Una città a zero emissioni nel deserto

Si vedono i primi accenni al progetto. Un muro bianco si estende nel deserto, come una linea di gesso su un campo da gioco polveroso. Un autobus con i finestrini oscurati solleva una nuvola bassa, traghettando i lavoratori davanti a un gruppo di gru d'acciaio, due piattaforme di perforazione portatili e un gruppo di colonne di cemento che spuntano da tondini color ruggine. Un alto recinto di filo metallico protegge file di pannelli solari montati su piazzole di cemento.

Città del deserto: Lo sviluppo di Masdar City, vicino ad Abu Dhabi, era nelle prime fasi di costruzione lo scorso ottobre. In lontananza, gru erigono il primo edificio, un istituto di ricerca.

La costruzione è l'inizio di un vasto esperimento, un tentativo di creare la prima città al mondo senza auto, zero emissioni di anidride carbonica e zero rifiuti. La città, che dovrebbe essere completata nel 2016, è il fulcro della Masdar Initiative, un investimento di 15 miliardi di dollari da parte del governo di Abu Dhabi, che fa parte degli Emirati Arabi Uniti. Il nuovo sviluppo, in costruzione alla periferia della città di Abu Dhabi, funzionerà quasi interamente con l'energia solare e utilizzerà solo il 20% di energia in più rispetto a una città convenzionale di dimensioni simili. I rifiuti saranno selezionati e riciclati o utilizzati per il compost; le acque reflue saranno trasformate in combustibile. Colonne di cemento solleveranno la città di sette metri da terra, creando spazio sottostante per una rete di trasporti elettrici automatizzati che sostituiranno le automobili. I pianificatori prevedono che lo sviluppo attirerà 1.500 imprese di tecnologie pulite, che vanno dalle grandi società internazionali alle startup e, alla fine, circa 50.000 residenti.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2009

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La città sarà un'oasi di energia rinnovabile in un Paese di cinque milioni di abitanti, arricchito dal petrolio, che consuma le più risorse naturali pro capite del mondo. Visto in un modo, è solo l'ultimo progetto ostentato in un paese che è stato definito da loro. In effetti, gli Emirati Arabi Uniti ospitano già l'edificio più alto del mondo e un enorme impianto sciistico al coperto che presenta una pista di diamante nera lunga 200 metri. Gli sviluppatori immobiliari hanno dragato corallo e sabbia dal fondo del mare, accumulandoli nel Golfo Persico per creare isole a forma di palme e una mappa del mondo.

Eppure molti esperti sono ottimisti sul fatto che la città possa diventare un banco di prova per nuovi approcci ai problemi ingegneristici e architettonici coinvolti nella creazione di città sostenibili dal punto di vista ambientale. Sebbene gli architetti abbiano già progettato e costruito molte piccole residenze ed edifici commerciali a emissioni zero, i progetti che coinvolgono grandi edifici commerciali multiuso hanno deluso le aspettative, utilizzando troppa energia o non generando abbastanza. Parte del problema è la crescente complessità che deriva dalle dimensioni, afferma J. Michael McQuade, vicepresidente senior per la scienza e la tecnologia presso la United Technologies di Hartford, CT; il software di progettazione di oggi non è stato in grado di gestirlo. Ma Masdar City, a sua volta sviluppato con l'aiuto di un'ampia modellazione, sarà cablata fin dall'inizio per raccogliere dati che potrebbero rivelarsi preziosi per lo sviluppo di modelli migliori. Queste informazioni potrebbero rendere le future città a emissioni zero più economiche e più facili da costruire.

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E lo sviluppo ha lo scopo di fare soldi, non solo di introdurre nuove tecnologie. Vogliamo che Masdar City sia redditizia, non solo un costo irrecuperabile, ha affermato Khaled Awad, direttore dello sviluppo immobiliare del progetto, in una grande mostra immobiliare a Dubai lo scorso autunno. Se non è redditizio come sviluppo immobiliare, non è sostenibile. Tuttavia, se lo è, potrebbe essere replicabile.

