4-1. Locuințe / Societatea durabilă Satul Prout Ediția a doua

 

○Materiale de bază pentru locuințe 

Multe dintre locuințele din Japonia au o izolație termică scăzută, ceea ce face ca, indiferent cât de mult se încălzește iarna, căldura să se piardă, iar pe feronerie se formează condens. Continuarea încălzirii în această stare duce la risipirea energiei electrice. De aceea, se utilizează materiale de izolație pentru a preveni pierderea căldurii. Adăugând geamuri termopan și ventilație mecanică continuă, se poate utiliza încălzirea și răcirea 24 de ore pe zi, economisind energie electrică.

De asemenea, betonul utilizat în clădiri, apartamente și locuințe eliberează o cantitate mare de dioxid de carbon în timpul procesului de fabricație, având un impact major asupra încălzirii globale, motiv pentru care este necesară reducerea utilizării acestuia.  

Având în vedere aceste probleme, este important să răspundem rapid la nevoia de locuințe pentru cei care nu își permit să trăiască într-o casă adecvată, precum și la problemele legate de refugiați și alte situații de urgență. În același timp, trebuie să luăm în considerare modul de construcție al unor locuințe durabile pentru întreaga lume. Astfel, materialele de bază vor fi: paulownia rapidă, bambus, paie, pământ, argilă, piatră, var și apă.

Paiele sunt tulpinile uscate ale orezului sau grâului. Orezul este cultivat pe o scară largă în Asia, de la Japonia până în India. Grâul este cultivat în Africa, Europa, Asia, Rusia, Australia, Canada și Argentina. Astfel, paiele pot fi obținute oriunde și vor fi folosite pentru a crea blocuri de aproximativ 50 cm lățime, care vor fi utilizate ca material izolant. Aceste blocuri vor fi așezate între stâlpii casei, iar pe interiorul și exteriorul lor se va aplica pământ pentru a crea un perete din lut. Aceste locuințe sunt numite case din paie (straw bale houses). "Bale" provine de la termenul pentru o mașină agricolă, numită baler, care comprimă paiele sau fânul într-un bloc de formă compactă.

Stâlpii vor fi fabricați din paulownia rapidă. Acesta crește mult mai repede decât paulownia obișnuită, ajungând la o înălțime de 15 m și un diametru de 40 cm în aproximativ 5 ani. Este un material rezistent, potrivit pentru stâlpi și mobilier. De asemenea, după tăiere, planta va răsări din nou și poate fi recoltată la fiecare 5 ani, acest proces putând continua timp de 30-40 de ani. Este un arbore care poate fi cultivat în orice tip de sol cu condiția ca acesta să nu fie prea acid sau prea alcalin.

De asemenea, metodele de construcție cu apă amestecată cu nisip, argilă și paie, pentru a construi pereți de lut sau de cărămidă, cum ar fi cob și adobe, pot fi găsite pe toate continentele de-a lungul istoriei. Atunci când se adaugă fibre, cum ar fi paiele, firele subțiri de paie se leagă între ele și întăresc rezistența la tracțiune a cob-ului.

Acești pereți de lut devin mai slabi atunci când sunt expuși la vânt și ploaie, așa că se aplică un strat exterior de var sau tencuială cu ulei, pentru a spori impermeabilitatea și durabilitatea acestora.

Pereții de tip straw bale au o grosime de aproximativ 50 cm, iar pereții din cob sunt de aproximativ 60 cm, dar atunci când sunt necesari pereți subțiri în interiorul locuinței, se poate utiliza metoda tradițională japoneză de a aplica pământ pe bumbacul de bambus, folosit în casele tradiționale.

Bambusul crește în mod special în regiunile cu climă caldă și umedă, cum ar fi estul și sudul Asiei, Africa și țările din apropierea ecuatorului din America de Sud.

