Las comunidades verdes como West Village en UC Davis en California parecen un concepto ultramoderno, pero la humanidad ha estado encontrando formas de trabajar con el medio ambiente durante siglos. © Billy Hustace / Corbis La ingeniería ambiental es algo en lo que puedes obtener un título en estos días, pero el campo es uno que existía mucho antes de tener un nombre, comenzó en los albores de la civilización cuando comenzamos a modificar nuestro entorno para satisfacer nuestras necesidades. Implica aplicar prácticas de ciencia e ingeniería a cómo utilizamos e impactamos nuestros recursos naturales. Los ingenieros ambientales modernos trabajan en soluciones a problemas como la reducción y limpieza de la contaminación, consumo de energía y emisiones, erosión de la tierra, tratamiento de aguas y gestión de residuos en un esfuerzo por gestionar y mantener adecuadamente la calidad de nuestro suelo, agua y aire. Se esfuerzan por mantener a todos más saludables y felices ayudándonos a vivir de la tierra de manera más eficiente y menos destructiva.
Los ingenieros ambientales son quizás héroes anónimos que han ayudado a hacer del mundo moderno lo que es hoy. repleto de alimentos y agua relativamente seguros, aire respirable, entornos de vida en gran parte libres de plagas y consumo de combustible de bajo consumo para ayudar a alimentar prácticamente todo lo que hacemos. La población humana es de alrededor de 7 mil millones y contando. El campo solo aumentará en importancia a medida que aumente ese número.
Ya ha habido algunas innovaciones importantes que ayudaron a que la mayoría de nosotros lleguemos a este punto vivos y sanos. Siga leyendo para descubrir qué tipo de cosas nos han proporcionado estos administradores de la tierra en el pasado, y estamos trabajando para el futuro.
Los trabajadores del alcantarillado de Thames Water Utilities inspeccionan una alcantarilla debajo de las calles de Londres. © Richard Baker / En imágenes / Corbis Desde hace mucho tiempo deseamos vivir en un entorno libre de desechos humanos, inicialmente debido al mal olor, y después, una vez que hicimos la conexión, para prevenir brotes de enfermedades graves y mortales. Los sistemas de alcantarillado se ajustan a los requisitos al transportar grandes cantidades de excrementos humanos lejos de las áreas pobladas, y han estado evolucionando durante miles de años.
Entre 2000 y 4000 a.E.C., el Imperio Mesopotámico (actual Irak), Mohenjo-Daro (actual Pakistán), Egipto, la isla de Creta y las islas Orkney en Escocia ya tenían sistemas de drenaje y, en algunos casos, instalaciones de saneamiento interior. Hacia unos pocos cientos de años antes de nuestra era, los griegos tenían sistemas de alcantarillado que transportaban la lluvia y las aguas residuales a cuencas de recolección que irrigaban y fertilizaban los campos. Los antiguos romanos tenían alcantarillas subterráneas que desembocaban en el río Tíber.
Hubo muchas pruebas y errores a lo largo de los años, con brotes de enfermedades que señalan la necesidad de mantener las salidas de alcantarillado alejadas del agua potable. Tiempo extraordinario, también nos enteramos de la necesidad de mantener las alcantarillas, y la boca de alcantarilla nació (o se reinventó, como veremos más adelante). La mayoría también fueron construidas para ser enjuagadas periódicamente con agua de marea o agua de lluvia.
Desde la antigüedad hasta hace unas pocas décadas, las alcantarillas transportaban principalmente los desechos crudos directamente a los ríos, océanos u otros grandes cuerpos de agua. Los sistemas de alcantarillado modernos son más complejos, que conduce a plantas de tratamiento de aguas residuales donde el agua se trata mediante filtración y adición de varios productos químicos para desinfectar y eliminar los contaminantes antes de que vuelva a la naturaleza. Y sin duda seguirán evolucionando.
