○Grundmaterial för bostäder
Många japanska bostäder har låg isolering, vilket gör att värme förloras även om uppvärmning används under vintern, och fönstren får kondens. Att fortsätta värma under sådana förhållanden leder till onödig elförbrukning. För att lösa detta används isoleringsmaterial för att förhindra värmeförlust. Genom att lägga till dubbla fönster och mekanisk ventilation som fungerar 24 timmar om dygnet, kan både värme och kylning användas året runt med låg energiförbrukning.
Betong som används i byggnader, lägenheter och bostäder släpper ut stora mängder koldioxid under tillverkningsprocessen och har en stor inverkan på den globala uppvärmningen, vilket gör det nödvändigt att minska användningen.
För att hantera dessa problem och snabbt svara på frågor som fattigdom och flyktingkriser, kan byggandet börja nu, samtidigt som vi tänker på hållbara bostäder globalt. De grundläggande materialen för byggande är snabbväxande paulownia, bambu, halm, jord, lera, sten, kalk och vatten.
Halm är torkade stjälkar av ris och vete. Ris odlas i stora mängder från Japan till Indien inom Asien, medan vete odlas över hela världen, inklusive Afrika, Europa, Asien, Ryssland, Australien, Kanada och Argentina. Därför kan halm skaffas var som helst och användas som isoleringsmaterial genom att bunta det i block som är ungefär 50 cm breda. Dessa block staplas mellan pelarna i bostaden. Jord appliceras både inuti och utanför halmväggen för att skapa en jordvägg. Denna typ av hus kallas för stråbalehus, där balarna görs av en balpress, en jordbruksmaskin som komprimerar halm eller hö till block.
Pelarna i byggnaderna görs av snabbväxande paulownia. Den växer snabbare än vanlig paulownia, och på fem år kan den nå en höjd av 15 meter och en diameter på 40 cm. Den är stark och kan användas för pelare och möbler. När den planteras ger den nya skott efter varje avverkning, vilket gör det möjligt att fälla träd var femte år, vilket kan upprepas i 30 till 40 år. Paulownia kan odlas på de flesta jordtyper, så länge klimatet är milt och jorden inte är för sur eller för alkalisk.
Byggtekniker som använder sand, lera och halm blandat med vatten för att skapa jord- eller tegelväggar, som cob och adobe, har använts på alla kontinenter sedan gammalt. När fibrer som halm blandas i jorden, hjälper de de långsträckta halmstråna att binda ihop jorden, vilket ökar draghållfastheten hos cob.
Dessa jordväggar kan försvagas när de utsätts för vind och regn, så för att förbättra vattentåligheten och hållbarheten, appliceras ett ytterligare lager av kalkputs eller andra material som blandas med olja.
Stråbalehus har väggar som är ungefär 50 cm tjocka, medan cob-väggar är cirka 60 cm tjocka. Men när det behövs tunna väggar inuti en bostad kan man också använda metoden som ses i traditionella japanska hus, där halm är fastsatt på bambu och täckt med jord. Bambun växer främst i de tempererade och fuktiga klimaten i östra och södra Asien, Afrika och länderna nära ekvatorn i Sydamerika.
Följande värden är för värmeledningsförmåga, och ju lägre värdet är, desto svårare är det för värme att ledas genom materialet, vilket innebär bättre isolering. Halm har bra isoleringsegenskaper.
Cirka 0,016 W/(m·K) för glasull 16K (huvudmaterialet är glas)
Cirka 0,05 - 0,09 W/(m·K) för halm
Cirka 0,5 - 0,8 W/(m·K) för jordväggar
Cirka 0,1 - 0,2 W/(m·K) för naturligt trä
Cirka 1,7 - 2,3 W/(m·K) för betong
Förutom halm kan också gräsarten Miscanthus och torkat hö användas. Miscanthus har en värmeledningsförmåga på 0,041 W/(m·K), medan torkat gräs från gräsmattor har 0,037 W/(m·K). Miscanthus kan vara olika arter som Chigaya, Suke, Susuki, Yoshi, Kariyasu, Karkaya och Shimagaya, och är känd i Japan för att användas i halmtak.
Således är halm en resurs som kan skördas varje år i många delar av världen, och om kommunen övervakar mängden material som kan användas, finns det ingen risk för att resurserna ska ta slut. Eftersom det tar hundratals år att skapa jord, är det mer prioriterat att bygga stråbalehus, som använder material som snabbväxande paulownia och halm och kan skördas många gånger på kort tid. Detta gör stråbalehus till ett bättre alternativ än cobhus, där användningen av jord är mer omfattande.