Următoarele valori reprezintă conductivitatea termică. Cu cât valoarea este mai mică, cu atât materialul izolează mai bine. Paiele au o conductivitate termică foarte scăzută, ceea ce le face un material de izolație eficient.  

Aproximativ 0.016 W/(m·K) - Vată minerală 16K (principalul ingredient este sticla)  

Aproximativ 0.05 - 0.09 W/(m·K) - Paie  

Aproximativ 0.5 - 0.8 W/(m·K) - Pereți de lut  

Aproximativ 0.1 - 0.2 W/(m·K) - Lemn natural  

Aproximativ 1.7 - 2.3 W/(m·K) - Beton

Pe lângă paie, se pot folosi și iarbă uscată și alte plante din familia Poaceae. Cu paie de iarbă, conductivitatea termică ajunge la 0.041 W/(m·K), iar cu fân de iarbă, la 0.037 W/(m·K). În familia Poaceae se regăsesc specii precum Chigaya, Suke, Susuki, Yoshi, Kariyasu, Karkaya și Shimagaya, unele dintre ele fiind folosite pentru acoperișuri de paie în Japonia.

Prin urmare, paiele sunt o resursă disponibilă anual pe toată planeta. Dacă municipiul poate monitoriza cantitatea de material disponibil, nu va exista o risipire a resurselor. Totuși, pământul necesită sute de ani pentru a se forma, iar casele din paie, care pot fi realizate de mai multe ori într-o perioadă scurtă, vor fi prioritare față de casele din cob, deoarece utilizarea de pământ rămâne scăzută.

Aceste tipuri de locuințe sunt realizate din materiale reutilizabile și sunt concepute pentru a fi folosite pe termen lung, cu reparări repetate. De asemenea, materialele folosite sunt naturale și pot fi returnate în natură după utilizare.

Metodele de construcție precum straw bale, cob și adobe sunt tehnici tradiționale folosite pe toate continentele și sunt ușor aplicabile ca principii de construcție pentru locuințe durabile la nivel global.

În locuri ca Japonia, unde plouă frecvent și umiditatea este ridicată, este necesar să se prevină putrezirea paielor din cauza mucegaiului. Prin urmare, se vor lua în considerare următoarele măsuri:

- Utilizarea unui acoperiș care poate gestiona eficient apa de ploaie, cu o margine (hisași) și jaluzele pentru feronerie reglate la lungimi adecvate pentru a proteja pereții de apa de ploaie.

- Ridicarea fundației locuinței pentru a proteja pereții de apa de ploaie care sare de pe sol.

- Prevenirea infiltrării umidității din sol în interiorul pereților.

- Implementarea unui sistem de ventilație pe exteriorul pereților, astfel încât să existe un spațiu între materialul exterior al pereților și izolația, pentru a permite evaporarea umidității și prevenirea condensului.

În plus, pentru suprafața de contact dintre locuință și sol, se va prefera construcția pe temelii de piatră (ishibate), unde coloanele sunt sprijinite direct pe pietrele fundamentale, în loc de o fundație din beton. Aceasta nu doar că reduce utilizarea betonului, dar ajută și la dislocarea forțelor seismice. Dacă fundația din beton este fixată, mișcările seismice sunt transferate direct către locuință. În cazul unei construcții pe temelii de piatră, coloanele se vor aluneca ușor pe pietrele fundamentale, reducând astfel vibrațiile. Totuși, construcția pe temelii de piatră nu este aplicabilă oriunde, așa că, deși aceasta va fi prioritară, se va evalua în fiecare caz dacă fundațiile din beton sau alte metode sunt mai adecvate.

Aceste fundații vor fi plasate la o înălțime suficientă pentru a proteja pereții de apa de ploaie care sare de pe sol.

○Producerea și stocarea energiei

Producerea și stocarea energiei trebuie să fie sustenabile și, în același timp, să aibă o structură simplă. La Satul Prout, se va da prioritate combinației următoare de echipamente electrice.

