ביו-טכניקה חדשנית בהנדסת מערכות אקולוגית עבור עמידות עירונית לאקלים

ככל ששינוי האקלים מתחזק, מרכזים עירוניים ברחבי העולם עומדים בפני איומים מחום קיצוני, מבולפונות קטסטרופליים, ומדרדרים את איכות האוויר.הסביבה הבנויה מעצימות את האתגרים הללו באמצעות אפקט האי החום העירוני, משטחים בלתי מוחשיים שמגבירים את ההפוגה, ומצמצמצמצילים את פליטות האקלים המתחבורה והתעשייה.

הבנת הנדסה אקולוגית בקונטקסט העירוני

הנדסה אקולוגית מתייחסת באופן מסורתי לשינוי מכוון של סביבות טבעיות על ידי אורגניזמים - ניברס בנייה סכרים, אלמוגים בונים שוניות. בחוסן אקלים עירוני, המונח לוקח על טוויסט אנושי מונחה: מהנדסים וביולוגיה עיצוב ומתקין מערכות ביולוגיות כדי לספק שירותים אקולוגיים כי ערים צורך נואשות.מערכות אלה אינן רק דקורטיביות; הן תשתיות פונקציונליות המחקות או משפרות תהליכים טבעיים.

המדע מאחורי הנדסת מערכות אקולוגיות עירונית שואב מפיזיולוגיה צמחית, מיקרוביולוגיה אדמה, הידרולוגיה וחומרים מדע. במהלך שני העשורים האחרונים, השדה צמח ממזימה ניסיונית בקנה מידה קטן ועד פריסות גדולות בערים גדולות כמו סינגפור, קופנהגן וניו יורק קי לאבולוציה זו הייתה שילוב של אורגניזמים חיים או נגזרות שלהם כדי ליצור מוצרים ומערכות אקולוגיות עירוניות, ביו-טקרטיות יכולות לאפשר לזרז את כל המשתנים הירוקים כדי להשיג את המשתנים של צמחים אלה.

מפתח Biotechnologies Powering Urban Ecosystem Engineering

גגות ירוקים

[הגגות הירוקות המודרניות התפתחו הרבה מעבר למזדונות פשוטים של גלימות הביונגינרינג עכשיו מניעים את הבחירה והשינוי של מינים צמחיים ומדיה גוברת כדי למקסם את הביצועים התרמיים, שימור המים, ועלייה מזוהמת של חוקרים פיתחו זנים צמחיים עם סובלנות מוגברת בשילוב עם רמות גבוהות של evapiration - התהליך שמקרר את האוויר שמסביב, למשל, מטפחים מסוימים של LTS:0S3 קיבולת גבוהה יותר מנפחים ולהפחית את הפחתת משקל הפחתת קיבולת הפחתת קיבולת הפחתת קיבולת הפחתת קיבולת גבוהה יותר מפולניתובעתית:

מחקרים מערים כמו טורונטו, אשר יישמו את הגג הירוק על ידי חוק בשנת 2009, מראים כי גגות ביו-גרינרים יכולים להפחית את טמפרטורות גגות הקיץ ב -30-40 מעלות צלזיוס בהשוואה לגגות שחורות קונבנציונליות. בסינגפור, יוזמת "עיר גארדן" של הממשלה משתמשת בתקשורת קלה, בעלת ביצועים גבוהים על גורדי שחקים לתמוך בעצים ובדחריצים שאחרת לא יהיו בלתי אפשריים במערכות כאלה.

תיקון מיקרוביאלי

(ו) בריאות סולל היא הבסיס של כל תשתית ירוקה, אך אדמה עירונית לעתים קרובות קומפקטית, סטרילית, מזוהמת.ביוטכנולוגיה מציעה פתרונות באמצעות תיקונים מיקרוביאליים: ניסוחים מרוכזים של חיידקים מועילים, פטריות וארכאה אשר מחזירים את רשת המזון הקרקע. mycorrhizal fungi, למשל, ליצור אגודות סימביוטיות עם שורשים צמחיים, מרחיבים את המים הסיינטטיים שלהם ושיפור בעוד ש-Framphervptervpterto:

חידושים אחרונים כוללים "קונסורצנטיות מיקרוביאלית" מאוזנת בקפידה לביצוע פונקציות מרובות בו זמנית. aconortium פרוסה בפרויקט שיקום הפארק בניו יורק מכיל 12 מינים של חיידקים אשר יחד הגדלת פליטת הפחמן ב-25% בהשוואה לאדמה שלא מטופלת, שיפור זיהום מים על ידי 40%, והגביר את ההתמוטטות של חומרים משותפים כמו שמן וחומרי הדברה.

