Centrum Badań nad Zrównoważoną Technologią
Sustainable Technology Optimization Research Center ( STORC ) to ośrodek badawczy znajdujący się na California State University Sacramento kampus. W operacje STORC zaangażowanych jest kilku graczy, w tym Zarządzanie Ryzykiem stanu Sacramento, College of Engineering and Computer Science (ECS) oraz dwóch profesorów na wydziale Badań nad Środowiskiem, Brook Murphy i Dudley Burton. Obiekt STORC jest utrzymywany głównie przez Kalifornijski Uniwersytet Stanowy, stażystów i wolontariuszy z Sacramento, którzy wykorzystują nauki stosowane i technologię do rozwiązywania rzeczywistych problemów politycznych, żywnościowych, zdrowotnych i energetycznych współczesnego społeczeństwa. Badania w STORC obejmują inżynierię i naukę w celu testowania i oceny nowych pomysłów i podejść do zrównoważonej technologii w celu rozwiązania problemów środowiskowych. Wydział i studenci zajmują się zrównoważonym rozwojem za pomocą interdyscyplinarnego podejścia do badań. Wizja STORC ma stać się „międzynarodowym zasobem praktycznych, skalowalnych i opłacalnych finansowo rozwiązań w obszarze zrównoważonych technologii, które są odpowiednie dla operacji sektora prywatnego i/lub publicznego związanych z zarządzaniem energią, żywnością, wodą i odpadami” . Misją STORC jest „wykazanie działania innowacyjnych, opłacalnych komercyjnie systemów fizycznych opartych na zrównoważonych technologiach oraz rozpowszechnianie powiązanych planów, dyskursu dotyczącego polityki publicznej i odkryć naukowych”.
Cele projektu
Projekty w Centrum Badań nad Zrównoważoną Optymalizacją Technologii są opracowywane jako zamknięty system produkcyjny. Odpady organiczne pozyskane z jadłodajni kampusowych są celowo kierowane z wysypisk śmieci, gdzie są następnie włączane i przetwarzane w ramach kilku projektów STORC, przekształcając je w wysokiej jakości białko wykorzystywane do karmienia ryb i roślin.
MTSS
STORC z powodzeniem obsługuje prawie całkowicie zamknięty, zrównoważony system Multi-Trophic Sustainable System, który gromadzi odpady żywnościowe i wprowadza je do systemów kompostu i wermikompostu w celu produkcji wysokobiałkowych źródeł pożywienia dla różnych ryb. Ryby te następnie wytwarzają ograniczające wzrost składniki pokarmowe, niezbędne do nawożenia warzyw. Te warzywa i inne produkty są uprawiane w STORC i konsumowane lokalnie. Produkty nawożone są również herbatą kompostową , płynnym roztworem skoncentrowanych składników odżywczych kompostu.
Odpady żywnościowe, które trafiają do tego systemu, są zbierane wyłącznie z restauracji i kawiarni na kampusie Sacramento State. Dwie główne lokalizacje na terenie kampusu, z których STORC otrzymuje darowizny żywnościowe, to Epicure, restauracja i firma cateringowa specjalizująca się w świeżej żywności, oraz Campus Commons, restauracja produkująca świeżą żywność dla mieszkańców, studentów i gości akademików stanu Sacramento. Zebrane odpady żywnościowe uważane są za odpady przedkonsumpcyjne, które są składową recyklingu przedkonsumenckiego , gdzie odpady są poddawane recyklingowi i nigdy nie docierają do konsumenta. Odpady żywnościowe zebrane z Epicure i Campus Commons są zbierane do specjalnych pojemników w kuchniach podczas produkcji żywności, a następnie przekazywane do odbioru przez STORC.
