LOW←TECH MAGAZINE Polski

Jak ponownie uczynić energię wiatrową zrównoważoną

Sun, 02 Jun 2019 00:00:00 +0000

Ilustracja: Eva Miquel dla Low-Tech Magazine

Przez ponad dwa tysiące lat budowano wiatraki wytwarzające energię mechaniczną, wykorzystując materiały nadających się do recyklingu lub wielokrotnego użytku: drewno, kamień, cegły, płótno, metal. Kiedy w latach osiemdziesiątych XIX wieku pojawiły się turbiny wiatrowe nowego typu - wytwarzające energię elektryczną - materiały konstrukcyjne nie zmieniły się. Dopiero po pojawienie się kompozytowych skrzydeł wiatraków w latach osiemdziesiątych XX wieku energia wiatrowa stała się źródłem toksycznych odpadów, które trafiają na wysypiska śmieci.

Nowe technologie produkcji drewna oraz nowe rozwiązanie konstrukcyjne pozwalają ponownie budować duże turbiny wiatrowe niemal całkowicie z drewna - nie tylko skrzydła, ale także resztę konstrukcji. Upowszechnienie tych technologii rozwiązałoby problem odpadów i uczyniłoby produkcję turbin wiatrowych w dużej mierze niezależną od wydobycia paliw kopalnych i surowców mineralnych. Las posadzony między turbinami wiatrowymi może zapewnić drewno do budowy nowych wiatraków, kiedy stare ulegną zużyciu.

Czy skrzydło turbiny jest przyjazne środowisku?

Turbiny wiatrowe są uważane za czyste i zrównoważone źródło energii. Chociaż rzeczywiście mogą wytwarzać energię elektryczną emitując mniej CO2 niż elektrownie spalające paliwa kopalne, produkują dużo odpadów. Ten fakt można łatwo przeoczyć, ponieważ około 90% masy dużej turbiny to stal, użyta to konstrukcji wieży. Złomowana wieża jest często poddawana recyklingowi, co wyjaśnia, dlaczego turbiny wiatrowe mają bardzo krótki czas zwrotu energii - stal z recyklingu może być wykorzystana do produkcji nowych części turbin wiatrowych, co znacznie obniża zużycie energii podczas procesu produkcyjnego. (“Czas zwrotu energii” jest to czas w którym urządzenie wytwarzające energię, wytworzy energię równą energii użytej do wyprodukowania urządzenia, przyp. tłum.).

Jednak skrzydła współczesnych turbin wiatrowych są wykonane z lekkich kompozytowych tworzyw sztucznych, które zajmują sporo przestrzeni i są niemożliwe do recyklingu. Chociaż masa skrzydeł jest niska w porównaniu z całkowitą masą turbiny wiatrowej, nie jest ona zaniedbywalna. Na przykład jedno 60-metrowej długości skrzydło z włókna szklanego waży 17 ton, co oznacza, że turbina wiatrowa o mocy 5 MW wytwarza ponad 50 ton odpadów z tworzyw sztucznych, pochodzących z samych tylko skrzydeł.

Skrzydło ze wzmocnionego włókna szklanego. Źródło: [Gurit](https://www.gurit.com/Our-Business/Industries--Markets/Wind).

Skrzydło wiatraka zazwyczaj składa się z połączenia żywicy epoksydowej - produktu rafinacji ropy naftowej - ze wzmocnieniami z włókna szklanego. Skrzydła zawierają również umieszczone w rdzeniu takie materiały jak pianka z polichlorku winylu, pianka z politereftalanu etylenu, drewno balsa (splecione we włókna i żywice epoksydowe) oraz powłoki poliuretanowe. ¹²³⁴

W przeciwieństwie do zawartej w wieży stali, plastikowe skrzydła nie mogą być poddane recyklingowi w celu wytworzenia nowych plastikowych skrzydeł. Zużyte materiały można jedynie poddać „downcycklingowi” (przetworzenie materiału na materiał niższej jakości przyp. tłum.), na przykład poprzez jego rozdrobnienie. Jednakże proces ten uszkadza włókna kompozytów i czyni je bezużytecznymi. Tak przetworzone skrzydło może jedynie posłużyć jako wypełniacz w produkcji cementu lub asfaltu. Opracowywane są inne metody przeróbki, jednak wszystkie napotykają na ten sam problem: nikt nie chce „przetworzonego” materiału. Pewna grupa architektów wykorzystała zużyte skrzydła do zrobienie ławek i placów zabaw, ale nie jest to rozwiązanie problemu kłopotliwych odpadów - nie możemy budować wszystkiego ze skrzydeł turbin wiatrowych.

Turbina wiatrowa o mocy 5 MW zawiera w samych skrzydłach ponad 50 ton tworzywa sztucznego, które nie nadaje się do recyklingu.

Ze względu na ograniczone możliwości recyklingu i ponownego wykorzystania skrzydła są one zwykle składowane na wysypiskach (w USA) lub spalane (w UE). To ostatnie podejście jest nie mniej niezrównoważone niż składowanie, ponieważ spalanie tylko częściowo zmniejsza objętość odpadów (60% produktów spalania to toksyczny popiół), a resztę przekształca w zanieczyszczenie powietrza. Ponadto, biorąc pod uwagę, że włókno szklane jest niepalne, wartość kaloryczna łopat jest tak niska, że można z nich uzyskać niewielką lub żadną energię. ¹²³⁴

Problem odpadów - 25 lat później

Większość z około 250 000 turbin wiatrowych działających obecnie na całym świecie zainstalowano mniej niż 25 lat temu. 25 lat to szacunkowa długość życia turbiny. Gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej w ciągu ostatnich dwóch dekad zostanie wkrótce odzwierciedlony, w opóźnionej w czasie, ale stale rosnącym i nieskończonym strumieniu odpadów.

W Europie udział zainstalowanych turbin wiatrowych starszych niż 15 lat wzrośnie z 12% w 2016 r. do 28% w 2020 r. W Niemczech, Hiszpanii i Danii ich udział wzrośnie do 41-57%. Tylko w 2020 r. te trzy kraje będą musiały zdeponować na składowiskach od 6 000 do 12 000 skrzydeł turbin wiatrowych. ⁵

Staroświeckie wiatraki miały żagle zrobione z materiałów całkowicie nadających się do recyklingu. Źródło: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Ilość składowanych na wysypiskach skrzydeł będzie nie tylko rosnąć ale również ich rozmiary będą się powiększać. Obecnie na świecie panuje trend budowy coraz większych wirników. Turbiny wiatrowe budowane 25 lat temu miały skrzydła o długości około 15-20 m, podczas gdy dzisiejsze łopaty osiągają długości 75-80 m lub więcej. ³ Szacunki oparte na aktualnych danych dotyczących wzrostu energii wiatrowej sugerują, że do 2028 r. na całym świecie odpady z materiałów kompozytowych ze skrzydeł turbin osiągną masę 330 000 ton rocznie i 418 000 ton rocznie do 2040 r. ¹

Gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej w ciągu ostatnich dwóch dekad zostanie wkrótce odzwierciedlony, w opóźnionym w czasie, ale stale rosnącym i nieskończonym strumieniu odpadów.

Są to ostrożne szacunki, ponieważ nie biorą pod uwagę licznie zgłaszanych awarii i wymiany uszkodzonych skrzydeł oraz ponieważ ciągły rozwój bardziej wydajnych skrzydeł o wyższych możliwościach generowania energii powoduje wymianę tych elementów na długo przed końcem ich żywotności. ¹ ⁶ Ponadto szacowana ilość odpadów wynika z liczby turbin wiatrowych zainstalowanych w latach 2005–2015, kiedy to energia wiatrowa zapewniała maksymalnie 4% światowego zapotrzebowania na energię. Gdyby wiatr, tak jak oczekuje się tego w krajach uprzemysłowionych, dostarczał 40% (obecnego) zapotrzebowania na energię, powstawałoby 3 do 4 milionów ton odpadów rocznie.

Skrzydło wiatraka na przestrzeni wieków

Kiedy przyjrzymy się historii energetyki wiatrowej, zobaczymy że tworzywa sztuczne nie były jej istotnym elementem. Wykorzystanie wiatru do mechanicznej produkcji energii sięga starożytności, a pierwsze wiatraki wytwarzające energię elektryczną - obecnie nazywane turbinami wiatrowymi - powstały w latach osiemdziesiątych XIX wieku. Skrzydła z włókna szklanego zaczęto produkować dopiero w latach osiemdziesiątych XX wieku. Przez około dwa tysiące lat wiatraki dowolnego rodzaju nadawały się w całości do recyklingu.

Pierwsze turbiny wiatrowe w Europie postawił w Danii Paul La Cour. Użył skrzydeł z drewnianych listew - tak jak w tradycyjnych wiatrakach. Zdjęcie: Paul La Cour Museum.

Staromodne wiatraki miały wieże zbudowane z drewna, kamienia lub cegły. Ich „skrzydła” lub „żagle” były zwykle wykonane z drewnianej ramy pokrytej płótnem lub deskami. W późniejszych wiekach części były coraz częściej wytwarzane z żelaza, materiału również nadającego się do recyklingu.

Kiedy w XVIII i XIX wieku wynaleziono nowe typy żagli (później w XX wieku opracowano żagle Dekkerized i Bilau), konstrukcja wiatraków uległa zmianie, ale materiały konstrukcyjne pozostały takie same (można wspomnieć również o ograniczonym użyciu aluminium w XX wieku, metalu, który można w całości poddać recyklingowi przyp. tłum). ⁷ Ponadto, w przeciwieństwie do współczesnych turbin wiatrowych, które wymagają regularnej wymiany w całości, staromodne wiatraki mogą przetrwać wiele dziesięcioleci, a nawet stuleci, dzięki regularnym naprawom i konserwacji.

Rzut oka na historię energetyki wiatrowej pokazuje, że plastik nie jest koniecznym materiałem.

Pierwsza turbina wiatrowa w USA, zbudowana przez Charlesa F. Brusha, miała żagiel o średnicy 17 m, złożony 144 cienkich łopatek wykonanych z drewna cedrowego. Pierwsza turbina wiatrowa w Europie, zbudowana przez Paula La Cour w Danii, miała cztery tradycyjne żagle z drewnianymi listwami o średnicy wirnika 22,8 m.

