2014年9月3日 星期三

創造人為與自然融合的循環

創造人為與自然融合的循環
Michael Pawlyn : Using nature's genius in architecture

                



人為利用資訊跟自然使用資源最大的不同就是人為的利用常常以破壞來換取當下想要的結果, 比起自然幾乎每種物質都被充分使用, 人為的利用常常是破壞性的. 不論是誰都知道用目前的方式下去, 地球負擔不起人類的存在, 再生性的利用是資源跟環境是以後人一定要走的路. 但是常常有人懷疑在大的尺度上, 資源再生利用的方式真的存在嘛? 這演講展示了很多很有創造力的嘗試, 希望把自然循環的精神加入到大尺度的建築上. 其實人類從自然中可以學習到很多技術, 裡面一個很好的例子就是模仿甲蟲從空氣中讓水珠凝結的本事, 設立海水蒸發溫室, 一方面利用海風吹海水蒸發, 的引起的內部溫度下降跟溼度增加, 一來內部可以養植物, 淡水自動凝結後就有多的水分的改變週遭沙漠化的環境. 只是一個建築就開始改變周圍沙漠化的生態. 所以並不是所有的人為技術都代表破壞, 而是要看這樣的技術怎麼跟自然的循環結合.

本文原發表於 科學影像Scimage[2010-04-01] 

