Ekologické systémy v pouštích: Co to je a jak fungují?

Pouště se formují v oblastech s extrémním, prakticky celoročním suchem. Úhrny srážek jsou za rok zpravidla nižší než 250 mm. Pouště můžeme rozdělit na „horké“ pouště (s vysokou denní teplotní amplitudou, přes 50°C) a „studené“ pouště mírného pásu (s velmi tuhými zimami, např. Gobi).

Pouště jsou typicky tvořeny kamenitým či písčitým povrchem, místy s řídce rozptýlenou vegetací. Pouštní rostliny jsou na extrémní podmínky různým způsobem adaptované. Příkladem mohou být sukulentní rostliny polopouští, které zadržují vodu ve svém stonku.

V současné době pouště velmi rychle expandují. Mezi oblasti nejohroženější desertifikací patří především celý obvod Sahary a obvody pouští střední Asie. K desertifikaci přispívají jak klimatické, tak především antropogenní faktory - z nich hlavně neúnosně intenzivní pastva dobytka, dále pak vypalování přirozené vegetace pro získání zemědělské půdy. Rozšiřování pouští může mít za následek například i zvyšující se úmrtnost stěhovavých ptáků.

Naopak díky důsledné ochraně přírody a krajiny je riziko desertifikace v centrální Austrálii malé (pokud nedojde ke klimatické změně). Relativně malé riziko desertifikace je v rozsáhlých národních parcích v poušti Kalahari (ostatně, není to poušť, ale klimaxová savana), ale po jejich obvodu v důsledku nově zavedené pastvy skutečně pouště začínají vznikat.

Architektura v pouštním prostředí

Pouštní prostředí představuje pro architekturu výzvu. Vysoké teploty, intenzivní sluneční záření, nedostatek vody a silné písečné bouře nutí architekty hledat inovativní řešení, která zajišťují komfort, udržitelnost a dlouhou životnost staveb. Spojené arabské emiráty a další regiony s podobným klimatem se staly centrem experimentů s moderními technologiemi i tradičními principy, které pomáhají vytvářet odolné a energeticky efektivní budovy.

Čtěte také: České supermarkety a bio

Stavět v poušti znamená vypořádat se s několika zásadními překážkami. Největší výzvou je extrémní teplotní rozdíl mezi dnem a nocí - přes den mohou teploty překročit 50 °C, zatímco v noci klesají k 10-15 °C. Dalším faktorem je písek a prach, které mohou způsobovat erozi materiálů a narušovat funkčnost budov. Nezbytným aspektem je také efektivní hospodaření s vodou.

Ačkoli moderní technologie umožňují efektivnější řešení, mnoho pouštních staveb využívá principy starověké architektury, které jsou ověřené časem. Nové přístupy k výstavbě v pouštním prostředí zahrnují chytré fasády, které se přizpůsobují změnám teploty, a materiály s vysokou tepelnou odolností.

Klimatické změny nutí architekty přehodnocovat dosavadní přístupy k výstavbě v extrémních podmínkách. Stále častěji se využívají ekologické koncepty, jako jsou pasivní domy, které minimalizují spotřebu energie na chlazení. Současně se mění i přístup k urbanismu.

Architektura v poušti je fascinující oblast, která kombinuje tradiční stavební techniky s nejmodernějšími inovacemi. Stále větší důraz se klade na udržitelnost a snižování ekologické stopy, což vede k vzniku budov, které jsou nejen odolné vůči extrémním podmínkám, ale zároveň minimalizují svou spotřebu energie a vody.

Získávání vody v poušti

Inženýři z Austrálie a Číny představili převratný vynález: malé zařízení napájené sluncem, které dokáže získat vodu přímo ze vzduchu. Oproti běžným metodám, jako je sběr rosy nebo chlazení, funguje spolehlivě i v místech s extrémně nízkou vlhkostí. A co víc - je vyrobeno z upraveného balzového dřeva.