Energia principală va proveni din bateriile de magneziu, dezvoltate de profesorul Takashi Yabe de la Universitatea Tehnologică din Tokyo. Aceste baterii sunt alcătuite din plăci subțiri de magneziu care pot stoca și transporta energie. Magneziul este plasat pe electrodul negativ, iar pe electrodul pozitiv sunt utilizate materiale pe bază de carbon imersate în apă sărată, din care se extrage energia electrică. Aceste baterii au de peste 8,5 ori mai multă energie decât bateriile cu litiu-ion utilizate la telefoane mobile și prezintă un risc mai mic de incendiu comparativ cu combustibilii pe bază de hidrogen. În plus, în timp ce durata de zbor a dronelor echipate cu baterii litiu-ion este limitată la 30 de minute, cu bateriile de magneziu acestea pot zbura timp de 2 ore. De asemenea, un cărucior de golf poate funcționa aproximativ 2 ore.

Magneziul este foarte abundent în apă sărată, având aproximativ 1.800 de trilioane de tone, o cantitate echivalentă cu 100 de miliarde de tone de petrol utilizate anual, adică aproximativ 100.000 de ani de consum de petrol. Posibilitatea epuizării magneziului este extrem de scăzută, iar acesta poate fi obținut din orice mare a lumii. După utilizare, oxidul de magneziu rezultat poate fi încălzit la peste 1.000°C pentru a fi reutilizat ca baterie de magneziu.

Profesorul Yabe a dezvoltat și un dispozitiv care folosește oglinzi pentru a colecta lumina solară și a o transforma în laser, care este apoi folosit pentru a separa oxigenul din oxidul de magneziu, permitând astfel reciclarea magneziului. De asemenea, el a creat un dispozitiv de desalinizare a apei mării pentru a extrage magneziu și sare.

Bateria de magneziu utilizată în experimente are dimensiuni de 16,3 cm lățime, 23,7 cm adâncime, 9,7 cm înălțime și cântărește aproximativ 2 kilograme după umplerea cu apă, având o putere maximă de 250W. Aceasta poate alimenta un frigider de 450L cu 250W timp de o oră. Dacă sunt conectate 5 sau 10 astfel de baterii, se poate alimenta echipamente care necesită mai multă energie. Cu o baterie de magneziu de 16 kg, o mașină poate parcurge 500 km.

Atunci când apa de mare este desalinizată, rămân sare și brină (clorură de magneziu). Dacă această clorură de magneziu este expusă la laser, se poate produce magneziu. De asemenea, magneziul este abundent și în nisipul din deșert. Se estimează că din 10 tone de apă de mare se poate obține 13 kg de magneziu, ceea ce corespunde consumului de energie al unei gospodării standard pentru o lună.

Prin utilizarea bateriilor de magneziu ca bază pentru viață, se pot produce baterii de magneziu din mările lumii, fără riscul epuizării resurselor, iar acestea pot fi stocate și transportate, astfel încât chiar și în zonele izolate cu condiții dificile, se va putea utiliza energie electrică.

Acest dispozitiv de desalinizare care produce magneziu necesită energie electrică. Prin urmare, va fi folosită producția de energie hidroenergie mică în râuri și pârâuri din întreaga lume pentru a genera electricitate. Diferența de nivel și volumul apei afectează cantitatea de energie electrică care poate fi generată, iar în exemplul Japoniei, la stația de generare a energiei hidroelectrice din Ishitoro-bamba, Gifu, un singur roată de apă produce aproximativ 125 kW de energie electrică pentru aproximativ 150 de gospodării, cu o diferență de nivel de 111 metri.

În plus față de această hidroenergie mică, va fi folosită și energia generată din curenții marini și fluviali. Datorită mișcării constante a valurilor mării, energia din curenții marini poate furniza electricitate într-un mod stabil, indiferent de zi sau noapte, iar motivul principal este că structura acestei metode este simplă și nu necesită echipamente de mari dimensiuni.

