○Основні матеріали для житла
Багато японських житлових будинків мають низький рівень теплоізоляції, через що взимку тепло зникає, навіть якщо постійно використовувати обігрівач, а на вікнах утворюється конденсат. Продовжуючи опалювати за таких умов, лише марнується електроенергія. Тому важливо використовувати теплоізоляційні матеріали, щоб уникнути втрати тепла. Додавши багатошарове скло та систему вентиляції з примусовою циркуляцією повітря протягом 24 годин, можна забезпечити комфортне охолодження або обігрів улітку чи взимку при низькому споживанні електроенергії.
Крім того, бетон, який широко використовується для будівництва будинків, багатоповерхівок і житлових комплексів, у процесі виробництва виділяє велику кількість вуглекислого газу, що суттєво впливає на глобальне потепління. Тому необхідно зменшити його використання.
Враховуючи ці проблеми, а також потребу оперативно вирішувати питання житла для бідних і біженців, варто почати створювати житла вже зараз із використанням матеріалів, що є стійкими до умов у всьому світі. Основними матеріалами мають стати: швидкорослий павловнія, бамбук, солома, глина, земля, каміння, вапно та вода.
Солома – це висушені стебла рису або пшениці. Рис вирощується переважно в Азії – від Японії до Індії. Пшениця ж культивується в Африці, Європі, Азії, Росії, Австралії, Канаді, Аргентині та багатьох інших регіонах світу. Тому солому можна знайти будь-де. Зв'язуючи її у блоки шириною приблизно 50 см, її використовують як теплоізоляційний матеріал, укладаючи між стовпами конструкції. Зовнішню і внутрішню частини солом'яних стін обмазують глиною, створюючи глиняні стіни. Такі будинки називаються "стравбелі хаус" (солом'яні будинки). Блоки соломи створюються за допомогою аграрної машини – прес-підбирача, що стискає солому чи сіно в брикети.
Для стовпів конструкції використовується швидкорослий павловнія. Ця порода дерева росте швидше за звичайну павловнію і досягає висоти 15 метрів і діаметра 40 см за п'ять років. Завдяки своїй міцності її можна використовувати для виготовлення стовпів і меблів. Крім того, після вирубки знову з'являються пагони, і дерево можна рубати кожні п'ять років протягом 30–40 років. Це дерево можна вирощувати будь-де, де теплий клімат і ґрунт із нейтральною кислотністю.
Окрім того, методи будівництва, які використовують змішування піску, глини, соломи та води для створення стін із землі або цегли, такі як коб і адобе, також здавна застосовуються на всіх континентах. Додавання соломи чи інших волокнистих матеріалів підвищує міцність кобу, оскільки довгі волокна соломи з'єднують частинки ґрунту, збільшуючи його міцність на розтягнення.
Однак такі стіни з землі стають менш стійкими під впливом вітру та дощу. Тому для підвищення водостійкості та довговічності на зовнішній поверхні стін наносять штукатурку з домішками олії.
Строубейли зазвичай утворюють стіни товщиною близько 50 см, тоді як стіни з кобу — близько 60 см. Якщо ж у приміщенні потрібні тонкі внутрішні стіни, можна використовувати методику, характерну для традиційних японських будинків, яка полягає у нанесенні ґрунту на плетені конструкції з бамбуку.
Бамбук здебільшого росте в теплому і вологому кліматі Східної та Південної Азії, Африки, а також країн, що знаходяться поблизу екватора в Південній Америці.
Наступні дані відображають теплопровідність різних матеріалів: чим нижчий показник, тим гірше матеріал проводить тепло, а отже, має кращі теплоізоляційні властивості. Солома має високу теплоізоляційну здатність.
- Приблизно 0,016 Вт/(м·К) — скловолокно 16K (основний матеріал — скло)
- Приблизно 0,05 - 0,09 Вт/(м·К) — солома
- Приблизно 0,5 - 0,8 Вт/(м·К) — стіна з землі
- Приблизно 0,1 - 0,2 Вт/(м·К) — природна деревина
- Приблизно 1,7 - 2,3 Вт/(м·К) — бетон
Крім соломи, можна використовувати інші трави з родини злакових, такі як очерет і сіно. Очерет має теплопровідність 0,041 Вт/(м·К), а сіно — 0,037 Вт/(м·К). Види очерету включають чігайя, суге, сусукі, йосі, каріясу, карукая та шимагайя. В Японії він відомий як матеріал для дахів із соломи.
