مقاله کامل گلخانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی با نگاه به اقتصاد خانوار شهر تهران

گلخانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی با نگاه به اقتصاد خانوار شهر تهران
آب، محیط زیست، غذا و انرژی از منابع حیاتی برای بشر هستند؛ بنابراین ایجاد امینت پایدار در این منابع که ارتباط درهمتنیدهای با هم دارند، از اهمیت زیادی برخوردار است. در پژوهش حاضر راهکاری تحت عنوان »گلخانهتاریکانرژیتیکرومیزی»معرفیشدهواجزایآنشرحدادهشدهاست. همچنین،تأثیراینسامانه بر حوزههای مختلف مدیریت شهری نیز توضیح داده شده است. این راهکار میتواند بهطور همزمان به افزایش امنیت پایدار آبی، محیط زیست، غذایی و انرژی در چارچوب همبست چهارگانهآب،محیطزیست،غذا و انرژی در زندگی شهری کمک کند. گلخانهتاریکانرژیتیکرومیزیدرمقیاسخانگیبهکارگرفتهمیشود. برای این سامانه از دو منظر سرمایهگذار و خانوار شهر تهران، تحلیل اقتصادی انجام شده و هزینه‌ها و درآمدها از این دو منظر محاسبه شده است. طبق محاسبه‌های انجامشده، سود و زیان تجمعی این سامانه در پایان هر سال نیز از این دو منظر ارائه شده است. از منظر سرمایهگذار این سامانه دورهبازگشتسرمایهحدود 5 سال دارد. از منظر خانوار شهر تهران، این سامانه دارای بازگشت سرمایهکمتراز 4 سالاست.
کلمات کلیدی:امنیت پایدار غذایی همبست آب محیط زیست غذا و انرژی اقتصاد خانوار شهری گلخانهتاریکانرژیتیکرومیزی
مقدمه
آب، محیطزیست، غذا و انرژي چهار منبع حیاتي براي انسان هستند و کیفیت زندگي بشر را تأمینمیکنند (کورین، 2017).تقاضاي جهاني براي این منابعبهدلیل افزایش جمعیت، شهرنشینی و تغییر اقلیمي در سطح جهان در حال
افزایش وپیشبینی می شود که در مقایسه با سال 2015 به بیش از 50 درصد برسد (ژانگ و همکاران، 2018).همچنین، پیشبینی می شود که تکیه کردن انسان بر منابع غذا، انرژي و آب تا سال 2030بهترتیب به 35و 50 و 40 درصد افزایش پیدا کند (شورای اطلاعات ملی، 2012). کاهش امنیت غذایي،کمبود آب آشامیدني،آلودگي و تمام شدن منابع سوخت فسیلي، چالش های پیش روي جوامع انساني است که توجه بسیاري ازدولتها و مؤسسه های پژوهشی را به خود جلب کرده است. به همین دلیل، فهمیدن روابط پیچیده بین منابع آب، غذا و انرژي براي توسعۀ پایدار در آینده در همۀ مناطق و برای همۀ ملت ها، بسیار مهم است. ارتباط ذاتي و درهم تنیده بین سه منبع آب، غذا و انرژي تحت عنوان «همبست» شناخته می شود. این هم بست درواقع بیانمیکند که محدودیت هریک از منابع، امکان دسترسي به منابع دیگر را محدودمیکند (گولاتی و همکاران، 2013).
به دلیل غنی بودن مفهوم هم بست، نمی توان آن را از یک دیدگاه واحد تفسیر کرد. بنابراین، این مفهوم از سه جنبۀ مختلف شامل روش تحلیلي، ابزار مدیریتي و نظم جدید که مکمل یکدیگر هستند، بررسي شده است (کیسکینن و همکاران، 2016).مفهومهمبست براي مدیریت یکپارچۀ هر سه بخش،براي هماهنگي بین بخشي به منظور کاهش تبادلهای غیرمنتظره و بهبود توسعۀ پایدار،عنوان شده است. از این نظر این روش با شیوه های متداولتصمیمگیری که قبل از حل هر چالش به صورت جداگانه در نظر گرفته می شدند، متفاوت است (لیو و همکاران، 2015).
با در نظر گرفتن چالش های جهانی در زمینۀ امنیت آب، غذا و انرژی، تغییرهای اقلیمی، کمبود زمین قابل کشت و با نگرشی برهمبست چهارگانۀ آب، محیطزیست، غذا و انرژی
(WEFEN)، راه کاری تحت عنوان «گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی» ارائهشده است. در پژوهش حاضر این راه حل برای شهر تهران مطالعه شده است.
شهر تهران پرجمعیت ترین شهر و پایتخت کشور ایران است.جمعیت این شهر به 8،679،950 طبق آمار سال 1397 رسیده است (آمارنامۀ شهرداری تهران،1397).هر خانوار ایرانی در سال مقدار زیادی سبزی و صیفیمصرف می کند؛ که بیشتر این محصولات کشاورزی از خارج شهر تهران و خارج استان تأمین می شود. از آنجا که منابع آب،انرژی، محیطزیست و غذا، ارتباط دوسویه و متقابلی با هم دارند، افزایش نیاز به غذا، منابع دیگر را دچار چالشمیکند. یکی ازراهکارهایی که برای رفع هم زمان اینچالشها پیشنهاد می شود، تولید محلی بعضی محصولات کشاورزی توسط خودمصرفکننده است.