Mai mult, dacă adăugăm turbine eoliene de mică și medie dimensiune, în timpul vântului se va adăuga și energia electrică generată. De asemenea, au fost dezvoltate mai multe tipuri de turbine eoliene, iar turbinele cu ax vertical, care se învârt pe orizontală, sunt capabile să răspundă vântului din orice direcție. La Satul Prout, fiecare municipiu va construi și va gestiona echipamente energetice de mică și medie dimensiune, iar energia va fi generată într-un mod distribuit, astfel că turbinele eoliene de mari dimensiuni nu vor fi prioritizate.

Magnesium-ul, hidroenergia mică, energia din curenții marini și energia eoliană menționate mai sus nu emit dioxid de carbon sau alte gaze cu efect de seră în procesul lor de generare a energiei, reprezentând soluții pentru problema încălzirii globale și metode de producție de energie stabilă și durabilă. În plus, se va urmări diversificarea surselor de energie regenerabilă prin utilizarea altor surse de energie naturale.

Un exemplu este utilizarea unui boiler solar cu tuburi vidate pentru a produce apă caldă din energia solară, care poate fi folosită pentru baie și în bucătărie. Acesta constă într-o unitate integrată formată dintr-o zonă de colectare a căldurii solare și un rezervor de stocare a apei calde. În Japonia, temperatura apei variază între 60-90°C în timpul verii și aproximativ 40°C în timpul iernii.

De asemenea, se va analiza utilizarea panourilor solare de colectare a căldurii solare. Aerul încălzit de soare (aproximativ 50°C) din panou trece printr-un sistem de conducte pentru a încălzi întreaga casă. Aceste panouri solare sunt eficiente atunci când sunt instalate într-o direcție și un unghi corespunzător. În Japonia, direcția sudică este cea mai eficientă, iar dacă aceasta este considerată 100%, la est și vest se poate obține aproximativ 80%. Unghiul ideal pentru acoperiș este între 20 și 30 de grade, iar panourile vor fi montate pe acoperiș sau pe sol. În cazul instalării pe acoperiș, forma acestuia va trebui să fie ajustată pentru a crește suprafața de colectare a căldurii.

Aceste boilere solare și panouri solare vor folosi căldura în mod direct, având astfel o structură simplă.

Următoarea metodă de iluminat în locuri unde nu există linii de energie electrică este utilizarea generatoarelor pe bază de plante și a microhidrocentralelor. Generatoarele pe bază de plante obțin energie electrică slabă prin plasarea a două electrozi în sol. Totuși, energia electrică obținută este foarte mică, iar de la un singur generator se obține o tensiune de aproximativ 1,5 volți. Într-un experiment, conectarea a 100 de astfel de unități a permis obținerea unei energii mai mari de 100 de volți, suficientă pentru alimentarea unui sistem electric domestic. Electrozii utilizați în acest experiment sunt combinații de magneziu și cărbune de binchotan, fără a utiliza metale rare sau resurse subterane.

De asemenea, au fost dezvoltate microhidrocentrale portabile de 1 metru lungime, care pot genera energie într-un pârâu chiar și la o diferență de înălțime de 1 metru. Acestea pot produce 5 W de electricitate cu un flux de apă de 10 litri pe secundă.

În Finlanda, sunt utilizate și baterii de nisip. Acestea stochează energia electrică obținută din surse de energie solară sau eoliană sub formă de căldură în nisip. Rezervorul de izolație are o lățime de 4 metri și o înălțime de 7 metri, având 100 de tone de nisip. Căldura acumulată este folosită pentru a încălzi clădirile și piscinele cu apă caldă. Nisipul încălzit la peste 500 de grade Celsius poate stoca energie timp de mai multe luni, iar durata de viață a acestuia este de câteva decenii. Orice tip de nisip uscat, care nu conține deșeuri inflamabile, poate fi utilizat, iar tehnologia poate fi implementată și în Japonia.

