Una ciudad sin emisiones en el desierto

Los primeros indicios del proyecto son visibles. Una pared blanca se extiende a través del desierto, como una línea de tiza en un polvoriento campo de juego. Un autobús con las ventanas oscurecidas mueve una nube baja, transportando a los trabajadores junto a un grupo de grúas de acero, dos plataformas de perforación portátiles y un grupo de columnas de concreto que brotan barras de refuerzo de color óxido. Una valla de alambre alta protege filas de paneles solares montados sobre plataformas de hormigón.

Ciudad del desierto: El desarrollo de la ciudad de Masdar, cerca de Abu Dhabi, se encontraba en las primeras etapas de construcción en octubre pasado. A lo lejos, las grúas erigen el primer edificio, un instituto de investigación.

La construcción es el comienzo de un vasto experimento, un intento de crear la primera ciudad del mundo sin automóviles, cero emisiones de dióxido de carbono y cero residuos. La ciudad, que se completará en 2016, es la pieza central de la Iniciativa Masdar, una inversión de 15.000 millones de dólares del gobierno de Abu Dhabi, que forma parte de los Emiratos Árabes Unidos. El nuevo desarrollo, que se construirá en las afueras de la ciudad de Abu Dhabi, funcionará casi en su totalidad con energía solar y utilizará solo el 20 por ciento de la energía que una ciudad convencional de tamaño similar. La basura se clasificará y reciclará o se utilizará como abono; las aguas residuales se convertirán en combustible. Las columnas de hormigón elevarán la ciudad a siete metros del suelo, creando espacio debajo para una red de transportes eléctricos automatizados que reemplazarán a los automóviles. Los planificadores predicen que el desarrollo atraerá a 1.500 empresas de tecnología limpia, que van desde grandes corporaciones internacionales hasta nuevas empresas y, eventualmente, unos 50.000 residentes.

Esta historia fue parte de nuestro número de marzo de 2009

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La ciudad será un oasis de energía renovable en un país de cinco millones, enriquecido por el petróleo, que consume la mayor cantidad de recursos naturales per cápita del mundo. Visto de una manera, es simplemente el último proyecto ostentoso en un país que ha sido definido por ellos. De hecho, los Emiratos Árabes Unidos ya albergan el edificio más alto del mundo y una enorme instalación de esquí cubierta que cuenta con una pista de diamantes negros de 200 metros de largo. Los desarrolladores inmobiliarios han dragado coral y arena del fondo del mar, apilándolos en el Golfo Pérsico para crear islas en forma de palmeras y un mapa del mundo.

Sin embargo, muchos expertos son optimistas de que la ciudad puede convertirse en un banco de pruebas para nuevos enfoques de los problemas de ingeniería y arquitectura involucrados en la creación de ciudades ambientalmente sostenibles. Aunque los arquitectos ya han diseñado y los constructores han construido muchas residencias y edificios comerciales pequeños sin emisiones, los proyectos que involucran edificios comerciales grandes y de usos múltiples no han cumplido las expectativas, ya que utilizan demasiada energía o no generan suficiente energía. Parte del problema es la creciente complejidad que viene con la escala, dice J. Michael McQuade, vicepresidente senior de ciencia y tecnología en United Technologies en Hartford, CT; El software de diseño actual no ha podido manejarlo. Pero la ciudad de Masdar, desarrollada a su vez con la ayuda de un modelado exhaustivo, se conectará desde el principio para recopilar datos que podrían resultar valiosos para desarrollar mejores modelos. Esa información podría hacer que las ciudades futuras con cero emisiones sean más baratas y fáciles de construir.

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Y el desarrollo está destinado a ganar dinero, no solo a introducir nueva tecnología. Queremos que la ciudad de Masdar sea rentable, no solo un costo hundido, dijo Khaled Awad, director de desarrollo inmobiliario del proyecto, en una gran exposición inmobiliaria en Dubai el otoño pasado. Si no es rentable como desarrollo inmobiliario, no es sostenible. Sin embargo, si lo es, puede ser replicable.

