Мартин Альстрём, Оксана Альстрём-Любченко
экопоселение Suderbyn
экопоселение Suderbyn
ПЕРМАКУЛЬТУРНЫЙ ДИЗАЙН,
ТЕПЛОТЕХНИКА И УЛУЧШЕНИЕ ПОЧВ
ТЕПЛОТЕХНИКА И УЛУЧШЕНИЕ ПОЧВ
Экспертный материал, презентованный представителями партнеров проекта на выставке "Климат" – НКО Relearn Suderbyn. Теоретические и практические решения для устойчивого развития и его нужд.
О чем мы расскажем
В рамках принятия глобальной чрезвычайной ситуации изменения климата и нахождения наиболее эффективных техник по уменьшению содержания углеродного следа человечества, особое внимание уделяется региону «Северного измерения», как одному из наиболее уязвимых зон.
Мы раскроем смысл одной из концепций сбалансированного существования человека и природы — Пермакультурного дизайна: от теоретических основ до технологических решений, применяемых в России и за рубежом.
Вводная информация посвящена общему объяснению постулатов, сфер и принципов Пермакультуры, примерам корректных и некорректных реализации их в повседневной жизни.
Далее мы расскажем о некоторых технологиях, отражающих основные нормы этики Пермакультуры:
- отопительные системы и печи Rocket — «Ракета», возобновляемая в современности в концепции устойчивого развития;
- способы удержания углерода в почве, при получении энергии и полезных в сельском хозяйстве веществ, основанных на принципе безотходного производства: биогаз, древесный уголь и компостная система Jean Pain.
1
Пермакультурный дизайн
Как способ жить в балансе с природой
В современном мире довольно часто наблюдается разделение между миром природы и поведением человека. Социум зачастую обеспечивает повышенный комфорт для своих представителей, и это приводит к таким моделям поведения и механизмам, которые вредят нашей окружающей природе, экосистемам и климату, как локально, что мы можем видеть своими глазами, так и глобально.
Иногда трудно осознать последствия человеческого поведения в нашем современном обществе. Возможно, есть необходимость подвергнуть сомнению некоторые из этих моделей поведения для того, чтобы у нас, наших детей, внуков и будущих поколений живых существ так же был чистый воздух и вода, здоровая пища и комфортная жизнь в будущем?
Иногда трудно осознать последствия человеческого поведения в нашем современном обществе. Возможно, есть необходимость подвергнуть сомнению некоторые из этих моделей поведения для того, чтобы у нас, наших детей, внуков и будущих поколений живых существ так же был чистый воздух и вода, здоровая пища и комфортная жизнь в будущем?
Однако, есть много идей и систем, которые направлены на поддержку нашего более сбалансированного образа жизни. Одна из таких систем называется — Пермакультурный дизайн.
Мы расскажем, что означает эта система, и покажем некоторые технические решения, которые могут быть использованы в соответствии с принципами Пермакультуры. Эти решения могут принести пользу обычным людям, домашним хозяйствам и сообществам, которые используют их в своей повседневной жизни. Пожалуй, в большей степени они пригодятся в сельских районах и на дачах, чем в крупных городах, хотя пермакультурное проектирование может использоваться почти везде. Одним из ключевых аспектов Пермакультуры является — подражание природе. Ниже изложены постулаты и принципы соответствующие этой системе.
Мы расскажем, что означает эта система, и покажем некоторые технические решения, которые могут быть использованы в соответствии с принципами Пермакультуры. Эти решения могут принести пользу обычным людям, домашним хозяйствам и сообществам, которые используют их в своей повседневной жизни. Пожалуй, в большей степени они пригодятся в сельских районах и на дачах, чем в крупных городах, хотя пермакультурное проектирование может использоваться почти везде. Одним из ключевых аспектов Пермакультуры является — подражание природе. Ниже изложены постулаты и принципы соответствующие этой системе.
Почему?
Пермакультура — это процесс этического дизайна, направленный на создание устойчивой среды обитания человека путем имитации функционирования природы. Ниже приводится так называемое колесо Пермакультуры. Оно показывает постулаты этики (внутренние три), сферы (следующие шесть) и принципы (двенадцать внешних), которые используются для структурирования процесса пермакультуры и образа мышления при создании проектов. Существуют различные «школы» пермакультуры, и слова, которые используются для описания процесса проектирования, могут отличаться, но основное значение в значительной степени одно и то же. Есть и другие принципы и нюансы, чем упомянутые здесь, но указанные являются центральными.
2
Как применить?
Создание пермакультурного дизайна реального случая
Благодаря наблюдению и подражанию за тем, как природа комбинирует свои компоненты — мы можем создавать дачные участки, здания, сообщества, проекты и многое другое, которые функционируют почти как природные системы. На их поддержание нужно меньше усилий и энергии, а при этом их продуктивность больше. Потому что отношения между составляющими таких систем моделируются чтобы взаимодействовать взаимовыгодно.
Простой пример: представьте себе простой участок земли, на котором мы хотим построить четыре объекта. В пермакультурном дизайне составляющие одной системы не должны быть изолированы друг от друга, а взаимосвязаны.
Простой пример: представьте себе простой участок земли, на котором мы хотим построить четыре объекта. В пермакультурном дизайне составляющие одной системы не должны быть изолированы друг от друга, а взаимосвязаны.
Некорректное проектирование
Дерево затеняет дом, от чего там прохладно и темно. Теплица находится далеко, изолированная от жилого пространства, что требует больше времени и усилий для ухода за растениями. И в теплице, и в жилом доме сложнее поддерживать комфортную температуру из-за отсутствия защиты от холодных северных ветров. Водоём расположен слишком близко к дому, что может вызвать проблемы при наличии сильных дождей.
