨房、浴室水槽、浴缸和马桶。最初，排水基本上通过自然渗透系统进行管理，允许污水从靠近住宅的坑洞渗入地下。简单来说，这涉及在坑洞中铺设碎石或沙子，让污水渗入地下。
排水采用黏土管（陶瓷管）。这些管道是通过在超过1000°C的温度下烧结黏土制成的。它们具有出色的强度、耐腐蚀性、化学稳定性，并且具有长期的功能寿命，是可以自然还原到环境中的材料。
使用环保型洗涤剂、肥皂和牙膏至关重要。由精油制成的肥皂和洗发水避免使用石油基成分或化学物质，确保排水后残留物的完全分解。此外，基于乙醇的消毒剂也是可行的选择。它们含有抗菌元素，有助于控制皮肤表面细菌的繁殖。乙醇是一种由甘蔗等植物制成的自然资源，可以直接重新融入地下，同时作为计划性方法的一部分可耕种。水温高于70°C可以用于洗碗和洗衣。热水具有消毒和去除油脂的特性，可以有效地清除污垢和异味。随后可以使用基于天然原料的洗涤剂。
关于牙膏，商业上可购得的牙膏主要由无法完全分解的化学物质组成，因此不应使用。应考虑在牙膏中使用木糖醇和氟化物等物质。另外，推荐使用牙刷刷牙并使用牙线。仅用牙刷清洁牙齿只能清理约50%的牙齿，而牙线可以穿过牙齿间的食物颗粒和污垢。至少在每次餐后执行这两项操作至关重要；否则，许多人容易患龋齿。
这样，避免使用任何化学物质，并允许废水渗入地下，可以预防土壤污染。
○沼气卫生间
用于处理厕所废物的是一种带有生物质发电机的沼气卫生间，可产生气体、电力或氢气。住宅安装了雨水桶，用于冲厕所、洗澡、热水和洗衣。随着水资源日益枯竭的问题逐渐显现，这种做法也旨在减少对河流和湖泊水资源的使用。
此外，推荐使用由竹等天然植物材料制成且能自然分解的厕纸。
关于沼气卫生间，需要注意的是关于位置和设施的设置，以防止净化罐中的甲烷气体泄漏到室内空间。由于电路产生的火花，甲烷曾导致火灾或爆炸事故。
在地震等灾害时，卫生间的可用性变得至关重要。尽管冲水马桶可以在没有电力的情况下工作，但供水中断可能会阻止冲水。因此，确保将废物手动转移到化粪池可以解决灾害期间卫生间短缺的问题。
如果沼气卫生间不可行，考虑使用生物卫生间是一个选择。这些卫生间使用装满竹粉或锯末的容器，促进废物的分解和堆肥。生物卫生间无需水，也无需冲洗。内部竹粉需要定期补充或更换。生物卫生间采用分离固体和液体废物的系统。这是因为过多的湿度会阻碍发酵并产生臭味的尿液。此外，卫生间容器利用太阳能加热以促进分解。
婴儿和护理用一次性尿布是通过采伐森林制成的。焚烧使用过的湿尿布需要更高的温度，导致二氧化碳排放增加。因此，布尿布成为首选。为了避免合成纤维可能引起的瘙痒，更偏向于使用天然材料。考虑到住宅中可能有婴儿、老年人或需要特别护理的人群，每个家庭都配备了一台小型洗衣机和清洗区域来清洗布尿布。这个过程产生的废水也采用了自然渗滤的排水方法。
关于垃圾管理，在像普劳特村这样的自给自足社区，超市和便利店很少，减少了类似塑料袋、瓶子、罐头和不可降解容器或包装等非生物降解垃圾的产生。因此，只剩下有机垃圾和可生物降解容器。主要的垃圾处理方式是通过沼气卫生间，将这些废物分解并转化为能源。如果这种方式不可行，则采用堆肥处理，遵循与生物卫生间相同的原则，与竹粉或锯末混合，借助微生物进行分解。
因此，家庭废水、排泄物和食物残渣在每个住宅内得到处理。通过自我处理废水，将其还原到土地中，保持河流和海洋清澈、可饮用的状态，使水生生物能够在其自然丰富的环境中茁壮成长。
○3D打印机
当使用玉米、玉米或马铃薯等淀粉源制成的PLA（聚乳酸）丝打印时，3D打印机可以在自然环境中生物降解。
在普劳特村的住宅中，居民利用3D打印机从当地资源制造必需品，而且是免费的。
普劳特村的3D打印设备使设计师能够将电脑屏幕上绘制的3D图像直接转化为三维物体。因此，设计师设计的数据可以在线共享，居民可以选择他们喜欢的设计或创建自己的设计。3D打印机和制造产品的设计规则如下：
- 用于家居物品的材料的首要选择是利用全球范围内可获得的原材料。
- 优先考虑使用来自淀粉或植物资源（如竹子）制成的PLA丝等可自然降解、稳定和可再生的材料。
- 使用可重复使用的材料。
- 确保不会发生环境污染。
- 避免使用来自动物的材料，比如皮革。
- 设计可以由一台3D打印机制造的产品，以便在其他地区快速构建，或为不同地区提供迅速的灾害恢复支持。
遵循这些规则，制造设施还承担维修产品和回收废弃电子产品作为原材料的任务。
○电炉、熔炉
金属是公共基础设施、住宅和家电的材料，但在从矿物资源中制造金属和玻璃时需要用到熔炉。这主要是以小型到中型的熔炉和高炉为基础。高炉是用粘土制成的低矮角形炉子，是古老传统的制作方法。火炉的点火材料优先级是竹炭最高，其次是木炭。
