Landwirtschaftlichen Abfall wiederverwerten, um heißes Wasser herzustellen/ca
Es descriuen dos sistemes de compostatge que utilitzen biomassa residual (com ara residus de cuina i residus agrícoles) i residus humans per escalfar aigua. Com que són senzilles i barates de construir, utilitzen materials comuns i requereixen un mínim de coneixements tècnics, haurien de ser ideals per als països en desenvolupament. Quan es construeixen correctament, requereixen un manteniment mínim, no fan olors i no representen un risc per a la salut. Es va construir un sistema que va produir aigua calenta per a ús domèstic a Oregon durant 2 mesos. Es proposa un segon disseny, més senzill. Els factors que hi contribueixen són: l'aigua freda, la biomassa residual i els residus humans. Les despeses són: aigua calenta i compost. Materials necessaris: Tanca i canonades de filferro o teixit.
Compostatge
El compostatge és un mètode tradicional per convertir residus agrícoles o hortícoles en fertilitzant. És una pedra angular de la jardineria ecològica. El procediment és senzill i requereix poca experiència. La majoria de jardiners i agricultors entenen que, en acumular biomassa residual en un lloc central, s'accelera el procés de descomposició natural. La biomassa consisteix en residus de cuina (parts no comestibles de fruites i verdures, com ara peles; que han fet malbé els aliments), residus agrícoles o forestals (males herbes, prunes i restes de cultius que s'han collit, com ara panotxes de blat de moro o closques retirades durant un procés de mòlta) i fems. El procés de compostatge utilitza aquests materials residuals per produir fertilitzant valuós i millorar la higiene del jardí. Quan està correctament construït i mantingut, és inodor i lliure de plagues. A més, com qualsevol que hagi vist el compostatge en acció sap, un subproducte important és la calor.
El paper del nitrogen i el carboni en el procés de compostatge
Els sistemes vius que descomponen la matèria requereixen matèria rica en carboni i proteïnes (que contenen nitrogen) en el seu aliment (substrat). El carboni proporciona energia per als processos metabòlics i es troba a la matriu estructural de les plantes (la cel·lulosa de la fusta o de les tiges de les plantes). El nitrogen proporciona una font d'aminoàcids per construir els enzims proteics necessaris per convertir els carbohidrats en energia. Es troba principalment en altres parts de les plantes, com ara les fulles, i en matèria animal o excrements. Els materials rics en nitrogen tendeixen a ser densos, no porosos i es descomponen anaeròbicament i amb poca alliberació de calor, sovint produint males olors i atraient insectes. Tanmateix, quan s'afegeix prou carboni a materials rics en nitrogen, es forma una matriu porosa amb una gran superfície sobre la qual els microbis es poden multiplicar. El procés de dissolució resultant és aeròbic, allibera molta calor i evita la infestació d'insectes i les olors desagradables. Un avantatge addicional és la destrucció tèrmica de patògens com ara virus i paràsits. A la pràctica, això significa gaudir d'un procediment estètic net.
La dissolució química consisteix en l'oxidació del compost molecular de carboni-hidrogen. Això allibera diòxid de carboni, aigua i energia en forma de calor. És el mateix procés químic que té lloc quan es crema fusta. Tanmateix, els sistemes poden fer això a temperatures més baixes utilitzant enzims com a catalitzadors.
Un escalfador d'aigua de compostatge
M'agradaria descriure un sistema de compostatge que vaig construir a Oregon que utilitza principis de compostatge per proporcionar aigua calenta a tota la llar per a la meva família de 2 adults i 3 nens. La principal entrada en aquest procés és la biomassa residual procedent de les operacions de poda d'arbres. Consisteix en branques tallades d'arbres de fusta dura o coníferes que han estat tallades amb màquines raspadores. Aquest material és ric en carboni (és a dir, conté principalment fusta) i pobre en nitrogen (és a dir, conté poques fulles) i es descompon lentament. A això hi afegim residus de cuina i jardí rics en nitrogen, residus addicionals de jardí i pati de la comunitat, com ara fulles i retalls d'herba, i matèria fecal i orina humana recollida al nostre lavabo. La combinació d'aquests dos tipus de materials accelera enormement la dissolució i la producció de calor.