Si los ingenieros ambientales, al adquirir experiencia en la construcción de esta ciudad salvaje, se vuelven mucho más productivos en la construcción de la próxima ciudad, esto comienza a pasar de ser ciencia ficción a algo que Houston adoptaría, dice Matthew Kahn, profesor de economía en la Universidad de California. , Los Angeles. Gil Friend, director ejecutivo de Natural Logic, una empresa de diseño sostenible con sede en Berkeley, CA, está de acuerdo. Veo a Masdar, por un lado, como un patio de recreo para los ricos, dice, y por otro lado, como una oportunidad de I + D para implementar y probar tecnología que, si las cosas van bien, se mostrarán en otras ciudades.

Multimedia

• Vea una animación en vuelo del diseño de la ciudad de Masdar.

• Vea un diagrama de la sede de la Iniciativa Masdar.

• Visite el sitio de campo de prueba solar en Masdar City.

Por supuesto, mucho de lo que se ha aprendido de Masdar no se aplicará fuera de la costa increíblemente cálida y soleada del Golfo Pérsico. Un sitio en Alemania, que no recibiría tanta luz solar, no podría depender tanto de la energía solar. Es posible que un sitio en San Francisco no necesite aire acondicionado, lo que hace que la información sobre sistemas de enfriamiento avanzados sea menos relevante. Pero si el proyecto alcanza sus objetivos medioambientales, al menos demostrará que esas ciudades se pueden construir. La gente dice: 'Caramba, eso sería genial. Sería una buena idea, pero obviamente no es posible ', dice Friend. Una vez que puede señalar algo, elimina muchos de esos argumentos.

Excedente de energía: La sede de Masdar, mostrada en una representación arquitectónica, está diseñada para generar más electricidad renovable de la que consume; sería el primer edificio multiusos a gran escala en hacerlo.

Rompiendo terreno
La Iniciativa Masdar es parte de un ambicioso plan para transformar una economía basada en recursos, el tercer exportador de petróleo más grande del mundo, en una basada en el conocimiento y la experiencia. El nombre Masdar proviene de la palabra árabe que significa fuente, y el plan es hacer de Abu Dhabi el Silicon Valley de la energía alternativa: una fuente de talento, patentes y nuevas empresas en la misma industria que algún día podría desafiar la supremacía del petróleo. Es un desafío abrumador por decir lo menos, especialmente para una región que, según Awad, no ha sido conocida por su innovación en mil años.

La ciudad fue concebida como una zona libre de impuestos destinada a atraer empresas de tecnologías limpias, en su mayoría de otros países. (El primer inquilino, General Electric, planea construir una instalación de 4.000 metros cuadrados). El Instituto Masdar, la primera parte de la ciudad que se construirá, está destinado a ser lo que la Universidad de Stanford es para Silicon Valley. Desarrollado en colaboración con el MIT, que organizó el plan de estudios y está ayudando a seleccionar y capacitar al profesorado, el instituto será una escuela de investigación de posgrado, que ofrecerá maestrías y, eventualmente, doctorados. Su primera clase de 100 estudiantes comenzará los cursos este otoño. Y si los graduados desarrollan ideas prometedoras y crean empresas, pueden buscar capital en la Iniciativa Masdar. De los $ 15 mil millones que el gobierno ha reservado hasta ahora para la iniciativa, solo alrededor de $ 4 mil millones se designan como capital inicial para construir la infraestructura de la ciudad. (Se espera que la ciudad cueste un total de $ 22 mil millones, el resto provendrá de inversionistas externos). Los $ 11 mil millones restantes están destinados a una variedad de inversiones; Los proyectos hasta ahora incluyen una fábrica de células solares en Alemania, un parque eólico marino en el Reino Unido y esfuerzos para reducir las emisiones de carbono en Nigeria.