Se gli ingegneri ambientali, acquisendo esperienza dalla costruzione di questa città selvaggia, diventano molto più produttivi nella costruzione della prossima città, questo inizia a passare dall'essere fantascienza a qualcosa che Houston adotterebbe, afferma Matthew Kahn, professore di economia presso l'Università della California. , Los Angeles. Gil Friend, CEO di Natural Logic, un'azienda di design sostenibile con sede a Berkeley, in California, è d'accordo. Vedo Masdar da un lato come un parco giochi per i ricchi, dice, e dall'altro come un'opportunità di ricerca e sviluppo per implementare e testare la tecnologia che, se le cose vanno bene, si presenteranno in altre città.

Multimedia

• Guarda un'animazione in volo del design di Masdar City.

• Guarda un diagramma della sede della Masdar Initiative.

• Visita il sito del campo di prova solare a Masdar City.

Naturalmente, molto di quanto appreso da Masdar non si applicherà al di fuori della costa incredibilmente calda e soleggiata del Golfo Persico. Un sito in Germania, che non riceverebbe così tanta luce solare, non potrebbe fare altrettanto affidamento sull'energia solare. Un sito a San Francisco potrebbe non aver bisogno di aria condizionata, rendendo meno rilevanti le informazioni sui sistemi di raffreddamento avanzati. Ma se il progetto raggiunge i suoi obiettivi ambientali, dimostrerà come minimo che tali città possono essere costruite. La gente dice: 'Accidenti, sarebbe fantastico. Sarebbe una buona idea, ma ovviamente non è possibile', dice Friend. Una volta che puoi indicare qualcosa, togli molti di quegli argomenti.

Eccedenza energetica: La sede di Masdar, mostrata in un rendering architettonico, è progettata per generare più elettricità rinnovabile di quanta ne consumi; sarebbe il primo edificio multiuso su larga scala a farlo.

Terra di rottura
L'Iniziativa Masdar fa parte di un ambizioso piano per trasformare un'economia basata sulle risorse – il terzo esportatore di petrolio al mondo – in un'economia basata sulla conoscenza e l'esperienza. Il nome Masdar deriva dalla parola araba per fonte, e il progetto è quello di rendere Abu Dhabi la Silicon Valley dell'energia alternativa: una fonte di talenti, brevetti e startup proprio nel settore che un giorno potrebbe sfidare la supremazia del petrolio. È una sfida a dir poco scoraggiante, soprattutto per una regione che, secondo Awad, non è nota per l'innovazione da mille anni.

La città è stata concepita come una zona esentasse destinata ad attrarre aziende di tecnologie pulite, in gran parte da altri paesi. (Il primo inquilino, la General Electric, progetta di costruire una struttura di 4.000 metri quadrati.) Il Masdar Institute, la prima parte della città ad essere costruita, dovrebbe essere ciò che la Stanford University è per la Silicon Valley. Sviluppato in collaborazione con il MIT, che ha organizzato il curriculum e sta aiutando a selezionare e formare la facoltà, l'istituto sarà una scuola di ricerca laureata, offrendo master e, infine, dottorati di ricerca. La sua prima classe di 100 studenti inizierà i corsi questo autunno. E se i laureati sviluppano idee promettenti e avviano società, possono cercare capitali nell'Iniziativa Masdar. Dei 15 miliardi di dollari che il governo ha stanziato finora per l'iniziativa, solo circa 4 miliardi di dollari sono designati come capitale iniziale per la costruzione delle infrastrutture della città. (Si prevede che la città costerà un totale di 22 miliardi di dollari, il resto proverrà da investitori esterni.) I restanti 11 miliardi di dollari sono destinati a una serie di investimenti; i progetti finora includono una fabbrica di celle solari in Germania, un parco eolico offshore nel Regno Unito e sforzi per ridurre le emissioni di carbonio in Nigeria.

Tuttavia, la città è la parte più visibile dell'iniziativa. Secondo diversi esperti, è di gran lunga il più grande progetto a zero emissioni e zero rifiuti al mondo. (Uno sviluppo di una città ecologica più grande vicino a Shanghai non aspira a zero emissioni.) Gli sforzi altrove sono stati finora limitati a edifici di piccole e medie dimensioni e piccole comunità, come una serie di case a schiera efficienti per 250 persone a Wallington, nel sud Londra. Uno degli edifici a emissioni zero più ambiziosi fino ad oggi, il Lewis Center dell'Oberlin College in Ohio, ha una superficie di 1.263 metri quadrati. Masdar City coprirà sei chilometri quadrati. La sola sede, che comprenderà uffici, spazi commerciali e culturali, occuperà una struttura di 89.500 metri quadrati.

