El invernadero IBTS (“Sistema Biotectural Integrado”) es un proyecto de desarrollo urbano biotectural adecuado para desiertos cálidos y áridos . [1] [2] Fue parte de la estrategia egipcia para la forestación de tierras desérticas desde 2011 hasta la primavera de 2015, cuando los cambios geopolíticos como el Estado Islámico de Irak y el Levante – Provincia del Sinaí en Egipto obligaron al proyecto a detenerse. [3] El proyecto comenzó en la primavera de 2007 como un estudio académico en desarrollo urbano y ecologización del desierto . Fue desarrollado por N. Berdellé y D. Voelker como un proyecto privado hasta 2011. Posteriormente, se creó el Grupo LivingDesert, que incluye al Prof. Abdel Ghany El Gindy y al Dr. Mosaad Kotb del Laboratorio Central para el Clima Agrícola en Egipto, el científico forestal Hany El-Kateb, el agroecólogo Wil van Eijsden y el permaculturista Sepp Holzer, para presentar el proyecto terminado en Egipto. [4]
El invernadero del IBTS, junto con el programa de forestación de tierras desérticas en Egipto, [5] [6] se convirtió en parte de las estrategias de reubicación. Estas desempeñan un papel en Egipto, ya que la urbanización del delta del Nilo es un problema para el sector agrícola y debido a problemas de infraestructura como la congestión del tráfico en El Cairo. [7] [8] [9]
El IBTS se caracteriza por el cultivo con agua de mar, pero en el interior de un gran invernadero. De esta forma, se puede aprovechar toda el agua evaporada. La generación de agua líquida a partir de la atmósfera en el interior del IBTS requiere grandes cantidades de potencia frigorífica. Esto se realiza con el agua de mar entrante. De esta forma, la necesidad de refrigeración y la potencia frigorífica están siempre equilibradas.
El IBTS se basa en una nueva calidad de integración de sistemas que incluye elementos arquitectónicos, tecnológicos y naturales. [10] Combina la producción de alimentos y la residencia, así como la desalinización de agua de mar o agua subterránea salobre . [11] Un proyecto de demostración CAE utilizando condiciones climáticas, edáficas y económicas reales demostró su viabilidad en condiciones hiperáridas.
La importancia del IBTS reside en su capacidad para la desalinización de agua con una eficiencia de 0,45 kWh por metro cúbico de destilado. Esto se debe a que los costes operativos de las instalaciones de desalinización superan con creces los costes iniciales de construcción a largo plazo. También porque el requerimiento energético de las plantas de desalinización alcanza el nivel de gigavatios. La dependencia de grandes cantidades de energía fósil hace que el suministro de agua de las plantas industriales sea inseguro. Gracias a su alta eficiencia, la desalinización se ha vuelto viable económica y ecológicamente para la agricultura, la silvicultura y la acuicultura a gran escala .
Otro punto de relevancia es la creación de un paisaje con biodiversidad y de muchos puestos de trabajo en lugar de chimeneas y fábricas humeantes a lo largo de la valiosa costa. También es de especial importancia la posibilidad de aplicarlo en el interior del país, lo que excluiría la elevada capacidad de desalinización.
El edificio tiene sus raíces en la ingeniería de la construcción y la física de la construcción , a diferencia de la producción de alimentos , como ocurre con la mayoría de los invernaderos. Es fundamentalmente diferente de los invernaderos de agua de mar . [12] Se diferencia por su rendimiento en la desalinización. Las tecnologías de desalinización alternativas, los servicios de aire a agua y los invernaderos de desalinización en fase de prueba requieren un múltiplo de la energía para la producción de agua dulce.
La importancia del término Integración radica en la eficiencia que puede alcanzar la integración de sistemas , imitando los sistemas naturales, especialmente los ciclos cerrados . El establecimiento de ciclos hídricos cerrados es el más crucial de todos, debido a la creciente gravedad de la crisis mundial del agua, en particular en los climas cálidos y desérticos .
La desalinización a escala industrial está ligada a los climas cálidos porque requiere grandes cantidades de energía solar térmica. Ha resultado ser adecuada para mitigar el descenso de los niveles freáticos en las zonas agrícolas de la región MENA y más allá. En futuras versiones, el IBTS se puede implementar en climas fríos utilizando fuentes de energía térmica adicionales como la fusión compacta o pequeños reactores modulares .
El IBTS puede cargarse con agua de mar, que se transforma en agua dulce por evaporación. Este es el tipo principal porque es importante. El agua de mar es ilimitada y el IBTS puede, por lo tanto, producir agua excedente para la venta.
Al comienzo de la carga de agua salada se encuentra la operación de cultivo de agua de mar dentro del invernadero IBTS. Esto requiere solo pequeñas cantidades de agua de mar. La mayor parte del agua fluye a través del sistema de producción de alimentos y luego se procesa en la planta de desalinización completa.