Projekt La Cour’a został szeroko skopiowany przez lokalne duńskie przedsiębiorstwa na terenie całego kraju, w wyniku czego tysiące turbin wiatrowych pracowało na duńskich farmach w latach 1900–1920. W pierwszej połowie XX wieku zbudowano dziesiątki eksperymentalnych turbin wiatrowych, w tym niektóre wyposażone w stalowe skrzydła, takie jak turbina wiatrowa Smith-Putnam z 1939 r. w USA. ⁸

Wirnik trójskrzydłowej turbiny Gedser usztywniony nadbudową z ramą powietrzną ze stalowych drutów.

W 1957 r. Johannes Juul - uczeń Paula La Cour - zbudował trójskrzydłową turbinę wiatrową Gedser. Wirnik o średnicy 24 m opierał się na nadbudowie z ramą powietrzną ze stalowych drutów, zapewniającą należytą sztywność wirnika i skrzydeł. Łopaty zostały zbudowane ze stalowych żerdzi obudowanych aluminiowymi płatami mocowanymi do drewnianych żeber.

Turbina Gedser była najbardziej udaną turbiną wiatrową, aż do połowy lat osiemdziesiątych. Pracowała przez 11 lat bez konserwacji, generując do 360 000 kWh rocznie. Pracę turbiny przerwała na wiele lat awaria łożyska wirnika. Usterka została naprawiona dopiero pod koniec lat siedemdziesiątych. Kiedy turbina znów zaczęła pracować okazało się, że działa sprawniej niż pierwsze turbiny wiatrowe ze skrzydłami z włókna szklanego. ⁸⁹

Rozmiar ma znaczenie

Pierwsza turbina wiatrowa ze skrzydłami z włókna szklanego została postawiona 1978 roku w Danii, gdzie zasilała budynek szkoły. Dzięki wirnikowi o średnicy 54 m turbina Tvind była w tym czasie największą turbiną wiatrową jaką kiedykolwiek zbudowano. Po 1980 roku skrzydła z włókna szklanego stały się standardem w Danii, a „duński model” został później skopiowany na cały świat. Wydaje się, że skrzydła z plastiku to nieodłączna cecha wiatraków. To stawia nas przed istotnym dylematem.

Przejście na skrzydła z włókna szklanego było spowodowane głównie chęcią budowy większych turbin wiatrowych. Większe turbiny wiatrowe obniżają koszt wytworzonej energii elektrycznej na kilowatogodzinę z dwóch powodów: siła wiatru rośnie wraz z wysokością, a podwojenie promienia wirnika zwiększa moc wyjściową turbiny czterokrotnie.

Odkąd zaczęto wprowadzać do konstrukcji włókno węglowe, wiatraki staja się coraz większe. Średnice wirników wzrosły z około 50 m latach dziewięćdziesiątych do 120 m latach dwutysięcznych. Największe współczesne morskie turbiny wiatrowe mają średnice wirników powyżej 160 m, a w Holandii budowana jest turbina o mocy 12 MW i średnicy wirnika 220 m. ³⁶¹⁰

Udoskonalone skrzydła wiatraka z lat czterdziestych XX w. zaprojektowane i zbudowane przez P. L. Fauel. Zdjęcie: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Jednak wraz ze wzrostem wielkości wzrasta również masa skrzydła wirnika, co wymaga użycia lżejszych materiałów. Jednocześnie większe skrzydła bardziej odchylają się pod naporem wiatru, tak że ich sztywność strukturalna ma coraz większe znaczenie dla utrzymania optymalnej wydajności aerodynamicznej i uniknięcia uderzenia skrzydła w wieże. Krótko mówiąc, większe turbiny wiatrowe z dłuższymi skrzydłami stawiają coraz wyższe wymagania wobec użytych materiałów, które to wymagania przewyższają możliwości materiałów nadających się do recyklingu. ¹¹¹² Turbiny wiatrowe stały się bardziej wydajne, ale także mniej zrównoważone.

Większe turbiny wiatrowe z dłuższymi skrzydłami stawiają coraz wyższe wymagania materiałowe.

Obecnie ten trend ilustruje rosnące wykorzystanie kompozytów wzmocnionych włóknem węglowym, które są jeszcze mocniejsze, sztywniejsze i lżejsze niż kompozyty wzmocnione włóknem szklanym. ¹¹ Zastosowanie włókna węglowego – które dodatkowo komplikuje możliwość recyklingu - stało się standardem w konstrukcji największych skrzydeł turbin wiatrowych, głównie w miejscach poddawanych dużym obciążeniom, takich jak: mocowania skrzydeł do piasty lub czop dźwigara. Wkroczyliśmy w nową erę, w której skrzydła są teraz tak wielkie, że nie mogą być wykonane z samych kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym.

Skrzydło wirnika wynaleziona na nowo.

Przemysł, który nazywa siebie zrównoważonym i odnawialnym, nie może co roku wysyłać milionów ton odpadów z tworzyw sztucznych na wysypiska. Czy możemy wrócić do budowania turbin wiatrowych wyłącznie z materiałów nadających się do recyklingu? Jak duże moglibyśmy je budować? W jakim stopniu można pogodzić wydajność i zrównoważony rozwój?

Udoskonalone skrzydła wiatraka z lat trzydziestych XX w. zaprojektowane przez Kurta Bilau. Wieża jest zbudowana z kamienia, a łopaty z drewna i aluminium. Zdjęcie: Frank (CC BY-SA 3.0).

Większość badań nad bardziej przyjaznymi środowisku skrzydłami turbin wiatrowych trzyma się kurczowo tworzywa sztucznego jako głównego materiału. Tworzywa termoplastyczne można stopić i ponownie wykorzystać, co umożliwia przetworzenie zużytych skrzydeł w nowe skrzydła, nawet na miejscu. Jednak ze względu na niższą wytrzymałość i sztywność materiałów termoplastycznych nie skonstruowano jeszcze z nich skrzydeł większych niż 9 m. ¹¹³

Innym kierunkiem badań są próby zastąpienie włókien szklanych włóknami drzewnymi lub lnianymi. Takie skrzydła mogą osiągać duże rozmiary, ale mają tylko niewielką przewagę w zakresie zrównoważonego rozwoju w porównaniu z łopatami z włókna szklanego i żywicy epoksydowej. ¹⁴¹⁵ Żywica epoksydowa na bazie ropy naftowej jest bardziej szkodliwa niż włókno szklane, a materiały kompozytowe wytwarzane z użyciem naturalnych włókien wymagają zastosowania większej ilość żywicy (część żywicy jest pochłaniana przez same włókna, co nie ma miejsca w przypadku włókna szklanego przyp. tłum) ¹⁶¹⁷¹²

Niektórzy inżynierowie i naukowcy zbaczają z utartych ścieżek rozwoju technicznego i wracają do bardziej tradycyjnych konstrukcji drewnianych. W przypadku małych turbin wiatrowych skrzydła można wyciąć z litego drewna. W przypadku większych turbin wiatrowych skrzydła mogą przybierać postać pustej w środku aerodynamicznej skorupy, przymocowanej do żebrowanej ramy, i podłużnic wspartych na belce zwanej dźwigarem – wszystkie elementy zbudowane z klejonych laminowanych desek, belek i paneli.

Drewno klejone warstwowo z fornirów

Drewno klejone warstwowo z fornirów – jest to materiał który powstaje poprzez zrywanie z drzewa z płatów drewna, a następnie sklejanie ich w cienkie warstwy. Materiał ten pojawił się w latach osiemdziesiątych XX wieku i posiada wyraźną przewagę nad litym drewnem. Struktura drewna może różnić się w obrębie jednego drzewa. Dlatego długość belki-dźwigara używanych w przedprzemysłowych wiatrakach była ograniczona dostępnością dużych pni drzew o równomiernej jakości. Największy tradycyjny drewniany wiatrak, jaki kiedykolwiek zbudowano - młyn Murphy z 1900 r. W San Francisco - miał średnicę wirnika 35 m.

Skrzydła patentowe z krawędziami Dekker'a, lata 40te XX w. Zdjęcie: Reboelje.

Proces licowania, w którym powstaje drewno laminowane, równomierniej rozkłada defekty drewna (takie jak sęki), dając lepsze i bardziej przewidywalne właściwości materiału. Pozwala to budować większe drewniane skrzydła. ¹² Laminaty drewniane pozwalają na znaczne obniżenie kosztów i masy w porównaniu z włóknem szklanym. Mimo że wytrzymałość i sztywność są niższe, większość obciążenia, które musi wytrzymać skrzydło, jest wynikiem jego ciężaru własnego. Z tego wynika, że drewniane skrzydło nie musi być tak wytrzymała jak skrzydło z włókna szklanego (ponieważ waży proporcjonalnie mniej) ¹² Niemniej jednak niska sztywność drewna utrudnia kontrolę ugięcia skrzydła w wirnikach o bardzo dużych rozmiarach.

W 2017 roku podczas testów turbiny wiatrowej o mocy 5 MW ze skrzydłami o długości 61,5 m przeprowadzonej w UMassAmherst w USA obliczono, że aby uzyskać wystarczającą sztywność i wytrzymałość, skrzydło wykonane z laminowanych paneli fornirowych musiałaby być o 2,8 razy cięższe niż skrzydło wykonane z tworzywa sztucznego (48 ton w porównaniu z 17 tonami) i musiałaby być skonstruowana z laminatu o grubości ponad 50 cm. ¹² Chociaż wynik testów sugeruje, że z technicznego punktu widzenia możliwe jest zbudowanie wiatraka z drewnianymi skrzydłami o długości większej niż 60 m, lecz nie jest to praktyczne rozwiązanie. Cięższe skrzydła wymagają znacznie solidniejszej konstrukcji turbiny, co pomnaża koszty i zużycie zasobów.