Living Walls and Vertical Ecosystem Engineering

כאשר החלל האופקי הוא בקושי, קירות חיים מביאים שירותים אקולוגיים אל פני השטח האנכיים.ביוטכנולוגיה מחזרת המערכות הללו באמצעות לוחות מודולריים מהונדסים התומכים במגוון של מינים צמחיים תוך טיפול פעיל באוויר.חלק מהקירות החיים משלבים עיצובים "ביופיליים" המייעלים את זרימת האוויר דרך הערפל, שיפור לכידת חלקיות. A בלונדון מצא כי קיר חי של 20 מטרים רבועים הוסרו את אותה כמות של חנקן לעץ דו חנקן בטמפרטורה נמוכה - בהתחשב בעץ מדכא, בהתחשב בטמפרטורה נמוכה - בהשוואה לעץ מדכאת-שנתי.

קירות חיים מתקדמים משלבים כעת מערכות הידרופוניות או ארנופוניות, המבודדות מים וחומרים מזינים, הפחתת תחזוקה. החוקרים גם מתנסים בזנים מהונדסים גנטית, אשר יתר-אקומניים מתכות כבדות כמו עופרת וקטמיום. אלה חומות "מתווך" יכול להיות מותקנות לאורך כבישים עסוקים כדי להגן על הולכי רגל ותושבי הסמוכים מפני פליטות רכב רעילות.

Phytoremediation ומהנדס Wetlands

הפטור העירוני הוא מקור עיקרי של זיהום מים, נושא שמן, מתכות כבדות, ופתוגים לנהרות ואגמים. Phytoremediation - שימוש בצמחים כדי לחלץ, לדרגה, או לייצב את contaminants - היה מרכיב עיקרי של ניקוי תעשייתי במשך עשרות שנים, אבל ביו-טקנולוגים מתאימים באופן פעיל את זה לניהול סערות עירוניות.

רטובות מהנדס מייצג צורה מורכבת יותר של הנדסת מערכות אקולוגית.ביוטכנית אופטימיזציה substrates - כולל שכבות של זאוליט, חרגן מורחב, ו ביושר - תומך ביופילים מיקרוביאליים צפופים המפרקים את המזהירים האורגניים. תוספת של זנים חיידקיים ספציפיים אשר degrads יכול להגביר את הביצועים של נהר רטוב גדול ליד פורטלנד, אורגון, שעוצב עם שיפורים אלה, מעל 90% של חנקנים עירוניים, כמו גם כן, 000 חנקן, 000, 000 כמו גם כן, 000 חנקן יכול להגביר את העלולים להגדיל את הביצועים של חנקן, 000 כמו גם כן, 000 מוצק של חנקן, 000 כמו גם כן, 000 כמו גם כן, 000 חנקן.

המונחים: bioengineered Permeable פאבלות

הגישה "עיר מגיבה", חלוצה בסין, שואפת לספוג, לאחסן ולנצל את מי הגשמים במקום לתקשור אותו כבזבוז.ביוטכנולוגיה ממלאת תפקיד בחומרים המשמשים ליצירת משטחים שניתן להעלות על הדעת.ביונגינאר מעורבבבים קונקרטיים משלבים חיידקים כי זרזים פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן, יצירת סדקים עצמיים כי שמירה על יכולת יתר על פני זמן זה "פשוט" ו" הם בדיקות מיקרו-ידי שנגחאי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זמן קצר יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כבר בדיקות כי הם כבר בדיקות כי הם בדיקות כי הם בדיקות קיפח, 000 כדי להאיץ את זה כבר בדיקות פחמן משופרות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כדי למנוע את זה כבר בדיקות אבטחה, 000 כדי למנוע את זה כבר בדיקות חומרים מזרז את זה כבר בדיקות קיפחמיציבת, 000 לתוך סוללת קיפחמיציבת, 000 לתוך סוללת קיפחמיציבת, 000, 000, 000, 000, 000 זמן, 000 לתוך סוללת קיפחמיציבת, 000 לתוך סוללת קיפחמי

מעבר לריצוף, עיצובי עיר ספוג כוללים גנים גשם, בריכות שימור, ותאי אחסון תת קרקעיים מלאים substrates ממונדסים. פרויקט לאחרונה ברוטרדאם השתמש בשכבת אדמה ביו-כריזמה תחת כיכר ציבורית כדי ללכוד ולדאוג ל-10 מ"מ הראשונים של כל אירוע גשם, צמצום של תפורת הביו-פר בשילוב על גדות עד 30%.המערכת תומכת גם במשעמם של עצים ילידים המספקים צל וחום.