Čtěte také: Jak podporovat projekty

Základem zařízení je speciálně zpracované balzové dřevo, jehož přirozeně porézní struktura byla upravena pro efektivní sběr vlhkosti ze vzduchu. Při otevřeném víčku pohltí okolní vlhkost, jakmile se víčko uzavře a zařízení se vystaví slunci, zachycená voda se uvolní do připraveného kelímku.

Podle Dr. Dereka Hao z RMIT University v Melbourne kombinuje zařízení několik chytrých technologií: lithiumchlorid pro zajištění absorpce, železité nanočástice, uhlíkové nanotrubice a další funkční vrstvy, to vše vložené do „kostry“ z přírodního dřeva. Výsledek? Spolehlivý způsob, jak získat pitnou vodu téměř kdekoliv - bez elektřiny, pouze za pomoci slunce.

Při laboratorních testech zařízení absorbovalo až 2 ml vody na gram materiálu při 90% vlhkosti vzduchu a většinu této vody uvolnilo během 10 hodin vystavení slunci. Při venkovním testování zařízení dokázalo nasát 2,5 ml vody na gram přes noc a následně ji během dne uvolnit - s účinností přes 94 %.

I při relativní vlhkosti 30 %, tedy v podmínkách připomínajících poušť, stále dokázalo získat přibližně 0,6 ml vody na gram. Výsledky dávají naději na použití v suchých oblastech či při humanitárních krizích.

Zařízení obstálo i v extrémních podmínkách - například i po 20 dnech v mrazivých −20 °C si zachovalo funkčnost. V testech 10 po sobě jdoucích cyklů vykazovalo jen minimální pokles účinnosti (méně než 12 %), což naznačuje dlouhodobou použitelnost.

Čtěte také: Dávkování lignohumátu v ekologickém zemědělství

Jedním z největších přínosů je však cena a dostupnost materiálu. Balzové dřevo je lehké, levné, snadno dostupné a biologicky odbouratelné. Kombinace nízkých nákladů, jednoduché výroby a robustní konstrukce dělá z tohoto zařízení kandidáta na masové nasazení.

Dr. Hao vidí budoucnost zařízení v krizových oblastech nebo po přírodních katastrofách. Díky modulární konstrukci lze vytvořit větší jednotky nebo pole zařízení pro větší odběr vody. Celý systém lze snadno přepravovat a funguje čistě na sluneční energii - žádné baterie, žádná infrastruktura, jen slunce a vzduch.

Výzkumný tým pracuje na další optimalizaci pomocí umělé inteligence. Ta už dnes pomáhá předvídat chování zařízení při různých teplotách a vlhkostech. Do budoucna by mohly senzory IoT sledovat okolní podmínky a automaticky řídit sběr vody.

Technologie S.A.W.E.R.

Teď systém S.A.W.E.R. získal prestižní ocenění za naplňování cílů udržitelného rozvoje OSN, které mu udělila Asociace společenské odpovědnosti. Uspěl v kategorii Inovace, technologie a energie.

Systém vyvinulo Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ve spolupráci s Fakultou strojní Českého vysokého učení v Praze.

Technologie S.A.W.E.R. dokáže získat ze vzduchu vodu pro lidskou spotřebu nebo zavlažování rostlin. A to třeba i na poušti. Energii pro svůj provoz získává ze slunečního záření prostřednictvím fotovoltaických kolektorů.

Vzduch totiž i v pouštním prostředí obsahuje vodní páru. Ale tamní klimatické podmínky, na rozdíl třeba od evropských, neumožňují snadné získávání vody použitím běžného chladiče, na němž vodní pára při nízké teplotě kondenzuje. Zařízení navíc může díky bateriovému úložišti pracovat, i když slunce nesvítí.

Zatímco běžným chladičem lze z pouštního vzduchu dostat v průměru 10 litrů za den, v případě zařízení S.A.W.E.R. to je v průměru až 200 litrů při srovnatelných průtocích upravovaného vzduchu. Hlavním specifikem systému S.A.W.E.R. je autonomní provoz. Vedlejším produktem technologického systému je pak teplá voda pro sprchování a chladný vzduch pro klimatizaci budovy.