Dessa bostäder är byggda med återanvändbara material och förutsätter att de används länge genom att repareras vid behov. Dessutom är materialen sådana att de kan återgå till naturen efter användning. Stråbale, cob och adobe är metoder som har använts på alla kontinenter sedan länge och är lämpliga som grundläggande hållbara bostäder som kan tillämpas globalt.
I fuktiga områden som Japan, där regn är frekventa, krävs särskilda åtgärder för att förhindra att halm bryts ner av mögel, så följande överväganden bör göras:
- Använd tak som effektivt kan hantera regnvatten och se till att överhäng (takskägg) och fönsterfoder har tillräcklig längd för att skydda väggarna från regn.
- Höj husets fundament och skydda väggarna från regnvatten som stänker upp från marken.
- Se till att markfukt inte tränger in i väggarna.
- Använd en ventilationsmetod för ytterväggarna, där ett luftflöde skapas mellan ytterväggen och isoleringen för att släppa ut fukt och förhindra kondens.
Vidare bör fästpunkten mellan bostaden och marken inte vara en betonggrund, utan den primära kandidaten bör vara en stenfundamentkonstruktion där pelarna direkt vilar på grundstenen. Detta minskar användningen av betong och hjälper till att dämpa jordbävningens rörelser. Om bostaden är fäst vid betonggrunden, överförs jordbävningens rörelser direkt till bostaden. I fallet med en stenfundamentkonstruktion, rör sig pelarna ovanpå stenen, vilket minskar skakningarna. Dock kan inte stenfundament användas överallt, så detta är den första prioriteten, men vi kommer att undersöka om betongfundament eller andra metoder är bättre beroende på situationen.
Dessa fundament bör placeras på en höjd där regnvatten inte kan stänka upp och träffa jordväggarna.
○Elproduktion och lagring
Elproduktion och lagring bör vara hållbara och samtidigt ha en enkel struktur. På Prout Village kommer vi först och främst att prioritera följande kombination av elutrustning.
Den huvudsakliga energikällan är magnesiumbatterier, utvecklade av professor Takashi Yabe från Tokyo Institute of Technology. Dessa batterier består av tunna magnesiumplattor som kan lagras och transporteras. Magnesium placeras på den negativa elektroden, medan den positiva elektroden består av kolbaserat material som är nedsänkt i saltlösning, vilket gör det möjligt att extrahera elektricitet.
Magnesiumbatterier har över 8,5 gånger mer energi än litiumjonbatterier, som används i exempelvis smartphones, och de har också en lägre risk för brand än vätebränslen. Tidigare var flygtiden för drönare begränsad till 30 minuter med vanliga batterier, men med magnesiumbatterier kan de flyga i upp till två timmar, och även golfbilens batteri kan användas i cirka två timmar.
Magnesium finns i havsvatten i mängder av cirka 1 800 biljoner ton, vilket är motsvarande 100 miljarder ton olja per år i 100 000 år. Detta innebär att risken för att magnesium ska ta slut är mycket låg, och det finns i hela världen. Dessutom kan den oxiderade magnesiumen återanvändas som batterimaterial genom att upphettas över 1 000 grader Celsius.
Professor Yabe har också utvecklat en apparat som använder speglar för att samla solens ljus och omvandla det till laserstrålar, som sedan riktas mot oxid av magnesium för att separera syre och återanvända magnesiumet. Han har också utvecklat en anläggning för att extrahera magnesium och salt från havsvatten.
De magnesiumbatterier som användes i experimenten hade måtten 16,3 cm i bredd, 23,7 cm i djup och 9,7 cm i höjd, och vägde cirka 2 kg efter påfyllning med vätska. De hade en maximal effekt på 250 W, vilket var tillräckligt för att driva en 450-liters kylskåp i en timme. Genom att koppla samman fem eller fler sådana batterier kan de ge ström till enheter som kräver större energi. En bil med ett magnesiumbatteri på 16 kg kan köra upp till 500 km.
Vid avsaltning av havsvatten återstår både salt och bittervatten (magnesiumklorid), men om laserstrålar riktas mot magnesiumkloriden, produceras magnesium. Magnesium finns också i ökerns sand, och man kan få 13 kg magnesium från 10 ton havsvatten, vilket motsvarar en månads elförbrukning för en genomsnittlig hushåll.
