Pouštní zemědělství

Proč pouštní zemědělství?

Protože jde o rozsáhlý prostor s obrovským potenciálem produkce potravin. Nároky na zemědělskou produkci se soustavně zvyšují vlivem růstu světové populace. Zároveň probíhá klimatická změna, která globálně snižuje produkci potravin, dochází k erozi a dalším typům degradace půdy, které snižují plochu vhodnou pro zemědělské účely. Většina zemědělských oblastí jsou přímo závislé na vodních srážkách, přičemž v mnohých oblastech se prohlubují sucha. Nebo na zásobách podzemní vody, které ubývají a mnohde již byly vyčerpány.

Jak naše koncepce pracuje?

Naše řešení se soustředí na pobřeží pouští a jejich nejbližší okolí. Klíčem k nastolení podmínek pro pěstování rostlin je odblokování limitujících faktorů prostředí. Sladká voda je získána odsolením mořské vody. Písčitý substrát je kultivován na úrodnou půdu a pro nastolení lepších mikroklimatických podmínek je využit fóliovník, který snižuje výpar a tím nároky na závlahu rostlin.

Zisk sladké vody zajišťují energie větru a Slunce. Pomocí větrného čerpadla se mořská voda přivádí do vodojemu, ze kterého na principu spojených nádob přetéká do solárního destilátoru. Ten pracuje na principu vodního cyklu, kdy se dodáním energie voda vypaří a odebráním tepla naopak zkondenzuje jako sladká. Zařízení obsahuje plochu určenou k odrazu sluneční energie, ohnisko, ve kterém se absorbuje energie a zahřívá voda. Ta ohniskem protéká přes systém paralelních plýtkých bazénků umístěných ve středovém sloupu, kde se vypařuje. Skrz ně prochází potrubí přivádějící mořskou vodu do ohniska. Ta přejímá energii páry, díky čemuž pára kondenzuje, ale zároveň nedochází ke ztrátě tepelné energie, na které závisí celkové množství páry a posléze sladké vody.

Získanou vodou je zavlažován bambus pěstovaný ve fóliovnících a rovněž makroskopické vodní řasy rostoucí v bazéncích. Oba druhy rostlin jsou charakteristické vysokou tvorbou biomasy. Ta bude transformována pomocí pyrolýzy na biouhel v případě bambusu a na kompost v případě vodních řas (resp. chaluh). Smísením těchto organických materiálů s pískem vznikne zemina se schopností zadržet vláhu a živiny. Pěstovaný bambus dále poslouží jako konstrukční materiál dalších větrných čerpadel, vodojemů, solárních destilátorů, fóliovníků a taktéž je využit jako potrubí, díky tomu, že jsou jeho stonky duté.

Fóliovník vytváří prostředí ideální pro pěstování rostlin. Snižuje nároky na závlahu přibližně pětkrát. Z 5 - 10 l/m2/den na 1 - 2 l/m2/den. Může být z materiálu o specifické spektrální propustnosti, takže propustí vlnové délky, potřebné pro růst rostlin, ale né některé další, které by způsobily přehřátí vnitřního prostředí. Přítomný může být i průtok mořské vody čerpané z větší hloubky, ve které je chladná, jež přebírá teplo a nastavuje tím mikroklima. "

Jaká jsou pozitiva systému?

Systém pouštního zemědělství může stabilizovat společnost. V druhé polovině 20. stol. bylo 21% veškerých společenských konfliktů o vodu. Systém může přispět k potravinové soběstačnosti. Zvyšuje ekonomickou hodnotu území, protože díky dostatku světla a tepla se zajištěním vody, úrodné půdy a vhodného mikroklimatu může být celoroční sklizeň ovoce, zeleniny a dalších plodin na ploše stovek kilometrů pobřeží pouští, které dnes nejsou nijak využity. Pěstováním máslovníku afrického nebo palmy olejné by se teoreticky mohl snížit zemědělský tlak na oblasti deštných lesů v Indonésii. Pyrolýza velkého množství biomasy je vlastně procesem fixování atmosférického uhlíku (CO2) do půdy. Ten je přitom masivně emitován do atmosvéry lidskou činností, např. spalováním fosilních paliv nebo vypalováním deštných lesů. Což je jednou z příčin změny klimatu, která je v krátkodobém horizontu problém ve smyslu vysoušení půd a snižování produkce potravin.