Отже, солома є ресурсом, який щорічно можна збирати по всьому світу. Якщо муніципалітет враховуватиме кількість доступних матеріалів для використання, то виснаження ресурсів можна буде уникнути. Проте для утворення ґрунту потрібні сотні років, тому матеріали, які можна швидко відновлювати, такі як ранньостиглий павловнія або солома, мають перевагу. Будинки з солом'яних блоків, які потребують менше ґрунту, мають вищий пріоритет порівняно з будинками з кобу.
Такі житлові будинки розраховані на тривале використання завдяки багаторазовому ремонту і виготовлені з матеріалів, що можуть бути повторно використані. Крім того, після використання ці матеріали можуть природно розкластися. Методи будівництва, такі як строубейли, коб і адобе, використовуються на різних континентах вже багато років і є основою для сталих житлових будівель, які легко застосовувати в усьому світі.
У місцях із високим рівнем вологості, наприклад, у Японії, важливо враховувати захист соломи від гниття, викликаного пліснявою. Тому варто розглянути наступні заходи:
- Використовувати дахи, які ефективно відводять дощову воду, і забезпечити належну довжину звисів та водовідливів вікон для захисту стін від дощової води.
- Підвищити основу будівлі, щоб захистити стіни від бризок дощової води, що стікає із землі.
- Уникати проникнення вологи з ґрунту в стіни будівлі.
- Використовувати методику вентиляції зовнішніх стін, створюючи повітряний простір між зовнішнім облицюванням і теплоізоляційними матеріалами, що дозволяє відводити вологу, забезпечувати сушку і запобігати утворенню конденсату.
Стійкість між житлом і землею повинна базуватися не на бетонному фундаменті, а на системі кам'яного фундаменту, де стовпи безпосередньо стоять на опорних каменях. Це є пріоритетним варіантом, оскільки дозволяє зменшити використання бетону та спрямоване на розсіювання сейсмічних сил. Якщо будинок і бетонний фундамент з'єднані, сейсмічні коливання передаються прямо на житло. У випадку кам'яного фундаменту стовпи можуть ковзати по опорних каменях, зменшуючи коливання. Проте кам'яний фундамент не завжди підходить, тому, хоч він і має пріоритет, кожного разу слід оцінювати, чи не є бетонний фундамент або інші методи більш доречними.
Крім того, ці фундаменти повинні забезпечувати таку висоту, щоб дощова вода, що відбивається від землі, не потрапляла на стіни з глини.
○Генерація та зберігання електроенергії
Системи генерації та зберігання електроенергії повинні бути стійкими і водночас простими за конструкцією. У Селі Праут як пріоритетний варіант використовують наступне поєднання електричних систем.
Основним джерелом електроенергії є магнієві батареї, розроблені професором Такаші Ябе з Токійського технологічного університету. Ці батареї використовують тонкі магнієві пластини, які легко зберігати і транспортувати. Для отримання електроенергії магній використовують як негативний електрод, а вуглецеві матеріали як позитивний, занурюючи їх у солону воду.
Ці батареї мають в 8,5 разів більшу енергоємність порівняно з літій-іонними, що використовуються в смартфонах, і мають значно менший ризик займання, ніж водневі. Звичайні батареї забезпечують політ дронів протягом 30 хвилин, але магнієві дозволяють літати до 2 годин, а також живити гольф-кари протягом такого ж часу.
Магній у величезній кількості міститься у морській воді (близько 1800 трлн тонн), що еквівалентно 100 тисячам років щорічного споживання нафти обсягом 10 млрд тонн. Ймовірність виснаження ресурсу дуже низька, і він доступний у всьому світі. Використаний магній утворює оксид магнію, який можна переробити при температурі понад 1000°C і знову використовувати для виготовлення батарей.
Професор також розробив пристрої, які збирають сонячне світло за допомогою дзеркал, перетворюють його на лазерне випромінювання і використовують для розщеплення оксиду магнію на магній та кисень, а також опріснювальні установки, що добувають магній та сіль із морської води.
Магнієва батарея, що використовувалася в експериментах, має розміри 16,3 см в ширину, 23,7 см в глибину та 9,7 см у висоту, вага після заповнення водою становить близько 2 кг, а максимальна потужність — 250 Вт. Цього достатньо, щоб живити холодильник (450 л) на 1 годину. Якщо з'єднати 5 або 10 таких батарей, можна живити ще більші енергоспоживачі. В автомобілі з 16 кг магнієвих батарей можна подолати 500 км.
При опрісненні морської води залишаються сіль і гірка вода (хлорид магнію), на яку можна спрямувати лазерний промінь, щоб отримати магній. Крім того, магній також багатий у піску пустель. З 10 тонн морської води можна отримати 13 кг магнію, що еквівалентно місячному споживанню електроенергії стандартного домогосподарства.