Aún así, la ciudad es la parte más visible de la iniciativa. Es, con mucho, el proyecto de cero emisiones y cero residuos más grande del mundo, según varios expertos. (Un desarrollo de ciudad ecológica más grande cerca de Shanghai no aspira a cero emisiones). Hasta ahora, los esfuerzos en otros lugares se han limitado a edificios pequeños a moderados y comunidades pequeñas, como una serie de casas en hilera eficientes para 250 personas en Wallington, South Londres. Uno de los edificios de cero emisiones más ambiciosos hasta la fecha, el Lewis Center en Oberlin College en Ohio, tiene 1.263 metros cuadrados de superficie. Masdar City cubrirá seis kilómetros cuadrados. Solo su sede, que incluirá oficinas y espacio comercial y cultural, ocupará una estructura de 89.500 metros cuadrados.

Se completó un plan maestro detallado para la ciudad, al igual que los planes para los primeros edificios: el Instituto Masdar y la sede. La ciudad, que incluirá apartamentos y laboratorios, pero también fábricas, cines, cafés, escuelas, estaciones de bomberos, etc., está destinada a generar tanta electricidad como utiliza. Su agua se reciclará para ahorrar los costes energéticos de la desalinización. Los tubos de vacío debajo de la ciudad transportarán la basura a una ubicación central, donde se clasificará y se reciclará la mayor cantidad posible. La basura que no se puede reciclar se convertirá en energía a través de un proceso de gasificación y las sobras se incorporarán a los materiales de construcción. Las aguas residuales serán tratadas y parte de ellas procesadas en un combustible renovable seco para generar electricidad. El sistema de transporte incluirá una línea de tren ligero que conectará el desarrollo con el centro de Abu Dhabi y el aeropuerto, así como un sistema de tránsito rápido personal (PRT) con estaciones en toda la ciudad. El PRT, un sistema de vehículos eléctricos automatizados, conectará a las personas con la línea ferroviaria o las entregará en los estacionamientos fuera de la ciudad.

Como es típico de los proyectos de cero emisiones hasta la fecha, la ciudad tendrá que depender en parte de los combustibles fósiles, tanto durante la construcción como para obtener energía durante la noche, cuando sus paneles solares no producirán electricidad. En realidad, el objetivo se describe mejor como cero red Emisiones de dióxido de carbono: para alcanzar el objetivo de cero emisiones, los desarrolladores recurrirán a un sistema de créditos de carbono. Mientras se construye la ciudad, una matriz de paneles solares de 10 megavatios entregará energía a la cercana ciudad de Abu Dhabi, lo que reducirá la demanda de electricidad de las centrales eléctricas locales que funcionan con gas natural durante el día. Las emisiones de carbono ahorradas compensarán las emisiones producidas por la noche, cuando Masdar extrae energía de esas mismas plantas de gas natural. Esta matriz solar, y los paneles adicionales que se instalarán a medida que continúe la construcción y aumente la demanda de electricidad, también compensarán las emisiones de carbono de los equipos de construcción, de los procesos utilizados para fabricar materiales de construcción como el hormigón e incluso de los vuelos de consultores a Abu Dhabi. de ciudades de todo el mundo.

Excedente de energía: Los conos estructurales de la sede de Masdar, que sostienen un techo cargado de paneles solares, proporcionarán luz y ventilación. El estanque ayuda a enfriar el aire.

Hasta ahora, los desarrolladores han tenido en cuenta casi todo, dice Pooran Desai, cofundador de BioRegional, una empresa británica que ayudó a desarrollar el proyecto de cero emisiones en Londres y ha sido consultor de Masdar. No conozco ningún otro proyecto que haya sido tan completo en términos de su monitoreo de carbono, dice Desai. Están cazando cada molécula de dióxido de carbono.

El plan maestro
Dubái es una ciudad en expansión dominada por los coches a una hora en coche de la ciudad de Abu Dabi. Los rascacielos se extienden a lo largo de una autopista de 12 carriles, Sheikh Zayed Road. La luz del sol calienta las áreas sin sombra a 46 ° C en el verano. Pero hay algunos lugares en Dubai donde una persona puede caminar al aire libre en medio del día sin correr el riesgo de sufrir un golpe de calor, y todos son artefactos del pasado. Están los zocos cubiertos, los mercados sombreados. Y hay un distrito histórico llamado Bastakiya, que conserva parte de la arquitectura que protegía a los lugareños del calor y la humedad antes de la llegada del aire acondicionado. Las casas y las tiendas tienen paredes gruesas hechas de coral seco y yeso que absorben el calor durante el día y lo liberan lentamente durante la noche. Debido a que los edificios están muy juntos, se sombrean entre sí y en los estrechos pasajes entre ellos. Los pasajes canalizan la brisa y enfrían aún más los edificios.