Un piano generale dettagliato per la città è completo, così come i piani per i primi edifici: l'Istituto Masdar e la sede. La città, che includerà appartamenti e laboratori, ma anche fabbriche, cinema, caffè, scuole, caserme dei vigili del fuoco e così via, è destinata a generare tanta elettricità quanta ne consuma. La sua acqua sarà riciclata per risparmiare i costi energetici della desalinizzazione. I tubi a vuoto sotto la città trasporteranno i rifiuti in un luogo centrale, dove verranno smistati e il più possibile riciclati. I rifiuti che non possono essere riciclati verranno convertiti in energia attraverso un processo di gassificazione e gli avanzi incorporati nei materiali da costruzione. Le acque reflue saranno trattate e una parte di esse trasformata in un combustibile rinnovabile secco per la generazione di elettricità. Il sistema di trasporto includerà una linea di metropolitana leggera che collegherà lo sviluppo al centro di Abu Dhabi e all'aeroporto, nonché un sistema di trasporto rapido personale (PRT) con stazioni in tutta la città. Il PRT, un sistema di veicoli elettrici automatizzati, collegherà le persone alla linea ferroviaria o le consegnerà ai parcheggi fuori città.

Come è tipico per i progetti a emissioni zero fino ad oggi, la città dovrà fare affidamento in parte sui combustibili fossili, sia durante la costruzione che per l'energia di notte, quando i suoi pannelli solari non produrranno elettricità. L'obiettivo è in realtà meglio descritto come zero rete emissioni di anidride carbonica: per raggiungere l'obiettivo di emissioni zero, gli sviluppatori si avvarranno di un sistema di crediti di carbonio. Durante la costruzione della città, una serie di pannelli solari da 10 megawatt fornirà energia alla vicina città di Abu Dhabi, riducendo la domanda di elettricità dalle centrali elettriche locali alimentate a gas naturale durante il giorno. Le emissioni di carbonio risparmiate compenseranno le emissioni prodotte di notte, quando Masdar trae energia dagli stessi impianti a gas naturale. Questo pannello solare e i pannelli aggiuntivi che verranno installati man mano che la costruzione continua e la domanda di elettricità cresce, compenseranno anche le emissioni di carbonio delle attrezzature per l'edilizia, dei processi utilizzati per produrre materiali da costruzione come il cemento e persino dei voli dei consulenti ad Abu Dhabi dalle città di tutto il mondo.

Eccedenza energetica: I coni strutturali della sede di Masdar, che sostengono un tetto carico di pannelli solari, forniranno luce e ventilazione. Lo stagno aiuta a raffreddare l'aria.

Finora, gli sviluppatori hanno tenuto conto di quasi tutto, afferma Pooran Desai, cofondatore di BioRegional, un'azienda britannica che ha contribuito a sviluppare il progetto a emissioni zero a Londra e ha consultato Masdar. Non conosco nessun altro progetto che sia stato così accurato in termini di monitoraggio del carbonio, afferma Desai. Stanno dando la caccia a ogni molecola di anidride carbonica.

Il piano generale
Dubai è una città tentacolare e dominata dalle auto a circa un'ora di auto dalla città di Abu Dhabi. I grattacieli si estendono lungo un'autostrada a 12 corsie, Sheikh Zayed Road. La luce del sole riscalda le zone non ombreggiate a 46 °C in estate. Ma ci sono alcuni posti a Dubai dove una persona può camminare all'aperto nel bel mezzo della giornata senza rischiare un colpo di calore, e sono tutti artefatti del passato. Ci sono i souk coperti, i mercati all'ombra. E c'è un quartiere storico chiamato Bastakiya, che conserva parte dell'architettura che proteggeva i locali dal caldo e dall'umidità prima dell'arrivo dell'aria condizionata. Le case ei negozi hanno muri spessi fatti di corallo essiccato e gesso che assorbono il calore durante il giorno, rilasciandolo lentamente di notte. Poiché gli edifici sono ammassati l'uno all'altro, fanno ombra sia l'un l'altro che gli stretti passaggi tra di loro. I passaggi incanalano le brezze, raffreddando ulteriormente gli edifici.