Ruinas del Acueducto Claudio, construido en 313 a.E.C., cerca de Roma, Italia. © Bettmann / CORBIS Necesitamos agua para vivir así que no es una coincidencia que muchas civilizaciones antiguas surgieran alrededor de fuentes de agua naturales. Pero los antiguos griegos y romanos encontraron una manera de frustrar, o al menos desviar, naturaleza con la invención de los acueductos. Los acueductos se utilizaron para transportar grandes cantidades de agua de un lugar a otro, a veces hasta 60 millas (96,6 kilómetros). Utilizaron la fuerza de la gravedad para mover el agua cuesta abajo a través de conductos artificiales construidos en una pendiente constante.
Los acueductos estaban hechos principalmente de materiales como el hormigón, cemento, ladrillo y piedra. A menudo se originarían en manantiales en áreas montañosas, pero también se construyeron represas y embalses para alimentarlos de ríos o arroyos. Cuando pensamos en acueductos, las arcadas, o puentes de piedra sobre el suelo sostenidos por arcos, vienen a la mente. Pero los acueductos también estaban formados por muros más cortos, zanjas cubiertas a nivel del suelo, túneles y tuberías subterráneos para facilitar el recorrido del agua a través de una amplia variedad de paisajes.
El destino de un acueducto era un tanque de distribución llamado castellum, que generalmente se encontraba en un punto alto de la ciudad. Envió agua a castella más pequeña, desde donde fluía a través de conductos de mampostería o tuberías para alimentar fuentes, balneario, bebederos públicos y, a veces, incluso residencias privadas.
El primer acueducto de Roma se construyó en 312 a. C. En el momento de la construcción de la Aqua Traiana por el emperador Trajano alrededor del año 109 d.C., los acueductos romanos traían diariamente cientos de millones de galones de agua a la ciudad. Estas vías fluviales permitieron a las ciudades romanas soportar poblaciones mucho más grandes de lo que hubieran podido hacerlo con fuentes naturales de agua solamente.
Estanque de biofiltración cerca de Mombasa, Kenia. El repollo del Nilo en el estanque elimina las impurezas del agua para que pueda utilizarse como piscifactoría. © Chinch Gryniewicz; Ecosceno / CORBIS La biofiltración es el proceso de pasar aire o agua a través de un material húmedo que contenga microorganismos para eliminar olores y contaminantes. Los contaminantes se degradan a compuestos básicos como agua o dióxido de carbono, junto con otros productos de biomasa benignos, todo como subproductos de los procesos metabólicos de los microbios. Los sistemas de biofiltración se utilizan para tratar aguas residuales y emisiones gaseosas industriales, así como las emisiones de las operaciones de compostaje, entre otras aplicaciones. Se han utilizado desde la década de 1950 para eliminar olores nocivos, pero ahora están viendo un uso generalizado para la eliminación de contaminantes industriales también.
Diferentes cepas de bacterias, junto con la humedad, control de pH y temperatura, se puede utilizar para degradar eficazmente varios contaminantes objetivo. A diferencia de los filtros tradicionales, los biofiltros destruyen las sustancias nocivas en lugar de simplemente filtrarlas, pero solo pueden trabajar con contaminantes biodegradables. La biofiltración se utiliza principalmente para destruir emisiones tóxicas como los hidrocarburos generados por combustibles y ciertos tipos de compuestos orgánicos volátiles (COV).
Los COV se crean y liberan durante la producción de una amplia variedad de productos que contienen químicos orgánicos, incluyendo pinturas, limpiando suministros, cosméticos y combustibles. Técnicamente son compuestos de carbono que reaccionan con moléculas que contienen oxígeno en la atmósfera cuando se exponen a la luz solar. que conduce a la formación de ozono que contiene smog.