Importància d'una biomassa adequada
Un compostatge adequat requereix que una massa adequada creï un entorn adequat per al creixement bacterià. Petites quantitats de vegetació es descompondran lentament i produiran petites quantitats de calor que es dissiparan ràpidament. Això afavoreix el creixement dels fongs, per la qual cosa els fongs són els principals descomponedors de la natura. Tanmateix, quan es reuneix una massa adequada, com en un munt o llit de compost, es produeix una calefacció suficient per dissuadir el creixement de fongs i afavorir els bacteris tolerants a la calor. La massa no només serveix com a base per a la producció de calor, sinó també com a aïllant per a l'ambient interior. La superfície exterior està a temperatura ambient; La temperatura del substrat augmenta fins que arriba al seu màxim a l'interior. Al nostre llit de compost, vam mesurar la temperatura interna a 130 graus Fahrenheit.
Un vàter sense aigua proporciona nitrogen valuós
En el nostre sistema domèstic fem servir l'humanure com a valuosa font de nitrogen. Ho recollim amb un senzill vàter sense aigua que consisteix en dues galledes de cinc galons i un conjunt de vàter convencional. Com a contenidor s'utilitza una galleda i està equipada amb un seient extraïble en una brida. Un segon conté encenalls de fusta o serradures, que, després de cada ús, s'afegeixen en una capa fina per cobrir el primer i segellar les olors. Quan la primera galleda està plena, el seient es transfereix a una segona galleda, que aleshores queda buida i es converteix en el nou contenidor. L'humanure ric en nitrogen s'afegeix al llit de compost. Per motius estètics i per a una higiene adequada, sempre és important cobrir qualsevol addició a un llit de compost amb una capa neta de material llenyós o d'un altre material amb alt contingut en carboni.
Extracció de calor amb un intercanviador de calor
Si hi ha prou massa, la calor es pot extreure mitjançant un simple intercanviador de calor. Vam instal·lar un intercanviador de calor d'aquest tipus en forma d'una bobina de tub de plàstic flexible incrustat dins del nostre llit de compost. La calor de la solució passa a través del tub, que escalfa així l'aigua que circula per dins. L'aigua freda entra per un extrem de la canonada. Si s'obre una aixeta per l'altre extrem, sortirà aigua calenta fins que l'aigua freda entrant substitueixi l'aigua escalfada i refredi la canonada. Aleshores cal esperar que torni a entrar calor de la massa calenta, penetrar a la canonada i escalfar l'aigua freda i fresca. La quantitat d'aigua calenta que es pot extreure en una "porció" depèn del diàmetre i la longitud de la canonada. En el nostre sistema vam utilitzar una canonada d'1,5 polzades de diàmetre i 100 peus de llarg. Això subministra un dipòsit d'aigua calenta d'aproximadament 9 galons, suficient per a diverses dutxes ràpides o una sola bugada.
Ús de la calor per escalfar un hivernacle
En dissenyar el meu sistema de compostatge, volia utilitzar la calor per proporcionar aigua calenta a la llar i per escalfar un hivernacle durant els freds hiverns d'Oregon. Per tant, vaig decidir utilitzar una gran quantitat de biomassa disponible gratuïtament a empreses locals. Vaig utilitzar una capa d'un metre de profunditat de portaempelts primari (pruna macerada) com a terra de l'hivernacle, que mesura aproximadament 4,8 per 8,6 metres. Aquesta massa està continguda dins de murs construïts amb tres capes de bales de palla apilades com maons, que també estan disponibles com a producte de residus agrícoles gratuït a Oregon. Vaig fer servir bales de palla perquè també funcionen bé com a base per als laterals i el sostre d'un hivernacle. Tinc previst construir la teulada aquesta tardor utilitzant arcs paral·lels que abastin els dos costats i tindreu làmines de plàstic transparent sobre elles per tancar l'espai interior i protegir-lo del fred exterior. La terra del llit de compost allibera constantment calor a l'espai. Els suports de bales de palla i el sostre de plàstic haurien d'ajudar a mantenir aquesta calor a l'hivernacle. L'intercanviador de calor està incrustat a la capa profunda de compost que constitueix el sòl. Per tant, la calor del procés de dissolució proporciona calor tant per a l'aigua (que es bomba a la casa) com per a l'espai de l'hivernacle per escalfar-se.