Zařízení je vhodné například pro využití humanitárními organizacemi nebo armádními složkami v odlehlých oblastech bez připojení na vodárenskou nebo energetickou infrastrukturu. Může tak doplnit přírodní zdroje, případně je zastoupit v místech, kde vůbec nejsou. Pokud je navíc S.A.W.E.R. připojený na elektrickou síť, jeho produkce vody je oproti provozu v autonomním režimu přibližně dvojnásobná a ve srovnání s běžnými čistě kondenzačními jednotkami dokonce osmkrát vyšší.

Oživení pouště pomocí mikroorganismů

Zařízení S.A.W.E.R. dokáže rovněž proměnit suchou poušť v oázu prostřednictvím cíleného rozmnožování mikroorganismů. Botanický ústav Akademie věd ČR vyvíjí systém pro kultivaci pouště, jenž využívá část získané vody pro speciální fotobioreaktor, umělé prostředí sloužící ke kultivaci mikrořas za účelem produkce polysacharidů a zadržení živin ve vodě.

Směs vody, řas a organicky navázaných živin se aplikuje formou zálivkového systému umístěného asi 20 centimetrů pod povrchem půdy. Kořeny rostlin získají vodu s živinami přímo ze zálivkového potrubí. Tím se výrazně omezí ztráty vody vypařováním, což je důležité hlavně v suchých oblastech s vysokou úrovní slunečního záření.

Zaléváním vodou s obsahem řas se do půdy dostávají jak živiny, které se mohou pomalu uvolňovat, tak další látky obsažené v řasách, jako jsou rostlinné hormony a organická hmota potřebná pro zdárný růst rostlin.

Před výsadbou rostlin se písčitá půda oživí mikroorganismy, které jsou prospěšné pro růst rostlin, pomáhají rostlině efektivněji získávat živiny a zvyšují zadržení vody v půdní vrstvě kolem kořenů. Tyto organismy, takzvané půdní symbiotické mykorhizní a endofytní houby fungující v kořenovém systému, ve spolupráci s dalšími půdními organismy oživí půdu tak, že se stává vhodnou pro pěstování i v tak extrémních podmínkách, které se nachází v poušti.

Solární energie v poušti

Když přijde na elektřinu vyráběnou s pomocí slunce, je vždycky první otázka směřována na efektivitu celého procesu. A projekt, na kterém se v jihoafrické části pouště Kalahari podílela švédská společnost Ripasso, si skutečně titul nejefektivnější solární elektrárny zaslouží.

Solární disky sledují dráhu slunce po obloze, aby si zajistily co nejlepší osvit. Projekt v poušti Kalahari má hned dva neduhy. Tím prvním je, že nepřináší výrazně novou myšlenku ani technologii. Ve skutečnosti pracuje přesně na tom samém principu, s jakým přišel v první polovině devatenáctého století skotský inženýr Reverend Robert Stirling. A ten druhý? Že už se prakticky čtvrtým rokem jedná „jen“ o testovací provoz, a ne plně zapojené zařízení.

Pokud by ale padla otázka na efektivitu provozu, dosahuje účinnost celého systému 34 %. Třetina dopadající sluneční energie se tu mění na elektřinu a proudí přímo do sítě. To je téměř dvakrát tolik, než kolik zvládají konvenční solární systémy.

Jedná se o dvě malé solárně koncentrační elektrárny (s plochou zrcadla okolo 100 metrů čtverečních), které důmyslný počítačový systém a kloubový mechanismus neustále zaměřuje ve směru nejoptimálnějšího dopadu slunečních paprsků. Zatímco jeden takový skleněný talíř je schopen generovat 75 MWh ročně, druhý a větší vytáhne až 85 MWh. Prakticky by tak dokázal jeden takový disk zásobovat celoročně osm amerických domácností, a ještě by zbylo něco na dobíjení elektromobilu.