El West Village del campus de UC Davis, la comunidad de energía neta cero (ZNE) más grande de los EE. UU., Genera tanta energía como consume, y utiliza bioswales para capturar el agua de lluvia. © Billy Hustace / Corbis Los bioswales son parches de vegetación formados por césped, flores árboles u otras plantas que absorben la escorrentía de aguas pluviales, ayudar a degradar o eliminar los contaminantes antes de que fluyan sin tratar a los cuerpos de agua cercanos, o en los sistemas de alcantarillado. Los bioswales se pueden utilizar para formar canales que dirigen el flujo y filtran el agua, o se pueden colocar en tiras (a veces llamadas tiras de biofiltración o tiras de filtro) para atrapar el agua que fluye en láminas delgadas de áreas pavimentadas. Algunos bioswales también incluyen otros mecanismos para dirigir y filtrar aún más la escorrentía, como desagües y zanjas de infiltración.
Los bioswales eliminan contaminantes como metales pesados, petróleo, grasa y sedimentos de la escorrentía. También enfrían el agua que se ha calentado mientras viaja por el pavimento antes de que llegue a los cuerpos de agua naturales. donde el agua más caliente podría dañar la vida silvestre. Se pueden usar en estacionamientos en lugar de desagües pluviales, y, en áreas urbanas que no tienen mucha cobertura vegetal, pueden ayudar a evitar que las alcantarillas se desborden debido a que demasiada lluvia se va directamente por el desagüe.
La vegetación variará según la región, y desafortunadamente, Los bioswales no son ideales para climas áridos. Pero en lugares que puedan apoyarlos, bioswales puede hacer mucho bien. También parecen pequeños parques ajardinados en algunos casos, que son más agradables estéticamente que las estructuras de drenaje de hormigón. Los bioswales pueden incluso terminar albergando pequeñas formas de vida silvestre como mariposas y pájaros. Son beneficiosos para la naturaleza.
El Prius de Toyota fue el primer automóvil híbrido disponible comercialmente. Aquí, Toyota muestra el Aqua, un hatchback híbrido subcompacto de gasolina y electricidad, en la sala de exhibición de la compañía en Tokio el 8 de mayo. 2013. © KAZUHIRO NOGI / AFP / Getty Images Los coches híbridos se inventaron mucho antes de lo que la mayoría de nosotros imaginamos. A finales del siglo XIX y principios del XX, compitieron junto al gas, coches eléctricos e incluso a vapor para dominar. Por supuesto, los vehículos que solo funcionan con gasolina ganaron el día. Pero a medida que los problemas de eficiencia del combustible y emisiones se volvieron cada vez más importantes, los híbridos resurgieron. Los prototipos híbridos más nuevos se desarrollaron a partir de la década de 1970, pero la mayoría nunca llegó al mercado. El primer híbrido disponible comercialmente fue el Toyota Prius, introducido en Japón en 1997 y en los EE. UU. en 2001. Desde entonces han salido muchos más.
Nos referimos aquí a los vehículos híbridos-eléctricos (HEV) que usan motores de combustión y motores eléctricos (también llamados generadores de motor) en conjunto para producir un mejor rendimiento de combustible que los autos estándar.
Todavía hay que llenarlos de gasolina, pero el motor eléctrico conduce a ganancias en la eficiencia del combustible al permitir que el motor de combustión se apague mientras está en ralentí mediante el arranque / apagado automático. También proporciona potencia adicional mientras el automóvil está acelerando o subiendo una cuesta a través de la unidad / asistencia del motor eléctrico, permitiendo la instalación de un motor de gas más eficiente. Algunos híbridos utilizan frenado regenerativo. Mientras el motor aplica resistencia al tren de transmisión y desacelera el automóvil, la energía de la rueda hace girar el motor y genera electricidad, que se almacena en la batería de hidruro metálico (NiMH) para su uso posterior. Algunos de los híbridos más caros también pueden funcionar en modo eléctrico solo durante unas pocas millas, aunque otros se apagarán si no tienen gas.
Dependiendo de la marca y el modelo, Los automóviles híbridos eléctricos pueden obtener un rendimiento de combustible mucho mejor que los vehículos tradicionales de tamaño comparativo.