Quando Gerard Evenden, un senior partner dell'azienda britannica Foster and Partners, ha iniziato a realizzare il piano generale per Masdar City, ha guardato a tali progetti tradizionali per risparmiare energia. Dal momento che la città dipenderà quasi interamente dall'elettricità proveniente dall'energia solare, che è cinque volte il prezzo dell'elettricità dalla rete locale, la città deve essere circa cinque volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto agli sviluppi concorrenti nelle vicinanze.

Una delle prime cose che ha fatto Evenden è stata sottrarre le auto: senza le autostrade, gli edifici della città potrebbero essere separati da passaggi larghi solo 7-12 metri, abbastanza vicini da ombreggiarsi ma abbastanza distanti da far entrare la luce indiretta. Questo è un modo economico per ridurre la necessità non solo dell'aria condizionata ma anche dell'illuminazione elettrica, il più grande consumo di elettricità negli edifici commerciali. Anche l'isolamento è economico: nel Masdar Institute, Evenden prevede di utilizzare un isolamento di 30 centimetri di spessore per tenere fuori il calore. Sta anche incorporando pelli di lamina di rame che riflettono la luce e conducono il calore lontano dagli edifici. La pellicola sarà protetta dalla polvere del deserto da una plastica autopulente simile al teflon. Per ridurre la necessità di una desalinizzazione ad alta intensità energetica, il design di Evenden ridurrà il consumo di acqua del 75% attraverso il riciclaggio, gli impianti a basso flusso e gli orinatoi senz'acqua.

Una piccola frazione dell'energia che è ancora necessaria per far funzionare la città proverrà dal combustibile derivato dai rifiuti e forse dall'energia geotermica. Il resto verrà dal sole, ma non tutto attraverso costosi impianti fotovoltaici, che convertono la luce solare in elettricità. Dispositivi molto più economici che concentrano il calore del sole riscalderanno l'acqua e faranno funzionare un tipo di condizionatore d'aria chiamato refrigeratore ad assorbimento. (Questo è lo stesso tipo di tecnologia che viene utilizzata ora nei frigoriferi alimentati a propano.)

In teoria dovrebbe funzionare tutto. Ma in pratica anche progetti molto meno ambiziosi sono falliti. Il Lewis Center dell'Oberlin College presenta molti degli stessi elementi di design ad alta efficienza energetica: isolamento spesso, ventilazione naturale con scambiatori di calore, numerose finestre per compensare la necessità di illuminazione elettrica e pompe di calore anziché forni convenzionali. Una serie di pannelli solari da 60 kilowatt sul tetto avrebbe dovuto produrre nel corso di un anno tanta elettricità quanta ne consuma l'edificio. Tuttavia, l'edificio inizialmente utilizzava troppa energia e i pannelli solari non erano adeguati. Per raggiungere l'energia netta pari a zero, il college ha dovuto installare un pannello solare aggiuntivo nelle vicinanze, più che triplicare la produzione totale di energia. Ha aggiunto oltre un milione di dollari a un edificio già costoso, stima John Scofield, professore di fisica all'Oberlin che ha pubblicato un'analisi dettagliata delle prestazioni dell'edificio.

In generale, gli architetti scoprono che prevedere come interagiranno i sistemi efficienti dal punto di vista energetico diventa molto più difficile man mano che gli edifici diventano più grandi. Negli edifici progettati per sfruttare la luce naturale, ad esempio, i progettisti possono installare sensori per spegnere automaticamente le lampadine quando arriva abbastanza luce dall'esterno. Ma le luci che si accendono o si spengono in una zona di rilevamento possono influenzare i sensori in un'altra. In alcuni edifici questo ha creato un ciclo di feedback che fa accendere e spegnere le luci in modo fastidioso.