Використання цієї магнієвої батареї як основи для енергопостачання дозволяє створювати магнієві батареї з морської води по всьому світу. Завдяки наявності магнію в морях і відсутності загрози виснаження, ці батареї можна зберігати і транспортувати, що дозволяє забезпечити електроенергією навіть віддалені та несприятливі місця.
Для роботи пристрою опріснення морської води необхідна електрична енергія. Тому для вироблення електроенергії використовуються малогідроелектростанції на річках і струмках по всьому світу. Кількість енергії, що генерується, залежить від падіння води та її об'єму. У Японії, наприклад, на водяній турбіні в гірському районі Ітосіро Банба в префектурі Гіфу, потужністю 125 кВт, що достатньо для 150 домогосподарств, вода падала з висоти 111 м.
Окрім малих гідроелектростанцій, також використовуватимуться технології енергії припливів та відпливів. Оскільки хвилі моря постійно рухаються, енергія припливів може постачати стабільну електроенергію незалежно від часу доби. Її структура є дуже простою, і для її реалізації не потрібні великі установки.
До цього також додається використання вітрових електростанцій малих і середніх розмірів. Коли вітер дме, додатково генерується електроенергія. Для вітрових станцій існує кілька різних типів, і якщо використовується вертикальна вісь, вітрова турбіна може працювати на будь-якому напрямку вітру. У Селі Праут кожен муніципалітет буде відповідати за виробництво та управління малими і середніми енергетичними установками на місцях, щоб забезпечити децентралізовану генерацію енергії. Велика вітрова енергетика не буде мати пріоритету.
Магнієві батареї, малогідроелектростанції, припливні електростанції та вітрові електростанції не викидають вуглекислий газ під час процесу виробництва електроенергії, тому вони є вирішенням проблеми глобального потепління та забезпечують стабільне й сталий спосіб генерування енергії. Крім того, передбачається використання й інших джерел енергії, що сприятиме диверсифікації природної енергії.
Одним з таких джерел є використання сонячних теплових водонагрівачів із вакуумними трубами для отримання гарячої води від сонячної енергії, яку можна використовувати у ванній та на кухні. Це система, що поєднує в собі колектор для збору тепла від сонця та бак для зберігання води. В Японії влітку температура води може досягати 60-90°C, а взимку — близько 40°C.
Також розглядається використання сонячних теплових панелей. Ці панелі нагрівають повітря до температури близько 50°C, яке потім циркулює через труби, обігріваючи весь будинок.
Оскільки ці технології використовують сонячне тепло, важливо правильно встановити панелі та водонагрівачі. В Японії найкращим напрямом є точний південь, що дає максимальну ефективність. На 100% ефективності можна досягти, якщо напрямок панелі буде південним, а для східного і західного напрямку можна отримати близько 80%. Ідеальний кут нахилу даху для установки панелей — 20-30 градусів.
Ці сонячні теплові водонагрівачі та панелі мають просту конструкцію, оскільки використовують тепло для його безпосереднього застосування.
Для освітлення в місцях без ліній електропередач також розглядається використання енергії від рослин або міні-гідроелектростанцій. Рослинна електростанція отримує слабку електричну енергію, коли два електроди занурюються в землю. Ця енергія є дуже малою, і від одного такого джерела можна отримати близько 1,5 вольта напруги. Проте, з'єднавши 100 таких елементів, можна досягти виробництва понад 100 вольт, що достатньо для домашніх потреб. Для електродів найкращими кандидатами є магній та бінчо-температурне вугілля, і вони не використовують рідкісні метали.
Також розроблено переносну міні-гідроелектростанцію довжиною 1 м, яка може генерувати електроенергію навіть при падінні води на 1 м. Ця установка здатна виробляти 5 Вт за умови течії води 10 л на секунду.
У Фінляндії також використовуються пісочні батареї. Вони накопичують електричну енергію, отриману від сонячної або вітрової енергії, у вигляді тепла, що зберігається в піску. Теплоізоляційний бак має розміри 4 метри в ширину та 7 метрів у висоту, і в ньому міститься 100 тонн піску. Це тепло постачає енергію до навколишніх районів і використовується для опалення будівель та обігріву басейнів. Пісок, розігрітий до понад 500 градусів, може зберігати енергію протягом кількох місяців. Термін служби таких батарей — кілька десятиліть. Будь-який пісок, що є сухим і не містить горючих відходів, можна використовувати, тому така система також може бути реалізована в Японії.
