4-1. Bydlení / Udržitelná společnost Prout vesnice Druhé vydání

 

○Základní materiály pro bydlení  

Většina japonských obytných domů má nízkou tepelnou izolaci, což způsobuje, že v zimě, i při neustálém vytápění, dochází k úniku tepla, a na oknech se tvoří kondenzace. Pokračování v topení v takových podmínkách je plýtváním elektrickou energií. Proto je důležité používat izolační materiály a zabránit úniku tepla. Přidáním vícevrstvého skla a mechanického větrání po dobu 24 hodin lze zajistit efektivní chlazení i vytápění po celý den s minimální spotřebou energie v létě i v zimě.  

Beton, který se používá ve výstavbě budov, bytových domů a obytných domů, vypouští během svého výrobního procesu velké množství oxidu uhličitého, což výrazně přispívá k globálnímu oteplování. Je proto nutné omezit jeho použití.  

S ohledem na tyto problémy a také na chudobu, problém uprchlíků a potřebu reagovat na nedostatek odpovídajícího bydlení, je důležité již nyní začít uvažovat o možnostech udržitelného bydlení po celém světě. Základní materiály by měly být rychle rostoucí paulovnie, bambus, sláma, zemina, jíl, kámen, vápenec a voda.  

Sláma je usušený stonek rýže, pšenice nebo jiných obilnin. Rýže je hojně pěstována v Asii, od Japonska po Indii. Pšenice se pěstuje po celém světě, včetně Afriky, Evropy, Asie, Ruska, Austrálie, Kanady a Argentiny. Sláma je tedy dostupná téměř všude. Svázáním do bloků o šířce asi 50 cm se používá jako izolační materiál, který se skládá mezi sloupy obytných staveb. Na slámové stěny se nanáší zemina zvenku i zevnitř, čímž vznikají hliněné stěny. Tyto domy se nazývají slaměné domy (straw-bale houses). Balíky slámy se vyrábějí pomocí zemědělského stroje zvaného lis (balíkovač), který slámu nebo seno zhutní do tvaru bloku.  

Sloupy se vyrábějí z rychle rostoucí paulovnie. Tento druh paulovnie roste rychleji než běžná paulovnie a během pěti let dosahuje výšky 15 metrů a průměru 40 cm. Je pevná, a proto vhodná pro použití ve sloupech nebo nábytku. Po skácení stromu z něj opět vyroste nový, což umožňuje sklizeň každých pět let po dobu 30 až 40 let. Roste v teplém podnebí a půdě, která není příliš kyselá ani zásaditá.  

Metody stavby z hlíny, jako jsou cihlové nebo hliněné zdi, vytvářené smícháním písku, hlíny, slámy a vody, jsou známé jako cob nebo adobe. Tyto techniky byly historicky používány na všech šesti kontinentech. Přidáním slámy nebo jiných vláknitých materiálů se zlepšuje pevnost v tahu, protože dlouhá vlákna slámy spojují jednotlivé části hlíny dohromady.

Tyto hliněné zdi mohou být oslabovány vlivem větru a deště. Proto se na jejich povrch nanáší vrstva omítky s přídavkem oleje, aby se zlepšila jejich vodětěsnost a trvanlivost.

Stěny ve stavbách ze slámových balíků dosahují tloušťky okolo 50 cm, zatímco hliněné zdi cobu mají tloušťku přibližně 60 cm. Pokud je uvnitř domu zapotřebí tenčích zdí, lze použít tradiční japonský způsob, kdy se na bambusové konstrukce nanáší hlína. Bambus roste především v oblastech s teplým a vlhkým podnebím, jako jsou východní a jižní Asie, Afrika a rovíková část Jižní Ameriky.

Následující hodnoty uvádějí tepelnou vodivost různých materiálů. Nižší čísla znamenají lepší izolační vlastnosti:

- Asi 0,016 W/(m·K): skelná vlna 16K (hlavní surovina je sklo)

- 0,05 – 0,09 W/(m·K): sláma

- 0,5 – 0,8 W/(m·K): hliněná zeď

- 0,1 – 0,2 W/(m·K): přírodní dřevo

- 1,7 – 2,3 W/(m·K): beton

Kromě slámy lze využít i jiné trávové rostliny, jako je rákos nebo seno. Například rákos má tepelnou vodivost 0,041 W/(m·K) a seno 0,037 W/(m·K). Rózličné druhy rákosů zahrnují chigaya, suge, susuki, yoshi, kariyasu, karukaya a shimagaya. V Japonsku jsou známy jako tradiční střešní krytiny z rákosu, nazývané "kayabuki".