Torre Hearst, el primer edificio comercial verde ocupado con certificación LEED. © Ramin Talaie / Corbis Los edificios se están volviendo ecológicos de manera certificable. A medida que nos volvemos más conscientes del efecto que nuestros edificios tienen sobre el medio ambiente y sobre nosotros directamente, las organizaciones han desarrollado métodos voluntarios para calificar el impacto ambiental y la eficiencia de los edificios, viviendas y otras estructuras similares. Estos incluyen el Método de Evaluación Ambiental de Establecimientos de Investigación de Edificios (BREEAM) y el Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED). BREEAM se inició en 1990 por BRE Trust y ha sido el estándar de evaluación dominante en el Reino Unido. LEED es un estándar estadounidense creado por el U.S. Green Building Council en 1998. BREEAM y LEED son los métodos más utilizados en todo el mundo en este momento. pero otros están brotando, como Green Star, creado por el Green Building Council de Australia (GBCA) en 2003, así como CASBEE en Japón y Estidama en Abu Dhabi.
Las evaluaciones se llevan a cabo tanto durante el diseño como después de su finalización. También se pueden calificar las estructuras existentes o los espacios interiores comerciales. Los estándares se pueden adaptar a diferentes regiones o tipos de construcción, y los edificios se clasifican según varias cosas, incluida la eficiencia energética, eficiencia de agua, uso del suelo, polución, Residuos y calidad ambiental interior.
La existencia de tales entidades de evaluación ayuda a incorporar las prácticas operativas y de construcción respetuosas con el medio ambiente, lo cual es especialmente importante ya que los edificios aparentemente contribuyen con más del 20 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero en algunas áreas [fuente:HVN Plus]. Ser ecológico también puede reducir la energía, agua y otros costos y mejorar la salud de las personas que trabajan en las estructuras. Como bono adicional, las buenas calificaciones pueden calificar un edificio para las devoluciones de impuestos y otros incentivos monetarios, y puede aumentar el valor de la propiedad y el alquiler.
El uso de un inodoro de compostaje se demuestra en un retiro de yoga en Goa, India en febrero de 2012. Las ollas con material para cubrir los desechos y ayudar a la descomposición se mantienen junto a la letrina. © EyesWideOpen / Getty Images Los sistemas Ecosan (saneamiento ecológico) incluyen varios diseños de inodoros o letrinas respetuosos con el medio ambiente que generalmente requieren poca o nada de agua. a la vez que aísla los desechos de manera que se eviten los malos olores y las enfermedades. En muchos casos, los residuos resultantes incluso se pueden convertir en abono y utilizar como fertilizante o combustible. Algunos diseños separan inmediatamente la orina y las heces (sistemas de desviación de orina). Algunos requieren cubrir los desechos con aserrín, lejía, arena u otro material para eliminar el olor, eliminar la humedad y ayudar con la descomposición para su eliminación o compostaje. Estos sistemas son ideales para lugares donde el agua es escasa, ya que generalmente no requieren conexión a un sistema de plomería o alcantarillado.
Una marca, EcoSan, se introdujo en 2000. Es un inodoro independiente; levantar la tapa hace que los desechos pasen por un transportador en espiral durante aproximadamente 25 días, todo el tiempo evaporando y ventilando los residuos líquidos y descomponiendo los residuos sólidos mediante procesos biológicos. Seco, La materia inodoro solo del 5 al 10 por ciento de su masa original se deposita eventualmente en un receptáculo para su remoción y reutilización.
Un inodoro ecosan descrito por Unicef India es similar a una gran letrina con un búnker de hormigón debajo de cada inodoro. Los inodoros a nivel del piso tienen orificios separados para líquidos (que se desvían a ollas en el exterior) y sólidos, además de un recipiente de agua de limpieza y un orificio para que los usuarios dejen caer un puñado de cal, serrín, cenizas o algo similar después de depositar desechos sólidos para ayudar con la descomposición, reducción de humedad y control de olores.
