○Osnovni materijali za stambene objekte
Mnogi japanski domovi imaju nisku termoizolaciju, zbog čega se toplota gubi tokom zime čak i uz intenzivno grejanje, a na prozorima se stvara kondenzacija. Nastavak grejanja u ovakvim uslovima predstavlja bespotrebno trošenje električne energije. Zato je potrebno koristiti izolacione materijale kako bi se sprečio gubitak toplote. Dodavanjem višeslojnih stakala i sistema za mehaničku ventilaciju koji radi 24 časa dnevno, moguće je koristiti grejanje i hlađenje tokom cele godine uz minimalnu potrošnju energije.
Beton, koji se koristi u zgradama, stambenim blokovima i kućama, emituje veliku količinu ugljen-dioksida tokom proizvodnje, što značajno doprinosi globalnom zagrevanju. Stoga je neophodno smanjiti njegovu upotrebu.
Kako bismo se suočili s ovim problemima, kao i sa siromaštvom, problemima izbeglica i nedostatkom adekvatnog stanovanja, potrebno je početi izgradnju održivih kuća koje su prilagodljive i lako primenljive širom sveta. Osnovni materijali za takve kuće uključuju brzo rastuću paulovniju (drvo koje sazreva za 5–6 godina), bambus, slamu, zemlju, glinu, kamen, kreč i vodu.
Slama se dobija sušenjem stabljika pirinča ili pšenice. Pirinač se uzgaja širom azijskog regiona, od Japana do Indije, dok se pšenica uzgaja širom sveta, uključujući Afriku, Evropu, Aziju, Rusiju, Australiju, Kanadu i Argentinu. Zbog toga je slama lako dostupna svuda. Blokovi slame širine oko 50 cm mogu se koristiti kao izolacioni materijal koji se postavlja između stubova kuće. Unutrašnja i spoljašnja strana zidova od slame prekrivaju se zemljom kako bi se formirali zidovi od zemlje. Ova vrsta kuća poznata je kao "straw bale house". Bale se prave mašinama za presovanje sena i slame u blokove, koje se nazivaju baleri.
Stubovi se izrađuju od brzo rastuće paulovnije. Ovo drvo raste brže od obične paulovnije i može dostići visinu od 15 metara i prečnik od 40 cm za samo 5 godina. Zbog svoje čvrstoće koristi se za stubove i nameštaj. Takođe, nakon što se poseče, ponovno niče i može se seći svakih 5 godina, a ovaj proces se može ponavljati 30-40 godina. Može se uzgajati bilo gde gde klima nije previše hladna, a zemljište nije previše kiselo ili alkalno.
Takođe, postoje tradicionalni građevinski metodi poput korišćenja mešavine peska, gline, slame i vode za izgradnju zidova od zemlje ili opeke, poznati kao „cob” ili „adobe”. Dodavanjem vlaknastih materijala poput slame, vlakna povezuju čestice zemlje, povećavajući zateznu čvrstoću zida.
Ovi zidovi od zemlje postaju slabiji kada su izloženi vetru i kiši, pa se spolja premazuju malterom s dodatkom ulja radi povećanja vodootpornosti i izdržljivosti.
Straw bale zidovi su debeli oko 50 cm, dok su zidovi od cob-a debljine oko 60 cm. Međutim, kada je u unutrašnjosti kuće potrebna tanka pregrada, može se koristiti metoda tradicionalne japanske gradnje, gde se blato nanosi na bambusove rešetke. Bambus raste uglavnom u toplim i vlažnim regionima istočne i južne Azije, Afrike i zemljama blizu ekvatora u Južnoj Americi.