În Finlanda, pentru a furniza căldură unei zone cu 35.000 de locuitori, se estimează că este necesar un rezervor de nisip cu o înălțime de 25 de metri și un diametru de 40 de metri. Bateria de nisip este simplă în structură și este alcătuită din țevi, valve, ventilatoare și un element de încălzire electrică, având costuri de construcție reduse.

În Statele Unite, este dezvoltată o altă versiune a bateriilor de nisip, folosind nisip de siliciu încălzit la 1200°C. Acest nisip este depozitat într-un rezervor izolat din beton. Energia termică stocată poate fi transformată în electricitate prin utilizarea aburului generat prin încălzirea apei, care pune în mișcare un turbion cu palete conectat la un generator. Acest tip de instalație este necesar pentru conversia energiei termice în energie electrică.

Acestea sunt metodele de generare și stocare a energiei utilizate în Satul Prout. Acum, vom analiza motivele pentru care nu se utilizează metodele deja existente de generare a energiei.

Unul dintre aceste metode este hidrogenul. Când hidrogenul este folosit ca combustibil, nu emite dioxid de carbon, dar procesul de fabricație emite acest gaz. De exemplu, metodele de obținere a hidrogenului din combustibilii fosili, cum ar fi gazul natural, petrolul și cărbunele, produc cantități mari de dioxid de carbon și, de asemenea, vor ajunge într-un punct în care resursele vor fi epuizate, astfel că nu reprezintă o opțiune viabilă. 

Există, de asemenea, o metodă de obținere a hidrogenului prin electroliza apei utilizând energie electrică provenită din surse naturale, cum ar fi energia solară sau eoliană. Aceasta produce o cantitate scăzută de emisii de dioxid de carbon, dar necesită cantități mari de apă, iar penuria de apă deja existentă, agravată de schimbările climatice, ar putea fi accelerată.

În plus, electroliza apei necesită utilizarea unor metale rare, cum ar fi iridiul. Dacă se continuă utilizarea acestora la nivelul actual, se estimează că până în 2050 cantitatea folosită va depăși de două ori rezervele existente, iar resursa va fi epuizată, făcând această metodă nesustenabilă.

Există, de asemenea, metode de a produce gaz, electricitate și hidrogen din biomasa. Biomasa provine din excrementele umane și ale animalelor, paie, coji de orez, resturi agricole, resturi alimentare și lemn. De exemplu, un toaletă bio-gaz de uz casnic poate utiliza excrementele de vacă. Acestea conțin bacterii care produc metan. Dacă se adaugă excrementele umane sau resturi de mâncare și plante, bacteriile metanogene fermentează aceste materiale, generând biogaz. Acest gaz conține în proporție de 60% metan și 40% dioxid de carbon. Metanul este, de asemenea, un gaz cu un impact semnificativ asupra încălzirii globale, ceea ce face dificilă utilizarea sa la scară largă.

Pentru depozitarea hidrogenului, există metode precum compresia la presiune înaltă, transformarea acestuia în hidrogen lichid la -253°C și stocarea în aliaje speciale pentru hidrogen. După aceea, sunt necesare echipamente pentru transportul acestuia. Aceste echipamente sunt de dimensiuni mari și complexe, făcându-le o opțiune mai puțin viabilă.

De asemenea, panourile solare conțin substanțe periculoase și, la finalul lor de viață, trebuie îngropate în pământ, ceea ce le face nesustenabile. Energia geotermală implică o perioadă lungă de construcție și limitări în ceea ce privește locurile unde poate fi utilizată, așa că nu reprezintă o opțiune viabilă.