Są dwa sposoby rozwiązania problemu niskiej sztywności drewna. Pierwszym z nich jest konstruowanie skrzydeł wykonanych głównie z drewna klejonego warstwowo z fornirów wzmocnionego poprzeczkami z włókna węglowego pokrytych zewnętrzną warstwą włókna szklanego. We wcześniej wspomnianym teście stwierdzono, że takie hybrydowe skrzydła drewno-włókno węglowe są wystarczająco sztywne aby osiągnąć długość 61,5 m dla turbiny o mocy 5 MW i osiągają ciężar o 3 tony niższy niż skrzydła z włókna szklanego. ¹² Inne badania skrzydeł drewno-włókno węglowe o tej samej długości, uzyskały podobne wyniki (chociaż w drugim przypadku skrzydło drewno-włókno węglowe jest nieco cięższe niż skrzydło z tworzywa sztucznego). ¹⁴

Skrzydła wykonane z drewna wzmacnianego włóknem węglowym zawierają mniej elementów z tworzyw sztucznych, a jednocześnie elementy te nie są przeplecione z drewnem na całej długości skrzydła, ale są wyraźnie oddzielone od niego. Dzięki takiemu rozwiązaniu ponowne użycie lub spalanie zużytych skrzydeł staje się bardziej atrakcyjne. Jednak zgodnie z wyżej wspomnianymi badaniami tak skonstruowane skrzydło nadal zawiera 2,5 tony ¹⁴ do 6,2 ton ¹² kompozytów z tworzyw sztucznych, co oznacza, że trójskrzydłowa turbina wiatrowa o mocy 5 MW wytworzyłaby 7,5 do 18,4 ton odpadów nie nadających się do recyklingu (konwencjonalna turbina tej mocy produkuje do 50 ton odpadów nie nadających się do przetworzenia).

Mniejsze turbiny wiatrowe?

Szkody środowiskowe spowodowane przez odpady powstające przy złomowaniu skrzydeł hybrydowych można uznać za dopuszczalne w porównaniu z masę odpadów z konwencjonalnych skrzydeł. Jednak dalej nie rozwiązuje to problemu powstawania nienadających się do przetworzenia odpadów co przy dynamicznym wzroście produkcji energii wiatrowej nadal skutkuje rosnącym strumieniem plastiku.

Skrzydło z drewna klejonego warstwowo z fornirów wzmocnione włóknem węglowym. Źródło [^14]

Możemy jednak podejść do problemu zrównoważonego rozwoju w sposób bardziej ambitny i powrócić do budowy turbin wiatrowych wykonywanych w całości z drewna - nawet jeśli oznacza to, że będą one mniejsze. Istnieje również inny powód za tym, aby przestać skupiać się wyłącznie na wydajności turbin. Problem powstawania szkodliwych odpadów nie wynika jedynie z konstrukcji skrzydeł. Inne części turbin wiatrowych są również coraz częściej wykonywane z tworzyw sztucznych. Są to przede wszystkim przednia piasta (miejsce mocowania łopat) i pokrywa gondoli (obudowa, która chroni układ napędowy i urządzenia pomocnicze przed warunkami atmosferycznymi). ¹²³⁴

Dzisiejsze trendy w konstrukcji turbin stawiają na coraz większe zastosowanie elektroniki, która w większości nie nadaje się do recyklingu, oraz instalowanie generatorów z magnesami trwałymi opartymi na pierwiastkach ziem rzadkich, które oszczędzają koszty w porównaniu z mechanicznymi przekładniami, ale tylko kosztem niszczycielskiego wydobycia surowców. Większe turbiny wiatrowe zabijają także więcej ptaków i nietoperzy. ¹⁸

Poświęcając część wydajności, moglibyśmy wiele zyskać w kwestii ochrony środowiska.

Poświęcając część wydajności moglibyśmy wiele zyskać w kwestii ochrony środowiska. Zwolennicy energetyki wiatrowej mogą się z tym nie zgadzać, ponieważ spowodowałoby to, że energia wiatrowa byłaby mniej konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych.

Jednak wzrostowi cen energii wiatrowej zawsze można przeciwdziałać przez wzrost cen paliw kopalnych. Wysoce problematyczne jest to, że tanie paliwa kopalne służą nam za punktu odniesienia dla oceny rentowności energii wiatrowej. Turbiny wiatrowe stają się coraz bardziej szkodliwe dla środowiska przez dążenie do konkurowania z paliwami kopalnymi - a tym samym przez dążenie do zapewnienia energii dla zasilania naszego stylu życia opartego na węglu, ropie i gazie. Gdybyśmy zmniejszyli nasze zapotrzebowanie na energię, mniejsze i mniej wydajne turbiny wiatrowe nie stanowiłyby problemu.

Pierwsza turbina wiatrowa w USA, zbudowana przez Charles'a F. Brush'a, miała wirnik średnicy 17 metrów złożony z 144 cienkich cedrowych łopatek.

Jak duże moglibyśmy budować skrzydła turbin wiatrowych wykorzystując jedynie laminowany fornir? Na dzień dzisiejszy nie wiadomo. Zapytałem Rachel Koh, naukowczynię, która obliczyła wymagania dla w pełni drewnianej łopaty o długości 61,5 m, ale nie mogła mi pomóc: „Przeprowadziłam modelowanie jedynie dla skrzydeł turbiny o mocy 5 MW. Hipotetycznie możliwe byłoby przeprowadzenie kolejnego modelowania aby odpowiedzieć na Twoje pytanie, ale byłoby to poważne przedsięwzięcie”. Koh zauważa także, że możliwe jest dalsze zwiększenie sztywności laminatów drewnianych dzięki innowacjom w ich produkcji.

Las turbin wiatrowych

Niezależnie od tego, czy wybieramy duże skrzydła z drewna i włókna węglowego, czy mniejsze łopaty z samego drewna, w obu przypadkach możemy użyć drewna do wykonanie pozostałych elementów turbin. W 2012 r. niemiecka firma TimberTower zbudowała wieżę z klejonego warstwowo drewna o wysokości 100 m dla turbiny wiatrowej o mocy 1,5 MW. Może się wydawać, że nie ma potrzeby aby budować drewniane wieże turbin skoro są one konstruowane z materiałów doskonale nadających się do recyklingu (ze stali). Jednak turbina wiatrowa, której konstrukcja jest prawie całkowicie wykonana z drewna, oferuje dodatkowe korzyści.

Ilustracja Eva Miquel dla Low-Tech Magazine.

Użycie drewna może prawie całkowicie uniezależnić produkcję turbin wiatrowych od wydobycia surowców mineralnych i paliw kopalnych. Wykonanie części przekładni i podzespołów elektrycznych nadal potrzebowałoby pozyskania kopalin, jednak możliwe jest częściowe ominięcie tego problemu konstruując wiatraki wytwarzające bezpośrednio energię mechaniczną (takie konstrukcje nie wymagają użycia elektroniki, a niezbędne elementy metalowe można wykonać z przetworzonego złomu, przyp. tłum.). ¹⁹ Ponadto, drewniane turbiny wiatrowe mogą sekwestrować CO2, ponieważ drzewa przeznaczone na wiatraki pochłaniają dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy.

Ponadto, przestrzeń pomiędzy turbinami wiatrowymi na farmie wiatrowej, która nie nadaje się pod zabudowę, powinna zostać wykorzystana do hodowli lasu, który dostarczy drewno dla następnego pokolenia turbin wiatrowych. Drewno można piłować, przetwarzać i montować na miejscu, co eliminuje zużycie energii związane z transportem części turbin wiatrowych. Energia potrzebna do produkcji laminatów i budowy turbin mogłaby pochodzić z wiatraków, a także ze spalania biomasy leśnej. Drewniana turbina wiatrowa może stać się podręcznikowym przykładem gospodarki o obiegu zamkniętym.

Co z panelami słonecznymi?

W nadchodzącym artykule skupimy się na panelach fotowoltaicznych. Czy są one przyjazne środowisku i czy ich produkcja jest zrównoważona? Czy toksyczne i niezdatne do recyklingu odpady są nieodłącznie towarzyszą energii słonecznej z PV? Czy możemy budować panele słoneczne przy użyciu zrównoważonych materiałów? Jaki to będzie miało wpływ na cenę i wydajności energii słonecznej?

Ramirez-Tejeda, Katerin, David A. Turcotte, and Sarah Pike. “Unsustainable Wind Turbine Blade Disposal Practices in the United States: A Case for Policy Intervention and Technological Innovation.” NEW SOLUTIONS: A Journal of Environmental and Occupational Health Policy 26.4 (2017): 581-598. http://docs.wind-watch.org/ramireztejeda2016-bladedisposal.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Wilburn, David R. Wind energy in the United States and materials required for the land-based wind turbine industry from 2010 through 2030. US Department of the Interior, US Geological Survey, 2011. https://pubs.usgs.gov/sir/2011/5036/sir2011-5036.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Jensen, Jonas Pagh. “Evaluating the environmental impacts of recycling wind turbines.” Wind Energy 22.2 (2019): 316-326. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/we.2287 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Martínez, Eduardo, et al. “Life cycle assessment of a multi-megawatt wind turbine.” Renewable energy 34.3 (2009): 667-673. http://communityrenewables.org.au/wp-content/uploads/2013/02/Life-cycle-analysis-turbines_Renewable-Energy_2009.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Ziegler, Lisa, et al. “Lifetime extension of onshore wind turbines: A review covering Germany, Spain, Denmark, and the UK.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 82 (2018): 1261-1271. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117313503 ↩︎
Lefeuvre, Anaële, et al. “Anticipating in-use stocks of carbon fiber reinforced polymers and related waste flows generated by the commercial aeronautical sector until 2050.” Resources, Conservation and Recycling 125 (2017): 264-272. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921344917301775 ↩︎ ↩︎
De Decker, Kris. “Wind powered factories: history (and future) of industrial windmills.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2009). here ↩︎
The Rise of Modern Wind Energy: Wind Power for the World. Pan Stanford Publishing, 2013. https://www.crcpress.com/Wind-Power-for-the-World-The-Rise-of-Modern-Wind-Energy/Maegaard-Krenz-Palz/p/book/9789814364935 ↩︎ ↩︎
Lundsager, P., Sten Tronæs Frandsen, and Carl Jørgen Christensen. “Analysis of data from the Gedser wind turbine 1977-1979.” (1980). http://orbit.dtu.dk/files/33441311/ris_m_2242.pdf ↩︎
Gupta, Ashwani K. “Efficient wind energy conversion: evolution to modern design.” Journal of Energy Resources Technology 137.5 (2015): 051201. http://energyresources.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=2211540 ↩︎
Brøndsted, Povl, Hans Lilholt, and Aage Lystrup. “Composite materials for wind power turbine blades.” Annu. Rev. Mater. Res. 35 (2005): 505-538. http://www-eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/MATERIALS&COMPONENTS/Pressure_vessels/FRP_Hutter_flange.pdf ↩︎ ↩︎
Koh, Rachel. “Bio-based Wind Turbine Blades: Renewable Energy Meets Sustainable Materials for Clean, Green Power.” (2017). https://scholarworks.umass.edu/dissertations_2/1102/ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Murray, Robynne, et al. Manufacturing a 9-meter thermoplastic composite wind turbine blade. No. NREL/CP-5000-68615. National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States), 2017. https://www.nrel.gov/docs/fy18osti/68615.pdf ↩︎
Borrmann, Rasmus. “Structural design of a wood-CFRP wind turbine blade model.” (2016) https://www.eksh.org/fileadmin/bilder/themen/Energieforschung/02_-Final_Report-_Strcutural_Design_of_a_Wood-CFRP_Wind_Turbine_Blade_Model.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Spera, David. “Wind Turbine Technology: Fundamental Concepts in Wind Turbine Engineering, Second Edition.” (2009) https://ebooks.asmedigitalcollection.asme.org/book.aspx?bookid=271 ↩︎
Corona, Andrea, et al. “Comparative environmental sustainability assessment of bio-based fibre reinforcement materials for wind turbine blades.” Wind Engineering 39.1 (2015): 53-63. http://orbit.dtu.dk/files/129909032/0309_524x_2E39_2E1_2E53.pdf ↩︎
The use of wood for wind turbine construction. Meade Gougeon, NASA. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19800008214.pdf ↩︎
Loss, Scott R., Tom Will, and Peter P. Marra. “Estimates of bird collision mortality at wind facilities in the contiguous United States.” Biological Conservation 168 (2013): 201-209. https://repository.si.edu/bitstream/handle/10088/35192/NZP_Marra_2013-Estimates_of_bird_collision_mortality_at_wind_facilities_in_the_contiguous_United_States.pdf?sequence=1&isAllowed=y ↩︎
De Decker, Kris. “Heat your house with a mechanical windmill.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2019). here ↩︎