演講內容


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我想先講幾個簡單的例子 這些是蜘蛛吐絲的腺體 位在蜘蛛的上腹部 他們可以分泌出六種不同的絲變成纖維 這比任何人類製作出的纖維還要強韌 最接近這種特性的要算是芳綸纖維 要作出這樣的纖維需要極端的溫度 極端的壓力和大量的污染 然而蜘蛛卻能在一般環境的溫度和壓力 運用死掉蒼蠅和水當作原料做出來這種纖維 它說明了我們還有需要學習的東西 這種甲蟲可以偵測到遠在80公里森林火災 這大約是 10,000倍 人造火災探測器所能偵測的範圍 更重要的是,這小昆蟲不需要電線 連接燃燒燃料的發電站
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這兩個例子說明了生物模擬是值得學習的 如果我們能學會大自然的方式 我們可以達到10倍,100倍 甚至是1,000倍的 節約資源和能源 如果我們要有所進步達到永續發展 我認為有三個非常大的變化 是我們需要的 第一,提高基本資源使用效率 第二,把線性的,浪費的, 污染的資源使用方式 轉變成一個封閉的循環模式 第三,從礦物燃料經濟 轉變成太陽能經濟 而對於這三點,我認為 生物模擬提供很多的解決方法是我們需要的
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你可以看一下大自然把它當作是樣本 所有的東西都來自於 3.8億年的研究和發展的累積 如果就投資來說,運用這樣的概念是可行的 所以我要談談一些計畫,也探討這些想法 我們從第一點開始談 提高基本資源使用效率 當我們開始執行伊甸園計劃時 我們必須蓋一座非常大的溫室 在一個不僅不規則 而且不斷變化的地方,因為這個地方仍在開採 這是一個地獄般的挑戰 不過它實際上是運用生物學的例子 這提供了很多線索 例如 這參考肥皂泡泡的樣子,規劃出建築物的外觀 不管最後地面高度多高都能做到 研究花粉 和放射蟲類和碳分子 幫助我們做出最有效的結構設計 運用六邊形和五邊形
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下一步是我們想要 把六邊形做到最大 要做到這點我們必須用可替代玻璃的材質 不過這材質能夠用的單位面積也相當受限 在自然界中非常多的例子 都能有效用在結構設計上,像是加壓膜技術 因此我們開始探索ETFE這種材料 這是一種高強度聚合物 而我們把它做成三層 把它周圍邊緣焊接起來,然後充氣 這東西最了不起的地方是 它的每一個單位 可以大約是玻璃的七倍大 重量卻只有雙層玻璃的百分之一 所以這算是100倍的節約資源 我們也發現到這帶動起良性循環 新發現又會帶來另一個新發現 在這樣大又輕的支撐下 我們也能減少鋼材的使用 少一點鋼材,陽光就能多一點進來 換句話說,在冬天我們不用儲備太多的熱能 加上在建築上層的整體重量也減少 所以地基的建材也能節省許多 在這項計畫完成的時候,我們發現 上層建築的重量 實際上低於建築物內空氣的重量
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我認為伊甸園計劃是個相當好的例子 說明從生物學學到的想法 可以做到提高基本資源使用效率 在提供相同的功能 達到事半功倍的效果 實際上大自然中有非常多這樣的例子 是我們可以找到類似的解決方法 例如我們能蓋出高效能的屋頂結構 參考亞馬遜巨頭睡蓮的樣子 整個建築靈感來自鮑魚殼 超輕量橋樑設計靈感來自於植物細胞 這個既美麗又有效率的世界值得探索 運用大自然當作設計的工具
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現在我要說明的如何從線性轉變成封閉式循環 我們使用資源的方式 是我們開採資源 把資源做成生命週期短的產品,然後用完即丟 但大自然的法則不是這樣的 在生態系統裡每一種生物的廢棄物 會轉變成另一種生物的營養來源 還有其他例子 是刻意模仿生態系統 其中一項我最喜歡的是 "從紙板到魚子醬"的計畫 由Graham Wiles所做的 在他們那個地區有非常多商店和餐廳 造成許多食物、紙板和塑膠的廢棄物 這些廢棄物最終都會到垃圾掩埋場 但現在他們比較聰明會另外處理廢紙板 我利用這個動畫跟你們解釋
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他們負責從餐廳回收這些紙板 然後把紙板碾碎 賣給了馬術中心用作馬匹休息的墊草 等到這些墊草髒了,他們再負責去回收 接著把這些髒的墊草用來培育蠕蟲 這樣可以繁殖出許多的蠕蟲,這些蠕蟲就拿來餵食西伯利亞鱘魚 鱘魚生產出魚子醬,魚子醬再賣回去給餐廳 這樣的過程就是從線性 轉變成一個封閉式的循環 每一個過程都創造出更多的價值 Graham Wiles不斷加入更多的元素到這個循環 讓廢棄物在這個計劃中創造出價值 就像是自然生態一樣 長期下來能增加多樣性和適應性 這是計劃真正的目的 也就是創造出更多的可能性 而且不斷地增加價值 我知道這是一個奇特的例子 但我認為這是相當有效的影響 因為這實際上 可以讓我們把大的問題變成大的機會
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特別在某些城市 要處理垃圾問題 就能運用這樣的概念 這也是我接下來要談的另一個計畫 莫比烏斯(Mobius)計畫 也就是許多的活動 都能在同一棟建築物裡完成 所以每一種廢棄物都能變成原料 我要講的概念是 首先,我們在溫室裡有一間餐廳 這有點像在阿姆斯特丹的De Kas溫室餐廳 然後我們在裡面設了一座無氧消化器 能處理當地所有可生物分解的廢棄物 再轉變成溫室的熱能 和電力回饋到輸電網 我們有汙水處理系統 把廢水變成乾淨的水 從固體產生能量 只利用一些植物和微生物 我們有一個養魚池,用廚房的廚餘當作飼料 還有堆肥裡的蠕蟲 拿這些拿來餵魚,魚再供應給餐廳 還會有一個咖啡廳,不要的咖啡渣 可以做成種植蘑菇的培養土
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我們把這些想法結合在一起 成為一個食物、能源、水和廢棄物的循環 這通通發生在同一棟建築物裡 這挺有趣的,我們也針對倫敦市中心一個圓環提出這項計畫 因為這個圓環目前要算是政府的眼中釘 你們有些人可能認得這個地方 運用一點點的規劃 我們可以把一個以交通為主的空間 轉變成可以提供給民眾的開放空間 讓人與食物重新有交集 讓廢棄物可以在封閉式循環中得到不同的處置
