En nul-emissionsby i ørkenen

De første antydninger af projektet er synlige. En hvid mur strækker sig gennem ørkenen, som en kridtstreg på en støvet spillebane. En bus med mørklagte vinduer bringer en lav sky og færger arbejdere forbi en klynge stålkraner, to bærbare borerigge og et stativ af betonsøjler, der spirer rustfarvet armeringsjern. Et højt trådhegn beskytter rækker af solpaneler monteret på betonpuder.

Ørken by: Masdar City-udviklingen, nær Abu Dhabi, var i de første faser af byggeriet i oktober sidste år. I det fjerne rejser kraner den første bygning, et forskningsinstitut.

Byggeriet er starten på et stort eksperiment, et forsøg på at skabe verdens første bilfri by med nul-kuldioxid-udledning og nul-affald. Byen, som skal stå færdig i 2016, er midtpunktet i Masdar-initiativet, en investering på 15 milliarder dollar fra regeringen i Abu Dhabi, som er en del af De Forenede Arabiske Emirater. Den nye udvikling, der bygges i udkanten af ​​Abu Dhabi by, vil næsten udelukkende køre på energi fra solen og vil bruge kun 20 procent så meget strøm som en konventionel by af tilsvarende størrelse. Affald vil blive sorteret og genbrugt eller brugt til kompost; spildevand vil blive oparbejdet til brændstof. Betonsøjler vil løfte byen syv meter fra jorden og skabe plads nedenunder til et netværk af automatiserede elektriske transporter, der skal erstatte biler. Planlæggere forudser, at udviklingen vil tiltrække 1.500 renteknologiske virksomheder, lige fra store internationale virksomheder til nystartede virksomheder og – i sidste ende – omkring 50.000 indbyggere.

Denne historie var en del af vores marts 2009-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Byen bliver en oase af vedvarende energi i et land på fem millioner, rigt af olie, der forbruger de fleste naturressourcer per indbygger i verden. Set på én måde er det bare det seneste prangende projekt i et land, som er blevet defineret af dem. Faktisk er UAE allerede hjemsted for verdens højeste bygning og et enormt indendørs skianlæg, der har en 200 meter lang sort diamantskråning. Ejendomsudviklere har udgravet koraller og sand fra havbunden og stablet det op i Den Persiske Golf for at skabe øer i form af palmetræer og et kort over verden.

Alligevel er mange eksperter optimistiske om, at byen kan blive en prøveplads for nye tilgange til de ingeniørmæssige og arkitektoniske problemer, der er involveret i at skabe miljømæssigt bæredygtige byer. Selvom arkitekter allerede har tegnet og bygherrer bygget mange små nul-emissionsboliger og erhvervsbygninger, er projekter, der involverer store, multi-anvende erhvervsbygninger, ikke levet op til forventningerne, brugt for meget energi eller ikke produceret nok. En del af problemet er den voksende kompleksitet, der følger med skalaen, siger J. Michael McQuade, senior vicepræsident for videnskab og teknologi hos United Technologies i Hartford, CT; dagens designsoftware har ikke været i stand til at håndtere det. Men Masdar City, der selv er udviklet ved hjælp af omfattende modellering, vil blive koblet fra begyndelsen til at indsamle data, der kan vise sig at være værdifulde for at udvikle bedre modeller. Den information kan gøre fremtidige nul-emissionsbyer billigere og nemmere at bygge.

• Klik her for at høre, hvordan det var at rapportere fra Abu Dhabi til denne historie.

Og udviklingen skal tjene penge, ikke blot indføre ny teknologi. Vi ønsker, at Masdar City skal være rentabelt, ikke kun en ubrugt pris, sagde Khaled Awad, projektets direktør for ejendomsudvikling, på en enorm ejendomsudstilling i Dubai sidste efterår. Hvis det ikke er rentabelt som en ejendomsudvikling, er det ikke bæredygtigt. Men hvis det er, kan det være replikerbart.