Recykling Zwierzęcego i Ludzkiego Łajna Kluczem Do Zrównoważonego Rolnictwa

Wed, 15 Sep 2010 00:00:00 +0000

Sedes ze spłuczką to praktyczny wynalazek, niestety sieje spustoszenie w środowisku, pozbawia gleby rolne niezbędnych składników odżywczych i uzależnia produkcję żywności od paliw kopalnych.
Przez cztery tysiące lat, ludzkie ekskrementy i mocz były uznawane w Chinach, Korei i Japonii za cenny towar. Ludzki obornik był transportowany łodziami po specjalnie zaprojektowanych systemach kanałów wodnych.

Dzięki wykorzystywaniu ludzkich „odpadów” jako nawozu w rolnictwie, cywilizacjom Wschodu udało się wykarmić duże populacje, unikając jednocześnie zanieczyszczenia wody pitnej. W tym samym czasie miasta średniowiecznej Europy przypominały śmierdzące rynsztoki, dopóki w późnej dziewiętnastowiecznej Holandii Charles Liernur nie opracował zaawansowanego systemu kanalizacji podciśnieniowej.

Przerwany Cykl

Niewinnie wyglądający sedes przerywa naturalny cykl krążenia materii w systemie produkcji żywności. Mówiąc krotko, zamienia bezcenne surowce w odpady. Kiedy uprawiamy rośliny, wyciągamy z gleby kluczowe składniki odżywcze: potas, azot, fosfor i wiele innych. Przez większość historii ludzkości, wprowadzaliśmy w obieg te składniki dzięki pracy naszych ciał. Zwracaliśmy je do gleby wydalając, kompostując resztki jedzenia i chowając zmarłych. Dzisiaj, w dużej mierze po prostu spłukujemy je do morza (infografika poniżej).

Obieg składników odżywczych. Źródło: [Humanure Handbook](http://humanurehandbook.com/contents.html)

Takie postępowanie jest problematyczne i niezrównoważone, a są ku temu trzy główne powody. Zacznijmy od tego, że po pierwsze zrzucanie ścieków do rzek, jezior i mórz zabija ryby i zanieczyszcza wodę pitną. Można tego uniknąć jedynie przez przedłużenie naszego sedesu w bardzo kosztowny system kanalizacyjny i równie kosztowną infrastrukturę oczyszczanie ścieków (które nie eliminują całkowicie szkodliwego wpływu ścieków na środowisko wodne).

Po drugie, potrzebujemy nawozów żeby utrzymać żyzność naszych gleb. W 2008 roku na świecie, zużyto prawie 160 milionów ton nawozów sztucznych (192 miliony ton w roku 2019, przyp. tłum.). Bez nich, nasze gleby rolne straciłyby swoją żyzność w kilka lat, co doprowadziłoby do załamania się produkcji żywności i ludzkiej populacji. Trzecim problemem jest zużywanie wody pitnej w wielkich ilościach tylko do spłukiwania naszych toalet.

Toalety Zużywają Dużo Energii

Produkcja wody pitnej, budowa i utrzymanie systemu odprowadzania ścieków, oczyszczanie ścieków i osadów ściekowych oraz produkcja nawozów sztucznych to wszystko są procesy wymagający znacznych ilości energii. Azot, który stanowi ponad połowę zużywanych nawozów, występuje obficie w powietrzu, jednak żeby zamienić go w użyteczną człowiekowi formę należy ten gaz podgrzać i skompresować. Energia do tego procesu (który nie obywa się bez produkcji zanieczyszczeń) pochodzi z gazu ziemnego lub (w Chinach) z elektrowni węglowych.

Potas i fosforany trzeba wydobyć (czasem z głębokości wielu tysięcy metrów) i przetransportować. Potrzeba ponad 150 milionów ton skał fosforanowych, żeby rocznie wyprodukować 37 milionów ton nawozów fosforanowych oraz 45 miliony ton rud potasu aby uzyskać 25 milionów ton nawozów potasowych (rok 2010, przyp. tłum). Oba procesy zużywają duże ilości energii i zatruwają środowisko.

Zdjęcie. Średniowieczny wykusz w murze zamku zwany wieżą ustępową lub wieżą gdańską, fekalia spadały prosto do fosy.

Co więcej, chociaż rudy potasu obficie występują w skorupie ziemskiej (starczy ich na 700 lat przy obecnym tempie wydobycia), to fosforu już nie. 90% obecnie znanych światowych rezerw (złoża na dzień dzisiejszy ekonomicznie lub technicznie nieopłacalne do wydobycia, przyp. tłum.) fosforanów znajduje się zaledwie w garstce krajów, a obecnie znane zasoby (kopaliny, których wydobycie jest opłacalne ekonomiczne i techniczne możliwe, przyp. tłum.) tego pierwiastka starczą, w zależności od szacunków, na 30 do 100 lat przy obecnym zapotrzebowanie na nawozy. Teoretycznie możemy powiększyć rezerwy fosforanów wliczając w nie złoża podmorskie, jednak ich wydobycie byłoby bardziej energointensywne, szkodliwe dla środowiska i skomplikowane niż wydobycie konwencjonalne. Jeśli zaczęlibyśmy pozyskiwać fosforany z dna mórz i oceanów to stopień zrównoważenia produkcji żywności spadłyby dramatycznie.

Jedynym sposobem, żeby potrzebne nam minerały dostały się z morza na ląd, są odchody ptaków morskich – nie myślmy, że są to spektakularne ilości - lub połów ryb i owoców morza. Jednak zaraz po tym jak strawimy naszą rybę z frytkami, razem ze ściekami cenne minerały spłyną z powrotem do morza.

Znak Cywilizacji

Rzadko kwestionuje się istnienie klozetu i towarzyszącej mu kanalizacji. Postrzega się je jako nieodzowne atrybuty cywilizacji – kraje, które nie są zaopatrzone w te technologie uważa się za zacofane i prymitywne. Powodem tego jest to, że zostaliśmy przekonani do wiary, że klozet i kanalizacja są jedyną alternatywą dla smrodu i chorób.

Zostaliśmy przekonani do wiary w to, że klozet i kanalizacja są jedyną alternatywą dla smrodu i chorób.

Od upadku Zachodniego Cesarstwa Rzymskiego (z jego wczesnym systemem kanalizacji i toalet), aż do końca dziewiętnastego wieku, w zachodnim świecie skoncentrowane i niezorganizowane odprowadzania ludzkich ekskrementów do gruntu, miejskich kanałów i rzek przyniosło nawracające zabójcze epidemie cholery i tyfusu. Ich przyczyną było picie wody zanieczyszczonej fekaliami.

Zaspokojenie potrzeb naturalnych odbywało się często na ulicach. Nocniki opróżniano do rynsztoków, na podwórkach, do słabo zabezpieczonych szamb i do wód powierzchniowych – metody które nie sprzyjały zdrowemu życiu w gęsto zaludnionych miastach. Klozet i kanalizacja skończyły z tymi problemami, przynajmniej w bogatych krajach, i nikt już więcej nie chce wracać do nędznych warunków higienicznych minionych czasów.

Chińskie Rolnictwo

Chociaż dzisiaj wydaje się to oczywiste, klozet nie jest jedynym możliwym rozwiązaniem problemów sanitarnych. Jest wiele innych, znacznie bardziej zrównoważonych metod oddzielania ludzkich odchodów od wody pitnej. Zacznijmy od tego, że ponury stan sanitarny w czasach od średniowiecza do początków Rewolucji Przemysłowej, był stricte zachodnim zjawiskiem. Na przełomie XIX i XX wieku woda w chińskich rzekach była bezpieczna do picia.

W tamtym czasie ludność Chin była równie liczna co ludność Ameryki i Europy, a ich miasta były równie duże i gęsto zaludnione. Różnica jednak polegała na tym, że Chińczycy zachowali system rolny oparty na ludzkich „odpadach” jako nawozie. Stolec i mocz były pieczołowicie zbierane i transportowane - nawet na znaczne odległości. Mieszano je z innymi szczątkami organicznymi, kompostowano i później rozprowadzono po polach (ilustracja poniżej).