Hay otros métodos y productos de construcción de inodoros ecosan que varían en precio, funcionalidad y complejidad.
La planta de NEWater en Singapur, en la foto aquí, utiliza radiación ultravioleta para desinfectar el agua. © ROSLAN RAHMAN / AFP / Getty Images La irradiación germicida ultravioleta (UVGI) elimina el agua, aire y superficies de microorganismos dañinos como virus y bacterias. La luz del sol hace esto de forma natural hasta cierto punto. Sabemos que la luz ultravioleta daña nuestra piel y ojos; también mata o inactiva algunos microorganismos.
Los sistemas UVGI utilizan luz ultravioleta concentrada para hacerlo de manera controlada, emitiendo radiación ultravioleta B y ultravioleta C de onda corta en ciertas longitudes de onda, es decir, en el rango germicida entre 200 y 320 nanómetros, a menudo a través de una lámpara de mercurio de baja presión. La luz ultravioleta daña las células o el ADN de los microorganismos afectados, matarlos o hacerlos incapaces de replicarse. La luz ultravioleta en el rango superior de 320 a 400 nanómetros no es eficaz contra los gérmenes.
Se ha incorporado UVGI en los conductos de ventilación, sistemas de calefacción y aire acondicionado y unidades de desinfección de aire. También se ha utilizado en habitaciones enteras, preferiblemente mientras estén desocupados o todos estén con equipo de protección. Algunos sistemas emiten luz ultravioleta en áreas cercanas al techo para desinfectar el aire sobre las cabezas de las personas junto con mecanismos de flujo de aire vertical. Se pueden usar filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA) u otros tipos de filtración junto con UVGI para eliminar otros contaminantes que los rayos UV no matan.
Se realizó una intensa investigación sobre la UVGI desde la década de 1930 hasta la de 1970 en hospitales y escuelas, pero a pesar de su demostrada eficacia, UVGI fue en su mayor parte abandonada, en parte debido a los avances en inmunización, avances en antibióticos y preocupaciones de seguridad sobre la radiación ultravioleta.
La creciente prevalencia de gérmenes resistentes a los antibióticos (incluidas las cepas de tuberculosis resistentes a los medicamentos) y el temor al bioterrorismo han renovado el interés por la UVGI. Es más comúnmente aceptado para la desinfección del agua, pero los usos de la desinfección de aire y superficies continúan ganando terreno. En 2003, los Centros para el Control de Enfermedades (CDC) aprobaron su uso en hospitales junto con sistemas de limpieza de aire para ayudar a controlar la propagación de la tuberculosis.
Esta granja en Kenia mantiene los árboles creciendo junto con los cultivos para mantener un paisaje agrícola productivo. © Wendy Stone / Corbis La agrosilvicultura es el manejo simultáneo de árboles y arbustos con cultivos y / o ganado para una mayor eficiencia, uso de la tierra integrado y ambientalmente sostenible. Aplicado correctamente aumenta la diversidad de productos, la producción agrícola y la calidad del suelo y el agua y disminuye la erosión, contaminación y susceptibilidad a las duras condiciones climáticas. También se puede utilizar para albergar la vida silvestre, proteger las cuencas hidrográficas y gestionar las emisiones de carbono de forma más eficaz. Todo esto puede suponer un mayor ingreso para los agricultores y un mejor medio ambiente.