היתרונות של ביו-טקנולוגים במגוון של עמידות לאקלים

תקנות טמפרטורה

איים חום עירוניים יכולים להעלות את טמפרטורות העיר על ידי 3- ° C בהשוואה לאזורים כפריים שמסביב.ביוטכנית מוגברת תשתיות ירוקות מגבירה את הקירור באמצעות evapotranspiration ולהגדיל את albedo. לדוגמה, גג ירוק עם זנים צמחיים מותאם יכול לעבור עד 50% יותר מים מאשר גג סטנדרטי sedum, הסרת חום מאוחר מן האווירה. כאשר הם פרוסים בקנה מידה, מערכות אלה הוכחו עד להפחתה של 1 ° C.

שיטפון Mitigation

אירועי גשם בחושים הופכים תכופים יותר בשל שינויי האקלים. משטחים לא יציבים בערים גורמים לריצה מהירה כי מערכות ניקוז יתר. Bioengineered Systems להגדיל באופן דרמטי את שימור המים: גג ירוק טיפוסי יכול להחזיק 50-90% של גשם שנתי בהתאם לעומק וכיסוי צמחי. Biochar-amended אדמה בגנים גשם יכול לשמור יותר מ -30% מים מאשר גנטיקה רגילה.

שיפור איכות האוויר

חומר חלקי (PM2.5, PM10), חנקן דו חמצני (NO2), ואוזון (O3) הם זיהום אוויר עירוני גדול הקשור למחלות נשימה וכלי דם. Vegetation יירוט חלקיקים על פני השטח ו סופג גזים באמצעות סטומאטה. ביוטכניקה ממהנדסים עם עלות גבוהה יותר של תרופות ומצעים מקליים (שיערות) יכול ללכוד עד שלוש פעמים על ידי קירות מקומיים ולהפחית את רמת הריכוז של 10.

תמיכה במגוון ביולוגי

חללים ירוקים עירוניים מורכבים לעתים קרובות מ ⁇ מונוגרג'יות המספקות ערך קטן של גידול.הנדסת מערכות אקולוגיות ביוטכנית עיצובים בכוונה עבור מגוון ביולוגי.מין צמח Native נבחרים או משופר עם סינמונים מיקרוביאליים התומכים במזהמים מומחים וציפורים. גגות ירוקות בשווייץ עוצבו עם תערובות צמחים ספציפיות שמושכות מינים של דבורים נדירות, והופכים בעבר חלל מת לתוך בתי גידול בפורטוגל, גם הם הפכו לפרחים חזקים יותר.

אתגרים ושיקולים

למרות ההבטחה שלהם, גישות ביו-טכניות להנדסת מערכות אקולוגיות להתמודד עם כמה מחסומים. Ecological BalancevephFLT:1 הוא דאגה עיקרית: הצגת זנים לא-native plant או קונסורציה מיקרוביאלית עלולה לשבש מערכות אקולוגיות קיימות או להפוך לבדיקות פולשניות.

דרישות ההגדלה (FLT:0) דרישות ההגדלה של דרישות ה-FLT:1 גבוהות יותר מאשר עבור תשתיות אפורות מסורתיות. גגות ירוקות דורשות השקיה תקופתית, והחלפת צמחים.לחיות חומות חיים זקוקים למשלוח תזונתי ובקרת מזיקים.העלות של שמירה על מערכות אלה יכולות להיות שתיים עד שלוש פעמים של מקרקעין קונבנציונליים, אשר עשוי להרתיע רשויות אנרגיה מתקפלות.