Anche le zone di riscaldamento e raffreddamento vicine possono influenzarsi a vicenda per creare circuiti di feedback complessi e imprevedibili, soprattutto all'aumentare del numero di zone. J. Michael McQuade di United Technologies ricorda cosa è successo quando la sua azienda ha progettato quello che doveva essere un sistema intelligente di gestione del riscaldamento, della ventilazione e dell'aria condizionata per un nuovo edificio a Parigi. Il sistema è stato progettato per coordinare 3.000 zone diverse. Quando l'edificio è stato realizzato per la prima volta, consumava molta energia e per farlo funzionare è stato necessario un rinnovamento dei sistemi di controllo integrati, afferma McQuade.

Se gli edifici a emissioni zero devono essere economici, afferma Scofield, i progetti funzioneranno sin dall'inizio. Se non lo fai bene, dice, indicando il fiasco all'Oberlin, ogni correzione che fai è molto più costosa che farlo bene la prima volta.

Transito personale
Masdar City sarà sollevata su palafitte di cemento per fare spazio a un sistema di trasporto rapido personale (PRT) che sostituirà autobus e treni con veicoli più piccoli progettati per quattro persone. I pianificatori di Masdar si aspettano che il sistema utilizzi meno energia rispetto al trasporto di massa convenzionale e dicono che sarà anche più conveniente.

In un sistema PRT, in ogni stazione vengono tenuti in attesa diversi piccoli veicoli, spesso chiamati pod. Un individuo o un piccolo gruppo si imbarca su uno e seleziona una destinazione; il pod procede automaticamente verso la destinazione senza fermarsi. In un design tipico, ogni veicolo assomiglia a un carrello da golf alimentato a batteria, solo che è completamente chiuso e un po' più grande e manca di un volante. Il veicolo segue un binario, che è collegato alle stazioni da rampe di ingresso e uscita, e un computer controlla come i pod entrano ed escono dalle stazioni: le rampe consentono ai singoli pod di fermarsi mentre altri proseguono lungo il binario principale in alto velocità. Le simulazioni suggeriscono che i sistemi potrebbero funzionare con un minimo di mezzo secondo tra i veicoli.

Ma sebbene i PRT sembrino promettenti, non hanno preso piede. Ciò è in parte dovuto al fatto che un primo sistema simile al PRT costruito negli anni '70 a Morgantown, WV, ha dato all'idea una cattiva reputazione, afferma Jerry Schneider, professore emerito di pianificazione urbana e ingegneria civile presso l'Università di Washington a Seattle e un sostenitore di lunga data di PRT. Le persone salirebbero sui veicoli e non si fermerebbero, dice Schneider del sistema, una linea di transito con auto automatizzate per circa 20 persone. La tecnologia è migliorata da allora, dice, ma non c'è stata una significativa dimostrazione nel mondo reale dei sistemi aggiornati.

Sono in arrivo due programmi dimostrativi. Il primo, che trasporterà i passeggeri in un nuovo terminal dell'aeroporto internazionale di Heathrow vicino a Londra, aprirà entro la fine dell'anno. I test di quel sistema sono già in corso. E la prima fase del sistema a Masdar City, che sarà costruita dall'azienda olandese 2GetThere, dovrebbe essere installata per l'apertura del Masdar Institute questo autunno.

Il banco di prova
Sameer Abu-Zaid non sta sudando. Ci sono 39 °C con un'umidità del 74 percento, ma dice che è una bella giornata, molto più fresca dell'estate ad Abu Dhabi, quando le temperature possono raggiungere i 49 °C. Abu-Zaid, originario della Giordania e recentemente manager di un produttore di apparecchiature per semiconduttori nella Silicon Valley, gestirà l'infrastruttura elettrica e di distribuzione di Masdar City. Tutti questi moduli sono stati testati nelle fabbriche, dice mentre fa un giro di uno dei primi segni visibili della città, un sito di prova dove sta mettendo alla prova 41 array di pannelli solari di vari produttori. Ma sono stati testati in condizioni di test standard: 1.000 watt per metro quadrato, 25 °C. Bel locale climatizzato. È completamente diverso qui.