Sledeći brojevi predstavljaju koeficijent toplotne provodljivosti (W/(m・K)), gde niža vrednost ukazuje na bolju termoizolaciju. Slama ima visoku termoizolaciju:
- Otprilike 0,016 W/(m・K): Staklena vuna (osnovni materijal je staklo)
- Otprilike 0,05 - 0,09 W/(m・K): Slama
- Otprilike 0,5 - 0,8 W/(m・K): Zemljani zid
- Otprilike 0,1 - 0,2 W/(m・K): Prirodno drvo
- Otprilike 1,7 - 2,3 W/(m・K): Beton
Pored slame, za termoizolaciju se mogu koristiti i druge biljke iz porodice trava, kao što su seno i krovna trska. Na primer:
- Trska: 0,041 W/(m・K)
- Seno: 0,037 W/(m・K)
Trska uključuje vrste poput šaša, rogoza, trske, žutice, kalame i drugih. U Japanu je poznata po korišćenju za krovove tradicionalnih kuća, poznatih kao „krovovi od trske”.
Slama je resurs koji se može prikupljati svake godine širom sveta. Ako opština pravilno upravlja količinom dostupnih materijala, neće doći do iscrpljivanja resursa. Međutim, za stvaranje plodnog tla potrebne su stotine godina, pa kuće od slame sa balama, koje koriste manje zemlje i omogućavaju višestruku upotrebu brzo rastućih materijala poput brzo rastuće paulovnije i slame, imaju prednost u odnosu na kuće od cob-a.
Ove vrste kuća koriste materijale koji se mogu reciklirati, a dizajnirane su tako da se popravljaju i koriste dugoročno. Nakon upotrebe, materijali se mogu vratiti prirodi. Straw bale, cob i adobe tehnike su tradicionalne metode gradnje koje se koriste na svim kontinentima i mogu se lako prilagoditi kao osnovni model održivog stanovanja širom sveta.
U regijama sa visokim padavinama i vlagom, poput Japana, potrebne su mere za zaštitu slame od propadanja zbog vlage i plesni. Moguće mere uključuju:
- Korišćenje krovova koji efikasno odvode kišnicu i odgovarajuću dužinu streha i odvoda kako bi se zidovi zaštitili od kiše.
- Podizanje temelja kuće kako bi se zidovi zaštitili od kišnice koja prska sa tla.
- Sprečavanje prodora vlage iz tla u zidove.
- Primena ventilacionog sistema na spoljnim zidovima, stvaranjem prostora između spoljnog zida i izolacionog materijala, što omogućava cirkulaciju vazduha i sprečava kondenzaciju.
Za spoj između kuće i tla, kao prvi izbor se predlaže metoda „ishibate” (izgradnja stubova direktno na kamenim temeljima), umesto betonskih temelja. Ovo smanjuje upotrebu betona i omogućava ublažavanje seizmičkih sila. Ako su betonski temelji fiksirani za konstrukciju, potresi se direktno prenose na kuću. Kod ishibate metode, stubovi leže na kamenim temeljima, omogućavajući im da klize i time ublažavaju potrese. Međutim, ova metoda nije pogodna za sve lokacije, pa se prilikom svakog projekta razmatraju betonski temelji ili druge metode kao moguće alternative.
Visina temelja se postavlja tako da kišnica koja prska sa tla ne dolazi u dodir sa zidovima od zemlje.
○Proizvodnja i skladištenje energije
Proizvodnja i skladištenje energije takođe treba da budu održivi, a njihova struktura treba da bude jednostavna. U Prout Village-u, prioritet će biti kombinacija sledećih energetskih sistema.
Glavni izvor energije biće magnezijumske baterije, koje je razvila profesor dr Takashi Yabe sa Tehničkog univerziteta u Tokiju. Ove baterije koriste tanke magnezijumske ploče koje se mogu čuvati i prenositi. Magnezijum se stavlja na negativnu elektrodu, dok se pozitivna elektroda natapa ugljeničkim materijalom u slanoj vodi, čime se proizvodi struja.
Ove baterije imaju više od 8,5 puta veću energetsku moć od litijum-jonskih baterija koje se koriste u pametnim telefonima i imaju manji rizik od zapaljenja u poređenju sa vodoničnim gorivima. Takođe, dok je kod tradicionalnih baterija maksimalno vreme leta drona bilo 30 minuta, sa magnezijumskim baterijama dron može leteti čak 2 sata, a golf-kart može raditi oko 2 sata.