Sláma je každoročně dostupný zdroj po celém světě. Pokud obce monitorují a kontrolují mnoství dostupných zdrojů, mohou se vyhnout jejich vyčerpání. Hlína naproti tomu potřebuje stovky let na své vytvoření. Z tohoto důvodu jsou slaměné domy, které spotřebují méně hlíny, prioritou před domy z hlíny typu cob.

Takovéto obydlí je založeno na využití materiálů, které lze znovu použít, a je navrženo tak, aby bylo možné jej dlouhodobě používat opakovanými opravami. Použité materiály jsou navíc přírodní a snadno rozložitelné.

Slaměné balíky, hlína a adobe jsou tradiční stavební metody používané na všech kontinentech a představují základ udržitelných obydlí, které lze snadno aplikovat po celém světě.

V oblastech s vysokými srážkami a vlhkostí, jako je Japonsko, je však nezbytné řešit ochranu proti plísním a hnilobě slámy. Je nutné zvážit následující opatření:

- Použití střechy, která účinně odvádí dešťovou vodu, s přesahem a parapety o dostatečné délce, aby chránily stěny před deštěm.

- Zvýšení základu obydlí, aby se stěny ochránily před deštěm odrážejícím se od země.

- Zamezení pronikání vlhkosti ze země do stěn.

- Využití konstrukce s větranou fasádou, kde se mezi venkovní obklad a izolaci vytvoří prostor pro proudění vzduchu, čímž se vlhkost uvolní, stěny vyschnou a zabrání se kondenzaci.

Jako hlavní možnost pro spojení obydlí s terénem se doporučuje „kamenný základ“ (ishibadate), kde jsou sloupy postaveny přímo na základových kamenech, nikoliv na betonovém základu. Tento přístup má dvě hlavní výhody: snižuje použití betonu a pomáhá rozptýlit sílu zemětřesení. U betonových základů se síla otřesů přenáší přímo na obydlí, zatímco u kamenného základu se sloupy mohou na kamenech posunovat, což otřesy zmírňuje. Kamenný základ však není vhodný pro všechny podmínky, a proto by se mělo v jednotlivých případech zvážit použití betonového základu nebo jiných metod. V každém případě by měl být základ navržen tak, aby chránil hliněné stěny před odstřikující dešťovou vodou.

○Výroba a ukládání elektrické energie

Prout vesnice preferuje udržitelná a jednoduchá řešení pro výrobu a ukládání elektrické energie. Jako hlavní zdroj energie zde slouží hořčíkové baterie, které vyvinul profesor Takashi Yabe z Tokijské technologické univerzity.

Hořčíková baterie využívá tenkou desku hořčíku jako zápornou elektrodu a uhlíkový materiál jako kladnou elektrodu, přičemž elektrická energie se získává ponořením těchto materiálů do solného roztoku. Tyto baterie mají více než 8,5krát vyšší kapacitu než lithium-iontové baterie používané ve smartphonech a jsou bezpečnější než vodíkové palivo, protože nehrozí riziko vznícení. Zatímco běžné baterie umožňují dronům létat maximálně 30 minut, hořčíkové baterie zvládnou až dvě hodiny. Podobně golfové vozíky mohou díky těmto bateriím fungovat přibližně dvě hodiny.

Hořčík se nachází v mořské vodě, kde jeho množství dosahuje přibližně 1 800 bilionů tun, což odpovídá více než 100 000 letům současné roční spotřeby ropy (10 miliard tun). Jeho vyčerpání je tedy nepravděpodobné a může být využíván po celém světě. Navíc lze oxid hořečnatý, který zůstává po použití baterie, znovu přeměnit na hořčík zahřátím na teplotu přes 1 000 °C, čímž se baterie recykluje.