Hvis miljøingeniører ved at få erfaring fra at bygge denne vilde by bliver meget mere produktive til at bygge den næste by, begynder dette at gå fra at være science fiction til noget Houston ville adoptere, siger Matthew Kahn, professor i økonomi ved University of California , Los Angeles. Gil Friend, administrerende direktør for Natural Logic, et bæredygtigt designfirma baseret i Berkeley, Californien, er enig. Jeg ser Masdar på den ene side som en legeplads for de rige, siger han, og på den anden side som en R&D-mulighed for at implementere og afprøve teknologi, der, hvis det går godt, vil dukke op i andre byer.

Multimedier

• Se en gennembruds-animation af Masdar City-designet.

• Se et diagram over Masdar-initiativets hovedkvarter.

• Besøg solar testfeltstedet i Masdar City.

Selvfølgelig vil meget af det, man har lært af Masdar, ikke gælde uden for den utroligt varme og solrige kyst ved Den Persiske Golf. Et sted i Tyskland, som ikke ville få så meget sollys, kunne ikke stole så meget på solenergi. Et websted i San Francisco har muligvis ikke brug for aircondition, hvilket gør information om avancerede kølesystemer mindre relevante. Men hvis projektet når sine miljømål, vil det i det mindste vise, at sådanne byer kan bygges. Folk siger: 'Jamen, det ville være fantastisk. Det ville være en god idé, men det er åbenbart ikke muligt,' siger Friend. Når du først kan pege på noget, fjerner det mange af de argumenter.

Energioverskud: Masdars hovedkvarter, vist i en arkitektonisk gengivelse, er designet til at generere mere vedvarende elektricitet, end det forbruger; det ville være den første bygning i stor skala, der kunne bruges til flere formål.

Breaking Ground
Masdar-initiativet er en del af en ambitiøs plan for at omdanne en ressourcebaseret økonomi – den tredjestørste eksportør af olie i verden – til en baseret på viden og ekspertise. Navnet Masdar kommer fra det arabiske ord for kilde, og planen er at gøre Abu Dhabi til Silicon Valley for alternativ energi: en kilde til talent, patenter og startups i netop den industri, der en dag kan udfordre oliens overherredømme. Det er mildest talt en skræmmende udfordring, især for en region, der ifølge Awad ikke har været kendt for innovation i tusind år.

Byen blev tænkt som en skattefri zone beregnet til at tiltrække renteknologiske virksomheder, hovedsageligt fra andre lande. (Den første lejer, General Electric, planlægger at bygge et anlæg på 4.000 kvadratmeter.) Masdar Institute, den første del af byen, der skal bygges, er beregnet til at være, hvad Stanford University er for Silicon Valley. Udviklet i samarbejde med MIT, som organiserede læseplanen og er med til at udvælge og uddanne fakultetet, vil instituttet være en forskerskole, der tilbyder mastergrader og i sidste ende ph.d.er. Dens første klasse på 100 studerende starter kurser til efteråret. Og hvis kandidater udvikler lovende ideer og starter virksomheder, kan de søge kapital til Masdar-initiativet. Af de 15 milliarder dollars, som regeringen indtil videre har afsat til initiativet, er kun omkring 4 milliarder dollars udpeget som startpenge til at bygge byens infrastruktur. (Byen forventes at koste i alt 22 milliarder dollars, resten kommer fra eksterne investorer.) De resterende 11 milliarder dollars er øremærket til en række investeringer; Projekterne omfatter indtil videre en solcellefabrik i Tyskland, en havvindmøllepark i Storbritannien og bestræbelser på at reducere kulstofemissioner i Nigeria.