Finansowanie
Od 2016 r. obiekt jest finansowany z dotacji EPA finansującej zrównoważony system produkcji żywności w obiegu zamkniętym. Wysiłki zmierzające do przekierowania odpadów na Sacramento State University są finansowane przez Agencję Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (USEPA). 15 000 $ zostało przyznane na sfinansowanie projektu akwaponicznego w STORC. Fundusze grantowe zostały wykorzystane do zbadania zrównoważonych praktyk uprawy żywności w STORC, jednocześnie ułatwiając produkcję warzyw, które są dystrybuowane do kilku kampusowych restauracji CSUS.
projekty STORC
akwaponika
Projekt STORC aquaponic koncentruje się na metodzie rolnictwa miejskiego , badając, jak zmniejszyć zużycie wody i przestrzeń potrzebną do uprawy żywności w środowisku miejskim. Celem systemu akwaponicznego w obiekcie jest zebranie szczegółowych parametrów ilościowych i operacyjnych, tworząc przykład dla innych systemów akwaponicznych. Omówiono czynniki odżywcze, reprodukcyjne, żywieniowe i środowiskowe wymagane przez tradycyjne systemy akwaponiczne, a także strategie zwalczania szkodników i chorób. STORC opracowuje odnawialne systemy do monitorowania kontroli operacyjnych, takich jak temperatura wody i powietrza, cyrkulacja powietrza i gromadzenie danych. Inne cele tych systemów obejmują rozwiązywanie problemów w środowisku miejskim, przemysłowym i rolniczym w celu uzyskania wiedzy potrzebnej do skalowania systemów akwaponicznych, które są zarówno opłacalne, jak i wydajne.
System produkcji biodiesla
System produkcji biodiesla (BPS) znajdujący się w STORC został zainicjowany przez współpracę między usługami zarządzania ryzykiem stanu Sacramento (RMS) a College of Engineering and Computer Science (ECS) w celu przekształcenia kuchennego oleju odpadowego w biodiesel do zasilania urządzeń używanych przez zarządzanie obiektami do utrzymania kampusu Sacramento State.
Badania sugerują wiele korzyści płynących z produkcji biodiesla w porównaniu z tradycyjną produkcją ropy naftowej i oleju napędowego. Sugeruje się, że biodiesel produkowany w kraju jest bezpiecznym energetycznie, odnawialnym substytutem, który jest opłacalny w porównaniu z olejem napędowym na bazie ropy naftowej, z korzyściami obejmującymi emisje do czystego powietrza i lepszą pracę silnika. Biodeisel można wytwarzać w dużych ilościach, wytwarzając 4,5 jednostki energii na jednostkę energii kopalnej. Biodeisel produkowany w STORC jest biodegradowalny, nietoksyczny i wysoko natleniony, co poprawia efektywność spalania silnika, jednocześnie zmniejszając emisję gazów cieplarnianych.
W Sustainable Technology Optimization Research Center przeszkoleni studenci przetwarzają zużyty olej roślinny z kampusowych knajpek na biodiesel, który następnie zostanie wykorzystany przez kierownictwo obiektów do utrzymania terenu kampusu. Wyszkoleni stażyści filtrują, miareczkowają, przetwarzają i oczyszczają zużyty olej kuchenny na biodiesel, skąd można go następnie wlać do zbiornika oleju napędowego bez żadnych zmian w silniku.
Wermikultura
Wermikultura w STORC obejmuje siedmioetapowy program przekształcania kampusowej żywności i odpadów krajobrazowych w wysokiej jakości kompost. Przedkonsumenckie odpady żywnościowe i krajobraz zebrane na kampusie są dzielone na mniejsze materiały, co pozwala na szybsze tempo rozkładu, ponieważ rozkładanie materiału zmniejsza powierzchnię. Odpady są łączone w stos i podgrzewane do 130-140 stopni Fahrenheita. Proces trwa pięć dni, pozwalając drobnoustrojom na rozkład nasion chwastów i patogenów. Mikroby zaczynają rozkładać materiał. Po pierwszych pięciu dniach stos jest mieszany i ponownie podgrzewany do 130-140 stopni Fahrenheita. Patogeny zniknęły, a kompost jest gotowy do wykorzystania pierścienie w systemie. Materiał jest następnie dodawany do pojemnika na pierścienie, w którym materiał będzie przetwarzany wielokrotnie. Robaki jedzą i rozmnażają się, podczas gdy materiał przechodzi przez przewód pierścieni i zwiększa zawartość drobnoustrojów. Przy prawidłowym zarządzaniu i zbieraniu podaż robaków jest zrównoważona. Po kilkukrotnym przejściu materiału przez przewód pierścieni, materiał i pierścienie zostają rozdzielone. Annelids są dodawane do nowego stosu kompostu lub karmione rybami w projektach akwaponiki.