În ceea ce privește centralele nucleare, acestea pot duce la accidente majore și combustibilul lor, uraniul, este o resursă finită care se va epuiza într-o perioadă limitată de timp. De asemenea, centralele pe bază de combustibili fosili vor ajunge să se confrunte cu epuizarea resurselor și produc emisii mari de dioxid de carbon, fiind, de asemenea, o opțiune nesustenabilă.

Bateriile de litiu utilizate în mașinile electrice, bicicletele electrice și smartphone-uri sunt nesustenabile din cauza utilizării resurselor rare, cum ar fi litiu și cobalt, ceea ce le face o opțiune de evitat.

În concluzie, principalele surse de energie vor fi bateriile de magneziu, microhidrocentralele, energia din maree și turbinele eoliene de dimensiuni mici și medii, iar, în funcție de context, se va lua în considerare utilizarea colectoarelor solare pentru apă caldă, panourilor solare pentru încălzire, generatoarelor pe bază de plante, microhidrocentralelor și bateriilor de nisip.

Astfel, se va produce electricitate din mare, râuri și pământ cât mai mult posibil, iar aceasta va fi împărtășită. La aceasta se va adăuga izolarea locuințelor, reducându-se astfel consumul de electricitate. Astfel, se va trăi folosind doar energie naturală, fără a utiliza resursele epuizabile. Într-o societate monetară se desfășoară activități economice, iar pentru a concura în acest sistem, se consumă zilnic cantități uriașe de energie electrică. Când aceste activități economice dispar, cantitatea de energie necesară va fi redusă semnificativ, iar emisiile de dioxid de carbon vor scădea considerabil, devenind o măsură puternică împotriva schimbărilor climatice.

○Deșeuri menajere

Pentru a construi locuințe autonome și în armonie cu natura, trebuie să rezolvăm și problema deșeurilor menajere. Cele mai multe deșeuri care ies dintr-o casă provin de la mașina de spălat, bucătărie, baie, chiuvetă și toaletă. În primul rând, deșeurile vor fi infiltrate în sol printr-un sistem de drenaj natural, care presupune săpătura unui șanț aproape de locuință. Practic, se pune pietriș sau nisip în acel șanț, iar apa din deșeuri se va infiltra în pământ.

Se vor folosi țevi din lut (teracotă), care sunt realizate prin arderea argilei la temperaturi de peste 1000°C. Aceste țevi au o rezistență mare, o durabilitate excelentă și sunt biodegradabile.

De asemenea, este esențial să se folosească detergenți și săpunuri nepoluante, precum și paste de dinți ecologice. Săpunurile și șampoanele din uleiuri esențiale, care nu conțin substanțe chimice pe bază de petrol, se descompun complet după deversare. De asemenea, se poate folosi alcool etilic, care are proprietăți antibacteriene și ajută la prevenirea creșterii bacteriilor pe piele. Alcoolul etilic este obținut din resurse naturale, precum trestia de zahăr, și poate fi descompus în sol, având în același timp un potențial de cultivare planificată. Apa fierbinte de peste 70 de grade poate fi folosită pentru spălarea vaselor și a hainelor, având și proprietăți de dezinfectare și degresare, eliminând atât murdăria, cât și mirosurile. După aceea, se vor folosi detergenți naturali.

În ceea ce privește periuța de dinți, majoritatea pastelor comerciale conțin substanțe chimice care nu se descompun complet, astfel încât nu vor fi utilizate. Se va lua în considerare utilizarea xilitolului sau fluorului în pastă de dinți. De asemenea, periuța de dinți și ața dentară vor fi folosite pentru curățarea dinților. Doar cu periuța de dinți nu se poate curăța decât aproximativ 50% din dinți, iar restul de mâncare și murdărie dintre dinți trebuie curățate cu ața dentară. Este necesar să se facă acest lucru după fiecare masă pentru a preveni apariția cariilor dentare.

Astfel, fără a utiliza substanțe chimice, deșeurile vor fi infiltrate în pământ, evitându-se poluarea solului.