Много лишней работы выполняется при управлении таким хозяйством. И многие проблемы возникают из-за того, что предварительный дизайн (или вовсе его отсутствие), игнорирует естественную ситуацию на участке и рутины его жителей.
Много лишней работы выполняется при управлении таким хозяйством. И многие проблемы возникают из-за того, что предварительный дизайн (или вовсе его отсутствие), игнорирует естественную ситуацию на участке и рутины его жителей.
Разумное проектирование
Теплица, расположенная на южной стороне дома, собирает больше тепла для себя и прилежащего здания. Кроме того, теперь, когда дом и теплица находятся так близко, становится легче ухаживать за растениями и совмещать с работой по дому. Дерево защищает дом от северных ветров. А пруд отражает солнечный свет на всё строение, что создает там светлое и теплое пространство, что немаловажно зимой.
Время, энергия и количество работы управляются более эффективно благодаря лишь простому предварительному дизайну!
Время, энергия и количество работы управляются более эффективно благодаря лишь простому предварительному дизайну!
Теперь мы можем представить ситуацию сложнее, в которой мы интегрируем больше элементов в систему. Это могут быть, например: дикие животные и насекомые, возобновляемые источники энергии и другие технологии, съедобные растения, коллаборация с соседними участками, способы использования «серых вод» (например, вода из раковин, душевых кабин) и прочее. Сочетание таких элементов важно и поможет увеличить благополучие нашей жизни.
Далее мы хотим рассказать о случае, когда Пермакультура используется и как способ для проектирования пространств и их функций, так и для проектирования повседневной жизни отдельных людей и членов сообщества.
С точки зрения современного человека некоторые из способов могут показаться немного странными и непривычными. Но для многих, кто начал привносить пермакультурный дизайн в свою жизнь — это стало очень естественным образом жизни.
Далее мы хотим рассказать о случае, когда Пермакультура используется и как способ для проектирования пространств и их функций, так и для проектирования повседневной жизни отдельных людей и членов сообщества.
С точки зрения современного человека некоторые из способов могут показаться немного странными и непривычными. Но для многих, кто начал привносить пермакультурный дизайн в свою жизнь — это стало очень естественным образом жизни.
3
Пермакультурные организации
Пример жизни сообщества по Пермакультуре
Жить в соответствии с принципами Пермакультуры — это не столько поиск совершенства или попытка быть совершенным, сколько стремление улучшить то, что может быть улучшено в постоянно меняющемся мире, и искать в этом равновесие. Ниже мы покажем некоторые примеры из экопоселения, но сразу оговоримся, что вам не нужно переезжать или начинать экопоселение только для того, чтобы привнести пермакультуру в свою жизнь. Можно начать с небольших шагов и решений, которые относятся непосредственно к вашей повседневной жизни. Возможно, когда-нибудь в будущем вы обнаружите, что переняли некоторые из этих способов и образ жизни, даже не осознавая этого. Возможно, вы создадите или присоединились к своей собственной версии экопоселения или другого типа проживания со своими системами, культурой и привычками в одиночку или с кем-то.
Экопоселение Сюдербин
Одним из официальных партнеров проекта Климат является — Relearn Suderbyn. Это НКО, работающее в рамках экопоселения Сюдербин на острове Готланд в Швеции, куда, начиная с момента его основания в 2008 году, приехали люди с разных уголков планеты, чтобы учиться и жить в соответствии с постулатами и принципами Пермакультуры. Это небольшое сообщество 20−25 человек, из которых около половины — постоянные жители, но это место с большой активностью, постоянно претерпевающее изменения. Так же как и природа.
Вид на задний двор главного дома и душевую-теплицу из самана в экопоселение Сюдербин
В Сюдербине нет туалетов со смывом водой. Вместо того, чтобы сливать питательные вещества в Балтийское море, где это становится проблемой для других экосистем, их возвращают в сельскохозяйственную систему после специальной обработки и минимального 2-летнего хранения. Так называемые сухие туалеты (с разделителем), используются также потому, что на острове существует повышенная потребность в экономии пресной воды и смывание её — не самое умное решение в таких условиях. Это также одна из причин, почему на территории поселения были сделаны три водоёма, чтобы сохранить воду в течение становящегося всё теплее и теплее лета.
Один из сухих-туалетов в экопоселении Сюдербин. Тяжелая крышка нужна чтобы воздух снизу не смог её поднять.
Иллюстрация принципа замкнутого пищевого круга в геодезическом куполе в экопоселении Сюдербин
Терраформирование – изменение ландшафта для увеличения биоразнообразия
При пермакультурном дизайне участка важно понимать, что происходит на земле в принципе и что можно изменить с минимальными усилиями, чтобы улучшить ее потенциал для поддержания жизни. Пермакультура взяла первую часть своего названия от латинского слова perma — «постоянный». И хотя ничего постоянного нет, мы как разумные существа можем по крайней мере, попытаться продумать на пару поколений вперед, когда речь заходит о том, как мы относимся к природе вокруг нас? Часто бывает полезно иметь дальнюю перспективу при выполнении любых проектов, возможно, думая на 200−300 лет вперед. Это долгий срок для человека, но не для дуба и тем более планеты.
Пример планировки грядок и растений в саду в соотвествии с расположением пруда и пермакультурных "подков" в экопоселении Сюдербин
Три водоёма в Сюдербине спроектированы таким образом, что они приносят пользу окружающим растениям и живым организмам, и тем самым способствуют увеличению биоразнообразия на участке, что важно для урожайности сада. Территория, на которой было основано поселение, ранее была совершенно плоской и имела очень мало плодородной почвы, в основном на основе известняка. Сейчас здесь высажено более 1200 деревьев, а из «отходов», выкопанных для водоёмов, сделано 7 подковообразных зеленых насыпных стен в форме подков. Сделанные в соответствии с принципами пермакультуры, эти подковы имеют много функций: защита от сильных холодных ветров с севера, захват тепла от солнца, обеспечение откосов для различных растений, чтобы они росли без тени, создание новых микроклиматов и т. д.