Dzięki temu, Chińczykom udało się upiec dwie pieczenie na jednym ogniu: brak zanieczyszczeń i rolnictwo, które mogło przetrwać wieczność. Faktycznie przetrwało 4 tysiące lat, ale to i tak wyraźnie dłużej, niż 700 lat na które starczyć ma nam rezerw potasu, podtrzymującego przy życiu nasze nowoczesne rolnictwo.

Chiński system rolny, który został również zaadaptowany w Korei i Japonii, został wyczerpująco opisano w książce „Farmers of Forty Centuries” („Rolnicy Czterdziestu Stuleci”, brak polskiego przekładu książki, przyp. tłum.). Na początku XX wieku amerykański gleboznawca Franklin Hiram King wyruszył w podróż do Chin, Korei i Japonii. Był pod dużym wrażeniem rolnictwa tych krajów i swoje obserwacje i przemyślenia spisał we wspomnianym dziele. Publikacja jego książki zbiegła się z opracowaniem przełomowej metody Habera i Boscha (proces bezpośredniej syntezy amoniaku z pierwiastków azotu i wodoru, przyp. tłum.), która pozwoliła na tanią, masową produkcję nawozów azotowych, co było jednym z kamieni węgielnych nowoczesnego rolnictwa.

King poświecił cały rozdział zbieraniu i wykorzystaniu „ludzkich nawozów” przez Azjatów. Joseph Needham, również wspomina tę praktykę w VI tomie swojego monumentalnego dzieła „Nauka i cywilizacja w Chinach”, cytując różne starsze źródła. Bardziej współczesne omówienie tematu chińskiego rolnictwa możemy znaleźć w pracy Duncana Browna „Feed of Feedback: Agriculture, Population Dynamics and the State of the Planet”.

Handlarze Łajna

W czasie kiedy Franklin Hubert King zwiedzał Państwo Środka, szacuje się że Chiny zamieszkiwało 400 milionów pełnoletnich obywateli. W tym czasie, w Europie żyło 400 milionów ludzi, a w Stanach Zjednoczonych 100 milionów. Stolec i mocz każdego z 400 milionów Chińczyków był zbierany do szczelnie zamykanych terakotowych słoi wyposażonych w nieprzepuszczającą powietrza uszczelką. Cenny materiał zbierano w każdym domu, zarówno w malutkich wioskach jak i w wielkich miastach.

W niektórych miastach zbudowano specjalne kanały i łodzie do transportu ludzkiego obornika. Tak było np. w Hankow-Wuchang-Hanyang, mieście zamieszkanym przez 1.8 miliona ludzi ściśniętych na zaledwie 6.5 kilometrach kwadratowych. Można by się kłócić, że w rzeczywistości Chińczycy mieli swój system kanalizacji, jednak na pewno zgoła inny niż europejski.

Zdjęcie: Łodzie przewożą łajno.

W czasie kiedy King wizytował Chiny (pierwsza dekada XX wieku, przyp. tłum.), każdego roku ponad 182 miliony ton ludzkiego nawozu było zbieranych w miastach i wioskach – 450 kg (900 funtów) na osobę rocznie. Dzięki temu, do chińskich gleb wracało rocznie 1.160.000 ton azotu, 376.000 ton potasu i 150.000 ton fosforanów. W Japonii w 1908 roku zebrano i rozprowadzono po polach 23.850.295 ton ludzkiego obornika.

Władze Szanghaju handlowały i rozprowadzały „nocną glebę” (tym mianem w Europie Zachodniej określało się ludzki obornik, przyp. tłum.) swoich mieszkańców siecią specjalnie zaprojektowanych kanałów po których pływało setki łodzi (patrz mapa poniżej). Ludzki nawóz był uważany za cenny towar. Rynek był warty 100 tys. dolarów rocznie. W 1908 roku chiński biznesmen zapłacił miastu 31 tys. dolarów (dzisiaj byłoby to 700 tys. dolarów) za prawo do zbierania rocznie z terenu miasta 78 tys. ton nocnej gleby, aby następnie odsprzedać towar rolnikom na wsi.

Ilustracja: System kanałów do transportowania łajna w Szanghaju.

W Japonii, która była w tamtych czasach znacznie bardziej zurbanizowana niż Chiny, najemcy płacili wynajmującemu niższy czynsz w zamian za ekskrementy wysokiej jakości. F.H King tak pisał o ładunkach ludzkiego nawozy wywożonego z terenów Tokio i Jokohamy: „[…]przenoszony na barkach mężczyzn i na grzbietach zwierząt, lecz najczęściej na mocnych wózkach ciągniętych przez mężczyzn, niosących sześć do dziesięciu szczelnie zamkniętych drewnianych pojemników mieszczących czterdzieści, sześćdziesiąt lub więcej funtów każdy”. Często można było spotkać na japońskiej wsi znaki, które zachęcały ludzi do załatwienia swoich potrzeb właśnie przy nich. Pozostawionymi odchodami rolnicy nawozili pola.

Azjatycki zwyczaj ponownego wykorzystywania ludzkich ekskrementów obrzydzał niektórych zagranicznych przybyszów. Portugalski podróżnik Ferdinand Mendez Pinto pisał w 1583 roku.

„Wiedzcie, że w tym kraju jest wielu takich, którzy kupczą ludzkimi Nieczystościami, co wśród nich nie jest żadnym podrzędnym zajęciem, a przynosi wielu bogactwo i poważanie. Owi handlarze łajna, chodzą wzdłuż ulic z wynajętymi Kołatkowymi,[…], żaby dać znać, że przyszli po to czego potrzebują nie obnosząc się z tym nachalnie, jako że To samo w sobie śmierdzącym paskudztwem jest; ponadto muszę nadmienić, że towar ten jest przez nich tak wysoce poważany, i wielki handel nim się odbywa, że do jednego morskiego portu, wpływa czasem naraz dwie lub trzy setki Statków nim wyładowanych.” (sic)

Liczący sobie 4 tysiące lat system rolny o obiegu zamkniętym, zniknął razem z pojawieniem się nawozów sztucznych, które zaczęto importować z Zachodu w pierwszych dekadach XX wieku. Chiny są dzisiaj największym konsumentem nawozów nieorganicznych, odpowiadającym za 28% całkowitego światowego zużycia (26% w 2017 roku, przyp tłum.). Dzisiaj, Azja jako całość, zużywa ponad połowę wyprodukowanych na świecie nawozów sztucznych (dokładnie 57% w 2017 roku, przyp. tłum.).

Europejscy Zbieraczy Nocnej Gleby

W Europie również zbierano ludzki nawóz, jednak w przeciwieństwie do Azji, na znacznie mniejszą skalę i przez krótszy czas. W drugiej połowie XIX wieku, w zachodniej Europie era gospodarki opartej na rolnictwie dobiegała końca. Rewolucja Przemysłowa napędzała migrację ludności wiejskiej do miast. W metropoliach, muszących radzić sobie z rosnąca ilością mieszkańców, problem zagospodarowania ścieków stawał się coraz poważniejszy.

Zdjęcie. Zbieranie nocnej gleby w Amsterdamie. [Źródło:](http://www.bronnenuitamsterdam.nl/weergave.asp?ID=6)

W tym samym czasie, kiedy eksperci i lekarze zaczęli podejrzewać, że rozprzestrzenianie się cholery i tyfusu jest konsekwencją picia zanieczyszczonej wody, rolnictwu brakowało wystarczającej ilości nawozów zwierzęcych. Wydawało się, że oba problemy można rozwiązać za jednym zamachem. W wielu krajach i miastach zaczęto organizować systemy zbierania ludzkich odchodów na handel, zwanych w tych czasach „nocną gleby”.

Mieszkańcy miast oddawali stolec i mocz do drewnianych i blaszanych wiader trzymanych w wygódkach, mieszając je z ziemią, popiołem i węglem drzewnym, które eliminowały przykre zapachy. Zbieracze nocnej gleby pojawiali się w miarę regularnie (głównie nocą, stąd nazwa) by zebrać towar.

Zdjęcie: Zbieranie nocnej gleby w Holandii. [Źródło:](http://www.jenneken.nl/bekijk/1900afvoervanmestenhuisvuil.htm)

Zbieracze albo przesypywali zawartość wiaderek na wóz i oddawali je właścicielom, więc ci musieli sami zadbać o jego czyszczenie, lub zabierali pełne wiaderka, dając na wymianę puste (mycie leżało po stronie zbieraczy). Puste wiaderka wracały do wygódek, a towar był transportowany wozami to punktów zbiorczych poza miastem. Ludzkie odchody zamieniano w nawóz na potrzeby rolnictwa.

Niestety, zbieranie i transport „odpadów” nie był tak regularny, czysty i wydajny jak miało to miejsce w Chinach, Korei i Japonii. Wszystko było w porządku jeśli używano do zbiórki i transportu szczelnych pojemników, lecz niestety nie zawsze tak było. Nocną glebę często ładowano na otwarte wózki i wozy, co miało oczywiste konsekwencje w postaci strasznego smrodu, jak również zdarzało się, że część ładunku spadała na ulicę. Z źle zabezpieczonych wiaderek zawartość wylewała się na schody, podwórza i ulice. Przy opróżnianiu ich do wózków również dochodziło do „marnowania” nocnej gleby. Co więcej, odbiór nie zawsze odbywał się regularnie, w szczególności w biedniejszych dzielnicach.

Ilustracja: Rysunek satyryczny przedstawiający wóz z nocną glebą. [Źródło:](http://www.bronnenuitamsterdam.nl/weergave.asp?ID=17)

Jednak system wiaderek był i tak znaczną poprawę w porównaniu do chaotycznego zbierania nocnej gleby w średniowiecznej Europie. W Średniowieczu tzw. „zbieracze łajna”, z ulic miast, podwórek i rynsztoków zgarniali ludzkie i zwierzęce ekskrementy by później sprzedać je rolnikom, którzy nawozili nimi pola. Problem z nimi był taki, że żeby przedsięwzięcie było opłacalne zbieracze musieli zapełnić swój wózek. Duncan Brown, cytując Cipolle, tak opisuje ten proceder:

„Najbardziej żałosnym aspektem tego biznesu była tragedia ludzi, których nędza była tak skrajna że z ulic zbierali łajno i trzymali je [w swoich domach], dopóki nie zgromadzili wystarczającej ilości na sprzedaż.”