Centrum Badań Optymalizacji Zrównoważonej Technologii hoduje obecnie kilka owadów, takich jak pierścienice , muchy czarne i Isopoda lądowe : Armadillidium vulgare , Porcellio laevis , Porcellio scaber .
Kompostowanie
Kompostowanie to proces polegający na pobieraniu organicznych odpadów stałych, takich jak żywność, papier i odpady z kształtowania krajobrazu, i umożliwianiu ich rozkładu przez mikroorganizmy, tworząc bogaty w składniki odżywcze nawóz do stosowania w produkcji żywności lub w kształtowaniu krajobrazu. Po ułożeniu odpadów organicznych na stosie miliony mikroorganizmów wydostają się z gleby, aby pomóc w rozkładzie odpadów żywnościowych. Istnieją różne rodzaje mikroorganizmów, które znajdują się w pryzmach kompostowych, w zależności od temperatury i pH pryzmy kompostowej, które można określić na podstawie rodzajów odpadów wprowadzanych do pryzmy kompostowej. W początkowej fazie bakterie mezofilne przyspieszyć proces rozkładu, rozkładając wszystkie najłatwiej ulegające rozkładowi materiały, podnosząc temperaturę do poziomu, w którym rozwija się następna faza mikroorganizmów. W następnej fazie rozkładu mikroorganizmy termofilne dalej rozkładają tłuszcze, białka i węglowodany złożone. To właśnie podczas tej termofilnej fazy temperatura wewnątrz stosu kompostu może osiągnąć ponad 60°C, zabijając większość ludzkich patogenów, które mogły zostać wprowadzone. Po osiągnięciu maksymalnej temperatury mikroorganizmy termofilne mają tendencję do zwalniania i są zastępowane przez bardziej mezofilne bakterie, które kontynuują rozkład organiczny. Podczas tych faz większe organizmy, takie jak muchy, roztocza i chrząszcze, również pomagają w rozkładzie materii organicznej. Czas potrzebny do całkowitego rozkładu świeżych odpadów organicznych zależy od wielu czynników: na przykład obecnych mikroorganizmów, zawartości wody, zawartości tlenu i otaczającej temperatury powietrza.
STORC obsługuje dwie różne lokalizacje kompostu, jedną na terenie STORC, a drugą na kampusie stanu Sacramento. Studenci-stażyści i wolontariusze STORC codziennie zbierają wyrzucone odpady żywnościowe z kampusowych knajpek i dostarczają je do obu kompostowni. Ze względu na ilość odpadów kierowanych ze składowisk na stosy kompostu, setki funtów kompostu są gotowe lub są w trakcie przygotowywania do różnych zastosowań. Kompost jest używany do karmienia i schronienia robaków w pojemnikach do hodowli wermifikacji w STORC, które są następnie wykorzystywane do karmienia ryb w systemach akwaponicznych. Kompost jest również głównym składnikiem herbaty kompostowej firmy STORC, która z kolei służy do nawożenia roślin uprawianych w systemach akwaponicznych. Cała herbata kompostowa wytwarzana w Sacramento State jest wytwarzana z moczenia kompostu STORC z melasą i innymi składnikami w celu wytworzenia ultraskoncentrowanego płynnego nawozu.