Genom att använda dessa magnesiumbatterier som en grundläggande energikälla kan vi skapa magnesiumbatterier från världens hav, vilket minskar risken för att de tar slut. Eftersom de också är lämpliga för lagring och transport kommer elektricitet kunna användas även i avlägsna områden med dåliga förhållanden.
Den här anläggningen för att producera magnesium från havsvatten kräver elektricitet. Därför kommer vi att använda små vattenkraftverk vid floder och bäckar världen över för att generera elektricitet. Fallhöjd och vattenflöde påverkar den producerade mängden elektricitet. I ett exempel från Japan, vid Ishitoro Banba Seiryu Kraftstation i Gifu-prefekturen, producerar en enda vattenturbin 125 kW elektricitet, vilket är tillräckligt för att försörja cirka 150 hushåll, vid ett fall på 111 meter.
Utöver små vattenkraftverk kommer vi också att använda tidvattenkraftverk vid hav och floder. Eftersom havets vågor ständigt rör sig, kan tidvattenkraftverk leverera elektricitet stabilt både dag och natt, och de kräver inte stora anläggningar, vilket är en stor fördel.
Genom att lägga till små och medelstora vindkraftverk, kommer vi att kunna komplettera elproduktionen när vinden blåser. Det finns flera typer av vindkraftverk, och om vi använder vertikala axelvindkraftverk, kan de rotera åt sidan och anpassa sig till vind från alla håll. På Prout Village kommer varje kommun att kunna tillverka och hantera små och medelstora energianläggningar lokalt, och vi prioriterar att generera energi genom spridda anläggningar snarare än att satsa på storskaliga vindkraftverk.
De magnesiumbatterier, små vattenkraftverk, tidvattenkraftverk och vindkraftverk som beskrivits här släpper inte ut koldioxid under elproduktionsprocessen, vilket gör dem till effektiva lösningar för att bekämpa klimatförändringar och ger en stabil och hållbar elproduktion. Dessutom kommer vi att använda andra energikällor samtidigt för att diversifiera användningen av naturenergi.
En av dessa energikällor är solvärmeberedare med vakuumrör som omvandlar solens värme till varmt vatten för användning i duschar och kök. Dessa system består av en uppsamlingsdel för solens värme och en lagringsdel för varmt vatten. I Japan kan temperaturen på sommaren vara mellan 60 och 90°C, och på vintern ligger den runt 40°C.
Samtidigt kommer vi att överväga att använda solvärmeuppsamlingspaneler. När luften i panelerna värms upp till cirka 50°C transporteras den genom rör för att värma upp hela huset.
Eftersom dessa system använder solens värme, är installationens riktning och vinkel viktig. I Japan är den mest effektiva riktningen mot syd, vilket ger 100% effekt. Öst och väst ger ungefär 80% av denna effektivitet. Takets vinkel bör vara mellan 20 och 30 grader. När panelerna placeras på taket, måste takformen justeras för att maximera solfångarens yta.
Både solvärmeberedare och solfångarpaneler har en enkel struktur eftersom de utnyttjar värme direkt, vilket gör dem effektiva och hållbara lösningar för energiförsörjning.
Nästa steg är att överväga användningen av växtkraft och ultrakompakta vattenkraftverk för belysning i områden utan elektriska ledningar. Växtkraft innebär att två elektroder sätts ner i marken för att generera svag elektrisk ström. Den producerade elektriciteten är mycket liten, med en spänning på cirka 1,5 volt per enhet. Ett experiment har visat att genom att koppla samman 100 sådana enheter, kan en elektrisk produktion som överstiger 100 volt för hushållsel uppnås. De elektroder som används i detta sammanhang är magnesium och binchotan (aktivt kol), utan att använda sällsynta metaller eller andra naturresurser.
Det finns också utvecklade bärbara ultrakompakta vattenkraftverk på en meters längd. Dessa kan generera elektricitet vid ett fallhöjd på 1 meter i en liten bäck, där en vattenström på 10 liter per sekund kan producera 5 watt elektricitet.
I Finland används också sandbatterier. Dessa lagrar elektricitet som värme i sand, som erhållits genom sol- eller vindkraft. Isolerade tankar som rymmer 100 ton sand är 4 meter breda och 7 meter höga. Den lagrade värmen används för att värma upp byggnader och skapa varmt vatten för simbassänger i omgivande områden. Sanden, som har värmts upp till över 500 grader Celsius, kan lagra energi i flera månader. Dess livslängd är flera decennier, och vilken sand som helst kan användas, så länge den är torr och inte blandad med brännbara skräp. Detta system är även genomförbart i Japan.