Istniały jednak wyjątki od reguły. Dobrym przykładem będzie Flandria, gdzie zorganizowany system zbierania nocnej gleby, przypominający chiński, powstał już we średniowieczu. W XVI wieku miasto Antwerpia i jej okolice, rozwinęły prężny i znaczący przemysł bazujący na wykorzystaniu odpadków organicznych (ludzkich ekskrementów, nawozu miejskich koni, odchodów gołębi, błota z czyszczenia kanałów i odpadów spożywczych). W XVIII wieku, wzdłuż rzeki Schelde stały liczne, potężne magazyny, do których barkami zwożono ludzkie ekskrementy zebrane z holenderskich miast.

Kanalizacja Podciśnieniowa Charlesa Liernur

Holenderski inżynier Charles Liernur jest pionierem innej metody zbierania ścieków. W 1866 roku opatentował system kanalizacji podciśnieniowej, która łączy wygodę współczesnej sieci wodociągowej i zalety wcześniejszych metod nastawionych na otrzymanie nawozu. W tym systemie, każdy klozet jest podłączony do podziemnej sieci rur o małej średnicy, przez co mocz i stolec natychmiastowo opuszczają domostwo.

System Liernura łączył wygodę współczesnej sieci wodociągowej i zalety wcześniejszych metod nastawionych na otrzymanie nawozu.

Zasadniczą różnicą w stosunku do dzisiejszej technologii (kanalizacji grawitacyjno-tłocznej, przyp. tłum.) było to, że system Liernura nie wykorzystywał wody, ale ciśnienie atmosferyczne jako medium transportowe. Dzięki temu nie dochodziło do rozcieńczania odchodów, przez co zachowywały one swoją wartość jako nawóz – było to wyraźną intencją Liernura. Co więcej, system kanalizacji podciśnieniowej nie potrzebował zastępów zbieraczy, którzy taszcząc nocą wiaderka wypełnione kupą i siuśkami budzili ludzi ze snu. W porównaniu do systemu nocnej gleby, nawet do azjatyckiego, ten aspekt działania kanalizacji był znaczącym postępem.

Patent Liernura zyskiwał na polarności i przyjął się w trzech holenderskich miastach: Leiden w 1871 roku, Amsterdamie w 1872 i Dordrechcie w 1874 roku. Początkowo do systemu było podłączone jedynie kilka tysięcy domów, ale w Amsterdamie urósł on do znacznych rozmiarów. Do końca XIX wieku w Amsterdamie podłączono 90 tysięcy mieszkańców do systemu kanalizacji podciśnieniowej Liernura - było to 20% populacji całego miasta.

Ilustracja: System odprowadzania ścieków Liernura.

W Amterdamie i Leiden system działał przez prawie 40 lat. Kanalizację podciśnieniową wprowadzono również w mniejszej skali w czeskiej Pradze, francuskiej Trouville sur Mer, niemieckim Hanau i angielskim Stansed. W Trouville system założony w 1892 roku działał aż do 1987 r. (źródło). Dzisiaj tę metodą stosuje się na statkach, w pociągach i samolotach (jest ona nadal sporadycznie montowana w miastach i na wsi, ponieważ ma one pewne przewagi nad systemem grawitacyjno-tłocznym, szczególnie w regionach płaskich o wysokim lustrze wód gruntowych, gdzie kanalizację trzeba prowadzić płytko, przyp. tłum.).

Francuzi opracowali własną wersję systemu Liernura – kanalizację Berliera. Na próbę została założona w Lionie w 1880 roku, gdzie z powodzeniem odprowadzała ścieki na dystans czterech kilometrów. W 1881 roku, pięciokilometrową testową sieć założono na przedmieściach Paryża. Francuzi podeszli bardzo poważnie do swoich testów: przepływ ścieków kontrolowali umieszczając w różnych punktach instalacji, liczne szklane rury. System Berliera, techniczne przewyższający kanalizację Liernura, działał bez zarzutu: tysiąc gwardzistów skoszarowanych w barakach Pépinière podłączonych do tego systemu, było jedynymi z paryskich żołnierzy, którzy nie musieli walczyć z wybuchami epidemii tyfusu.

Na Scenę Wkracza Klozet

Chociaż pod względem technicznym system kanalizacji Berliera był sukcesem to nigdy nie wyszedł on poza fazę testową. Podobne były losy systemy Liernura. Holenderska Rada Doradcza do Spraw Zdrowia (The Dutch Health Advisory Board) w 1873 roku zalecała (patrząc za pozytywne doświadczenia Amsterdamu) powszechne, ogólnokrajowe wprowadzenie systemu kanalizacji Liernura. Tak się jednak nie stało. Liernur zaprojektował systemy kanalizacji dla innych miast europejskich (Paryż, Berlin, Sztokholm, Monachium, Stuttgart i Zurych) i amerykańskich (Baltimore), ale one również nigdy nie zostały zrealizowane.

Jest wiele powodów dla których system podciśnieniowy nie stał się dzisiejszym standardem odprowadzania ścieków. Po pierwsze, pojawił się klozet ze spłuczką i wodociągi. Holendrzy zaczęli podłączać swoje spłukiwane wodę sedesy do systemu Liernura, rozwadniając stolec i mocz do takiego stopnia, że ich wartość jako nawozu znacząco spadła.

Jednak zanim zaczęło się tak dziać, to okazało się że sprzedaż ścieków na nawozy nie przynosiła oczekiwanych zysków. Eksperci do spraw zdrowia wskazywali, że zyski nie mogą być pierwszorzędnym celem systemu sanitarnego, ale problemem było również to, że sam Liernur podkreślał, że inwestowanie w jego system przyniesie zyski. Promocja przyciągnęła inwestorów, którzy jednak szybko porzucili tę technologię kiedy zaczęli tracić pieniądze.

Położenie sieci kanalizacji podciśnieniowej jest dwa razy tańsze od tradycyjnej kanalizacji grawitacyjno-tłocznej.

Rosnącym problemem, nie tylko w Holandii ale w całym świecie zachodnim, były rozrastające się miasta. Zarówno system nocnej gleby, jak i bardziej wyszukane praktyki, w końcu musiały przegrać z logistyką. Miasta powiększały się, a tereny wiejskie coraz bardziej oddalały od miejsc zbiórki „ludzkiego nawozu”, więc stare metody okazały się niewystarczające. Ostatnim, śmiertelnym ciosem zadanym systemowi podciśnieniowemu było pojawienie się nawozów mineralnych. Kiedy w 1910 roku opracowano metodę ich taniej produkcji, problem niedoboru nawozów w rolnictwie został uznany za „rozwiązany”.

Ponieważ w rozrastających się miastach coraz częściej pojawiały się systemy kanalizacji burzowej, władze miast uznały, że można tą siecią odprowadzać również ścieki. Chociaż na pierwszy rzut był to postęp, to okazało się później że był to krok wstecz. Ekskrementy zawierające substancje odżywcze były zrzucane do wód powierzchniowych kilka kilometrów za miastem, a nie trafiały do otaczających miasto terenów rolnych. Minęło kolejne 70 lat zanim stacje oczyszczania ścieków stały się (względnie) powszechne w bogatych krajach.

Patrząc W Przyszłość – Mamy Tylko Trzy Drogi Do Wyboru

Jeśli chcemy przywrócić naturalny cykl naszemu systemowi produkcji żywności to mamy do wyboru tylko trzy możliwe technologie. Pierwsza to unowocześniona wersja zbierania nocnej gleby opierająca się na toaletach kompostujących. Każdy dom zbiera osobno stolec w toaletach kompostujących razem z odpadkami organicznymi. Mocz można gromadzić w osobnych zbiornikach opróżnianych raz do roku (takie systemy istnieją w niektórych holenderskich i szwedzkich miastach, w których ludzie używają toalet oddzielających mocz od stolca).

Drugą drogą byłoby opracowanie nowoczesnych kanalizacji podciśnieniowych, bazujących na projektach Liernura lub Berliera, w których ścieki byłyby odprowadzane automatycznie, ale bez użycia wody. Kanalizacje podciśnieniowe znalazły zastosowanie w niektórych nowych inwestycjach mieszkaniowych lat 60-tych i 70-tych XX wieku. Kilkaset takich sieci działa w USA, Wielkiej Brytanii, Australii, Niemczech, na Malediwach, W Republice Południowej Afryki i na Bliskim Wschodzie. (informacje dodatkowe).

Założenie sieci podciśnieniowej jest dwa razy tańsze od konstruowania konwencjonalnej sieci. Systemy podciśnieniowe są również szybsze w budowie i łatwiejsze w utrzymaniu: składają się z rur o znacznie mniejszych średnicach niż w kanalizacji grawitacyjno-tłocznej i kładzie się je płycej – może to być wąski kanał pod nawierzchnią drogi.

Trzecim rozwiązaniem technicznym, niestety o wiele droższym od dwóch poprzednich, jest wykorzystanie rozwodnionych ścieków z obecnych kanalizacji. Przede wszystkim, takie podejście dodaje kolejny poziom złożoności i kosztownej infrastruktury, do i tak już bardzo drogiego i skomplikowanego systemu. Rozwodnione ścieki nie tylko trzeba wysuszyć, ale również oczyścić. Jest tak, ponieważ szlam ze ścieków nie składa się jedynie z ludzkich odchodów, ale również z wielu innych odpadów (łącznie z toksycznymi), zarówno z gospodarstw domowych jak i fabryk.

Co ciekawe, jeśli usunęlibyśmy z systemu kanalizacji mocz i ekskrementy to moglibyśmy w ogóle pozbyć się systemu odprowadzania ścieków, oszczędzając pieniędzy i energii. Istnieją skuteczne alternatywne sposoby radzenie sobie z wodą burzową (wystarczy zmniejszyć powierzchnie utwardzonej nawierzchni) i zagospodarowania i szarej wody.