Akwakultura
Podczas gdy wiele komercyjnych systemów akwaponicznych wykorzystuje ryby, które można łatwo sprzedać jako żywność, gatunki stosowane w STORC nie zostały wybrane z myślą o tym. Profesor biologii CSUS, dr Ron Coleman, był konsultantem firmy STORC, która wybierała określone gatunki ryb do wykorzystania w systemach akwaponicznych. Karp , sum , bas , bluegill i okoń Sacramento to wszystkie popularne gatunki ryb, które można znaleźć w licznych zbiornikach akwaponicznych w STORC. Wszystkie te gatunki zostały wybrane ze względu na ich rodzimy status w zachodnich Stanach Zjednoczonych oraz ze względu na łatwość, z jaką rosną w niewoli.
Starając się ponownie zaludnić zagrożony gatunek, STORC zawiera system zamieszkały przez okonia Sacramento . Istnienie okoni jako STORC jest uważane za wysiłek restytucyjny ze względu na ich status zagrożenia nadany przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody . Powszechnie stosowane w kalifornijskich systemach akwaponicznych, raz wyhodowane i wypuszczone, okonie idealnie rozwijają się i dodają nową różnorodność genetyczną do istniejących populacji w obszarze delty rzeki Sacramento-San Joaquin. Badania wykazały, że okonie hodowane w niewoli wolą jeść larwy komarów, co może potencjalnie pomóc w ograniczeniu chorób przenoszonych przez komary.
Sumy są bardzo łatwe do trzymania w niewoli, ponieważ zwykle rozwijają się w cieplejszym klimacie, takim jak śródziemnomorski klimat Sacramento.
Hydroponika
Hydroponika to proces uprawy roślin w wodzie bogatej w składniki odżywcze, bez użycia gleby. W STORC do uprawy sadzonek roślin wykorzystywane są największe systemy hydroponiczne nieobejmujące akwakultury. Prawie wszystkie rośliny uprawiane w STORC zaczynają się w systemie hydroponicznym sadzonek i pozostają tam w oznakowanej rurze PVC połówki, aż będą wystarczająco duże, aby można je było przesadzić do większych łóżek akwaponicznych, zastępując w pełni dojrzałe rośliny, które są gotowe do zbioru. W tym specyficznym systemie hydroponicznym woda bogata w składniki odżywcze jest powoli ściekana do szeregu połówek rur z PVC, gdzie sadzonki zaczynają zakorzeniać się w małe kamyki. Rury te są pochylone lekko w dół, dzięki czemu woda bogata w składniki odżywcze może zostać poddana recyklingowi i nie jest natychmiast tracona w cyklu hydrologicznym .
Wszystkie rośliny uprawiane w akwaponice w STORC zaczynają się w tych pojemnikach, ponieważ przesadzanie tych sadzonek z gleby do środowiska innego niż gleba byłoby szkodliwe dla całego systemu. Największą uprawą firmy STORC są sałaty, ale bardzo często można spotkać również truskawki i zioła.
Technologia energetyczna
Energia wiatrowa jest generowana przez wieżę wiatrową znajdującą się w Centrum Badań nad Zrównoważoną Technologią. Wieża wiatrowa została zainstalowana w przerwie zimowej 2015-2016.
Technologia wody: Gleby modyfikowane
Rada Kontroli Zasobów Wodnych Stanu Kalifornia finansuje obecnie projekt Engineered Soils w Sustainable Technology Optimization Research Center. Projekt ten został wdrożony w STORC w celu zainicjowania inżynieryjnych projektów gleby dla lokalnych agencji publicznych w celu ograniczenia problemów związanych z rozwojem o niskim wpływie na środowisko . Odpływ wody burzowej może przenosić szkodliwe zanieczyszczenia, które mają wpływ na dziką przyrodę, roślinność, tereny rekreacyjne i wodę pitną. Rozwój o niskim wpływie (LID) to podejście do zminimalizowania zanieczyszczenia wód burzowych, utrzymując spływ blisko źródła. Wysiłki podejmowane w STORC obejmują projekty inżynieryjne gleby w celu zmniejszenia barier związanych z rozwojem o niskim wpływie, takich jak problemy z eksportem składników odżywczych, zanieczyszczenie wód gruntowych i brak informacji dotyczących oczyszczania zanieczyszczeń.