El IBTS también puede cargarse mediante un flujo continuo de materia orgánica para los trabajadores, los animales y, más tarde, los residentes. La materia orgánica, que es primero comida y bebida, se recupera mediante el tratamiento de desechos. [13] El tratamiento de aguas residuales es parte del ciclo ordinario del agua. La materia orgánica se infiltra parcialmente bajo tierra en las zonas de las raíces de las plantas y parcialmente se procesa en fosas sépticas y luego se aplica como tierra vegetal en la forestación. Este concepto se ha implementado dentro de las casas residenciales (un tipo común es un Earthship ).
En general, es posible construir los IBTS como sitios de tratamiento de residuos sólidos y líquidos para asentamientos, hoteles o ciudades. [14]
El ciclo del agua también puede activarse con un único episodio de lluvia, algo que ocurre en el desierto y con lo que se puede contar. Por último, es posible activar el ciclo del agua mediante el bombeo de agua subterránea salina o contaminada y, en cierta medida, mediante la generación de agua atmosférica.
El volumen de agua dentro del ciclo del agua no es importante, ya que es un ciclo casi cerrado, que provoca la evaporación del suelo y la humedad exhalada por las personas que queda atrapada bajo el techo.
Las pérdidas se producen debido a la exportación de alimentos y en caso de goteras en el techo. En condiciones normales, las goteras se producen con frecuencia. El Skyroof se mantiene con un sistema especial de renovación y sustitución que puede hacer frente a las inclemencias del tiempo y a los objetos que caen sobre la fina lámina.
El ciclo de los nutrientes está conectado al ciclo del agua. Cargarlo significa principalmente la práctica de aumentar la fertilidad del suelo y la materia orgánica del suelo . Esto puede implicar la importación de biomasa a través de desechos orgánicos , pero principalmente por biorresiduos de la producción de alimentos dentro del IBTS. En los sistemas de agua de mar, la biomasa se crea a partir de plantas tolerantes a la sal llamadas halófitas . Se han registrado rendimientos de biomasa de hasta 52 toneladas por hectárea por año. [15] Además, la generación de biomasa de las raíces es importante para el secuestro de carbono . Esto es hasta 35 t/ha*y extra. [16] El invernadero del IBTS es un proyecto de carbono azul . [17] Una tercera fuente de biomasa son las granjas de agua de mar externas, que no requieren el costoso espacio bajo el techo del IBTS. Estas pueden estar en tierra o en el mar. Las más notables son las granjas de algas . [18]
Así como el ciclo de nutrientes debe cargarse con biomasa, existe la opción de cargar la atmósfera dentro de los IBTS, o estanques de agua de algas, con CO2 . Esto aumentaría el rendimiento de biomasa. Este proceso tiene ciertos límites. Uno de ellos es la disponibilidad de oligoelementos como el fósforo que necesita cualquier organismo. [19] Como la mejor fuente para la carga con CO2 adicional sería el CO2 de los residuos industriales , esta es otra forma en la que el IBTS puede funcionar como sitio de tratamiento de residuos.
El consumo energético de la versión a gran escala es de 0,45 kWh por metro cúbico de agua destilada . [3] Este rendimiento es más de 10 veces inferior a los récords establecidos por las plantas de desalinización de Dubai y Perth según las cifras oficiales proporcionadas por las respectivas autoridades. [20] El IBTS se basa en un concepto modular, con un tamaño de núcleo de 1 hectárea. Este es el tamaño mínimo para la construcción y la autosuficiencia , pero los módulos arquitectónicos circulares pueden construirse con un tamaño de 10 hectáreas o más. Cada módulo se basa en submódulos que permiten el inicio inmediato de la operación y la generación de ganancias (como un sitio de reforestación que genera ganancias en sus primeras etapas). La mejor eficiencia y capacidad máxima se pueden proporcionar con una superestructura de aproximadamente 100 módulos. 10 km2 tienen la capacidad de una planta de desalinización industrial, que es de 0,5 millones de metros cúbicos de agua por día. Desde la primera versión del IBTS, la generación de agua atmosférica ha evolucionado a través de una serie de modelos higrotérmicos y ahora puede funcionar a 0,45 kwh/m3 según el desarrollador. [21] El IBTS funciona con procesos naturales en ciclos cerrados, alojados en un edificio. Por lo tanto, nunca se enfrenta a limitaciones naturales o físicas para su crecimiento, como ya ocurre con la tecnología de desalinización en el Golfo Pérsico debido a la descarga de salmuera y al aumento de la temperatura. [22] [23]
El IBTS funciona con energía eléctrica y térmica producida a partir de energía eólica y solar concentrada , in situ (en un proceso propio). Esto significa que el requerimiento energético y el uso de energía primaria pueden considerarse iguales, lo que no sucede en las plantas de desalinización comunes. [24]
Las plantas de desalinización comunes dependen de las centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles. Si se tiene en cuenta la pérdida de energía durante la transformación de la energía en la central eléctrica, las plantas de desalinización comunes utilizan entre 2 y 3 veces más energía que la que se indica en los datos de rendimiento habituales. Estos son factores comunes de pérdidas de conversión de energía para los motores de combustión utilizados en la industria de la desalinización.