Cuando Gerard Evenden, socio senior de la firma británica Foster and Partners, comenzó a hacer el plan maestro para Masdar City, buscó formas de ahorrar energía en diseños tan tradicionales. Dado que la ciudad dependerá casi por completo de la electricidad de la energía solar, que es cinco veces el precio de la electricidad de la red local, la ciudad debe ser aproximadamente cinco veces más eficiente en energía que los desarrollos competidores cercanos.

Una de las primeras cosas que hizo Evenden fue restar automóviles: con las carreteras desaparecidas, los edificios de la ciudad podrían estar separados por pasajes de solo 7 a 12 metros de ancho, lo suficientemente cerca como para protegerse entre sí pero lo suficientemente separados para dejar pasar la luz indirecta. Esa es una forma económica de reducir la necesidad no solo de aire acondicionado sino de iluminación eléctrica, el mayor consumo de electricidad en los edificios comerciales. El aislamiento también es barato: en el Instituto Masdar, Evenden planea usar un aislamiento de 30 centímetros de espesor para evitar el calor. También está incorporando capas de láminas de cobre que reflejan la luz y conducen el calor lejos de los edificios. La lámina estará protegida del polvo del desierto con un plástico autolimpiante similar al teflón. Para reducir la necesidad de una desalinización intensiva en energía, el diseño de Evenden reducirá el consumo de agua en un 75 por ciento a través del reciclaje, accesorios de bajo flujo y urinarios sin agua.

Una pequeña fracción de la energía que todavía se necesita para hacer funcionar la ciudad provendrá del combustible a base de desechos y quizás de la energía geotérmica. El resto provendrá del sol, pero no todo a través de costosos sistemas fotovoltaicos, que convierten la luz solar en electricidad. Dispositivos mucho más baratos que concentran el calor del sol calentarán el agua y harán funcionar un tipo de aire acondicionado llamado enfriador de absorción. (Este es el mismo tipo de tecnología que se usa ahora en refrigeradores que funcionan con propano).

En teoría, todo debería funcionar. Pero en la práctica, incluso proyectos mucho menos ambiciosos han fracasado. El Lewis Center de Oberlin College presenta muchos de los mismos elementos de diseño de eficiencia energética: aislamiento grueso, ventilación natural con intercambiadores de calor, muchas ventanas para compensar la necesidad de iluminación eléctrica y bombas de calor en lugar de hornos convencionales. Se suponía que una matriz de paneles solares de 60 kilovatios en su techo produciría tanta electricidad en el transcurso de un año como consume el edificio. Sin embargo, el edificio inicialmente consumía demasiada energía y los paneles solares no eran adecuados. Para lograr energía neta cero, la universidad tuvo que instalar un panel solar adicional cerca, más que triplicando la producción total de energía. Añadió más de un millón de dólares a un edificio que ya era caro, estima John Scofield, profesor de física en Oberlin que ha publicado un análisis detallado del rendimiento del edificio.

En general, los arquitectos encuentran que predecir cómo interactuarán los sistemas energéticamente eficientes se vuelve mucho más difícil a medida que los edificios se hacen más grandes. En edificios diseñados para aprovechar la luz natural, por ejemplo, los diseñadores pueden instalar sensores para apagar automáticamente las bombillas cuando entra suficiente luz del exterior. Pero las luces que se encienden o apagan en una zona de detección pueden afectar los sensores en otra. En algunos edificios, esto ha creado un circuito de retroalimentación que hace que las luces se enciendan y apaguen de manera molesta.