Карта экопоселения Сюдербин на 2017 год
В Сюдербине также есть свой 10 м3 биогазовый реактор, где кухонные и садовые «отходы» превращаются в топливо для готовки и отопления и новое органическое удобрение для огорода. Экопоселение еще не обеспечивает себя продуктами питания полностью, но урожай с огорода, многолетних плодовых деревьев и кустарников собирается каждый год в большом количестве. Чем больше людей осознанно подходит к работе с почвой своими руками и намерениями — тем больше она возвращает. Установка баланса между различными поддерживающими друг друга растениями, системами, насекомыми и другими занимает время. И даже несмотря на то, что многие плоды этих трудов могут появиться уже в течении первых лет, природе может потребоваться 8−10 лет на то, чтобы обеспечить природе все условия для развития. Зато после человеку остается лишь наблюдать и регулировать живую систему.
Различные школы Пермакультуры
Как уже упоминалось ранее, существуют различные школы Пермакультуры с их собственными постулатами. Сюдербин является примером веганской системы, что означает, что животные не находятся там под каким-либо контролем, хотя они всё еще являются важной частью системы, особенно насекомые-опылители. И важно стремиться создавать все благоприятные условия для существования ключевых регуляторов дикой природы, таких как: крупные парнокопытные, лесные лошади и бобры. Пермакультура Хольцера — это название другой системы, пример которой в Устьянском районе Архангельской области в хозяйстве проекта «Лесная Школа» был представлен на других экспозициях выставки. Животные, такие как как свиньи, курицы, коровы, пчелы и др. играют здесь важную роль для поддержания плодородности почвы, а также рассматриваются как важный ресурс для производства продуктов питания или внесения вклада в местную экономику.
Контакты и дополнительная информация
Если вам интересно, что происходит в России с точки зрения Пермакультуры, и вы хотите узнать об этом больше, мы рекомендуем посетить http://naturbook.center/.
Пермакультурный дизайн еще достаточно молод в России, но все больше различных инициатив начинают использовать такие системы в своем развитии. Мы надеемся, что вас он тоже заинтересует и что такое мышление станет естественным в так называемом современном мире. И возможно в более сбалансированном?
Пермакультурный дизайн еще достаточно молод в России, но все больше различных инициатив начинают использовать такие системы в своем развитии. Мы надеемся, что вас он тоже заинтересует и что такое мышление станет естественным в так называемом современном мире. И возможно в более сбалансированном?
4
Пермакультурная энергетика
Технология "Ракета" - Что это, почему это выигрышное решение и как это сделано?
Знакомство
Одна из технологий, которая часто используется в пермакультурном дизайне для отопления домов и приготовления пищи, называется "Ракета". Ракетная технология основывается на понимании и соблюдении законов термодинамики и физики в целом, и получила своё название ввиду образования сильной тяги воздуха и звука похожего на ракетный двигатель.
Если все сделано правильно, "Ракета" – это решение, которое будет полезным как для непосредственных пользователей, так и для окружающей среды на локальном и глобальном уровнях. Недорогая и несложная в реализации технология предполагает внимание к деталям, и для наилучшего результата важно чтобы законы физики соблюдались точно.
Если все сделано правильно, "Ракета" – это решение, которое будет полезным как для непосредственных пользователей, так и для окружающей среды на локальном и глобальном уровнях. Недорогая и несложная в реализации технология предполагает внимание к деталям, и для наилучшего результата важно чтобы законы физики соблюдались точно.
Почему?
1
Простота в эксплуатации, требует мало времени и усилий по сравнению с другими решениями
2
Эффективное горение, требующее относительно малого количества топлива
3
Сжигание без загрязнения воздуха и отходов горения
4
Отапливается материалами, которые легко собирать и использовать, что может положительно сказываться на состоянии местного лесного фонда
5
Дешево и просто в строительстве
6
Может иметь разные назначения
Как?
Воздухозаборник
Лучше всего брать снаружи, чтобы холодный воздух не просачивался в здание
Тепловой стояк
Благодаря трению при движении сгорающих газов в стояке, с определенной площадью поперечного сечения и высотой, а также наличии изоляции – температура газов растет. В верхней части теплового стояка температура достигает 1000°C, и оставшиеся горючие газы воспламеняются при втором сгорании.
Eсли "Ракета" работает правильно – oстаются только CO2 и H2O.
Топливник
Первичное сгорание происходит в топливнике. Важно, чтобы площадь камеры сгорания была наименьшей в системе – для создания правильной тяги. Длина топливника должна составлять примерно половину высоты теплового стояка.
Размеры
Если площадь теплового стояка (сверху) составляет 314 см2 (круглая труба 20 см или квадрат 18х18 из кирпичей), то высота теплового стояка должна быть около 90 см. Это соотношение важно, меньшие или большие "ракеты" могут быть сделаны с сохранением этого же отношением между площадью поверхности, высотой теплового стояка и длиной топливника.
Лучше всего брать снаружи, чтобы холодный воздух не просачивался в здание
Тепловой стояк
Благодаря трению при движении сгорающих газов в стояке, с определенной площадью поперечного сечения и высотой, а также наличии изоляции – температура газов растет. В верхней части теплового стояка температура достигает 1000°C, и оставшиеся горючие газы воспламеняются при втором сгорании.
Eсли "Ракета" работает правильно – oстаются только CO2 и H2O.