Se pueden emplear varios métodos agroforestales dependiendo de la tierra y los recursos disponibles. Uno es el cultivo en callejones:cultivar cultivos junto a hileras de árboles como el roble, ceniza, nuez, nueces u otros árboles de nueces. Los cultivos y las nueces se pueden cosechar y vender mientras los árboles maduran y continúan produciendo nueces. Otro es la agricultura forestal, el uso de copas de árboles para proporcionar el nivel adecuado de sombra para cultivos como helechos, champiñones y ginseng. Estos también se pueden vender antes de que los árboles estén listos para la cosecha. Un tercero es la creación de zonas de amortiguamiento de bosques ribereños:grupos de árboles, Se plantan arbustos y pastos como amortiguadores para prevenir la contaminación y la erosión de los bancos y cursos de agua. Similar, Los árboles y arbustos se pueden plantar en configuraciones llamadas cortavientos que protegen los cultivos del daño del viento y la erosión y protegen a los animales de daños. Los cortavientos pueden aumentar la polinización de las abejas y controlar la propagación de la nieve sobre los cultivos o las carreteras. Otro método agroforestal es el silvopastoreo, utilizando árboles para albergar al ganado y las hierbas y otras plantas que comen. En todos los casos, cultivos, los animales y los árboles coexisten simbióticamente juntos, y el agricultor puede concentrarse en cosechar lo que esté listo en ese momento.
En algunos países, las políticas gubernamentales sofocan estas prácticas, en parte debido a las desconexiones entre las agencias que se ocupan de los diferentes elementos involucrados. Pero cada vez se presta más atención a la agrosilvicultura como método de cultivo sostenible. En los EE.UU., la Ley Agrícola de 1990 llevó a la creación del Centro Nacional Agroforestal del USDA.
En esta foto de la prueba de Makani del ala 7 en Alameda, California a finales de 2011, se pueden ver las turbinas generadoras de energía montadas en la estructura. © Makani Power, A. Dunlap, 2011 Cuando pensamos en aprovechar el poder del viento para proporcionar electricidad, la mayoría de nosotros probablemente pensamos en molinos de viento. Muy pocos piensan en cometas. Pero una empresa de nueva creación en el área de San Francisco fundada en 2006 llamada Makani Power ha estado trabajando en el uso de turbinas eólicas en forma de cometa unidas a correas para generar energía eólica a grandes altitudes. donde hay vientos más fuertes y constantes que los que tenemos a nivel del suelo. Makani significa viento en hawaiano, de paso.
Las ataduras pueden alcanzar hasta 2, 000 pies (609,6 metros) sobre el suelo, y son tanto el método de suspensión como el método para transmitir potencia a la base. Las cometas en sí miden alrededor de treinta metros de largo y están hechas de fibra de carbono. Tienen cuatro hélices e incorporan sensores y unidades GPS en las alas que transmiten datos que pueden ser utilizados para optimizar su vuelo. En realidad, vuelan en bucles en lugar de flotar. Y son lo suficientemente ligeros como para mantener la altitud con vientos inferiores a 15 millas por hora (MPH).
Según los informes, las turbinas tienen el potencial de generar el doble de energía, quizás incluso más, a la mitad del costo de las turbinas eólicas modernas a nivel del suelo. Los costos son competitivos con los de la quema de carbón, y ocupa menos espacio que otros métodos de generación de energía.
Es probable que las cometas, que aún faltan unos años para la disponibilidad comercial, se utilicen a lo largo de las costas, o en el océano unido a boyas. Makani Power ha recibido financiación de Google y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía (ARPA-E), y está programado para ser adquirido por Google X, el laboratorio trabajando en proyectos como Google Glass y coches autónomos.
Como habitante de este planeta, Estoy muy interesado en lo que podemos hacer para utilizar y conservar adecuadamente nuestros recursos naturales. En parte porque es lo correcto y en parte porque me gusta vivir y respirar. Yo tambien prefiero mi comida, aire y agua no contaminados por enfermedades y contaminantes. Me encanta tener agua corriente limpia que llega directamente a mi casa y los baños en funcionamiento, libres de olores nocivos.
Todo esto es bastante obvio, pero, ¿con qué frecuencia pensamos en cómo se alcanzó nuestro actual estado higiénico del ser? Solo lo pensé poco antes de investigar este artículo. Estoy agradecido por todas nuestras comodidades sanitarias modernas y por los científicos e ingenieros pasados y presentes que las han hecho posibles. Seamos libres de cólera ¡gente!