Profesor Yabe rovněž vyvinul zařízení, která využívají zrcadla k soustředění slunečního záření, jeho přeměně na laserový paprsek a opětovnému oddělení kyslíku z oxidu hořečnatého, čímž vzniká nový hořčík. Dále vytvořil odsolovací zařízení, které dokáže získávat hořčík a sůl z mořské vody.

Baterie, které byly testovány, mají rozměry 16,3 cm na šířku, 23,7 cm na délku a 9,7 cm na výšku. Po naplnění vodou váží přibližně 2 kg a poskytují maximální výkon 250 W, což stačí na provoz lednice o kapacitě 450 litrů po dobu jedné hodiny. Spojením pěti nebo deseti baterií lze napájet i zařízení s vyšší spotřebou energie. Auto s 16 kg hořčíkových baterií by mohlo ujet až 500 km. 

Při odsolování mořské vody vzniká jako vedlejší produkt chlorid hořečnatý a sůl. Laserový paprsek dokáže z chloridu hořečnatého opět vytvořit hořčík. Hořčík se navíc nachází také v písku v pouštích. Z 10 tun mořské vody lze získat přibližně 13 kg hořčíku, což odpovídá měsíční spotřebě elektřiny průměrné domácnosti.

Pro provoz odsolovacích zařízení je však zapotřebí elektrická energie. Ta se může získávat prostřednictvím malých vodních elektráren na řekách a potocích. Výkon závisí na průtoku a výškovém rozdílu vody. Například ve vodní elektrárně Itoshiro Banba v prefektuře Gifu se jedním turbínovým kolem při výškovém rozdílu 111 metrů generuje přibližně 125 kW, což pokryje spotřebu 150 domácností.

Kromě této malé vodní elektrárny se využívá také přílivová energie na mořích a řekách. Mořské vlny se neustále pohybují, takže přílivové elektrárny mohou stabilně dodávat elektřinu bez ohledu na denní či noční dobu. Díky své jednoduché konstrukci nevyžadují rozsáhlá zařízení, což je jejich velkou výhodou.  

Pokud se k tomu přidají malé a středně velké větrné elektrárny, je možné zvýšit objem vyrobené energie, když fouká vítr. Existuje několik typů větrných elektráren a při použití vertikální osy lze zpracovávat vítr přicházející ze všech směrů. V Prout vesnici se upřednostňuje výstavba malých a středně velkých energetických zařízení, která jsou decentralizovaná, a jednotlivé obce se podílejí na jejich výrobě a správě. Z tohoto důvodu nejsou velké větrné elektrárny prioritou.  

Magnesiové baterie, malé vodní elektrárny, přílivové elektrárny a větrné elektrárny zmíněné výše nevypouštějí během výroby elektřiny oxid uhličitý a představují tak řešení problémů s globálním oteplováním. Jsou stabilním a udržitelným zdrojem energie. Kromě toho se usiluje o rozmanitost přírodních energetických zdrojů pomocí dalších alternativ.  

Jednou z těchto alternativ je využití vakuových solárních ohřívačů vody, které ohřívají vodu pomocí slunečního tepla a používají se v koupelnách a kuchyních. Jedná se o zařízení, které kombinuje solární kolektor a zásobník na ohřátou vodu. V Japonsku dosahuje voda v létě teploty 60–90 °C a v zimě kolem 40 °C.  

Zvažuje se také použití solárních tepelných kolektorů, které ohřívají vzduch na přibližně 50 °C a tím vytápějí celý dům. Směr a úhel instalace těchto zařízení jsou důležité. V Japonsku je nejúčinnější směřování přímo na jih, což odpovídá 100 % výkonu. Směřování na východ nebo západ poskytuje přibližně 80 %. Ideální sklon střechy je 20–30 stupňů. Tato zařízení lze umístit na střechu nebo na zem, přičemž v případě instalace na střechu je možné přizpůsobit tvar střechy pro maximalizaci plochy kolektoru. Tyto solární ohřívače vody a solární tepelné kolektory mají jednoduchou konstrukci, protože využívají teplo přímo jako teplo.  