Kompostowanie

Ludzkie odchody i mocz, można stosować jako nawóz jedynie po wcześniejszej obróbce. Ten fakt był od dawna znany Chińczykom. Dawni chińscy pisarze zajmujący się uprawą roli tak pisali o nawożeniu surowym ludzkim obornikiem „[…]rośliny dostają poparzeń i giną, pędy gniją, a ludzkie dłonie i stopy cierpią”. Dzisiaj wiemy, że ich użycie niesie ze sobą więcej poważnych zagrożeń dla zdrowia. Chociaż F.H. King i Joseph Needham chwalili chiński sposób kompostowania, wskazując na to, że np. że wielu gospodarzy łączyło swoje wygódki z przydomowymi chlewikami (patrz ilustracja poniżej), to Duncan Brown miał bardziej krytyczne zdanie na ten temat. Uważał, że korzyści zdrowotne, jakie przynosiło Chińczykom picie niezanieczyszczonej wody, były częściowo negowane przez choroby przenoszone na płodach rolnych:

„Choroby przewodu pokarmowego były plagą w całym regionie. W Korei i Japonii, ludzie często zarażali się przywrami, co wynikało ze zwyczaju jedzenia surowych ryb hodowanych w stawach nawożonych ludzkimi odchodami. Jednak większości tych chorób można byłoby unikać, jeśli dołożono by starań, aby lepiej zrozumieć naturę i drogi ich rozprzestrzeniania się. Prawidłowo zastosowane urządzenie, takie jak w miarę nowoczesne szambo, bardziej nowoczesny zbiornik napowietrzający czy tzw. toaleta kompostująca, mogłyby ograniczyć występowanie chorób przewodu pokarmowego wynikających z używanie ludzkich odchodów jako nawozu.”

Ludzki obornik przed użyciem zawsze trzeba poddać kompostowaniu. Można to zrobić na dwa sposoby. Pierwszy – powolne kompostowanie – to technika zrób-to-sam, przedstawiona w „Humanure Handbook”", dostępnym on-line praktycznym kursie stworzonym przez Josepha Jenkinsa (który ukuł z dwóch słów human, czyli człowiek i manure, czyli obornik, nieprzetłumaczalny na język polski wyraz humanure, przyp. tłum.). Wolne kompostowanie (tzw. zimny kompost, przyp. tłum.) odbywa się w niskich temperaturach i trwa rok w klimacie umiarkowanym. Większość, ludzi stosujących tę metodę uważa, że ze względu na bezpieczeństwo uzyskany (bezwonny) kompost można jedynie używać do nawożenia roślin, których części jadalne nie będą miały z nim bezpośredniej styczności (jak np. drzewka owocowe) albo do roślin nie przeznaczonych do spożycia (kwiaty, rośliny doniczkowe).

Drugim sposobem jest kompostowanie w wysokiej temperaturze (tzw. gorący kompost albo aktywny kompost, przyp. tłum.), które przebiega znacznie szybciej, a produktem jego jest bezpieczny nawóz do wszystkich rodzajów upraw. Jest to proces przemysłowy (można zrobić samemu gorący kompost, ale wymaga to wiele wprawy i uwagi, przyp. tłum.), który z powodzeniem stosuje się w od lat w wielu krajach. Co ciekawe, w pierwszym etapie procesu generowany jest prąd elektryczny dodatkowo podnoszący stopień zrównoważenia całego systemu. Od 2005 roku, Holenderska firma Orgaworld kompostuje w swojej przemysłowej kompostowni m. in. zawartość pieluch (jest ona mechanicznie oddzielana od plastikowej pieluszki) razem z wieloma innym rodzajami odpadków organicznych. Jest to zaawansowany technologicznie proces trwający około 6 tygodni, którego produktem jest wysokiej jakości kompost wolny od zarazków, leków i hormonów. Firma postawiła dwa zakłady w Kanadzie i buduje kolejny w Wielkiej Brytanii.

Czy Uda Się Nam Wykarmić Ludzkość Używając Ludzkiego Obornika?

Czy jesteśmy w stanie wyprodukować wystarczając ilość nawozów naturalnych, żeby zastąpić syntetycznie wytwarzany amoniak i wydobywane w kopalniach fosforany i potas? F. H King pisał, że jedna dorosła osoba produkuje średnio 1.135 gramów stolca i moczu na dobę. Ile azotu, potasu i fosforanów kryje się w tej masie? To wszystko zależy od diety.

Powołując się na różne opracowanie naukowe King podawał, że w Chinach sto lat temu jeden dorosły produkował 2.9 do 6.0 kilogramów azotu rocznie, 0.9 do 2.0 kg potasu i 0.4 do 1.5 kg fosforanów.

Jeśli będziemy przetwarzać nasze własne „odpady”, to automatycznie produkcja nawozu będzie nadążać za wzrostem populacji.

Na dzień dzisiejszy światową populacje ludzi szacuje się na 7.8 miliarda (dane i obliczenia uaktualnione do roku 2020. przyp. tłum.). Przyjmijmy, że każdy z nas, mieszkańców planety Ziemia, jada tyle co Chińczyk z początków XX wieku, i każdy z nas wydala dziennie maksymalne wartości przedstawione przez Kinga (co odpowiada temu, że spożywamy dzisiaj więcej produktów zwierzęcych, poza tym ciężko znaleźć współczesne wartości na których można by polegać). Oznaczałoby to, że 7.8 miliarda ludzi mogłoby produkować 46.8 milionów ton azotu rocznie, 15.6 milionów ton potasu i 11.7 milionów ton fosforanów. Czy to wystarczy, żeby zastąpić nawozy sztuczne? Na pierwszy rzut oka nie, ponieważ dzisiejsza produkcja nawozów sztucznych wynosi:

109 [Mt] azotu (N), ponad 2 razy więcej niż ludzie byliby w stanie sami wyprodukować (46.8 Mt)
45 [Mt] fosforanów (P2O5), ponad 4 razy więcej niż ludzie mogliby wyprodukować (11.7 Mt)
38 [Mt] potasu (K2O), około 2.5 raza więcej niż ludzie mogliby produkować (15.6 Mt)
Źródło: FAO, rok 2019

Żywy Inwentarz

Jednak, my ludzie „outsourcingowaliśmy” znaczącą część produkcji obornika na zwierzęta hodowlane. Duża ilość nawozów sztucznych jest zużywana do produkcję paszy dla zwierząt, a te zwierzaki dają z siebie znacznie więcej obornika, niż wszyscy ludzie na Ziemi razem wzięci. W 2017 roku, zwierzęta hodowlane wyprodukowały w postaci obornika 115 Mt azotu (dane o potasie i fosforanach nie są dostępne, ale w 2004 roku na 125 Mt azotu z obornika przypadło 58 Mt potasu, przyp. tłum.) To prawie trzy razy więcej niż 46.8 Mt, możliwych do pozyskania z ludzi.*

Komentarz tłumacza: FAO podaje, że 88 Mt azotu (N), czyli 76.5% ze 115 Mt, wydalonego przez zwierzęta pozostało na pastwiskach i łąkach, w miejscu gdzie zwierzęta się pasły. Jedna czwarta tj. 27 Mt (N), została zagospodarowana i użyta do nawożenia upraw. Mniej więcej jedna trzecia tj 34 Mt (N) złożonego lub rozrzuconego na glebach azotu zawartego w oborniku, została stracona w wyniku wymywania go z gleby. Żeby móc zbierać odchody, które obecnie zwierzęta zostawiają na pastwiskach, należałoby zamknąć zwierzęta w oborach i karmić je paszą dostarczaną z zewnątrz (tzw. chów w cyklu zamkniętym). Wielkoskalowy chów zamknięty ma jednak swoje szeroko opisywane negatywne konsekwencje dla środowiska i dobrostanu zwierząt.

W Chinach, w systemie rolnym opartym na ludzkim oborniku, zwierzęta odgrywały małą rolę, ale europejscy rolnicy w Średniowieczu byli wyjątkowo zależni od zwierząt. Obornika nigdy nie marnowano. Tak pisze Joseph Needham, cytując Fussella:

„Piętnastowieczni i siedemnastowieczni europejscy chłopi, zarówno biedni i zamożni, dzielili ze sobą to samo zmartwienie – łajno. Nigdy nie gardzili żadnym źródłem surowca, nawet najmniejszym, bo los wszystkiego co rosło na ich polach, zależał od ilości, którą udało im się zgromadzić. Byli gotowi podjąć pracę godną Heraklesa, aby usypać wystarczająco duży kopiec łajna.”

Istnieje wiele dobrych powodów, żeby ograniczyć spożycie mięsa, zarówno zdrowotnych jak i środowiskowych. Hodowla zwierząt jest jednym z głównych powodów wylesiania (co czyni ją również poważnym czynnikiem degradacji gleb). Jednakże, jeśli nie chcemy zrezygnować z naszego wysokiego spożycia mięsa, to przynajmniej podejmijmy „heraklesową pracę, żeby usypać wystarczająco duży kopiec łajna”.

Zdjęcie: Mechaniczny rozrzutnik obornika.

Nie tylko zaoszczędziłoby nam to wysiłku produkcji ogromnych ilości nawozów sztucznych, ale również zatrzymałoby wyniszczające konsekwencje wywalania do środowiska 91 milionów ton azotu rocznie i 49 milionów ton fosforanów (odpowiednio 109 Mt N, i 45 Mt P2O5 w roku 2017, przyp. tłum.). Większość z tego, bez żadnego przetworzenie zrzuca się na pola w pobliżu miast, w za dużych dawkach, legalnie lub nie, jako tani „sposób gospodarowania odpadami”.

Resztki Jedzenie i Inne Metody

Mamy jeszcze jedno niewykorzystane źródło surowca na nawozy organiczne – resztki jedzenia. Tak, jak dzieje się to z odchodami ludzkimi i zwierzęcymi, traktujemy ten surowiec jak odpady. Resztkami jedzenia można karmić zwierzęta, np. świnie i kury, ogromnie poprawiając w ten sposób stopień zrównoważenia produkcji mięsa. Ale zamiast tego, nasze zwierzaki jedzą zboże i soję. Jedynie 3% resztek jedzenia, które pozostawią po sobie Amerykanie jest ponownie przetwarzanych. Reszta ląduje na wysypiskach śmieci, produkując znaczne ilości gazów cieplarnianych (metanu przyp. tłum.).