Teniendo esto en cuenta, el IBTS utiliza menos del 5% del récord mundial de eficiencia actual. Este récord industrial es de unos 3,5 kWh/m3 más aproximadamente 1,0 kWh/m3 para el bombeo de agua de mar y otros factores no tenidos en cuenta. Se multiplica por la eficiencia del uso de energía primaria. En conjunto, 9-14 kWh/ m3 .
El término energía primaria debe combinarse con el de calidad de la energía para lograr una comprensión realista. La calidad de la energía en el contexto de la desalinización muestra una nueva imagen de la eficiencia general no solo del proceso físico de desalinización, sino también de la eficiencia económica general del IBTS que utiliza energía renovable patentada. [25]
El máximo de 500 m³ de producción de agua dulce por día y hectárea, se multiplica a 0,5 millones de m³ en 1000 ha, lo que equivale a la producción de las plantas de energía de desalinización industrial más grandes del mundo. Se alcanza mediante la recuperación de calor del agua dulce caliente. Esta energía recuperada se utiliza para calentar la salmuera que sale de la maricultura en el IBTS, duplicando la evaporación diaria de 100 m³ y generando sal para la venta. La energía recuperada también se utiliza para precalentar el agua salada entrante para la maricultura. La raza de peces elegida necesita agua caliente y esa agua caliente también aumenta la evaporación natural dentro del invernadero. Los puntos de diseño surgieron de la ingeniería computacional del modelo físico, así como del plan financiero en un proceso iterativo.
El invernadero del IBTS es sostenible gracias a la independencia de los recursos energéticos y materiales primarios, la eficiencia de la producción de agua y el diseño modular y escalable. Un proyecto estratégico de infraestructura nacional como el IBTS permite una transición energética exitosa hacia una economía sostenible. [26] [27]
Esto se puede entender mediante una comparación entre el crecimiento del PIB, la generación de valores reales y un PIB ponderado.
Un ejemplo de los servicios de infraestructura del invernadero del IBTS es la purificación del agua. Las aguas residuales se filtran en el suelo y proporcionan agua y nutrientes para el crecimiento de los árboles. Esto no es tan fácil con los cultivos alimentarios por razones de higiene. Por ello, el IBTS proporciona tratamiento de aguas residuales en países o zonas que carecen de plantas de tratamiento [28].
El invernadero IBTS es un concepto abierto compatible con la mayoría de las demás tecnologías y prácticas para la producción de agua, energía y alimentos. Está preparado para su uso en aplicaciones con tecnologías futuras, como la energía nuclear de fusión compacta, el reactor de ondas viajeras o los reactores reproductores . Cuando estas fuentes de energía estén disponibles, se podrán integrar en la infraestructura IBTS existente y generar aún más agua dulce sin vertidos de salmuera en masas de agua naturales y los problemas ambientales que ello conlleva. En el caso de los desarrollos de infraestructura que requieren décadas para su implementación y ampliación, es fundamental diseñarlos en términos de preparación para el futuro, un principio de ingeniería clave.
El proceso de fabricación del IBTS está diseñado para la automatización , que requiere más electricidad que las obras de construcción o los procesos de fabricación habituales. El diseño de esta plataforma también está preparado para el futuro, ya que habrá más energía disponible. Un ejemplo es el gran tejado del IBTS, que debe ser observado y limpiado continuamente y reacondicionado varias veces durante el ciclo de vida del IBTS. Esto solo lo pueden hacer robots especiales o drones de la escala para la que se desarrolló el IBTS como estrategia nacional de reverdecimiento del desierto para recuperar y reverdecer regiones enteras.
El ejemplo más famoso es el de Biosphere 2 , un proyecto de investigación y un sitio de demostración que integra áreas residenciales en un nuevo tipo de invernadero. Fue diseñado para ser autosuficiente, incluida la producción de alimentos en un contexto ecosistémico. Otro ejemplo de Biotecture, que es ante todo una casa residencial, es Earthship . Los Earthships incorporan la purificación y reutilización del agua en múltiples niveles.
Desde 2010 se han creado desarrollos urbanos denominados Forest Cities, inspirados en el IBTS y otros proyectos pioneros. Los Jardines de la Bahía, que utilizan todos los elementos básicos de diseño de la Forest City del TSPC de 2008, como árboles artificiales con edificios esféricos en la parte superior, son un ejemplo destacado. La Forest City de Liuzhou es uno de los muchos ejemplos de arquitectura ecológica, respectivamente desarrollos urbanos ecológicos de nuevas ciudades con muchas áreas verdes, incluidas las fachadas de los edificios.
Los esfuerzos internacionales para crear ciudades forestales son otro nivel de implicación. China está avanzando con la introducción de varios cientos de ciudades forestales designadas. [29] Uno de los ejemplos más recientes es Shenzhen. [30]
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