Magnezijum se nalazi u velikim količinama u morskoj vodi (oko 1800 triliona tona), što je ekvivalent 100 milijardi tona nafte koja se koristi svake godine u poslednjih 100.000 godina. Zalihe magnezijuma su gotovo neiscrpne i dostupne širom sveta. Nakon upotrebe, oksid magnezijuma može se ponovo zagrejati na temperaturama iznad 1000°C, što omogućava njegovu ponovnu upotrebu kao magnezijumsku bateriju.
Profesor Yabe je takođe razvio uređaj koji koristi ogledala za skupljanje sunčeve svetlosti, koja se zatim pretvara u lasersku svetlost i koristi za razdvajanje kiseonika iz oksida magnezijuma, čime se magnezijum ponovo koristi. Takođe je razvio uređaj za desalinizaciju morske vode, kojim se magnezijum i so mogu izdvojiti iz morske vode.
U eksperimentima korišćena magnezijumska baterija imala je dimenzije 16,3 cm širine, 23,7 cm dubine i 9,7 cm visine, dok je nakon punjenja težila oko 2 kilograma, sa maksimalnim izlazom od 250W. Ova baterija bi mogla napajati frižider od 450L na 250W oko sat vremena. Povezivanjem više baterija, moguće je napajati uređaje koji zahtevaju veću snagu. Profesor Yabe je naveo da bi automobil sa 16kg magnezijumskih baterija mogao preći 500 km.
Prilikom desalinizacije morske vode, so i gorko magnezijum klorid ostaju kao nusproizvodi. Kada se na magnezijum klorid sipa laserska svetlost, magnezijum se ponovo stvara. Takođe, magnezijum se može naći u pesku u pustinjama i drugim lokacijama. Na primer, iz 10 tona morske vode može se izdvojiti 13 kg magnezijuma, što je dovoljno za napajanje prosečnog domaćinstva mesec dana.
Korišćenjem magnezijumskih baterija kao osnovnog izvora energije, moguće je stvoriti energetski sistem u Prout Village-u koristeći magnezijum iz mora, čime se smanjuje zabrinutost zbog iscrpljivanja resursa, a energija se može skladištiti i prenositi, što omogućava upotrebu energije čak i u udaljenim područjima sa lošim uslovima.
Za izradu magnezijuma za ovaj uređaj za desalinizaciju potrebna je energija. Zato će se u rekama i potocima širom sveta koristiti mala hidroelektrana za proizvodnju energije. Visina padavine i količina vode utiču na količinu proizvedene energije, a u japanskom primeru, jedno vodenica na hidroelektrani u Itoširobanba, u prefekturi Gifu, proizvodi 125 kW energije, što je dovoljno za oko 150 domaćinstava, sa padavinama od 111 m.
Osim ove male hidroelektrane, koristiće se i proizvodnja energije od plime i oseke u morima i rekama. Pošto su talasi uvek u pokretu, proizvodnja energije iz plime i oseke može stalno pružati struju, bez obzira na doba dana i noći, a jednostavna struktura znači da nije potrebno opsežno postrojenje.
Dodavanjem male i srednje veličine vetroturbina, proizvodnja energije će se povećati kada duva vetar. Razvijene su različite vrste vetroturbina, a ako se koristi vertikalna vetroturbina, ona će se okretati bočno, omogućavajući efikasno korišćenje vetra sa svih pravaca. U Prout Village-u, svaka opština će imati male i srednje energetske sisteme za proizvodnju i upravljanje, a proizvodnja energije će biti decentralizovana. Velike vetroturbine neće biti prioritet.
Magnezijumske baterije, mala hidroelektrana, energija od plime i oseke i vetroturbine ne proizvode ugljen-dioksid ili druge gasove tokom proizvodnje, što ih čini održivim i pogodnim za borbu protiv globalnog zagrevanja. Takođe, koristiće se i drugi izvori energije kako bi se diversifikovali prirodni izvori energije.