Alligevel er byen den mest synlige del af initiativet. Det er langt det største nul-emissions- og nulaffaldsprojekt i verden, ifølge flere eksperter. (En større økoby-udvikling nær Shanghai stræber ikke efter nul-emissioner.) Indsats andre steder har hidtil været begrænset til små til moderate bygninger og små samfund, som en række effektive rækkehuse til 250 mennesker i Wallington, South London. En af de mest ambitiøse nul-emissionsbygninger til dato, Lewis Center ved Oberlin College i Ohio, har 1.263 kvadratmeter gulvplads. Masdar City vil dække seks kvadratkilometer. Alene dets hovedkvarter, som vil omfatte kontorer samt butiks- og kulturlokaler, vil besætte en struktur på 89.500 kvadratmeter.

En detaljeret masterplan for byen er færdig, ligesom planerne for de første bygninger: Masdar-instituttet og hovedkvarteret. Byen – som vil omfatte lejligheder og laboratorier, men også fabrikker, biografer, caféer, skoler, brandstationer og så videre – er beregnet til at generere lige så meget elektricitet, som den bruger. Dets vand vil blive genbrugt for at spare energiomkostningerne ved afsaltning. Vakuumrør under byen skal transportere affald til et centralt sted, hvor det bliver sorteret, og så meget som muligt bliver genbrugt. Affald, der ikke kan genbruges, vil blive omdannet til energi gennem en forgasningsproces og resterne inkorporeret i byggematerialer. Spildevand vil blive renset, og noget af det behandles til et tørt vedvarende brændstof til produktion af elektricitet. Transportsystemet vil omfatte en letbanelinje, der forbinder udviklingen til Abu Dhabis centrum og lufthavnen, samt et personligt hurtigt transitsystem (PRT) med stationer i hele byen. PRT, et system af automatiserede elektriske køretøjer, vil forbinde folk til jernbanelinjen eller levere dem til parkeringshuse uden for byen.

Som det er typisk for nulemissionsprojekter til dato, bliver byen delvist afhængig af fossile brændstoffer - både under byggeriet og til strøm om natten, når dens solpaneler ikke producerer elektricitet. Målet beskrives faktisk bedst som nul net kuldioxidemissioner: For at nå nul-emissionsmålet vil udviklerne vende sig til et system med kulstofkreditter. Mens byen bygges, vil et 10-megawatt-array af solpaneler levere strøm til den nærliggende by Abu Dhabi, hvilket reducerer efterspørgslen efter elektricitet fra lokale naturgasfyrede kraftværker i løbet af dagen. De sparede kulstofemissioner vil opveje de emissioner, der produceres om natten, når Masdar trækker strøm fra de samme naturgasanlæg. Dette solcellepanel og yderligere paneler, der vil blive installeret, efterhånden som byggeriet fortsætter, og efterspørgslen efter elektricitet vokser, vil også opveje kulstofemissionerne fra byggeudstyr, fra de processer, der bruges til at fremstille byggematerialer såsom beton, og endda fra konsulenters flyvninger til Abu Dhabi fra byer rundt om i verden.

Energioverskud: Masdar-hovedkvarterets strukturelle kegler, som understøtter et tag fyldt med solpaneler, vil give lys og ventilation. Dammen hjælper med at afkøle luften.

Hidtil har udviklerne stået for stort set alt, siger Pooran Desai, medstifter af BioRegional, et britisk firma, der hjalp med at udvikle nul-emissionsprojektet i London og har rådført sig for Masdar. Jeg kender ikke noget andet projekt, der har været så grundigt med hensyn til dets kulstofovervågning, siger Desai. De jager hvert molekyle af kuldioxid.

Masterplanen
Dubai er en vidtstrakt, bildomineret by omkring en times kørsel fra Abu Dhabi by. Skyskrabere strækker sig langs en 12-sporet motorvej, Sheikh Zayed Road. Sollys opvarmer de uskyggede områder til 46 °C om sommeren. Men der er et par steder i Dubai, hvor en person kan gå udendørs midt på dagen uden at risikere hedeslag, og alle er artefakter fra fortiden. Der er de overdækkede souks, skyggefulde markedspladser. Og der er et historisk distrikt kaldet Bastakiya, som bevarer noget af den arkitektur, der beskyttede lokalbefolkningen mod varmen og fugtigheden før ankomsten af ​​aircondition. Husene og butikkerne har tykke mure lavet af tørrede koraller og gips, der absorberer varme i løbet af dagen og frigiver den langsomt om natten. Fordi bygningerne er pakket tæt sammen, skygger de for både hinanden og de smalle gange mellem dem. Gangene tragter brise, køler bygningerne yderligere.