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我要談的最後一項計畫是 撒哈拉造林工程計畫,這是我們現階段正在努力做的 這可能對在座的某些人來說 聽到這消息有點驚訝,因為這一大片地方目前是沙漠 但事實上這地方在不久之前其實有座森林 例如當凱撒抵達北非的時候 在北非有一大片區域 被雪松和柏樹森林給覆蓋 在地球開始繁衍出生命的時候 土地都被占據 被植物給佔據 這有助於發展出適合居住的良好氣候 反過來也是如此 我們失去越多土地上的植被 越可能加劇氣候變遷 導致進一步的沙漠化 這個動畫顯示了 數年來的光合作用的活動 我們可以看到這些沙漠的範圍 他們變化很大 這引發了一個問題 我們是否能干預沙漠的界線 去限制或是讓沙漠化的土地回復原本的樣子
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你看一些生物 可以適應在沙漠生活 在適應缺水問題時也有一些令人驚訝的例子 這是納米比亞的沐霧甲蟲 牠自己演化出可以在沙漠收集淡水的方法 牠的方式是牠在夜間出來活動 爬到沙丘上頭 因為他的粗糙黑色外殼 能夠在夜晚散發熱能 又能比其周圍環境低溫 因此,當海上吹起了潮濕的微風 甲蟲的殼就能讓水滴凝結在上面 在日出前,牠把身體抬高,水就能流進嘴裡 喝一口水,然後躲起來好好休息的一天 如果要說,這是大自然的智慧 更進一步看 如果仔細觀察甲蟲的外殼 外殼上有許多小的突起物 而那些突起物具有親水性,能吸引水 在每個突起物間有像臘一樣的溝槽可以排水 這個作用是 水滴在這些突起物上形成時 水分會緊密而且呈現水珠狀 所以更具流動性 比起甲蟲殼上有一整片的水來的更容易移動 因此即使當空氣中只有少量的水分 它仍然能夠非常有效的獲取水分讓水流到口裡 這是一個在適應上非常驚人的例子 一個資源相當有限的環境 這和我們是非常類似的 我們要面對的挑戰 在未來幾年,或幾十年
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我們正與一位發明了海水溫室的人合作 這是一種在乾旱沿海地區做的溫室設計 這運作的方式是裡頭有整座蒸發器架 讓海水滴流過這裡 讓風吹過收集很多的水分 然後在過程中冷卻 所以裡面是涼爽和潮濕的 適合不太需要水的植物生長 在溫室後方 能凝結大量的濕氣轉變為淡水 這個過程實際上是和甲蟲是相同的 而他們蓋的第一座海水溫室 能生產很多的淡水 而且多過裡頭植物所需要的 因此他們開始推廣到附近的土地 結合這一點和濕度升高這兩種條件 讓這個地區有非常大的改變 這張照片是在完工日那天拍的 一年後看起來像這樣 它就像一個綠色的墨漬從建築物擴散出去 讓貧瘠的土地回復到有生命的樣子 也就是說這不僅維持了生態平衡 更達到恢復生機
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因此我們希望可以擴大 應用生物模擬的想法把效益最大化 當我們想到的大自然 我們大部分想到的是競爭 但實際上在成熟的生態系統中 你能發現很多例子 都存在共生關係 所以重要的生物模擬的原則 是想辦法把不同的技術結合 做到集體共生 我們看中的技術是 能和海水溫室的概念合作的 太陽能源應用技術 它使用能追蹤太陽能的鏡子集中太陽的熱能 變成電力 我想讓你們對太陽能源應用技術多一點了解 想想看 如果我們每年使用的電有10,000倍來自太陽能 比較來自其他的發電方式 同樣是10,000倍 如果這樣我們的能源問題就不棘手 問題在我們的創造力 我現在要說的綜效是 這兩種技術在高溫陽光充足的地方都能作用 太陽能源應用技術需要去除礦物質的水 而海水溫室能生產這樣的水 太陽能源應用技術則產生大量的熱能 我們可以用來讓大量的海水蒸發 提高恢復效益(restorative benefits) 然後在鏡子下的陰暗處 可以增種各種作物 能避免直接的日照 這會是這個計劃的樣子 我們會在迎風處建造一大片的溫室 還有太陽能發電廠 以固定的間距蓋在這條路上
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在座某些人可能想知道我們會如何處理那些鹽分 在生物模擬的概念下,如果你有一項還未被使用的資源 你不會想"我該怎麼把這東西丟掉?" 你反而會想"我該加什麼東西進來創造出更多的價值?" 事實證明 不同的物質在不同的階段會變成結晶 開始蒸餾海水的時候,第一樣被結晶出來的 是碳酸鈣 碳酸鈣會凝聚在蒸發器上 就會像左邊的圖片那樣 逐漸被碳酸鈣給覆蓋 經過一段時間,我們可以把這些取下來 做成輕量的磚塊 如果你問那碳呢? 那是從大氣落到海裡的 碳會凝結在這些建材裡
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第二種是氯化鈉 也是可以壓縮做成磚塊 就像這裡 這是玻利維亞的一間酒店 之後還有其他各種 化合物和元素是我們可以提煉出來的 像磷酸鹽,這東西我們可以拿到沙漠施肥 幾乎化學週期表上的所有元素 都能從海水裡獲得 所以是能從海水提煉出有價值的元素 像高性能電池需要的鋰 而在阿拉伯海灣地區 海水裡的鹽份是穩定的在增加 因為有廢鹵水 從海水淡化廠排出 這造成生態系統瀕臨崩潰 現在我們能夠利用的所有的廢鹵水 我們可以蒸餾它 提高恢復效益(restorative benefits) 同時取得鹽巴 把一個急迫的汙染問題變成一的大的機會 撒哈拉造林工程真的是一個很好的例子 說明我們如何能夠創造零碳食品 在地球上一些最缺水地區創造出豐富的可再生能源 同時又能讓某些沙漠化的土地恢復生機
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因此,回到那些我在開始時提到大的挑戰 提高基本資源使用效率 封閉式循環和太陽能經濟 這些不只是可行,而且非常重要 我深信研究大自然解決問題的方法 可以提供人類更多的解決之道 但也許更重要的是,思考能帶來 正向的永續發展的設計 太多有關環境的討論 都用負面的言語 但討論應該是有綜效的,豐富的和樂觀的 這是非常重要的
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安東尼聖艾修伯理曾說過: “如果你想建立一個船隊 你不是坐下來談木工的工作 你需要讓人的靈魂 對探索遙遠的海岸充滿熱情" 這才是我們要做的,我們一起樂觀點 一起進步 為這令人興奮且前所未有的創新來努力
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謝謝各位
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(掌聲)



以上中文翻譯  來自Ted網站
http://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture/transcript#t-24000