Jedan od njih je solarni bojler sa vakuumskim cevima, koji koristi sunčevu energiju za zagrevanje vode, koja se zatim koristi za kupanje i u kuhinji. Ovaj sistem kombinuje deo koji prikuplja sunčevu energiju i rezervoar za skladištenje tople vode. U Japanu, leti temperatura može dostići od 60 do 90°C, dok zimi bude oko 40°C.
Takođe, razmatraće se upotreba panela za prikupljanje sunčeve energije. Ovi paneli, zagrejani sunčevom energijom, koriste vazduh od oko 50°C, koji se kroz cevi prenosi kako bi se zagrejao čitav dom. Za efikasno korišćenje sunčeve energije, pravac i ugao postavljanja panela su veoma važni. U Japanu, najbolji pravac je južni, koji je 100% efikasan, dok su istočni i zapadni pravci oko 80% efikasni. Idealni ugao za krov je između 20 i 30 stepeni, a paneli mogu biti postavljeni na krov ili na tlo. Ako su postavljeni na krov, oblik krova treba da bude prilagođen za veće prikupljanje sunčeve energije.
Solarni bojleri i paneli za prikupljanje sunčeve energije koriste energiju u obliku toplote, pa su njihovi sistemi jednostavni za konstrukciju.
Zatim, za osvetljavanje u mestima gde nema električnih vodova, razmatra se korišćenje biljnih elektrana i ultra-malih hidroelektrana. Biljna elektrana dobija slabu struju tako što se dva elektroda ubace u zemlju. Međutim, ta struja je veoma mala, oko 1,5 volti po elektrodi. Postoji eksperiment u kojem je povezano 100 ovih uređaja, čime je postignuta proizvodnja struje veća od 100 volti potrebnih za domaćinsku upotrebu. Kombinacija elektroda u ovom eksperimentu uključivala je magnezijum i ugalj, a neće se koristiti retki metali ili drugi prirodni resursi.
Takođe je razvijena ultra-mala prenosiva hidroelektrana dužine 1 m, koja može da proizvodi energiju u malim rekama sa padinom od 1 m. Ova hidroelektrana može da proizvede 5 W snage sa protokom od 10 litara vode u sekundi.
U Finskoj se koristi i peskovna baterija. Ova baterija skladišti energiju u obliku toplote koja se apsorbuje u pesku pomoću električne energije dobijene od sunčeve svetlosti i vetra. Izolovani rezervoar za skladištenje peska ima širinu od 4 metra i visinu od 7 metara, a u njemu se nalazi 100 tona peska. Ova toplota se koristi za grejanje zgrada i bazene sa toplom vodom u okolnim područjima. Pesak zagrejan na više od 500 stepeni može da zadrži energiju nekoliko meseci. Životni vek ove baterije traje desetine godina. Bilo koji pesak, koji je suv i ne sadrži zapaljive otpatke, može se koristiti, što omogućava i primenu ove tehnologije u Japanu.
U Finskoj, da bi se obezbedila toplotna energija za područje sa 35.000 stanovnika, potrebna je peskovna baterija visoka 25 metara i prečnika 40 metara, koja sadrži pesak. Ova peskovna baterija ima jednostavnu strukturu koja se sastoji od cevi, ventila, ventilatora i električnih grejača, što čini i troškove gradnje nižim.
U Sjedinjenim Američkim Državama razvijena je peskovna baterija koja koristi silikatni pesak. Ovaj pesak se zagreva na 1200 stepeni, a energija se skladišti u rezervoaru napravljenom od izolovanog betona. Kada je potrebno pretvoriti ovu energiju u struju, voda se zagreva, a para pokreće turbinu sa mnogim krilima, koja je povezana sa generatorom koji proizvodi električnu energiju.
Ovo je način proizvodnje i skladištenja energije u Prout Village. Sada ćemo razmotriti postojeće metode proizvodnje energije i razloge zbog kojih one možda neće biti korišćene.