Da Gerard Evenden, en senior partner hos det britiske firma Foster and Partners, begyndte at lave masterplanen for Masdar City, kiggede han på sådanne traditionelle designs for måder at spare energi på. Da byen næsten udelukkende vil være afhængig af elektricitet fra solenergi, hvilket er fem gange prisen på elektricitet fra det lokale net, skal byen være cirka fem gange så energieffektiv som konkurrerende bebyggelser i nærheden.

En af de første ting, Evenden gjorde, var at trække biler fra: Med motorvejene væk, kunne byens bygninger adskilles af passager, der kun var 7 til 12 meter brede, tæt nok til at skygge for hinanden og alligevel langt nok fra hinanden til at lukke indirekte lys ind. Det er en billig måde at reducere behovet for ikke kun aircondition, men også elektrisk belysning, det største forbrug af elektricitet i kommercielle bygninger. Isolering er også billigt: ​​I Masdar Instituttet planlægger Evenden at bruge 30 centimeter tyk isolering for at holde varmen ude. Han inkorporerer også skind af kobberfolie, der reflekterer lys og leder varme væk fra bygningerne. Folien vil blive beskyttet mod ørkenstøvet af en selvrensende teflon-lignende plast. For at reducere behovet for energikrævende afsaltning vil Evendens design reducere vandforbruget med 75 procent gennem genbrug, lavstrømsarmaturer og vandløse urinaler.

En lille del af den energi, der stadig er nødvendig for at drive byen, kommer fra affaldsbaseret brændstof og måske geotermisk energi. Resten kommer fra solen - men ikke det hele gennem dyre solceller, som omdanner sollys til elektricitet. Meget billigere enheder, der koncentrerer varme fra solen, vil opvarme vand og køre en type klimaanlæg kaldet en absorptionskøler. (Dette er den samme slags teknologi, som nu bruges i propandrevne køleskabe.)

I teorien burde det hele fungere. Men i praksis er selv meget mindre ambitiøse projekter slået fejl. Oberlin Colleges Lewis Center byder på mange af de samme elementer i energieffektivt design: tyk isolering, naturlig ventilation med varmevekslere, masser af vinduer til at udligne behovet for elektrisk belysning og varmepumper frem for konventionelle ovne. Et 60-kilowatt-array af solpaneler på taget skulle producere lige så meget elektricitet i løbet af et år, som bygningen forbruger. Alligevel brugte bygningen i begyndelsen for meget energi, og solpanelerne var ikke tilstrækkelige. For at opnå nul nettoenergi var kollegiet nødt til at installere et ekstra solcelleanlæg i nærheden, mere end tredoble den samlede elproduktion. Det tilføjede over en million dollars til en i forvejen dyr bygning, vurderer John Scofield, en fysikprofessor ved Oberlin, som har offentliggjort en detaljeret analyse af bygningens ydeevne.

Generelt finder arkitekter, at det bliver meget sværere at forudsige, hvordan energieffektive systemer vil interagere, efterhånden som bygninger bliver større. I bygninger, der er designet til at drage fordel af naturligt lys, kan designere for eksempel installere sensorer, der automatisk slukker pærer, når der kommer nok lys ind udefra. Men lys, der tænder eller slukker i én sensorzone, kan påvirke sensorerne i en anden. I nogle bygninger har dette skabt en feedback-loop, der får lys til at tænde og slukke irriterende.