Resultats
Les mesures preliminars (als dos mesos d'edat) van mostrar que els primers 10 galons d'aigua que sortien de l'intercanviador de calor eren superiors a 130 graus Fahrenheit. Després d'això, es va refredar gradualment fins a uns 100 graus quan va arribar als 20 galons. L'aigua que entrava a l'intercanviador de calor estava a uns 45 graus, cosa que demostra que els llits de compost escalfaven l'aigua a més de 80 graus! Hem utilitzat l'aigua que produeix per a totes les necessitats de la llar des de la seva construcció. Des que vam instal·lar el nostre sistema fa uns dos mesos, hem pogut apagar l'escalfador d'aigua elèctric i encara tenir aigua calenta les 24 hores. El lloc, que no s'escalfa mitjançant el procés de compostatge, ha estat provat. No hi ha olors desagradables.
Un disseny més senzill
M'agradaria proposar el següent esquema, molt més senzill, per a la generació d'aigua calenta únicament a partir de biomassa residual. Un sistema "bàsic" consistiria en una estructura que conté el llit de compost en forma de cilindre amb els costats construïts amb tanques de filferro teixit. No caldrien pals ni altres materials estructurals perquè la pressió de la biomassa que empeny contra la tanca la mantindrà vertical. Incorporat en això hi ha una bobina de plàstic o un altre tub que actua com a intercanviador de calor. Idealment, serà aigua a pressió que després es podrà lliurar al lloc on s'utilitzarà. La biomassa consisteix en qualsevol material amb alt contingut en carboni disponible a l'escena. La mida del cilindre dependrà del diàmetre de les bobines del tub. Suggeriria que els costats del cilindre estiguin entre un i dos peus fora del tub enrotllat. Això garantirà que hi hagi prou aïllament per mantenir la canonada a una temperatura elevada. La canonada d'1,5 polzades que vaig utilitzar venia en bobines d'uns 6 peus de diàmetre. Per tant, un cilindre d'uns 3 metres de diàmetre i 1,2 metres o més d'alçada encaixaria en una canonada d'aquesta mida. La descomposició de la biomassa comença quan s'hi afegeix una font de nitrogen (com ara fulles o fems).
Costos
El cost principal d'aquest projecte és l'intercanviador de calor. La canonada de plàstic descrita anteriorment costa 45 dòlars a Oregon. Es podria esperar que les peces addicionals per connectar a un sistema de fontaneria existent (vàlvules, canonades de subministrament) costin aproximadament entre 10 i 20 dòlars. Els únics altres costos són la tanca o altres suports per contenir la biomassa en forma cilíndrica. Una tanca de filferro teixit de 35 peus de llargada i 5 peus d'alçada costa uns 30 dòlars a Oregon. Per tant, el pressupost total d'aquest projecte és inferior a 100 dòlars.
El futur
Calculo que en realitat només extraiem un petit percentatge de la calor produïda (desenes de galons d'aigua calenta al dia). Un voluntari del Cos de la Pau va suggerir que podríem aprofitar millor la calor construint un bany d'hidromassatge. De fet, es podria construir fàcilment una conca senzilla excavant una depressió al centre del llit de compost i folrant-la amb una làmina de plàstic o goma gruixuda per contenir l'aigua. Aleshores, fent circular l'aigua d'aquest estany de nou a l'intercanviador de calor quan s'hagi refredat per sota d'un nivell desitjat, es podria construir un jacuzzi alimentat per compost. Crec que l'aigua d'un jacuzzi sol estar a 105 graus. Per tant, les temperatures a les quals s'assoleix el compostatge han de ser adequades. Només l'experimentació ho dirà! Convido a qualsevol persona que intenti aprofitar el poder del compostatge de maneres innovadores a posar-se en contacte amb mi per fer-me un informe de progrés. Les possibilitats són múltiples!