Топливник
Первичное сгорание происходит в топливнике. Важно, чтобы площадь камеры сгорания была наименьшей в системе – для создания правильной тяги. Длина топливника должна составлять примерно половину высоты теплового стояка.
Размеры
Если площадь теплового стояка (сверху) составляет 314 см2 (круглая труба 20 см или квадрат 18х18 из кирпичей), то высота теплового стояка должна быть около 90 см. Это соотношение важно, меньшие или большие "ракеты" могут быть сделаны с сохранением этого же отношением между площадью поверхности, высотой теплового стояка и длиной топливника.
Безопасность!
В помещении без достаточного уровня вентиляции важно иметь датчик углекислого газа при любом процессе сжигания древесины, так как в противном случае это может представлять угрозу безопасности.
Многие параметры должны быть соблюдены, чтобы «Ракета» работала правильно, мы не берем на себя задачу объяснить всё в рамках материалов выставки. Для получения дополнительной информации мы рекомендуем такие русскоязычные материалы как, например, raiar.ru/novosti/pech.html, где есть информация об этих методах, и мы надеемся, что больше станет доступно на русском языке, поскольку всё больше людей начинают использовать эту технику. В том числе, там указана книга Ianto Evans «Rocket Mass Heaters — Super efficient woodstoves you can build «- и это хороший источник, который мы можем порекомендовать, если вы хотите узнать больше обо всех различных деталях создания таких типов нагревателей. Но далее мы ещё поговорим о типах «Ракет».
Многие параметры должны быть соблюдены, чтобы «Ракета» работала правильно, мы не берем на себя задачу объяснить всё в рамках материалов выставки. Для получения дополнительной информации мы рекомендуем такие русскоязычные материалы как, например, raiar.ru/novosti/pech.html, где есть информация об этих методах, и мы надеемся, что больше станет доступно на русском языке, поскольку всё больше людей начинают использовать эту технику. В том числе, там указана книга Ianto Evans «Rocket Mass Heaters — Super efficient woodstoves you can build «- и это хороший источник, который мы можем порекомендовать, если вы хотите узнать больше обо всех различных деталях создания таких типов нагревателей. Но далее мы ещё поговорим о типах «Ракет».
Различные способы использования технологии "Ракета"
Один из вариантов ракетной печи и больше информации (английский) по ссылке, рекомендуемый нами источник
Ракетная плита – используется для приготовления пищи, как на обычной плите в кастрюле или на сковороде.
Ракетная печь – используется для выпекания или приготовления пищи; печи могут быть разными по форме. Если, например, вы чаще готовите пироги – более низкая форма подойдет лучше. Преимущества ракетной печи по сравнению с другими дровяными печами более подробно описаны далее.
Ракетная теплонакопительная печь – используется как для нагрева самой конструкций и пространства, так и для приготовления пищи. Такая печь весьма эффективна и может использовать в 5-10 раз меньше древесины по сравнению с традиционными каминами или печами.
Ракетный водонагреватель – используется для нагрева воды, подключенной, например, к радиаторам, душевой кабине или бойлеру. Этот метод требует более сложных металлоконструкций, чем другие решения, и будет объяснен более подробно ниже.
Ракетная печь – используется для выпекания или приготовления пищи; печи могут быть разными по форме. Если, например, вы чаще готовите пироги – более низкая форма подойдет лучше. Преимущества ракетной печи по сравнению с другими дровяными печами более подробно описаны далее.
Ракетная теплонакопительная печь – используется как для нагрева самой конструкций и пространства, так и для приготовления пищи. Такая печь весьма эффективна и может использовать в 5-10 раз меньше древесины по сравнению с традиционными каминами или печами.
Ракетный водонагреватель – используется для нагрева воды, подключенной, например, к радиаторам, душевой кабине или бойлеру. Этот метод требует более сложных металлоконструкций, чем другие решения, и будет объяснен более подробно ниже.
5
Ресурсы в Пермакультуре
Топливо для «Ракет» поможет людям жить в балансе с местным лесным фондом
Привычные нам поленья для традиционных дровяных печей – не лучшее топливо для ракетных печей. Необходимое им горючее должно иметь наибольшую общую площадь поверхности, например: более мелко нарезанная древесина, пеллеты из опилок, сухие ветки, веточки или шишки.
Три принципа Пермакультуры на примере "Ракеты":
Забота о людях
Забота о людях
Сухие ветки, кустарники, небольшие деревья или шишки можно довольно легко собрать вручную в близлежащих лесах*. Для этого не потребуется дорогая спецтехника, как правило, работающая на нефтяном топливе и необходимая для вырубки и транспортировки «нормальных» дров. По сравнению с ними это горючее экономит время и труд, необходимый для обработки и рубки. Поскольку «ракеты» более энергоемкие и зачастую нуждаются в гораздо меньшем количестве дров, чем традиционные обогревательные системы, это также экономит дополнительное время и затраты, которые обычно связаны с топливом для дровяных печей.
*в соответствии с Законодательством РФ
*в соответствии с Законодательством РФ
Расход дров обычной печи_______Расход дров "Ракеты"
Забота о земле
Очистка части подлеска (небольшие кусты и деревья, которые в противном случае сражаются за существование с окружающими более крупными деревьями) в лесу, как правило, помогает единожды засаженным лесам быть более здоровыми и иметь лучшие условия для роста и хранения углерода*. Так как на почве освобождается больше места — это облегчает рост ягод и грибов и возможность свободного прохода для собирателей. В соответствии с принципами Пермакультуры — это пример заботы и о Земле, и о людях.