Las zonas vecinas de calefacción y refrigeración también pueden afectarse entre sí para crear circuitos de retroalimentación complejos e impredecibles, especialmente a medida que aumenta el número de zonas. J. Michael McQuade de United Technologies recuerda lo que sucedió cuando su empresa diseñó lo que se suponía que era un sistema inteligente de gestión de calefacción, ventilación y aire acondicionado para un nuevo edificio en París. El sistema fue diseñado para coordinar 3.000 zonas diferentes. Cuando ese edificio se construyó por primera vez, era un gran consumidor de energía y fue necesario renovar los sistemas de control integrados para hacerlo bien, dice McQuade.

Si los edificios de cero emisiones van a ser económicos, dice Scofield, los diseños tendrán trabajo desde el principio. Si no lo hace bien, dice, señalando el fiasco en Oberlin, cada corrección que hace es mucho más costosa que hacerlo bien la primera vez.

Tránsito personal
Masdar City se levantará sobre pilotes de hormigón para dar cabida a un sistema personal de tránsito rápido (PRT) que sustituirá a los autobuses y trenes con vehículos más pequeños diseñados para cuatro personas. Los planificadores de Masdar esperan que el sistema use menos energía que el transporte masivo convencional y dicen que también será más conveniente.

En un sistema PRT, varios vehículos pequeños, a menudo llamados cápsulas, se mantienen esperando en cada estación. Un individuo o un grupo pequeño aborda uno y selecciona un destino; la cápsula procede automáticamente al destino sin detenerse. En un diseño típico, cada vehículo se asemeja a un carrito de golf a batería, solo que está completamente cerrado y es algo más grande, y carece de volante. El vehículo sigue una pista, que está conectada a las estaciones mediante rampas de entrada y salida, y una computadora controla cómo las cápsulas entran y salen de las estaciones: las rampas permiten que las cápsulas individuales hagan paradas mientras otras continúan a lo largo de la vía principal en la parte superior velocidades. Las simulaciones sugieren que los sistemas podrían funcionar con tan solo medio segundo entre vehículos.

Pero aunque los PRT parecen prometedores, no se han dado cuenta. Eso se debe en parte a que un sistema similar al PRT construido en la década de 1970 en Morgantown, WV, le dio a la idea un mal nombre, dice Jerry Schneider, profesor emérito de planificación urbana e ingeniería civil en la Universidad de Washington en Seattle y defensor desde hace mucho tiempo. de PRT. La gente se subía a los vehículos y no se detenían, dice Schneider sobre el sistema, una línea de tránsito con autos automatizados para unas 20 personas. La tecnología ha mejorado desde entonces, dice, pero no ha habido una demostración significativa en el mundo real de los sistemas actualizados.

Dos programas de demostración están en camino. El primero, que transportará pasajeros a una nueva terminal en el Aeropuerto Internacional de Heathrow cerca de Londres, se abrirá a finales de este año. Ya se están realizando pruebas de ese sistema. Y la primera etapa del sistema en Masdar City, que será construida por la firma holandesa 2GetThere, está programada para la inauguración del Instituto Masdar este otoño.

El banco de pruebas
Sameer Abu-Zaid no está sudando. Hace 39 ° C con 74 por ciento de humedad, pero dice que es un día agradable, mucho más fresco que el verano en Abu Dhabi, cuando las temperaturas pueden alcanzar los 49 ° C. Abu-Zaid, quien es originario de Jordania y recientemente fue gerente en un fabricante de equipos semiconductores en Silicon Valley, administrará la infraestructura de distribución y energía de Masdar City. Todos estos módulos han sido probados en las fábricas, dice mientras recorre una de las primeras señales visibles de la ciudad, un sitio de prueba donde está poniendo a prueba 41 conjuntos de paneles solares de varios fabricantes. Pero se han probado en condiciones de prueba estándar: 1000 vatios por metro cuadrado, 25 ° C. Bonito espacio con aire acondicionado. Aquí es totalmente diferente.