För att försörja ett område med 35 000 invånare i Finland beräknas det behövas en lagringstank med sand som är 25 meter hög och 40 meter i diameter. Denna sandbatteri är också mycket enkel i konstruktionen, bestående av rör, ventiler, fläktar och elektriska värmeelement, och byggkostnaden är låg.
I USA har sandbatterier också utvecklats, där kiselhaltig sand upphettas till 1200°C och lagras i en isolerad betongtank. För att omvandla värmen till elektricitet, används ånga som produceras genom att värma upp vatten för att driva en turbin med flera vingar. Denna turbin är kopplad till en generator, vilket skapar elektricitet. För att generera elektricitet från värme krävs denna typ av utrustning.
Detta är de metoder som används för elproduktion och lagring i Prout Village. Nästa steg är att titta på existerande metoder för elproduktion och varför vi inte använder dem.
Ett av alternativen är väte. När väte används som bränsle släpps ingen koldioxid ut, men koldioxid släpps ut under tillverkningsprocessen. Till exempel, metoder för att producera väte från fossila bränslen som naturgas, olja och kol släpper ut stora mängder koldioxid och kommer så småningom att möta resursbrist, så det är inte ett alternativ.
Det finns också metoder att producera väte genom elektrolys av vatten med elektricitet från förnybara energikällor som sol och vind. Denna metod har låg koldioxidutsläpp, men den använder stora mängder vatten, vilket ytterligare accelererar vattenbrist som redan orsakas av global uppvärmning och andra faktorer.
Dessutom används sällsynta metaller som iridium i denna vattenelektrolys. Om användningen fortsätter på nuvarande nivåer förutspås det att tillgången på dessa metaller kommer att vara mer än dubbelt så stor som de lagrade resurserna år 2050, vilket gör denna metod ohållbar.
En annan metod är att producera gas, elektricitet och väte från biomassa. Biomassa består av organiskt material som avfall från människor och djur, halm, risstrå och annat jordbruksavfall, matrester och trä. Ett exempel är att använda ett hushållsbio-gastoa i vilket man placerar nötkreaturs gödsel. Gödseln innehåller metanbakterier, och om man tillsätter mänskligt avfall, mat eller ogräs, kommer metanbakterierna att jäsas och producera biogas. Denna gas består till 60% av metan och 40% av koldioxid. Eftersom metangas är en huvudorsak till global uppvärmning blir det svårare att använda denna metod globalt.
För väteförvaring finns det flera metoder, såsom högtrycks-komprimering, kylning till -253°C för att göra väte till flytande form eller användning av väteabsorberande legeringar. För att transportera detta krävs ytterligare utrustning, vilket gör dessa alternativ otillräckliga på grund av deras komplexitet och storlek.
Solpaneler för solenergi innehåller också skadliga ämnen och måste slutligen deponeras i marken, vilket gör dem inte hållbara.
Geotermisk energi är ett annat alternativ, men det tar för lång tid att undersöka, borra och installera rörledningar, och de platser där det är möjligt att använda är begränsade, vilket gör detta alternativ otillräckligt.
Kärnkraft är också uteslutet på grund av de katastrofala konsekvenserna det kan leda till, och eftersom uranet som används är en ändlig resurs som så småningom kommer att ta slut. Kolkraftverk är också otillräckliga, eftersom fossila bränslen kommer att ta slut och de producerar stora mängder koldioxid.
Elbilar, elcyklar och litiumbatterier som används i smartphones använder också resurser som litium och kobolt, vilket gör dessa batterier ohållbara, så dessa kommer inte att användas.
Sammanfattningsvis kommer magnesiumbatterier, små vattenkraftverk, tidvattenkraft och små till medelstora vindkraftverk att vara de centrala energikällorna, tillsammans med solvärme för varmvatten, solfångare, växtkraft, ultrakompakt vattenkraft och sandbatterier som kommer att övervägas beroende på situationen.
På detta sätt kommer elektricitet att genereras från hav, floder och land så mycket som möjligt och delas. Tillsammans med detta kommer bostäder att isoleras för att minska energiförbrukningen. På detta sätt kan vi leva med enbart förnybar energi utan att använda uttömmande resurser. I det monetära samhället sker ekonomisk aktivitet, vilket kräver enorma mängder elektricitet dagligen på grund av konkurrens. När denna ekonomiska aktivitet försvinner kommer den nödvändiga energimängden att minska avsevärt, vilket leder till en kraftig minskning av koldioxidutsläppen och blir en stark åtgärd mot global uppvärmning.
0 コメント