Pro osvětlení v oblastech bez elektrického vedení se zvažuje využití rostlinné energie nebo přenosné mikrovodní elektrárny. Rostlinná energie využívá dva elektrody zapuštěné do půdy, které generují slabý elektrický proud. Tento proud je velmi malý, s napětím asi 1,5 voltu na jednu jednotku. V experimentu, kde bylo propojeno 100 těchto jednotek, bylo dosaženo napětí přes 100 voltů, což odpovídá domácímu napájení. Jako nejlepší kombinace elektrod se ukázaly hořčík a dřevěné uhlí (binčótan), přičemž nebyly použity žádné vzácné kovy ani přírodní zdroje.  

K dispozici je také přenosná mikrovodní elektrárna o délce 1 metru, která dokáže vyrábět elektřinu i v malých potocích. Při výškovém rozdílu 1 metr a průtoku 10 litrů vody za sekundu může tato elektrárna generovat až 5 W elektrické energie.  

V Finsku se také používají pískové baterie. Tyto baterie ukládají teplo získané ze sluneční a větrné energie do písku. Izolační nádrž má šířku 4 metry, výšku 7 metrů a obsahuje 100 tun písku. Toto teplo je dodáváno do okolních oblastí a využívá se k vytápění budov nebo například k ohřívání vody v bazénech. Písek ohřátý na více než 500 °C je schopen uchovat energii po dobu několika měsíců. Životnost této technologie se odhaduje na několik desetiletí. Písek může být jakýkoli, pokud je suchý a neobsahuje hořlavé odpadky, což znamená, že by tato technologie mohla být realizována i v Japonsku.

Pro zajištění tepla pro oblast s populací 35 000 lidí by ve Finsku bylo zapotřebí skladovací nádrže o výšce 25 metrů a průměru 40 metrů naplněné pískem.  

Struktura pískové baterie je jednoduchá. Skládá se z potrubí, ventilů, ventilátorů a elektrického topného tělesa, což zajišťuje nízké stavební náklady.

Pískové baterie jsou vyvíjeny i v USA, kde se křemičitý písek zahřívá až na 1 200 °C a uchovává v izolačních betonových skladovacích nádržích. Pokud je potřeba přeměnit toto teplo na elektřinu, ohřívá se voda, jejíž pára pohání turbínu s mnoha lopatkami. Tato turbína je spojena s generátorem, který vyrábí elektřinu. V případě přeměny tepla na elektřinu je tedy zapotřebí tato specifická technologie.

Tímto končí přehled metod výroby a ukládání energie v Prout vesnice. Dále se podíváme na existující způsoby výroby energie a důvody, proč je nepoužíváme.

Jedním z nich je vodík. Vodík jako palivo neprodukuje oxid uhličitý, ale během jeho výroby k emisím dochází. Například při výrobě vodíku z fosilních paliv, jako je zemní plyn, ropa nebo uhlí, dochází k masivnímu vypouštění oxidu uhličitého a tato metoda také povede k vyčerpání zdrojů, což ji činí neperspektivní.

Existuje také metoda výroby vodíku elektrolyzací vody za využití elektřiny z přírodních zdrojů, jako je sluneční a větrná energie. Tato metoda má nízké emise oxidu uhličitého, ale vyžaduje velké množství vody, což by mohlo zhoršit již nyní rostoucí problém s nedostatkem vody způsobený globálním oteplováním.  

Navíc elektrolyzéry vyžadují použití vzácných kovů, jako je iridium. Pokud by současná spotřeba pokračovala, předpokládá se, že do roku 2050 přesáhne dvojnásobek současných zásob, což z tohoto zdroje činí neudržitelnou volbu.

Další metodou je výroba plynu, elektřiny a vodíku z biomasy. Biomasa zahrnuje lidský a zvířecí odpad, zbytky slámy a rýžových slupek, potravinové zbytky, dřevo a další biologický materiál. Například domácí bioplynové toalety mohou využívat kravský trus, který obsahuje metanové bakterie. Pokud se k němu přidají lidský odpad, potraviny nebo plevel, metanové bakterie tento materiál fermentují a produkují bioplyn. Tento plyn obsahuje 60 % metanu a 40 % oxidu uhličitého. Metan je však jednou z hlavních příčin globálního oteplování, což činí jeho celosvětové využití problematickým.

Skladování vodíku zahrnuje stlačení pod vysokým tlakem, zkapalnění při teplotě −253 °C nebo použití hydridových slitin, přičemž následná doprava vyžaduje speciální infrastrukturu. Tato zařízení jsou rozsáhlá a komplikovaná, což je důvod, proč tato metoda není upřednostňována.