Za zmínku stojí i geneze celého systému, ke kterému se v roce 1826 dopracoval vynálezce Stirling. Ten se původně pokoušel vypracovat alternativu vůči monopolu parních strojů, a pracoval na bázi ohřívání a chlazení plynu v uzavřeném systému, než připadl na laciný zdroj energie. Kvůli nedostatku materiálu a nedostatečné technické pokročilosti ale jeho vize usnula. Chopila se jí teprve až v roce 1988 švédská zbrojařská firma, která chtěla vyvíjet systém na rychlé dobíjení energie pro ponorky. Odtud pak rozpracovaný mechanismus putoval ke zbrojařskému inženýrovi Gunnaru Larsonovi, který společnost Ripasso v roce 2008 založil.

Lithium v poušti Atacama

Atacama na severu Chile rozhodně patří k nejsušším místům na planetě Zemi a možná k nejstarším pouštím celého světa. Její území, připomínající měsíční krajinu, je z ekologického hlediska naprosto unikátní. A zajímavé je i pro energetický průmysl. Nachází se tu totiž 40 % světových zásob lithia, ústředního prvku pro výrobu bateriových systémů a zelených technologií.

V souboji buď/anebo nad krajinou jednoznačně vítězí poptávka po technologicky hodnotných minerálech.

V roce 2002 stála tuna lithia 2244 dolarů, předloni 16 500. V roce 2010 bylo vytěženo 28 100 tun lithia, předloni 77 000 tun.

Nejvýraznější oblastí průmyslové spotřeby jsou dnes bateriové systémy, uchovávající energii. Pro mobilní telefony, elektromobily, ekologické domácnosti se střešními solárními elektrárnami. Pro chytré a zelené technologie lepší budoucnosti, které se zaštiťují čistotou a udržitelností. V Chile to tak ale zatím nevidí.

Světové zásoby lithia jsou zatím odhadované na 64 milionů tun a nachází se na území 23 zemí. Ne všude je těžitelné a ne všude jej těží. Země „lithiového trojúhelníků“ - Chile, Argentiny a Bolívie - patří mezi desítku zemí, které rostoucí světovou poptávku zatím aktivně uspokojují. Platí za to vlastní zdevastovanou přírodou.

Vytěžení lithiových solí, jejich odpařování, filtrace uhličitanu lithného, opakovaná aplikace 18 měsíců trvající chemikálií urychlujících proces. A enormní spotřeba vody: za každou tunou zpracovaného lithia stojí 1,95 miliardy litrů. V poušti.

Při současném narůstajícím trendu spotřeby nám veškeré světové zásoby vydrží do roku 2090, recyklace je zatím pod 5 %, tedy hůře, než třeba u plastových odpadů.

„Snažíme se vládě a lidem vysvětlit, že slaniska a pouště v Chile kvůli lithiu umírají, ale nechtějí tomu rozumět. Vidí jen energii,“ říká Sonya Raomosová, jedna z domorodých žen, které protestují proti plánům na rozšíření stávajících těžebních ploch. Emotivně hovoří o tom, že globální poptávka po čisté energii zabíjí jejich domov.

V Bolívii, která disponuje ve světovém pořadí šestými nejvýznamnějšími zásobami lithia, se zatím těžba plně nerozběhla. Je ve fázi příprav. Záměrem zdejší vlády je nahradit dosud nejvýraznější, 90 % přínos do státního rozpočtu - cestovní ruch - ekonomicky výnosnější perspektivou. Lithiem.

A protože se zdejší minerálně příhodná slaniska nachází ve vyšší nadmořské výšce, pod horou Uyuni, je zde odpar o něco menší a nádrže musí být mělčí a větší. Dochází tu k masivnímu záboru půdy a samozřejmě, likvidaci celého izolovaného ekosystému. V rámci zavodnění sedimentačních a odpařovacích pánví došlo ke komercionalizaci řek.

Jak dále zmiňuje National Geographic, jedna z verzí elektromobilu Tesla Model S v sobě nese 65 kilogramů nejrůznějších lithiových komponent, množství ekvivalentní 10 000 mobilních telefonů.

tags: #ekologicke #systemy #naxpousti #co #to #je

Oblíbené příspěvky:

• Harmonogram svozu odpadu
• Benjamin Kuras o Změně Klimatu
• Diskriminace neočkovaných: Analýza
• Franke Sorter Cube 30: Zhodnocení
• Státní fond životního prostředí