*в соответствии с Законодательством РФ
*в соответствии с Законодательством РФ
Делить справедливо
При сборе материалов из леса важно не выносить всё из какого-то конкретного участка, а оставлять часть, которая останется на поверхности почвы как перегной*. Это обеспечивает естественную среду обитания и питательные вещества в экосистемах для растений, животных и насекомых. В Пермакультуре важно использовать природные ресурсы с умеренностью, а не просто забирать то, что нужно на данный момент для нас, людей. Важно думать о балансе для всей живой системе в долгосрочной перспективе. Это пример принципа справедливого разделения.
*в соответствии с Законодательством РФ
*в соответствии с Законодательством РФ
Ракетная плита
На фотографии изображен процесс стройки ракетной плиты в Уральском регионе. Конструкция сделана из огнеупорного кирпича и крайне необходимого изоляционного слоя, нанесенного снаружи. В данном случае он сделан из глины, песка и большого количества соломы. Воздух, попавший внутрь соломы, обеспечивает изоляционный эффект.
Ракетная печь
Ракетная печь быстра в растопке, и вы можете нормально начать выпекать уже через 10−15 минут. Вы также можете подкинуть дров без необходимости вынимать еду, что обычно необходимо в традиционных дровяных печах.
Ракетная теплонакопительная печь
Ракетная теплонакопительная печь получила свое название из-за того, что тепло накапливается в так называемой тепловой массе. Помещение начинает нагреваться от бочки уже через 10 минут, а затем оно продолжает отдавать тепло в течение 10 часов, поскольку масса (часто сделанная из камня и глины) функционирует как батарея и медленно высвобождает тепло. Дымоход можно проложить через место для сидения, спальное месте или в стене. Воздух на выходе будет только около 100 °C, в сравнении с традиционными дровяными печами, где он гораздо горячее. Таким образом, больше тепла распространится по пространству, которое мы хотим нагреть, вместо того, чтобы выпускать его во внешнюю среду.
На снимке показана ракетная теплонакопительная печь в процессе стройки в Уральском регионе. На данную конструкцию будет добавлено больше теплопроводной массы вокруг металлической бочки, а также построено сиденье там, где дымоход выходит из «Ракеты». Этот образец был сделан в течении образовательного проекта и был помещен снаружи, для удобства доступа на летней кухне, но как правило ракетная теплонакопительная печь используется только для внутреннего отопления.
Ракетный водонагреватель
Ферма Зайтуна с Джеффом Лоутоном, стоящим рядом с ракетным водонагревателем. Ссылка на источник
Возможно, потребуется дополнительная информация из других источников, чтобы дать полное представление о том, как построить их как можно лучше, но мы надеемся, что любопытство поможет вам узнать больше самостоятельно. Существует множество различных способов воплотить индивидуальные решения, основанные на потребностях, которые вы или ваше сообщество может иметь. Мы рекомендуем проявить творчество и найти способ, который лучше всего подходит вам.
6
Биогаз из "отходов"
Биогаз – производство органического удобрения и энергии без ископаемых источников из "отходов"
Мы, люди, порой не осознаем различные природные процессы, происходящие вокруг нас, пока не столкнемся с их прямым разъяснением. Далее мы расскажем о некоторых из них и о том, как с их учетом можно адаптировать современные системы, чтобы они приносили пользу людям, системе, в которую они включены, а также окружающей среде.
Пищевые отходы в нашем устройстве мира
Люди, как и большинство других живых существ на этой планете, чтобы выжить, постоянно нуждаются в пище, а многие из нас имеют привилегию питаться несколько раз в день. Однако большая часть продуктов питания, производимых фермами, промышленными предприятиями, домашними хозяйствами и ресторанами, остается несъеденной. Вместо этого она отправляется на свалки, становясь большой проблемой, а не ценным ресурсом. Эти отходы складываются из остатков с наших тарелок, того, что остается от подготовки или приготовления пищи, а также продуктов и ингредиентов, которые испортились в продуктовых магазинах или по пути туда, даже не попав на кухню или в ресторан. Когда эта органика смешивается с другими видами отходов и мусора в одну большую кучу в почве или на её поверхности, мы фактически хороним имеющиеся у нас ресурсы.
Одним из разумных способов решения этой проблемы, как на уровне бытового хозяйства или сообщества, так и на уровне общества в целом, является отделение органических материалов от неорганического мусора, организованный сбор и помещение их в так называемый «биогазовый реактор». Важно также отметить, что в такой биогазовый утилизатор можно загружать не только пищевые отходы, но и другой органический материал, например, навоз.
Одним из разумных способов решения этой проблемы, как на уровне бытового хозяйства или сообщества, так и на уровне общества в целом, является отделение органических материалов от неорганического мусора, организованный сбор и помещение их в так называемый «биогазовый реактор». Важно также отметить, что в такой биогазовый утилизатор можно загружать не только пищевые отходы, но и другой органический материал, например, навоз.
Процесс
Органические материалы в биогазовом реакторе «съедаются «крошечными микробами в анаэробной среде — это состояние, когда система закрыта от доступа кислорода, как правило, под водой или другими жидкостями. Перед тем, как материал попадает в котел, его превращают в жидкое пюре (смузи), чтобы облегчить к нему доступ микробам.
Субстрат
Этот смузи называют «субстратом», и так же называется и то, что выходит из реактора в виде очень ценного и эффективного удобрения, которое используется для выращивания новых продуктов питания в различных системах сельского хозяйства. Таким образом, фермерам не обязательно использовать удобрения на основе нефтепродуктов, что благоприятно не только для окружающей среды, но и для местной экономики. Субстрат, полученный из биогазового реактора, является основной причиной выбора такой технологии, а биогаз рассматривается как удачный побочный продукт. Когда любая биомасса проходит процесс ферментации, составляющие её питательные вещества эффективнее превращают почву в плодородную.