Solární panely na výrobu elektřiny obsahují škodlivé látky a jejich konečná likvidace zahrnuje zakopání do země, což není udržitelný přístup. Geotermální energie není vhodná kvůli dlouhé době potřebné na průzkum, vrtání a stavbu infrastruktury, stejně jako kvůli omezené dostupnosti lokalit, kde ji lze využívat.

Jaderné elektrárny jsou vyloučeny kvůli riziku velkých katastrof a omezeným zásobám uranu, které jednou dojdou. Tepelné elektrárny jsou nepřijatelné kvůli vyčerpání fosilních paliv a velkým emisím oxidu uhličitého. Baterie využívané v elektromobilech, elektrokolech a chytrých telefonech, obsahující lithium a kobalt, nejsou udržitelné kvůli těžbě těchto nerostů.

V tomto kontextu se hlavními pilíři výroby energie v Prout vesnici stávají hořčíkové baterie, malé vodní elektrárny, přílivové elektrárny a malé až středně velké větrné elektrárny. Doplňkově se zvažuje využití solárních termálních ohřívačů vody, solárních termálních panelů, rostlinné energie, velmi malých vodních elektráren a pískových baterií podle potřeby.

Cílem je vyrábět elektřinu co nejvíce z moře, řek a země a tuto energii sdílet. K tomu se přidává lepší zateplení obytných domů, což vede ke snížení energetické náročnosti. Tímto způsobem lze žít pouze na základě obnovitelných zdrojů energie bez využití vyčerpatelných zdrojů. V měnové společnosti ekonomická aktivita spotřebovává obrovské množství energie kvůli konkurenčnímu boji. Pokud ekonomická aktivita zmizí, potřeba energie se výrazně sníží, emise oxidu uhličitého se také výrazně sníží, což se stane účinným opatřením proti globálnímu oteplování.

○Domácí odpadní vody

Pro vytvoření soběstačných obydlí v souladu s přírodou je nutné vyřešit i otázku domácích odpadních vod. Hlavní zdroje odpadních vod z domácností jsou pračka, kuchyň, koupelna, sprcha a toaleta. Odpadní vody se infiltrují přirozeným způsobem do půdy skrze díru vykopanou poblíž obydlí. Zjednodušeně řečeno, díra se vyloží štěrkem a pískem, aby odpadní voda mohla postupně pronikat do země.

Pro odpadní potrubí se používají keramické trubky, vyrobené z hlíny vypalované při teplotě přes 1000 °C. Tyto trubky mají vysokou pevnost, odolnost vůči korozi a chemikáliím, dlouhou životnost a jsou materiálem, který se vrací zpět do přírody.

Je nezbytné používat výhradně ekologické čisticí prostředky, mýdla a zubní pasty. Mýdla a šampony vyrobené z éterických olejů neobsahují ropné suroviny ani chemické látky, a proto se po vypuštění do odpadu zcela rozkládají. Lze také použít dezinfekční ethanol, který má antibakteriální vlastnosti a brání množení bakterií na povrchu kůže. Ethanol je přírodní surovina vyrobená z rostlin, například z cukrové třtiny, a může být přímo navrácen do půdy, přičemž jeho pěstování je možné plánovat. K čištění nádobí a oblečení lze použít horkou vodu s teplotou nad 70 stupňů Celsia. Horká voda má dezinfekční a odmašťovací vlastnosti, díky čemuž odstraňuje špínu i zápach. Poté se použije přírodní čisticí prostředek.

Zubní pasty dostupné v obchodech se nevyužívají, protože většina jejich složek jsou chemické látky, které se nerozkládají. Místo toho lze zvážit použití xylitolu nebo fluoridu. Zuby se čistí zubním kartáčkem a dentální nití. Zubní kartáček vyčistí pouze asi 50 % povrchu zubů, zatímco zbytky jídla a nečistoty mezi zuby se odstraní tenkou nití. Tyto dvě činnosti je nutné provádět alespoň po každém jídle, jinak hrozí vznik zubního kazu.

Tímto způsobem se lze vyhnout používání chemických látek, přičemž odpadní voda může být přirozeně vsakována do půdy, aniž by ji kontaminovala.