Tilstødende varme- og kølezoner kan også påvirke hinanden for at skabe komplekse og uforudsigelige feedback-sløjfer, især når antallet af zoner stiger. United Technologies' J. Michael McQuade minder om, hvad der skete, da hans firma designede, hvad der skulle være et intelligent varme-, ventilations- og klimastyringssystem til en ny bygning i Paris. Systemet blev designet til at koordinere 3.000 forskellige zoner. Da den bygning først blev sat sammen, var den en betydelig energiforbruger, og det krævede en fornyelse af de integrerede kontrolsystemer for at få det rigtigt, siger McQuade.

Hvis nul-emissionsbygninger skal være økonomiske, siger Scofield, vil designerne have arbejde fra starten. Hvis du ikke får det rigtigt, siger han og peger på fiaskoen i Oberlin, er hver rettelse, du laver, så meget dyrere end at få det rigtigt første gang.

Personlig transit
Masdar City vil blive rejst på betonpæle for at give plads til et personligt hurtigt transitsystem (PRT), der vil erstatte busser og tog med mindre køretøjer designet til fire personer. Masdars planlæggere forventer, at systemet bruger mindre energi end konventionel massetransport, og de siger, at det også vil være mere bekvemt.

I et PRT-system står flere små køretøjer, ofte kaldet pods, og venter på hver station. En person eller en lille gruppe går ombord på en og vælger en destination; poden fortsætter automatisk til destinationen uden at stoppe. I et typisk design ligner hvert køretøj en batteridrevet golfvogn, kun den er helt lukket og noget større - og den mangler et rat. Køretøjet følger et spor, som er forbundet med stationer via til- og frakørsler, og en computer styrer, hvordan podsene kommer ind og ud af stationerne: ramperne tillader individuelle pods at stoppe, mens andre fortsætter langs hovedsporet på toppen hastigheder. Simuleringer tyder på, at systemerne kunne køre med så lidt som et halvt sekund mellem køretøjer.

Men selvom PRT'er ser lovende ud, har de ikke fået fat. Det er til dels fordi et tidligt PRT-lignende system bygget i 1970'erne i Morgantown, WV, gav ideen et dårligt navn, siger Jerry Schneider, emeritus professor i byplanlægning og civilingeniør ved University of Washington i Seattle og mangeårig fortaler. af PRT'er. Folk ville stige på køretøjerne, og de ville ikke stoppe, siger Schneider om systemet, en transitlinje med automatiserede biler til omkring 20 personer. Teknologien er blevet forbedret siden da, siger han, men der har ikke været en væsentlig demonstration i den virkelige verden af ​​de opdaterede systemer.

To demonstrationsprogrammer er på vej. Den første, som skal transportere passagerer til en ny terminal i Heathrow International Airport nær London, åbner senere på året. Test af dette system er allerede i gang. Og den første fase af systemet i Masdar City, der skal bygges af det hollandske firma 2GetThere, er planlagt til at være på plads til åbningen af ​​Masdar Institute til efteråret.

Testsengen
Sameer Abu-Zaid sveder ikke. Det er 39 °C med 74 procent luftfugtighed, men han siger, at det er en dejlig dag – meget køligere end sommeren i Abu Dhabi, hvor temperaturen kan nå 49 °C. Abu-Zaid, som oprindeligt kommer fra Jordan og senest var leder hos en producent af halvlederudstyr i Silicon Valley, vil administrere Masdar Citys strøm- og distributionsinfrastruktur. Alle disse moduler er blevet testet på fabrikkerne, siger han, mens han giver en rundvisning på et af de første synlige tegn på byen, et teststed, hvor han sætter 41 arrays af solpaneler fra forskellige producenter i gang. Men de er blevet testet under standard testbetingelser: 1.000 watt pr. kvadratmeter, 25 °C. Nice air-condition plads. Det er helt anderledes her.

Støv fra ørkenen dækker hurtigt panelerne og dæmper effektivt lyset, der når dem. Abu-Zaid har erfaret, at kun fire måneders støv reducerer solpanelernes output med mere end 20 procent - information, som han vil bruge til at beslutte, hvor ofte panelerne skal vaskes, og balancere strømtab mod vandforbrug.