Когда микробы начинают поедать субстрат, они разрушают его структуру на еще более мелкие кусочки, а также производят газы: в основном метан (CH4), углекислый газ (CO2) и небольшое количество сероводорода (H2S). Газ, произведенный из органических «отходов», называется биогазовым сырьём (неочищенным или нерафинированным) с 60−70% содержанием метана. Такой биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовой плитке или для отопления домов через специальные приспособления, позволяющие использовать газовый баллон с низким содержания метана. Более серьезное промышленное оборудование позволяет использовать неочищенный биогаз в качестве топлива для автомобилей, автобусов или других транспортных средств. Это практикуется уже во многих развитых странах путем сбора органических «отходов «у домашних хозяйств или промышленных предприятий.
Когда микробы начинают поедать субстрат, они разрушают его структуру на еще более мелкие кусочки, а также производят газы: в основном метан (CH4), углекислый газ (CO2) и небольшое количество сероводорода (H2S). Газ, произведенный из органических «отходов», называется биогазовым сырьём (неочищенным или нерафинированным) с 60−70% содержанием метана. Такой биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовой плитке или для отопления домов через специальные приспособления, позволяющие использовать газовый баллон с низким содержания метана. Более серьезное промышленное оборудование позволяет использовать неочищенный биогаз в качестве топлива для автомобилей, автобусов или других транспортных средств. Это практикуется уже во многих развитых странах путем сбора органических «отходов «у домашних хозяйств или промышленных предприятий.
Пример биогазового реактора
Модель: Puxin, не содержит движущихся частей
Размер: 10 м3 Maximum capacity at 38°C: 200 liter biomass/day = 10 m3 raw biogas (55-65% methane)
Максимальная производительность при 38°C: 200 литров биомассы в сутки = 10 м3 сырого биогаза (55-65% метана)
Размер: 10 м3 Maximum capacity at 38°C: 200 liter biomass/day = 10 m3 raw biogas (55-65% methane)
Максимальная производительность при 38°C: 200 литров биомассы в сутки = 10 м3 сырого биогаза (55-65% метана)
Условия для реактора
Реактор необходимо содержать в тепле. Сложность производства биогаза в более холодных климатических условиях заключается в том, что микробы в этом анаэробном процессе не создают никакого тепла сами по себе. Они наиболее продуктивны, если температура составляет около 38 — 40 °C. Таким образом, нужна эффективная система отопления и хорошая изоляция для поддержания высокого уровня производительности биогаза.
Биогазовый реактор под геодезическим куполом в экопоселении Suderbyn
Некоторые варианты считаются более рациональными, особенно те, которые улучшают состояние почвы, — это древесный уголь и теплые компостные системы, такие как JeanPain/Biomeiler. Они представлены будут представлены далее.
7
Климат и биоуголь
Изменение климата и парниковые газы – как это влияет на нас?
МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата, www.ipcc.ch) сообщают в своих многочисленных докладах начиная с 1990 года о том, что глобальный климат претерпевает стремительные изменения, которые, по всей видимости, зависят не только от природных процессов. Эксперты также докладывают, что деятельность человека непосредственно оказывает значительное влияние на эти изменения, что называется антропогенным воздействием. Мировые климатологи практически на 100% едины в предположении, что увеличение выбросов парниковых газов является главным фактором, способствующим повышению глобальной температуры. Некоторые люди могут подумать, что несколько градусов тепла на самом деле звучит не так уж плохо, особенно если рассматривать зоны более холодного климата. Но потепление, подобное тому, которое мы наблюдаем сейчас, вероятно, имеет катастрофические последствия для биосферы и экосистем, поддерживающих в ней жизнь.
Не несемся ли мы туда, куда на самом деле не хотим попасть?
Согласно некоторым научным теориям, мир находится в постоянном изменении, и изменение климата — ни что иное, как естественная часть долгосрочного цикла перехода от вечной мерзлоты к более теплоту климату.
Однако то, что происходит в современном обществе, как полагают, увеличивает этот естественный процесс разогрева как минимум в 100 раз. Это как если бы мы все вместе ехали на велосипедах по ровной дороге с попутным ветром, медленно толкающим нас вперед, и вместо того, чтобы продолжать этот медленный темп, мы взяли бы спортивные мотоциклы и разогнались на полную. Мы могли бы двигаться в том же направлении и раньше, но на мотоцикле, двигающемся со скоростью 300 км/ч, мы доберемся туда гораздо быстрее, а риск увеличивается. Тормоза у этого мотоцикла всё ещё работают, но чем быстрее мы разгоняемся и чем больше времени нам потребуется, чтобы снизить скорость и вернуться на велосипед, тем меньше вероятность того, что мы избежим аварии.
Однако то, что происходит в современном обществе, как полагают, увеличивает этот естественный процесс разогрева как минимум в 100 раз. Это как если бы мы все вместе ехали на велосипедах по ровной дороге с попутным ветром, медленно толкающим нас вперед, и вместо того, чтобы продолжать этот медленный темп, мы взяли бы спортивные мотоциклы и разогнались на полную. Мы могли бы двигаться в том же направлении и раньше, но на мотоцикле, двигающемся со скоростью 300 км/ч, мы доберемся туда гораздо быстрее, а риск увеличивается. Тормоза у этого мотоцикла всё ещё работают, но чем быстрее мы разгоняемся и чем больше времени нам потребуется, чтобы снизить скорость и вернуться на велосипед, тем меньше вероятность того, что мы избежим аварии.