La polvere del deserto ricopre rapidamente i pannelli, attenuando efficacemente la luce che li raggiunge. Abu-Zaid ha appreso che solo quattro mesi di polvere riducono la produzione dei pannelli solari di oltre il 20%: informazioni che utilizzerà per decidere quanto spesso lavare i pannelli, bilanciando la perdita di energia con il consumo di acqua.

Corsia ombreggiata: I pannelli solari sui tetti forniscono protezione solare negli spazi pubblici tra gli edifici.

Un altro problema è il caldo. Le superfici scure dei pannelli solari assorbono la luce solare, aumentando la loro temperatura fino a 80 °C. Il calore colpisce alcune tecnologie di celle solari più di altre. Alcuni dei pannelli solari più efficienti producono anche meno energia quando si surriscaldano. A causa di questi compromessi, non è ovvio quali pannelli funzioneranno meglio nel sito di Masdar, afferma Abu-Zaid. Nel diagramma di prova, i sensori tracciano quanto si riscaldano i vari pannelli, quanto sono efficaci le diverse strategie di raffreddamento e come la potenza cambia con la temperatura, tra gli altri fattori.

Tale raccolta di dati continuerà man mano che la città cresce. I suoi progettisti e ingegneri misureranno sia il consumo di energia che la produzione di energia. Tracciano il consumo di acqua fino al singolo apparecchio. Presso la sede di Masdar, i progettisti possono utilizzare tag RFID nei badge di sicurezza per raccogliere informazioni sul modo in cui le persone utilizzano l'acqua e l'energia. Tali misurazioni consentiranno a progettisti e ingegneri di confrontare le prestazioni reali della città con le prestazioni previste da test e simulazioni di laboratorio.

Controllo di realtà
All'inizio degli anni '60, mentre gli Stati Uniti si affrettavano a mandare un uomo sulla luna, ventilatori elettrici e luci erano ancora sconosciuti ad Abu Dhabi, secondo Mohammed Al Fahim, originario dell'emirato che ha scritto una rara storia di il luogo. Non passò molto tempo dopo che lì fu scoperto il petrolio, e molto prima che il denaro iniziasse a fluire. Al Fahim proviene da una delle famiglie più ricche della zona, ma sia sua sorella che poi sua madre sono morte per mancanza di cure mediche di base. Ora l'aspettativa di vita ad Abu Dhabi è praticamente la stessa degli Stati Uniti. Prima, la gente del posto sopravviveva grazie all'acqua dei pozzi salmastri; ora bevono acqua fresca da nuovi impianti di desalinizzazione. Le capanne di fronde di palma fragili e altamente infiammabili che ospitavano la maggior parte delle persone sono state sostituite da scintillanti grattacieli di vetro e acciaio.

In molti modi, lo sviluppo di Abu Dhabi negli ultimi decenni ha riflesso uno sforzo frenetico per raggiungere il mondo sviluppato. Ora, grazie a progetti come Masdar City, l'emirato ha la possibilità di correre in vantaggio. Ma in termini di sviluppo urbano, sembra essere molto a un bivio. Tra qualche anno, mentre i cittadini di Masdar City raccolgono chilowattora e usano orinatoi senz'acqua, i go-kart strideranno intorno a una nuova pista in un vicino parco a tema Ferrari, i bambini strilleranno mentre precipitano dagli scivoli d'acqua a un nuovo parco acquatico e enormi condizionatori d'aria rombano mentre rinfrescano un nuovo supermall da 700 negozi. Fa tutto parte di uno sviluppo di 2.500 ettari che farà impallidire i 640 ettari di Masdar City.

I due sviluppi sono visioni in competizione per il futuro di Abu Dhabi. Se il progetto Masdar non si giustifica finanziariamente, potrebbe infatti essere solo un parco giochi verde per ricchi, un parco a tema ambientale in gran parte irrilevante per lo sviluppo della tecnologia sostenibile su scala più ampia. Ma se è redditizio, potrebbe essere una forza trainante per la progettazione urbana sostenibile. Quindi gli sviluppatori ricchi di petrolio negli Emirati Arabi Uniti e altrove potrebbero avere un motivo per costruire più città verdi e saltare la costruzione di un'altra pista da sci nel deserto. E gli sviluppatori di tutto il mondo seguiranno.

Kevin Bullis è Revisione della tecnologia 's Energy Editor.

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