W Unii Europejskiej zakazane jest karmienie zwierząt zlewkami i resztkami jedzenia pochodzącymi z obiektów gastronomicznych i kuchni domowych, których mięso przeznaczone jest do spożycia dla ludzi, przyp. tłum.

Duży potencjał kryje się również w ograniczeniu użycia nawozów. Jednym z głównych powodów szkód jakie wyrządzają nawozy sztuczne jest ich nadużywanie. Ponieważ są tanie, to powszechną praktyką rolników jest stosowanie większej dawki nawozu niż potrzeba, w celu uniknięcie ryzyka zastosowanie dawki zbyt małej. Oznacza to, że większa ilość substancji odżywczych jest marnowana w wyniku erozji gleby, wymywania i spłukiwania z pól – co prowadzi do zanieczyszczenia wód gruntowych, rzek, jezior i mórz, ponieważ te pierwiastki nie przechodzą przez system oczyszczania ścieków.

Największym problem nie jest to to, że produkujemy nawozy syntetyczne, ale to że ich nie recyklingujemy.

W dawnych Chinach wyglądało to zupełnie inaczej. Rolnicy nigdy nie mieli nadmiaru nawozu do wykorzystania, więc rozważnie nim gospodarowali. Stosowali go tylko tyle ile było trzeba, nie więcej. Jeśli my, przyjęlibyśmy takie podejście do nawożenia, to znacząco ograniczając zużycie nawozów utrzymalibyśmy produkcję żywności na tym samym poziomie co dzisiaj. Dodatkowo stosując płodozmian, uprawy między-plonowe i mieszane, zielony obornik, wszystkie ważne w przeszłości techniki rolne zaadaptowane w rolnictwie ekologicznym, moglibyśmy jeszcze bardziej zmniejszyć naszą zależność od nawozów.

Zbilansowanie Składników Odżywczych

Zatrzymajmy się na chwilę w tym miejscu i przeanalizujmy wszystkie zebrane do tej pory informacje. Z jednej strony mamy zwierzęta hodowlane i ludzi, którzy razem wzięci wytwarzają 162 Mt ton azotu i 72 Mt fosforanów, które prawie w całości są marnowane, siejąc w środowisku spustoszenie.

Z drugiej strony, nasze fabryki produkują 109 Mt sztucznych nawozów azotowych i 45 Mt fosforanowych – kompletnie zbędne przedsięwzięcie, które jeszcze bardziej zwiększa zanieczyszczenie i pożera ogromne ilości energii. Razem z przewidywanym wzrostem światowej populacji i pogłowia żywego inwentarza (nie wspominając nawet o wzroście popularności upraw na biopaliwa), produkcja nawozów organicznych i mineralnych wzrośnie, pogarszając tylko całą sprawę.

Wszystko na to wskazuje, że przekroczyliśmy granicę samowystarczalności i nie jesteśmy w stanie poradzić sobie dzisiaj bez nawozów sztucznych. Właśnie dzięki nim w XX wieku, ludzka populacja wzrosła tak gwałtownie. Z drugiej jednak strony, może sytuacja nie jest wcale tak beznadziejna? Szacuje się, że ludzie podwoili za sprawą nawozów sztucznych ilość azotu, potasu i fosforu krążących w globalnym ekosystemie. To co jemy i wydalamy (i nasze zwierzęta) zawiera składniki pochodzące z nawozów, więc można ten fakt wykorzystać. Problem jednak polega na tym, że marnujemy te zasoby nie starając się ich ponownie wykorzystywać.

Wyzwanie Logistyczne

Jeśli weżniemy pod uwagę zwierzęcy obornik, to mamy go tyle, że wystarczy go na nawóz do utrzymanie ludzkiej populacji na poziomie 7 miliardów ludzi (autor opierał się na danych z 2004 roku, od tego czasu ilość ludzi wzrosła z 6.4 miliarda do 7.8 miliarda, ale ilość obornika, w przeliczeniu na azot, spadła z 125 Mt (N) do 115 Mt (N), przyp. tłum.). Co więcej, ludzie nie mają żadnych oporów do nawożenie pół łajnem. Dlaczego więc nie skorzystać z okazji? Ilość składników odżywczych, które w formie zwierzęcego obornika użyto na terenach rolniczych została obliczona na 34 Mt (27 Mt w 2017 roku, przyp. tłum.) azotu (28% z całości) i 8.8 Mt fosforanów (15% procent całości w 1996 roku. To co zostało zmarnowane jest równe (azot) lub przewyższa (fosforany) ilość produkowanych nawozów sztucznych (autor ma na myśli składniki pozostawione przez zwierzęta na pastwiskach razem ze składnikami traconymi w wyniku erozji gleby, wymywania i spłukiwania z pól, przyp. tłum.).

Jest to konsekwencją systemu intensywnej, przemysłowej produkcji mleka i mięsa, działającego w skali globalnej. W wielu krajach zwierzęta jedzą paszę, którą uprawia się na drugim końcu świata. Więc jeśli chcielibyśmy zamknąć obieg w tym systemie, musielibyśmy wysyłać z powrotem obornik do miejsc skąd pochodzi pasza. Tak o tym pisze FAO (pdf):

„Nawet jeśli zwierzęta hodowane są na tym samym kontynencie, na którym uprawia się paszę, to skala i koncentracja geograficzna produkcji przemysłowej surowców (zwierzęcych) powoduje poważne zachwianie równowagi, która utrudnia recykling obornika. Wysokie koszty pracy i transportu często ograniczają możliwość wykorzystanie obornika jako nawozu organicznego w bezpośrednim sąsiedztwie obiektów produkcyjnych.”

Jeśli chcielibyśmy ponownie wykorzystać nasze odpady, tu musielibyśmy je z powrotem przetransportować z miejsca spożycia jedzenie do miejsca jego produkcji.

To samo się tyczy ludzkiego łajna. Tak jak zwierzęta hodowlane, ludzie są skoncentrowani w dużych miastach, nie mając żadnych terenów rolniczych w zasięgu wzroku. Tak jak zwierzęta, spożywamy jedzenie produkowane w często odległych miejscach. Oznacza to, że jeśli chcielibyśmy zbierać ludzki obornik, to musimy go odesłać do miejsca gdzie została wyprodukowana nasza żywność. Żeby tego dokonać, musielibyśmy zbudować ogromną sieć logistyczną ciężarówek, pociągów, statków (może nawet rurociągów), wprowadzająca z powrotem w obieg po całym świecie składniki odżywcze.

Nie chcemy przez to powiedzieć, że każdy gram łajna trzeba odesłać do miejsca gdzie wyprodukowano żywność – byłoby to niemożliwe i niedorzeczne. To co jest ważne, to równowaga pomiędzy eksportem a importem składników odżywczych. Kraje które eksportują żywność powinny jednocześnie importować (inną) żywność zamiast łajna co, jeśli chodzi o składniki odżywcze, wyjdzie na to samo i poprawi różnorodność diety mieszkańców. To czego nam potrzeba, to zaawansowana księgowość gospodarowanie składnikami odżywczymi.

Decentralizacja Populacji Ludności

Fundamentalnym rozwiązaniem powyższych problemów, jest oczywiście lokalna produkcji żywności. Za jednym zamachem skończyłaby ona z koniecznością transportowania obornika i żywności. Jeśli hodowla zwierząt byłaby bardziej zróżnicowania i rozproszona, a zarazem wpleciona pomiędzy uprawę roślin, to można by w pełni wykorzystać zwierzęcy obornik, a nawozy sztuczne nie byłyby już potrzebne.

Jeśli miasta stałby się mniejsze i równomierniej rozmieszczone pośród obszarów wiejskich, to logistyka zwracania z miast do wsi składników odżywczych znacznie by się uprościła. Jednak „rozproszenie” ludzkiej populacji jest przeciwko poglądowi, że bardziej zrównoważone, niż rozproszone tereny wiejskie i podmiejskie, są mocno zagęszczone miasta. Wyzwaniem więc nie będzie pozbycie się suburbiów, tylko uczynienie ich bardziej samowystarczalnymi.

Ilustracje w czerwieni i czerni: Diego Marmolejo dla Low-Tech Magazine.

Podziękowania dla Sietza Leeflanga, wynalazcy Nonoletmiejskiej toalety kompostującej (instrukcja do budowy), który prze dwa lata namawiał mnie do napisania tego eposu o gównie i udostępnił mi większość materiału źródłowego, który wykorzystałem. Sietz zainspirował mnie również do napisane artykułu o piecach kaflowych, co zajęło mi znacznie mniej czasu – Kris De Decker.

Materiał źródłowy:

“Farmers of Forty Centuries”, F.H. King (1911)—dung recycling in china, korea and japan
“Science and civilization in China”, Vol VI:2, Joseph Needham (1984)—idem
“De geschiedenis van de techniek in Nederland - de wording van een moderne samenleving 1800 - 1890, deel 2”, H.W. Lindsen (1993)—the liernur system (in Dutch)
“Feed or Feedback: Agriculture, Population Dynamics and the State of the Planet”, Duncan Brown, 2003—the nutrient cycle and how to restore it (great book!)
“The history of sanitary sewers” (website)—the liernur system and other early sewer systems
“Proposed plan for a sewerage system, and for the disposal of sewage”, PDF, Samuel M. Gray (1884)—the technical options at the end of the 19th century
“Humanure Handbook”, Joseph Jenkins (2005 - third edition)—diy
“The nitrogen dilemma: is America fertilizing disaster?”, Tom Philpott, Grist (2010) - inorganic fertilizers
“Livestock’s long shadow”, PDF, Food and Agriculture Organisation (2006) - figures of livestock dung production
“Production and use of potassium”, PDF (1998)
“Inorganic phosphorus and potassium production and reserves”, PDF, T.L. Roberts and W.M. Stewart, in “Better Crops” (2002)
“Environmental aspects of phosphate and potash mining”, PDF, UNEP (2001)
“Peak Phosphorus”, James Elser & Stuart White, Foreign Policy (2010)
“Scientists warn of lack of vita phosphorus as biofuels raise demand”, Times Online, June 23, 2008
“The voyages and adventures of Ferdinand Mendez Pinto, a Portugal, during his travels for the space of one and 20 years in the kingdom of Ethiopia, China, Tartaria, etcetera”, Ferdinand Mendez Pinto (1583).