Считается, что постоянно увеличивающийся выброс парниковых газов положительно коррелирует с ростом численности населения, что особенно актуально после первой промышленной революции 1800-х годов — в основном из-за перехода на использование ископаемого топлива. Парниковые газы состоят из углекислого газа (СО2), метана (CH4), испарений воды (Н2О), оксида азота (Н2О), озона (О3) и прочего. Выбросы их в атмосферу приводят к нарушению круговорота воды на планете, вместе с общим повышением температуры это ведет к нестабильности климата, то есть всё более и более экстремальным погодным условиям. Это, вероятнее всего, приведет к удлинению и потеплению летних периодов, связанных с большим количеством осадков и ограничением клеточного роста растений, а также к смещению времён года и холоду в те периоды, которые раньше проходили без заморозков. Результаты исследований в рамках проекта «Климат» подтверждают серьезные последствия этих изменений на биотоп, которые могут привести к сокращению источников производства продовольствия для людей и других экосистем.
Одним из материалов, увеличивающих способность почвы удерживать влагу и питательные вещества, тем самым улучшая её плодородность является биоуголь. Также он захватывает и хранит углерод, не добавляя к повышению глобальной температуры. Мы познакомим вас с ним и с тем, почему он является ключевым фактором планирования более устойчивых систем завтрашнего дня.
Одним из материалов, увеличивающих способность почвы удерживать влагу и питательные вещества, тем самым улучшая её плодородность является биоуголь. Также он захватывает и хранит углерод, не добавляя к повышению глобальной температуры. Мы познакомим вас с ним и с тем, почему он является ключевым фактором планирования более устойчивых систем завтрашнего дня.
Биоуголь – удобрение почвы при одновременном получении тепла, захвате углерода и адаптации к изменяющемуся климату
Биоуголь – это название биомассы, предпочтительно взятой из "отходов" различных отраслей промышленности или структур общества, которая превращается в уголь и помещается в почву, где она хранится в течение сотен или тысяч лет. Этот уголь сначала загружается питательными веществами из, например, биогазового субстрата, для принесения пользы растениям в различных системах сельского хозяйства.
Можно указать на следующие полезные свойства биоугля в использовании его для улучшения плодородного слоя почвы:
Можно указать на следующие полезные свойства биоугля в использовании его для улучшения плодородного слоя почвы:
- Повышает способность почвы удерживать влагу, что дает ей доступ к корням растений
- Действует как накопитель питательных веществ, удержанных до того, как уголь помещается в почву
- Действует как "гостиница" для микробов, ценных для микроклимата почвы
- Будучи применяемым в крупных гранулах, размером более 10 мм, биоуголь помогает сохранять почву рыхлой, что упрощает доступ корней к более обильным источникам питательных веществ и воды на глубоких уровнях почвы. Это также упрощает работу с почвой, как для вспахивания почвы, так и для практик земледелия без вспахивания почвы. В свою очередь, это позволяет использовать меньше топлива для тяжёлой техники
- Действует как "резервуар углерода", накапливая атмосферный углерод и в больших масштабах способствует снижению растущих глобальных температур.
Обычный биодизель, водоросли или биоуголь – сравнение экономической эффективности. Ссылка на источник
Как?
Биоуголь производится посредством процесса пиролиза, представляемый собой процесс горения в бескислородной среде. Его изготовление должно производиться в первую очередь, когда есть потребность в тепле для домашних хозяйств, либо в промышленных процессах.
Для осуществления процесса пиролиза в сгорающих дровах требуется примерно 30% объема производимого угля. Температура, которая является нормальной для биоуглевого-пиролиза — в диапазоне 350−600°C. Уровень температуры и количество времени для процесса пиролиза будут влиять на уровень рН готового угля и его микро/макроструктуры, в зависимости от типа исходного сырья. Тонкая структура угля является важнейшим фактором для его способности удерживать воду, питательные вещества и микробов. Поэтому понимание того, как это изменяется в зависимости от процесса пиролиза важно для контролироля результата.
Различные типы почв имеют различные потребности, и поскольку использование древесного угля возобновилось недавно, необходимы дополнительные исследования и понимание его преимуществ и недостатков.
Для осуществления процесса пиролиза в сгорающих дровах требуется примерно 30% объема производимого угля. Температура, которая является нормальной для биоуглевого-пиролиза — в диапазоне 350−600°C. Уровень температуры и количество времени для процесса пиролиза будут влиять на уровень рН готового угля и его микро/макроструктуры, в зависимости от типа исходного сырья. Тонкая структура угля является важнейшим фактором для его способности удерживать воду, питательные вещества и микробов. Поэтому понимание того, как это изменяется в зависимости от процесса пиролиза важно для контролироля результата.
Различные типы почв имеют различные потребности, и поскольку использование древесного угля возобновилось недавно, необходимы дополнительные исследования и понимание его преимуществ и недостатков.
Производство биоугля и древесного угля
Существует целый ряд различных способов создания древесного угля: от мелкомасштабных, в которых контейнеры ставятся в топку, до установок индустриального масштаба, работающих как источник тепла и электричества. Важно помнить о термодинамике и попытаться создать рациональный вариант, так как традиционно, уголь производился в выкопанных в земле ямах, но это ведёт к выделению и накоплению парниковых газов в атмосфере.
На изображении показана установка промышленного масштаба производства древесного угля от немецкого производителя PYREG. В настоящее время есть несколько производителей, предлагающих различные технические решения. Эти решения требуют вложений и должны функционировать в системе с другими технологиями, в которых источником биомассы в основном являются отходы, а производство основано на потребности в отоплении.
Выше показан простой тип производства древесного угля, который может быть сделан довольно легко и дешево. Эта версия называется TLUD и имеет камеру вторичного дожига, или печную трубу, создающую бездымные отходящие газы без загрязнения окружающего воздуха. Для долговременной эксплуатации труба должна быть сделана из нержавеющей стали, поскольку в противном случае металл быстро станет ломким. В изолированной конструкции процесс пиролиза происходит эффективнее и требует меньшей древесины для прогорания. На указанном примере резервуар для воды расположен над дымоходом и соединяется с резервуаром для хранения теплой воды или системой отопления.