Inicjatywy inżynierskie
Zrównoważone projekty inżynieryjne w Sustainable Technology Optimization Research Center koncentrują się na technologiach i projektach budynków, które będą wspierać zrównoważone systemy żywnościowe w środowisku miejskim. Stażyści z Sacramento State University, wolontariusze i studenci inżynierii współpracują przy projektowaniu i konstruowaniu zrównoważonych projektów w celu zmniejszenia kosztów, energii i przestrzeni potrzebnej do uprawy zrównoważonych źródeł białka. Systemy inżynieryjne w STORC obejmują produkcję biodiesla, akwaponikę, wermikultywację, kompost i systemy szklarniowe.
Dlaczego STOR
Centrum badań nad optymalizacją zrównoważonej technologii na Uniwersytecie Stanowym w Sacramento zajmuje się przyszłymi problemami bezpieczeństwa żywnościowego związanymi z globalnymi zmianami klimatycznymi. Na całym świecie poruszane są kwestie zrównoważonej technologii i rolnictwa. W Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America opublikowano artykuł szacujący, że zapotrzebowanie na żywność wzrośnie o 100-110% do 2050 r., dodając, że wpływ na środowisko tego rodzaju ekspansji rolnictwa może być duży, w zależności od rodzaju ekspansji to się dzieje. Sustainable Technology Optimization Research Center zajmuje się w szczególności opłacalnymi technologiami i praktykami upraw, które w przyszłości pozwolą chronić grunty, zmniejszać powierzchnię użytkowanych gruntów i uprawiać zdrową, zrównoważoną żywność. Inicjatywy w Sustainable Technology Optimization Research Center dotyczą takich kwestii, jak rozwój miast i rozwój zrównoważonych praktyk uprawy żywności, które można wdrożyć w środowisku miejskim, gdzie istnieje duże zapotrzebowanie na żywność i mało gruntów pod uprawę. Osoby pracujące i prowadzące badania w STORC. zająć się aspektami społecznymi, ekonomicznymi i środowiskowymi związanymi z popytem na żywność i potencjałem zmienności klimatu w przyszłości.
Edukacyjne i interdyscyplinarne aspekty badań
Centrum Badań nad Zrównoważoną Optymalizacją Technologii jest prowadzone głównie przez studentów stanu Sacramento z różnych dziedzin, w tym ekonomii, chemii, fizyki, biologii, administracji i badań środowiskowych. Doświadczenie edukacyjne, jakie otrzymują studenci i goście, odzwierciedla program nauczania California State University, Sacramento w zakresie koncepcji i praktyk zrównoważonego rozwoju, jakości i ochrony wody, konwersji energii, miejskiego rolnictwa i akwaponiki oraz ekologicznych i zrównoważonych procedur i koncepcji produkcji żywności.
STORC i społeczność
Sustainable Technology Optimization Research Center nawiązało współpracę z grupami interesu społeczności, takimi jak Sacramento Food Bank, aby dotrzeć do społeczności o niedostatecznym dostępie, Luther Burbank High School w South Sacramento, lokalne miejskie organizacje rolnicze i Keep California Beautiful. Inicjatywy STORC mające na celu dotarcie do społeczności zwiększyły zainteresowanie mediów i społeczności rządowych.
Cotygodniowe wycieczki dla społeczności i młodzieży odbywają się w Centrum Badań nad Zrównoważoną Technologią. Wycieczki są prowadzone przez członków wydziału i studentów zaangażowanych w STORC i mają na celu nauczenie społeczności znaczenia STORC oraz tego, jak każdy projekt działa i przyczynia się do zamkniętego systemu MTSS.