Současný stav prostředí

John Beddington - vědecký poradce britské vlády (2009)

"Do roku 2030 nás čeká perfektní "bouřka" nedostatku potravy, nedostatku vody, nedostatku energetických zdrojů, která hrozí rozpoutáním veřejných nepokojů, přeshraničních konfliktů a masové migrace lidí utíkajících z nejzasáhnutějších regionů."

Extrémní srážkové deviace hrály roli v 21% všech občanských konfliktů v druhé polovině 20. století. Klimatický fenomén el nino pravděpodobnost takových událostí zdvojnásobuje. V Zamibii vzrostla průměrná roční teplota od roku 1960 do roku 2003 o 1,3°C, přičemž každých 10 let pokleslo množství srážek o 2,3%. Období dešťů jsou kratší a střídají je častější sucha. Ben Cook a kol. z Goddardova institutu v New Yourku publikovali v časopise Journalofgeophysicalresearch: Atmospheres výsledky analýzy letokruhů středomořských stromů zahrnujících období od roku 1100 do roku 2012. Posledních 14 mimořádně vyprahlých let byly nejsušší během sledovaných 912 let. Syrská populace narostla mezi léty 1951 - 2012 z 3 na 22 mil. obyvatel a zásoby obnovitelné sladké vody na ob/rok zde ve stejném období klesly 10x. Podle studie NASA z června roku 2015, na základě snímků za dobu 10 let je 21 z 37 rozsáhlých podzemních zvodní za bodem obnovy z toho 13 v kritickém stavu. Dle údajů sondy Cryosat-2 od 1. ledna 2011 do 31. prosince 2014 v důsledku tání ledovců ztratilo Grónsko přes bilion tun ledu. To představuje krychli o hraně 10 km. Tají rovněž kontinentální ledovce, přičemž některé jsou hlavním zdrojem pitné vody pro stamiliony obyvatel.

Podle studie "Stav světového rostlinstva" botaniků z Královských botanických zahrad v Kew je 21% veškerého rostlinstva ohroženo vyhynutím. Téměř třetinu z nich ohrožuje zemědělství. Dobrým ukazatelem stavu biodiverzity jsou obratlovci. Když obratlovci ubývají, ničí se biodiverzita. Index živé planety měří stav 1145 populací obratlovců žijících ve vodě, na souši a ve vzduchu. Ten poklesl od roku 1970 o 40%.

6 - 7 miliónů hektarů půdy ročně se díky erozi stává nepoužitelnou pro zemědělské účely. V okolí většiny čínských měst je podzemní voda vyčerpaná nebo příliš hluboko. 100 místních měst nad 500 000 obyvatel se potýká s chronickým nedostatkem vody. To, společně s nároky na elektřinu je hlavním důvodem výstavby přehrad. Potřeba elektřiny se celosvětově zvyšuje. Jedním z důvodů je energie pro zpracování nerostného bohatství. Např. v Brazílii byla schválena výstavba 57 nových přehrad v Amazonii s rozsáhlými dopady na místní biotopy.

V České Republice došlo ke zkrácení potoků a řek o třetinu. K snížení hustoty říční sítě, na polovinu a zmenšení rozlohy rybníků, z 1800 km2 na necelou jednu třetinu. Odtok vody, se po 2 sv. válce, zrychlil zhruba o polovinu. 5000 km2 ČR má charakter urbanizované krajiny, z toho polovina je beton a asfalt a desítky km2 zemědělské půdy, každoročně mizí zástavbou. Rozsáhlé nepřerušované lány, bez mokřadů, tůní a remízků, mají několikanásobně vyšší odtok vody z krajiny. Zhutňování půdy, způsobuje splachy půdy, ochuzení o humus a nedostatek vodních zásob. Tyto změny v krajině způsobují, že se dlouhodobě zvyšuje podíl objemu dešťů, z velkého vodního cyklu na úkor dešťů z malého vodního cyklu, s důsledkem rozkolísaného vodního režimu.