Ниже изображены примеры различных размеров древесного угля в зависимости от типа сырья. Чайная ложка био-активного угля содержит площадь поверхности, сравнимую с футбольным полем, поэтому он является таким хорошим хранилищем питательных веществ, микробов и воды. Как объяснялось ранее, в зависимости от процесса пиролиза структура может изменяться.
Ниже изображены примеры различных размеров древесного угля в зависимости от типа сырья. Чайная ложка био-активного угля содержит площадь поверхности, сравнимую с футбольным полем, поэтому он является таким хорошим хранилищем питательных веществ, микробов и воды. Как объяснялось ранее, в зависимости от процесса пиролиза структура может изменяться.
При обращении с древесным углем важно быть осторожным – не вдыхать пепел или пыль, так как это вредит дыхательной системе. Также очень важно сначала активировать, то есть загрузить питательными веществами уголь перед закладыванием в почву. Если этого не сделать – уголь впитывает все питательные вещества и влагу из окружающей почвы, что дает противоположный эффект в течение первых лет, прежде чем почва сбалансируется. Также важно понимать, что биоуголь подходит не для всех видов почв.
Находясь в почве с низким уровнем рН биоуголь увеличивает его, но в почве с высоким рН - щелочной - не принесёт никакой пользы. Иногда может даже навредить балансу. Как было сказано ранее, следует многое изучить, прежде чем пробовать данную технологию. Но, применённый с осторожностью, биоуголь дает очень высокие результаты по урожайности и способствует восстановлению почвы. Сочетание биогаза и биоугля также является перспективным, и в настоящее время проводятся исследования, чтобы понять возможный эффект. Если добавить в биогазовый варочный котёл немного угля, то производство и содержание метана увеличится на несколько процентов, и смесь биогаза-субстрата с углем может дать интересные результаты в отношении магния, аммиака и нитратов, а тепло от пиролиза может быть использовано, например, для нагрева варочного котла в системе водяного отопления с накоплением тепла.
Находясь в почве с низким уровнем рН биоуголь увеличивает его, но в почве с высоким рН - щелочной - не принесёт никакой пользы. Иногда может даже навредить балансу. Как было сказано ранее, следует многое изучить, прежде чем пробовать данную технологию. Но, применённый с осторожностью, биоуголь дает очень высокие результаты по урожайности и способствует восстановлению почвы. Сочетание биогаза и биоугля также является перспективным, и в настоящее время проводятся исследования, чтобы понять возможный эффект. Если добавить в биогазовый варочный котёл немного угля, то производство и содержание метана увеличится на несколько процентов, и смесь биогаза-субстрата с углем может дать интересные результаты в отношении магния, аммиака и нитратов, а тепло от пиролиза может быть использовано, например, для нагрева варочного котла в системе водяного отопления с накоплением тепла.
8
Почва и тепло
Jean Pain или Biomeiler - создание нового грунта из древесины с выделение тепловой энергии
Еще одно решение, которое можно было бы использовать для получения тепловой энергии от естественных процессов, — это сочетание особого вида компоста с тепловым испарителем. Этот метод часто называют Jean Pain или Biomeiler, и основная его идея заключается в том, что правильное сочетание древесной щепы, конского навоза и воды может дать постоянное тепло в течение длительного времени. Этот состав может быть использован как грунт для производства продуктов питания и сельского хозяйства. Также существуют рецепты без использования навоза.
Размер: 30+ м3
- Свежая и влажная древесная щепа из отходов: 65-80%, < 4см
- Конский навоз без антибиотиков: 10-15%
- Вода: 1 м3 / 5 м3
- Опилки: 0-15%
- водопроводный шланг: 100+ м
Когда микробы конского навоза смешиваются со свежей, влажной древесной щепой (максимум 1−2 недели) и опилками (могут быть хороши для некоторых смесей), они начинают питаться биомассой, и, при хорошем доступе к воде и воздуху, в течение 9−15 месяцев создают новую почву/гумус. Пока это происходит, микробы также производят тепло. Если в середину конструкции поместить длинный шланг с циркулирующей водой, которая может варьироваться от 30 м³ до 150/300 м3. Из данной системы можно получить тепло для различных целей, например, для обогрева дома или биогазового реактора. Эта конструкция действует как теплообменник. Она не только забирает тепло, но и помогает охладить компост, предотвращая его перегрев и высыхание что остановит все процессы. Такие системы работают до 18 месяцев, обеспечивая теплую воду температурой от 50 до 65 ° C. Некоторые выдавали температуру 65−70°C, но качество перегноя сильно ухудшалось и смысл в использовании такого компоста пропадал. Оптимальная максимальная температура для гумуса и компоста хорошего качества обычно составляет около 55 °C.
JP компост в экопоселении Suderbyn
Есть ряд существенных деталей, необходимых чтобы понять как предложенные решения могут работать благополучно: микробы должны получать сбалансированное «питание» (не сопротивляющиеся гниению щепки — не старые, крупные и сухие), достаточную смесь кислорода и воды. Важным элементом может быть вентиляционная система внизу компоста, а иногда и изоляция если окружающий климат очень холодный и ветреный (особенно если компостная система меньше 50 — 60 м3). В зависимости от регламента использования навоза в конкретных условиях, низ и стороны Jean Pain компоста могут быть также покрыты пластиковым полотном, чтобы предотвратить утечки концентрированной питательной жидкости в подземные воды, и тем самым их загрязнения. Предлагаемая система требует дальнейшего исследования и понимания в локальных условиях, чтобы достичь ее оптимального применения.