У Фінляндії для постачання теплом району з населенням 35 тисяч осіб необхідно буде побудувати сховище піску висотою 25 метрів і діаметром 40 метрів. Ця пісочна батарея має просту конструкцію, яка складається з труб, клапанів, вентиляторів і електричних нагрівальних елементів, що робить будівельні витрати мінімальними.
У США також розробляється пісочна батарея, але тут використовується кремнієвий пісок, який нагрівають до 1200°C. Цей пісок зберігається в теплоізоляційних бетонних сховищах. Якщо потрібно перетворити це тепло на електричну енергію, вода нагрівається, утворюючи пару, яка обертає турбіну з лопатями, що підключена до генератора для виробництва електрики. Для перетворення тепла в електрику необхідне таке обладнання.
Це й є методи генерації та накопичення енергії в Село Праут. Тепер розглянемо вже існуючі методи генерації енергії та чому їх не можна використовувати.
Одним з таких методів є водень. Водень не викидає вуглекислий газ при використанні як паливо, але його виробництво супроводжується викидами. Наприклад, методи отримання водню з природного газу, нафти та вугілля викидають великі кількості вуглекислого газу і зрештою стикатимуться з виснаженням ресурсів, тому це не є варіантом для сталого розвитку.
Існують також методи отримання водню через електроліз води за допомогою електроенергії, отриманої з відновлювальних джерел, таких як сонячна чи вітрова енергія. Хоча цей процес супроводжується мінімальними викидами вуглекислого газу, він вимагає значних обсягів води, що може посилити проблему водного дефіциту, яка вже є актуальною через глобальне потепління.
Крім того, для водного електролізу використовуються рідкісні метали, як-от іридій. Якщо продовжити використовувати їх в поточних обсягах, до 2050 року витрата таких металів подвоїться і це призведе до їх виснаження, що робить цей метод непридатним для сталого розвитку.
Існує також метод отримання газу, електрики та водню з біомаси. Біомаса складається з людських і тваринних відходів, соломи, рисових лушпинь та інших сільськогосподарських відходів, залишків їжі та деревини. Наприклад, у біогазових туалетах для домашнього використання можна розмістити коров'ячий гній. Він містить метанові бактерії, і якщо додати людські відходи, їжу або бур'яни, то метанові бактерії спричиняють ферментацію, в результаті якої утворюється біогаз. Основними компонентами цього газу є 60% метану та 40% діоксиду вуглецю. Метановий газ є основною причиною глобального потепління, тому використання цього газу в глобальному масштабі стає все більш ускладненим.
Для зберігання водню використовуються методи, як-от високоцілиндрове стиснення, охолодження до -253°C для створення рідкого водню, а також водневі сплави для поглинання водню. Після цього необхідні спеціальні установки для транспортування водню. Такий процес є масштабним і складним, тому цей метод відкидається.
Існує ще проблема з сонячними панелями: вони містять токсичні речовини, і в кінцевому підсумку їх потрібно закопувати в землю, що робить цей метод нездатним бути сталим.
Геотермальна енергетика має обмеження через великий час, потрібний для досліджень, буріння та будівництва трубопроводів, а також через обмеженість місць, де її можна застосувати, тому цей метод також не підходить.
Атомні електростанції призводять до великих катастроф, а їхні ресурси, такі як уран, обмежені, тому в кінцевому підсумку вони виснажуються. Тому атомні станції також відкидаються. Теплові електростанції також не є варіантом, оскільки викопні джерела палива зрештою виснажуються, а викиди вуглекислого газу дуже великі.
Крім того, літієві акумулятори, що використовуються в електричних автомобілях, електричних велосипедах і смартфонах, потребують рідкісних металів, таких як літій і кобальт, що робить їх використання непридатним для сталого розвитку, тому ці акумулятори не використовуються.
Підсумовуючи все вище сказане, основними джерелами енергії в Село Праут будуть магнієві батареї, малі гідроелектростанції, гідроелектростанції, маломасштабні вітрові електростанції, а також сонячні теплові колектори, сонячні панелі для нагрівання води, біоелектрична генерація, мікрогідроелектростанції та пісочні батареї, що використовуються відповідно до обставин.
Так буде створено електрику з моря, річок і землі, яка буде поділятися між усіма. Додатково буде впроваджена теплоізоляція житла, що дозволить знизити споживання електроенергії. Таким чином, життя буде здійснюватися лише на природній енергії, без використання виснажуваних ресурсів. У грошовому суспільстві економічна діяльність вимагає величезної кількості енергії через конкуренцію, і коли ця економічна діяльність зникає, потреба в електричній енергії значно зменшується, викиди CO2 також знижуються, що стає потужним заходом у боротьбі з глобальним потеплінням.
0 コメント