(FLT:0)איכותיות ועלויות ההרחבה 1:1 נותרו מכשולים משמעותיים. ביוטכניקה אופטימיזציה צמחים ומיקרובים יקרים יותר לייצר מאשר זנים סטנדרטיים. Per Zone, מערכת גג ירוקה מואצת יכול לעלות 30–50% יותר מאשר אחד קונבנציונלי.

(FLT:0) השלכות בלתי צפויות של מים LT:1 חייב גם להיחשב.לדוגמה, תיקונים מיקרוביאליים אשר משפרים את צמיחת הצמח יכול גם להגדיל את הביקוש למים בתקופות יבשות, לזן אספקה עירונית. בדומה, צמחים בעלי צמיחה מהירה על גגות ירוק עלולים לצאת ממין איטי יותר, להפחית את המגוון.

(FLT:0) תפיסה ציבורית ומדיניות (מדיניות) 1 (FLT) ממלא תפקיד.יש אזרחים רואים צמחים מהונדסים מבחינה ביולוגית עם חשד, המשווה אותם עם גידולים מהונדסים גנטית.תקשורת בין טרנסג'נדרים לגבי בטיחות והטבות היא קריטית.מסגרות מדיניות צריכות להיות מעודכנים כדי לאפשר ולתקן את הטכנולוגיות החדשות הללו.לדוגמה, בניית קודים לעיתים קרובות חסרים הוראות לתשתיות ירוקות שאינן מפותחות או הפגנת צמחים.

כיוונים עתידיים וחדשנות מתפתחת

העשור הבא מבטיח אפילו כלים ביו-טכנולוגיים מתוחכמת יותר להנדסה אקולוגית עירונית. Smart bioengineerated SystemsFLT:1 המשלבת חיישנים ובקרת אוטונומית נמצאים באופק.דמיין קורת גג ירוקה המנטרת לחות, תחזיות מזג אוויר ובריאות צמחית, ולאחר מכן להתאים באופן אוטומטי קוצר רוח ואספקה תזונתית.

(FLT:0) ביולוגיה אסתטית ביולוגיה FLT:1 עשוי להציע צמחים עם יכולות חדשות לחלוטין. מדענים הם צמחים הנדסיים לייצר ביומננטיות עבור תאורה רחוב אנרגיה נמוכה או כדי לבודד תרכובות הדוחות יתושים. בעוד יישומים אלה עדיין במעבדה מוקדמת, הפוטנציאל להטמיע מספר שירותי אקולוגית לתוך אורגניזם יחיד הוא טחול.

(FLT:0) אינטגרציה עם תאומים דיגיטליים ואינטרנט של דברים (IoT) רשתות 1FLT:1 יכול לאפשר אופטימיזציה בקנה מידה של עיר של תשתיות ירוקות.אם כל גג ירוק, ביושול, וקיר חי מדווח נתונים בזמן אמת על טמפרטורה, זרימת מים ורמות מזוהות, מתכננים עירוניים יכולים לנהל דינמיזציה של המערכת האקולוגית של קופנהגן, כבר בשימוש ביצועים דיגיטליים של בנייה תאום לפני שמוצפנת.

(FLT:0) חידושים חדשניים ויזואליים של ההרחבה 1 יידרשו כדי לפתוח אימוץ בקנה מידה מלא של ערים יכולות לחייב תשתיות ירוקות משופרות מבחינה ביולוגית על התפתחויות חדשות, בדומה לגג הירוק של טורונטו על ידי חוק בוסטון ולונדון לחקור תקנות "רווחה רשת מגוונת" הדורשות פרויקטים להגדיל את ערך הגידול, תוך העלאה של השימוש של Native ו- bioengerineeredssss ציבוריים ניתן להפחית את הסיכון מוקדם של הדגמה, ולהפחית את הפחתת סיכונים מוקדמים.

בסופו של דבר, ההיתוך של ביוטכנולוגיה והנדסת מערכות אקולוגיות מציע מסלול חזק לערים עמידות אקלים.על ידי למידה מן הטבע ולהגדיל אותו עם אי-הגינוניות האנושית, אנו יכולים ליצור סביבות עירוניות שאינן רק נוחות יותר וקיימות, אלא גם משתתפים פעילים בשינוי האקלים המתפתל.כפי שעלויות נופלות, נתונים מצטברים, וקבלה ציבורית, יצמחו כלים סטנדרטיים בתכנית האורבנית – לתאים את ערכות הבטאולוגיה המשגשגות שלנו.