El polvo del desierto recubre rápidamente los paneles, atenuando efectivamente la luz que les llega. Abu-Zaid ha aprendido que solo cuatro meses de polvo reduce la producción de los paneles solares en más de un 20 por ciento, información que usará para decidir con qué frecuencia lavar los paneles, equilibrando la pérdida de energía con el consumo de agua.

Carril sombreado: Los paneles solares en los techos brindan protección solar en los espacios públicos entre edificios.

Otro problema es el calor. Las superficies oscuras de los paneles solares absorben la luz solar, elevando su temperatura hasta 80 ° C. El calor afecta a algunas tecnologías de células solares más que a otras. Algunos de los paneles solares más eficientes también producen menos energía cuando se calientan. Debido a estas compensaciones, no es obvio qué paneles funcionarán mejor en el sitio de Masdar, dice Abu-Zaid. En la parcela de prueba, los sensores rastrean cuánto se calientan varios paneles, qué tan efectivas son las diferentes estrategias de enfriamiento y cómo cambia la potencia de salida con la temperatura, entre otros factores.

Esta recopilación de datos continuará a medida que la ciudad crezca. Sus diseñadores e ingenieros medirán tanto el consumo como la producción de energía. Realizarán un seguimiento del consumo de agua hasta el dispositivo individual. En la sede de Masdar, los diseñadores pueden usar etiquetas RFID en insignias de seguridad para recopilar información sobre la forma en que las personas usan el agua y la energía. Tales mediciones permitirán a los diseñadores e ingenieros comparar el desempeño real de la ciudad con el desempeño predicho por las pruebas y simulaciones de laboratorio.

Verificación de la realidad
A principios de la década de 1960, mientras Estados Unidos se apresuraba a llevar a un hombre a la luna, los ventiladores eléctricos y las luces aún eran algo inaudito en Abu Dhabi, según Mohammed Al Fahim, un nativo del emirato que ha escrito una rara historia de el lugar. Eso fue poco después de que se descubriera petróleo allí, y mucho antes de que el dinero comenzara a fluir. Al Fahim pertenece a una de las familias más ricas de la zona, sin embargo, tanto su hermana como luego su madre murieron por falta de atención médica básica. Ahora, la esperanza de vida en Abu Dabi es prácticamente la misma que en los Estados Unidos. Antes, los lugareños sobrevivían con agua de pozos salobres; ahora beben agua fresca de nuevas plantas desaladoras. Las frágiles y altamente inflamables chozas de hojas de palmera que albergaban a la mayoría de las personas han sido reemplazadas por relucientes rascacielos de vidrio y acero.

En muchos sentidos, el desarrollo de Abu Dhabi durante las últimas décadas ha reflejado un esfuerzo frenético por ponerse al día con el mundo desarrollado. Ahora, gracias a proyectos como Masdar City, el emirato tiene la oportunidad de seguir adelante. Pero en términos de desarrollo urbano, parece estar en una encrucijada. En unos años, mientras los ciudadanos de la ciudad de Masdar reducirán kilovatios-hora y usarán urinarios sin agua, los karts gritarán alrededor de una nueva pista en un parque temático de Ferrari cercano, los niños gritarán mientras caen en picado por los toboganes de agua en un nuevo parque acuático, y enormes aires acondicionados rugirán mientras enfrían un nuevo supermall de 700 tiendas. Todo es parte de un desarrollo de 2.500 hectáreas que empequeñecerá a la ciudad de Masdar de 640 hectáreas.

Los dos desarrollos son visiones en competencia para el futuro de Abu Dhabi. Si el proyecto Masdar no se justifica financieramente, de hecho podría ser solo un patio de recreo verde para los ricos, un parque temático ambiental que es en gran parte irrelevante para el desarrollo de tecnología sostenible a una escala más amplia. Pero si es rentable, podría ser una fuerza impulsora del diseño urbano sostenible. Entonces, los desarrolladores ricos en petróleo en los Emiratos Árabes Unidos y en otros lugares podrían tener una razón para construir más ciudades verdes y evitar la construcción de otra pista de esquí en el desierto. Y los desarrolladores de todo el mundo lo seguirán.

Kevin Bullis es Revisión de tecnología Editor de energía.

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