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如何打造自我循环的小世界?

我们使用资源的方式往往很粗暴:先开采,再把资源做成生命周期很短的产品,然后丢弃。但大自然的法则却不是这样的:生态系统中每一种生物的废弃物,都会转变成另外一种生物的营养来源,丝毫没有浪费。模仿生态系统封闭的循环模式,能够让我们的建筑功能变得更加强大,更加贴近自然,与自然更好地融为一体。

从纸板到鱼子酱

素以植物大黄和橄榄球队闻名的威克菲尔德市,即将成为英国第一个出产鱼子酱的地方。

里海鲟鱼是鱼子酱的主要来源,曾被渔业和偷猎者一度逼至商业性灭绝的边缘。现在,来自英格兰约克郡的环境组织正积极饲养鲟鱼,试图通过一系列简单的过程来实现从纸板到鱼子酱的转化。

因为威克菲尔德市有许多家商店和餐厅,所以这里有大量可以利用的废纸板。组织者先从餐厅收集废纸板,然后将它们碾碎,卖给马术中心用作马匹的垫草。等这些草脏了,他们再负责去回收,接着用这些脏的垫草来培育蠕虫。这样就可以繁殖出许多蠕虫,拿这些蠕虫作为饲料来喂食西伯利亚鲟鱼。鲟鱼生产鱼子酱,鱼子酱再卖回餐厅。

这是一个典型的刻意模仿生态系统的封闭性循环项目。每种废料在项目中都拥有自己的价值,就像自然生态系统中有价值的生物一样。随着时间的积累,生态系统的运行模式能够增加生物多样性、提高生物适应性,从而创造更多的可能性,创造出更多的价值。

现代城市的垃圾越来越多,处理它们是令人头疼的事情。如果每座城市能像“从纸板到鱼子酱”项目一样,适当借鉴自然系统的模式,善加利用,就可以变废为宝,将大问题转变成一种大机遇。

“莫比乌斯”项目就是这样一个类似的尝试。在这个项目中,许多活动都集中在一个温室里完成。一个活动产生的废弃物又是另一个活动的原料:温室餐厅可分解的废弃物经无氧罐处理后,变成热力和电力重新供给餐厅;污水经过污水处理系统之后,变成干净水输入养鱼池;餐厅的厨余可投入养鱼池作饲料;咖啡厅里不要的咖啡渣可以收集起来作为培植蘑菇的养料;而养鱼池的鱼和咖啡渣培植的蘑菇又可供餐厅进行售卖。

雾姥甲虫和海水温室

纳米比亚的雾姥甲虫是沙漠的生物奇迹。尽管沙漠气候非常恶劣,但是它们凭借一套独特的收集淡水的方法,仍然能够顽强地生存下来。

在夜晚,当繁星照亮沙漠的天空时,雾姥甲虫会慢慢爬向沙丘顶端,它那粗糙的黑色外壳会向外散发出一点儿热量,但外壳整体温度仍略低于外界环境的温度。接下来,就是等待。当海上潮湿的微风从沙漠上空拂过,水蒸气便会变成小小的水滴,凝结在它漆黑的外壳上。日出前,雾姥甲虫只要把身体稍微抬高,收集到的水就会顺势流入嘴里。

科学家发现,雾姥甲虫外壳的微结构能够使水的聚集过程变得更加有效。仔细观察这类甲虫的外壳,他们注意到上面有许多小的具有亲水性的突起物,可以牢牢地吸住水气。突起物的亲水特性能够使得它们在捕获水分子后,特别容易形成细密的小水珠。数个突起物上有数个小水珠。而且,在每个突起物之间还有像蜡一样的疏水沟槽,帮助每颗小水珠无损地汇聚在一起,流入目的地。因此,即使空气中只含有极少量的水分,也会有几颗小水珠可以顺着沟槽而下滚入甲虫的嘴中。这种高效的集水结构将有限资源的使用率发挥到了极致。

雾姥甲虫惊人的适应能力与人类未来息息相关,因为沙漠蓄水问题,或者说沙漠有限资源的利用,正是我们未来几年,或几十年需要面对并解决的问题。

聪明的建筑师将雾姥甲虫的智慧应用到了干旱沿海地区的温室设计中。

海水温室被内置了蒸发器。蒸发器中流动着海水,风吹过时就可以带走蒸发出来的湿气,这些湿气通过冷却,在温室后方能够收集到大量淡水。这个过程和雾姥甲虫收集淡水的过程类似。温室里的环境也因此变得格外凉爽和潮湿,很适合需水不多的植物生长。因为有足够的淡水来滋润,所以海水温室里的植物长得郁郁葱葱。

这种“雾姥式”海水温室收集淡水的效果非常好,以至于获取的淡水量远远超出室内植物所需要的,就连温室旁的沙漠种子也沾了光,重新焕发出勃勃生机。建筑师很快发现了这一点,他们开始利用额外收集的淡水资源对温室周围的环境进行改造,使海水温室成为了干旱地区里的一片绿洲。

太阳能技术与人类未来

模拟自然界中的生物和生态系统,想办法将不同技术融合在一起,可以实现人类和自然的共赢。比如,将太阳能技术和海水温室技术结合,就可以达到更好地改善沙漠环境的效果。集这两种技术于一身的撒哈拉造林工程是人造生态系统的典范:太阳能产生的热能用来蒸发大量的海水;海水温室生成的淡水可以灌溉绿色植物;太阳能大面积的反光镜下面,是凉爽的遮阴地,可以播种更多的作物。这就是撒哈拉造林工程的生态系统规划。

现在,偏爱向自然学习的建筑师正在撒哈拉沙漠的迎风处,建造大规模的海水温室和太阳能发电厂。这里,不仅可以收获电力、淡水和作物,还能获取盐类和金属。因为蒸馏海水的过程中,不同的物质在不同阶段会析出不同的晶体。

蒸馏海水最先析出的是碳酸钙,它们像结痂一样凝结在蒸发架上。等到碳酸钙厚到一定程度,温室的工人们会将它们取下来做成轻量级的砖块。碳酸钙中的碳源自大气中的二氧化碳,是从空中“跌落”到海里的碳。

蒸馏海水得到的次级产物是氯化钠,食盐的主要成分。它们也可以像碳酸钙那样,被做成砖块。在正常的环境下,经人工处理过的盐砖是不会溶化的,只有在特别潮湿的环境下才会出现溶化的情况。而且,用盐砖制造的房子对人的身体健康有益。据统计,盐砖可以使每立方厘米的空气增加500~700个负离子,可以有效改善室内空气的质量。玻利维亚的盐巴酒店就是用类似的盐砖块堆砌而成的。

而除了碳酸钙和氯化钠,还有很多种化合物和金属都能从海水中分离或提炼出来,比如磷酸盐。这是可以优化沙质土壤的好肥料。只要技术允许,几乎化学元素周期表上的元素都可从海水里获得。但为了提高收益,建筑师会选择从海水里提炼出具有更高价值的元素,比如制造高性能电池所需要的锂。

原来,设立在阿拉伯海湾的海水淡化厂会排出大量废卤水,这使当地的生态系统面临崩溃。现在,新的生态系统设计可以使我们重新利用所有的废卤水。蒸馏它们得到盐类化合物,可以获取更大的收益。将不同技术结合,能把一个急迫的污染问题转变成一个发展良机。

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