Schématický nákres destilátoru:

Pomocí větrného čerpadla a vodojemu je na principu spojených nádob přivedena do destilátoru mořská voda. Ta se průtokem v absorbéru zahřívá k bodu varu. Zahřátá voda poté protéká systémem bazénků, v nichž se vypařuje. V opačném směru teče mořská voda, přebírá energii páry - čímž kondenzuje na teplosměnné ploše a předehřívá vodu jdoucí do absorbéru. Sladká zkondenzovaná voda přeteče do zásobníku sladké vody k dalšímu použití.

Absorbér umístěný v ohnisku je osvětlen reflektory, sestavené z mechanických nosičů potažených postříbřenou fólií s ochrannými povlaky. Jejich náklon je zajištěn pomocí šnekového převodu a krokového motoru. Tento pohyb je nutný v důsledku celodenní změny polohy Slunce na obloze. Náklon zemské osy v důsledku ročních období je naopak kompenzován náklonem samotného ohniska (absorbéru). Reflektory jsou umístěny na vrcholu fóliovníku. Aby si nestínily, je mezi nimi rozestup, díky kterému propadá sluneční záření na vegetaci pěstovanou ve fóliovníku. Jednou z pěstovaných rostlin je bambus, jehož stonky jsou konstrukčním materiálem větrných čerpadel, vodojemů, fóliovníků, potrubí apod.

Přívod vlažné mořské vody do destilátoru a odtok vody se zbytkovým teplem (po výparném cyklu) v nočních hodinách, slouží jako termoregulace. Přes den je prostor fóliovníku ochlazován a v noci dohříván s dodatečnou kondenzací na samotné ploše fóliovníku.

Průměrný roční úhrn slunečního záření v tropickém pásmu je asi 250 W/m2. Tj. 2000 - 2500 kWh/m2 ročně. Tj. přibližně 2x více než v mírném pásu. Pro výpar litru vody je potřeba 2,3 MJ dodatkové energie. Tj. přibližně každých 10 000 s dopadne na 1m2 tolik energie, aby odpařila 1l vody. Za 1 den se proto může z plochy 1m2 odpařit přibližně 9 litrů vody.

Čím méně energie se z destilátoru ztratí, tím více této energie poslouží pro skupenskou změnu slané vody na sladkou páru a tím více se bude množství odsolené vody blížit limitní hodnotě 9 litrů/m2/den. Energetická ztráta z destilátoru je dána ztrátou sluneční energie na reflektorech, na absorbéru, nebo ztrátou energie na protiproudém tepelném výměníku. (účinnost cca 90%). Kombinace vysoké účinnosti, materiálů s nízkou pořizovací hodnotou a jednoduché technologie zaručí využitelnost pro velké plochy pouště. Tím se projekt liší od projektů jako je: Sundrop Farms nebo Seawater Greenhouses.

Civilizace založená na energii zvířat a lidí mohla uživit jen úzkou vrstvu elity. Ve špatných letech hrozil hladomor. 




Posun představovalo využití fosilních paliv, přešlechtěné plodiny se však staly náchylné vůči škůdcům, půda se degraduje vlivem intenzivního zemědělství, fosilní paliva víceméně docházejí, klesá zásoba podzemní vody pro závlahu apod.


Alternativou může být víceméně soběstačný pouštní systém založený na energii prostředí s nezávislým zdrojem pitné vody, budovami vzniklými pomocí 3D tisku ze směsi pouštního písku, biopolymerů a vláken bambusu. Dalšími zdroji energie pro pohon by mohla být fotovoltaika nebo stirlingovy motory.



Autor myšlenky: Ing. Zdeněk Zátopek, zatopekzdenek@gmail.com

Loading...