Jedna od opcija je vodonik. Kada se koristi kao gorivo, vodonik ne ispušta ugljen-dioksid, ali tokom procesa proizvodnje dolazi do emisije ugljen-dioksida. Na primer, proizvodnja vodonika iz fosilnih goriva kao što su prirodni gas, nafta i ugalj emituje veliku količinu ugljen-dioksida, a uz to će se vremenom suočiti s iscrpljenjem resursa, pa stoga to nije održiva opcija.
Takođe, postoji metoda u kojoj se vodonik dobija elektrolizom vode pomoću energije iz prirodnih izvora poput sunčeve svetlosti ili vetra. Ova metoda ima nisku emisiju ugljen-dioksida, ali zahteva veliku količinu vode, što može ubrzati postojeći problem nedostatka vode zbog globalnog zagrevanja.
Takođe, u ovoj elektrolizi koristi se iridijum, koji je plemeniti metal. Ako se količina ovog metala nastavi koristiti u sadašnjoj brzini, predviđa se da će se do 2050. godine njegova upotreba udvostručiti, što može dovesti do njegovog iscrpljenja, zbog čega to nije održiv izbor.
Postoji i metoda proizvodnje gasa, električne energije i vodonika iz biomase. Biomasa uključuje ljudske i životinjske izmetine, slamu, ljuske riže i druge poljoprivredne ostatke, ostatke hrane, drvo i druge biološke materijale. Na primer, u kućnim biogasnim WC-ima može se staviti goveđi izmet. Ovaj izmet sadrži metanogene bakterije, i kada se doda ljudski izmet, ostatci hrane i korov, metanogene bakterije će izazvati fermentaciju, čime se proizvodi biogas. Glavni sastojak ovog gasa je 60% metan, a 40% ugljen-dioksid. Metan je jedan od glavnih uzročnika globalnog zagrevanja, pa će globalna upotreba ove metode postati sve teža.
Za skladištenje vodonika postoje opcije poput visokog pritiska, tečnog vodonika (hlađenog na -253°C), ili vodonikovih legura za skladištenje, a zatim su potrebne posebne infrastrukture za transport. U ovom slučaju, infrastruktura bi bila velika i složena, pa se ne razmatra.
Postoje i problemi sa solarnim panelima, koji sadrže štetne materije, a njihov konačan tretman uključuje zakopavanje u zemlji, što ovu metodu čini nesigurnom dugoročno.
Geotermalna energija se ne razmatra jer je vreme za istraživanje, bušenje i izgradnju infrastrukture predugo, a moguća je samo na ograničenim lokacijama.
Nuklearna energija se ne razmatra zbog mogućnosti velikih nesreća, a gorivo poput urana je ograničeno i na kraju će biti iscrpljeno.
Takođe, termoelektrane se ne razmatraju jer fosilna goriva na kraju iscrpe, a emisija ugljen-dioksida je prevelika.
Baterije na bazi litijuma koje se koriste u električnim vozilima, električnim biciklima i pametnim telefonima koriste resurse poput litijuma i kobalta, zbog čega nisu održive i neće se koristiti.
Sumirajući, glavni izvori energije biće magnezijumske baterije, male hidroelektrane, energija morskih struja, male i srednje vetroturbine, dok će se, u zavisnosti od situacije, razmatrati solarni toplinski kolektori, solarni kolektori, biljna energija, ultra-mali hidroelektrični sistemi i energetske baterije na bazi peska.
Da bismo proizvodili električnu energiju što je više moguće iz mora, reka i zemlje, i delili je, dodatno ćemo poboljšati izolaciju u stambenim objektima, čime ćemo smanjiti potrošnju električne energije. Na ovaj način, živimo koristeći samo obnovljive izvore energije, bez korišćenja resursa koji se iscrpljuju. U novčanom društvu vrši se ekonomska aktivnost, koja zbog konkurencije svakodnevno troši ogromnu količinu energije. Kada ekonomska aktivnost nestane, potrebna količina energije će se značajno smanjiti, a emisija ugljen-dioksida će biti drastično smanjena, što predstavlja snažnu meru protiv globalnog zagrevanja.
0 コメント