Skyggefuld bane: Solpaneler på tagene giver solafskærmning i offentlige rum mellem bygninger.

Et andet problem er varmen. Solpanelernes mørke overflader absorberer sollys og hæver deres temperatur til så meget som 80 °C. Varmen påvirker nogle solcelleteknologier mere end andre. Nogle af de mest effektive solpaneler producerer også mindre strøm, når de bliver varme. På grund af disse afvejninger er det ikke indlysende, hvilke paneler der vil fungere bedst på Masdar-webstedet, siger Abu-Zaid. På testplottet sporer sensorer, hvor meget forskellige paneler varmes op, hvor effektive forskellige kølestrategier er, og hvordan udgangseffekten ændrer sig med temperaturen, blandt andre faktorer.

Sådan dataindsamling vil fortsætte, efterhånden som byen vokser. Dets designere og ingeniører vil måle både energiforbrug og energiproduktion. De vil spore vandforbruget ned til det enkelte armatur. I Masdars hovedkvarter kan designere bruge RFID-tags i sikkerhedsmærker til at indsamle information om, hvordan folk bruger vand og energi. Sådanne målinger vil give designere og ingeniører mulighed for at sammenligne byens reelle ydeevne med den præstation, der er forudsagt af laboratorieforsøg og simuleringer.

Virkelighedstjek
I begyndelsen af ​​1960'erne, mens USA skyndte sig at sætte en mand på månen, var elektriske blæsere og lys stadig uhørt i Abu Dhabi, ifølge Mohammed Al Fahim, en indfødt i emiratet, som har skrevet en sjælden historie om stedet. Det var ikke længe efter, at der blev opdaget olie der, og længe før pengene begyndte at strømme. Al Fahim er fra en af ​​de rigeste familier i området, men alligevel døde både hans søster og senere hans mor på grund af mangel på grundlæggende sundhedspleje. Nu er den forventede levetid i Abu Dhabi stort set den samme som i USA. Før overlevede de lokale på vand fra brakke brønde; nu drikker de ferskvand fra nye afsaltningsanlæg. De skrøbelige og meget brandfarlige palmebladshytter, der husede de fleste mennesker, er blevet erstattet af skinnende skyskrabere af glas og stål.

På mange måder har udviklingen af ​​Abu Dhabi gennem de sidste par årtier afspejlet en frenetisk indsats for at indhente den udviklede verden. Nu, på grund af projekter som Masdar City, har emiratet en chance for at køre videre. Men i forhold til byudviklingen ser den ud til at stå meget ved en skillevej. Om et par år, mens indbyggerne i Masdar City vil knibe kilowatt-timer og bruge vandløse urinaler, vil go-carts skrige rundt på en ny bane i en Ferrari forlystelsespark i nærheden, børnene vil skrige, mens de styrter ned ad vandrutsjebaner kl. et nyt vandland, og massive klimaanlæg vil brøle, mens de køler et nyt supercenter med 700 butikker. Det hele er en del af en 2.500 hektar stor udvikling, der vil overskygge den 640 hektar store Masdar City.

De to udviklinger er konkurrerende visioner for Abu Dhabis fremtid. Hvis Masdar-projektet ikke retfærdiggør sig selv økonomisk, kan det i sandhed blot være en grøn legeplads for de rige, en miljømæssig forlystelsespark, der stort set er irrelevant for udviklingen af ​​bæredygtig teknologi i bredere skala. Men hvis det er rentabelt, kan det være en drivkraft for bæredygtigt bydesign. Så kan de olierige udviklere i UAE og andre steder have en grund til at bygge flere grønne byer og undlade at anlægge endnu en skiløjpe i ørkenen. Og udviklere over hele verden vil følge efter.

Kevin Bullis er Teknologigennemgang energiredaktør.

skjule