自治体制造的产品数量相比货币社会会减少，但仍然需要使用木炭，因此会产生二氧化碳排放。这取决于各地实施时的总量，因此需要考虑使用小型到中型的电炉。如果自治体的再生能源足以支撑电炉运行，则应优先考虑使用电炉。
这样就制造出了铁、铜、铝、玻璃等材料。居民只制造他们需要的量，并且在这里也进行金属的再利用。由于处理高温，因此如果设备允许，可以将释放到大气中的热量储存在沙电池中，或者用于竹子的脱脂等工作。
○小规模半导体工厂
我们身边的家电和电子设备几乎都使用了半导体。半导体是一种小型部件，用于发送无线电波进行通信，调节扬声器的音量，控制电机，以及设置计算和定时器等功能所必需的部件。
半导体通常是在价值数千亿甚至数万亿日元的工厂中制造的。然而，在一个实现自给自足的社会中，这也会成为自治体制造并消费所需数量的地方产地消费。因此，应该建立小规模工厂，类似于3D打印机的小型化设备。
除了半导体之外，还有电阻器、电容器、变压器、二极管、晶体管等零部件被安装在印刷电路板上，制造这些部件的前提是使用3D打印技术。
通过这种方式，从矿物中获取金属材料，并在小规模工厂中制造出半导体和印刷电路板，将它们组装到产品中。这种做法不是在大型工厂，而是在小型工厂中，尽量使用本地资源来完成。这样一来，就实现了生产数量的最低限度化和环境负担的最大限度减少。此外，这也使得主要零部件可以在没有任何垄断情况下被任何人使用。这也是在自治体的制造厂建造的。
○混凝土的使用受限制
在全球的货币社会中，道路通常铺设沥青或混凝土。一些地区为美观起见，使用鹅卵石铺成路面，也可能使用混凝土。此外，混凝土也用于隧道和地下地铁的墙壁。
石油衍生的沥青在制造过程中会排放二氧化碳。至于混凝土，用于固化土壤等材料的水泥含有石灰石。当在超过900°C的温度下烧烤时，它会转化为生石灰，释放二氧化碳。这个燃烧过程使用石油或煤等化石燃料，导致二氧化碳的双重排放。一些统计数据表明，水泥生产的二氧化碳排放占全球的8%，在日本占4%。
使用混凝土的原因包括道路需要承受重型车辆的压力以保持强度，以及通过使行车更加平稳来减少车辆能耗。同样，对于建筑物或公寓等大型结构，强度是必要的，而混凝土已经变得价格合理且易获取。
混凝土在各种日常场景中被广泛使用，导致全球合适的沙子和砂石资源枯竭。各国因沙子问题而陷入争夺，导致对沙矿开采的限制。虽然石灰石作为水泥的主要成分被认为是丰富的，但它也是一种有限的资源，在过度使用的情况下可能会耗尽。
这种过度使用的根本原因在于对利润的追求，这是各国、公司和个人都共同拥有的动机。混凝土已经变得不可或缺，但其使用需要适度，以减少二氧化碳排放并应对气候变化。因此，限制混凝土在日常生活中的使用，并减少总体消耗至关重要。
例如，在普劳特村，不会建造完全由混凝土制成的摩天大楼或公寓，大大减少了混凝土的使用。住宅的基础优先考虑使用石头建造，最大限度减少混凝土的使用。支柱采用竹子、木材制成，而墙壁则采用稻草或菌丝砖制成，不再需要混凝土。
社区居民的交通方式包括以每小时20公里的速度驾驶汽车在社区内移动，而社区之间的中长途旅行则使用火车。因此，不再需要用混凝土建造的高速公路。
然而，混凝土仍然是火车轨道和需要强度的结构（如隧道或桥梁）所必需的材料。在社区内，道路的建设最小程度上采用混凝土，优先选择鹅卵石，从而减少混凝土的使用。这种做法不仅减少了混凝土的使用量，还增强了社区的美感。任何剩余的混凝土使用将被用于堤坝或者可能需要的大坝。
在日本的明治时代，由于缺乏大型建筑机械，曾开发出一种人造石材。这种材料被用于大型项目，如港口建设和灌溉渠道。这种人造石材是由腐殖岩（10份）和石灰（1份）混合而成的。在没有腐殖岩的地区，有时会使用适当的黏土或火山灰土壤。
这种人造石材具有在水中凝固的特性。它被用于通过将混合土与天然石材结合，形成在堤岸和水闸等结构的外侧形成厚实的保护层。在这个过程中，大约10厘米的混合土被放置在天然石材之间，防止它们直接接触。然后，使用类似于捣棒这样的捣实工具从上方压实，需要大量人工劳动。
这种人造石材也因其回归自然的特性而受到赞赏。因此，如果在强度方面适合用于道路建设，它可以被考虑作为一个选项。
此外，还有一种新的发展，即使用100份土壤、40份沙子、30份水化石灰和水的混合物来构建房屋墙壁。
根据土壤类型的不同，使用不同的固化剂。对于含有更多沙子的土壤，使用水泥，而对于黏土质的土壤则使用水化石灰（通过向生石灰中加水制成）。混合的材料和比例根据土壤的特性而异，改变土壤凝固的方式。
未来，如果出现了类似混凝土而无需使用石灰石来固化土壤的方法，这可能成为一种替代方案。然而，目前通过限制混凝土的使用并逐步远离以货币为基础的社会，有潜力显著减少二氧化碳排放。
0 コメント