گلخانۀ تاریک رومیزی، سامانه ای است که می تواند برای تأمین بخشی از محصول کشاورزی مورد نیازمصرفکنندۀ شهری به کار گرفته شود. این محصول بهدلیل استفاده از نور مصنوعی، می تواند حتی در محیط های بدون نور کافی، مانند آپارتمان ها استفاده شده قرار گیرد. این محصول شباهت زیادی به گل خانه های تاریک و بستۀ درحال توسعه در کشورهایی مانند ژاپن و آمریکا دارد، اما تفاوت عمدۀ آن،بهکارگیری در ابعاد بسیار کوچک و در کاربرد خانگی است.
پیشینۀ پژوهش
گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی،راه کاری برای تأمین امنیت پایدار غذایی، در چارچوبهمبست چهارگانۀ آب،محیط زیست، غذا و انرژی است. به همین دلیل، ابتدا پیشینۀ موضوعهمبست بیان می شود و سپس، پیشینۀگلخانه های تاریک در ابعاد صنعتی و خانگی ارائه می شود.
پیشینۀ هم بست
جمعیت جهان تا سال 2050 از 5/7 میلیارد نفر کنونی به 772/9 میلیارد نفر خواهد رسید (اجوکیشنال، 2018).افزایش جمعیت سال های اخیر از یک طرف و افزایش سطح کیفیت زندگی از طرف دیگر، سبب افزایشچشمگیر تقاضا و تولید برای تأمین سه حقوق بنیادی بشر یعنی امنیت پایدار انرژی، امنیت پایدار آبی و امنیت پایدار غذایی شده است. از طرفی، این روند صعودی بدون دیدگاه کارشناسی، کرۀ زمین را با بحرانمحیط زیست روبه رو کرده است. این چالش پس ازسالها تحقیق در سال 2014 در گزارش جامع هیئت بین دولتی سازمان ملل متحد موسوم به گزارش ارزیابی پنجم و تحت عنوان «چالش تغییرهای آبوهوایی» به رسمیت شناخته شد (تورنز، 2002).در سال های گذشته، برای رسیدن به اهداف توسعۀ پایدار، به گسترش مفهوم نگرشهمبستی پرداخته شده و این نگرش را تنها راه مدیریت یکپارچه و پویا برای توسعۀ پایدار معرفی کرده است. واژۀ لاتین« NEXUS» بهمعنای فعل گره خوردن و به همپیوستن، به گونه ایکه باز کردن یک گره به تنهایی ممکن نیست، معنا شده است. این واژه توسط دانشگاه سازمان ملل متحد در سال 1983 در برنامۀهمبست غذا و انرژی فراگیر شد (ساچ و سیلک، 1990).قبل از آن از این واژه در ادبیات پزشکی، اقتصاد و سیاست استفاده می شد (اسکوپوس، 2016)؛ اما از دهۀ 1970 دیدگاه «بررسی چرخۀ زندگی »تحت عنوان «چرخۀ زندگی انبار» در میان صاحبان صنایع رونق یافت. این دیدگاه در کنفرانس جهانی انرژی سال 1963 مطرح شد. چرخۀ زندگی انبار به این معناست که تولید یک واحد محصول صنعتی چه مقدار انرژی و
مواد اولیه مصرفمیکند. درنهایت، با پررنگ شدن چالش پسماند های جامد در دهۀ 1990، روش «بررسی چرخۀ زندگی» در استاندارد 14000 ایزو،بهعنوان یک روش شاخص مقایسۀ فرایند ها گنجانده شد (کوران، 1996).«اندیشۀهمبست» اولین بار توسط گردهمایی اقتصاد جهانی در سال 2011 برای ترویج پیوندهایجداییناپذیر میان استفاده از منابع برای تأمین حقوق بنیادی و جهانی امنیت غذا، آب و انرژی، بهکار گرفته شد. این گردهمایی، بیان داشت کهرویکردهمبست می تواند امنیت پایدار آبی، انرژی و غذایی را بهبود بخشد و در عین حال، از انتقال به یک اقتصاد سبز حمایت کند (مجمع اقتصادی جهان، 2011).گردهمایی اقتصاد جهانی در سال 2011، چارچوبهمبست را از منظر امنیت های پایدار (آب- انرژی- غذا)ارائه داد. در گزارش سال 2015 هیئت بین دولتی سازمان ملل متحد، اندیشۀ هم بست تنها راه رسیدن به 17 هدف برنامۀ توسعۀ پایدار اعلام شد.
در سال های گذشته،مطالعۀ فراوانی بر سامانه های مختلف در چارچوبهمبست انجام شده است.مطابق تحلیل بانک مقاله های اسکوپوس، روند این پژوهش ها از سال 2015 به شدت افزایش یافته است (اسکوپوس، 2016).
پیشینۀ گل خانۀ تاریک
امروزه، واحدهای تولید گیاه برای توسعۀ تولید محلی و محصول تازه و باکیفیت در مناطق شهری توسعه پیدا کرده اند. این نوع گل خانه ها،مزایای زیادی ازجمله: کاهش مصرف آب، استفاده حداکثری از زمین (کشت طبقه ایظامکان احداث در مناطق بدون نور، تولید محصول خارج از فصل، افزایش تولید در واحد سطح، امکان تولید بیش از یک محصول
در سال، افزایش کیفیت محصول تولیدی (با کنترل شرایط محیطی و جلوگیری از آفتها و بیماری ها)، افزایش راندمان استفاده از منابع آب و انرژی، کاهش هزینه های حملونقل بهدلیل نزدیکی به شهرها و امکان استفاده از زمین های غیر قابل کشت (سارکار و ماجومدر، 2015) (بستورن، 2013) (بنک و تامکینز، 2017) دارند. این نوع واحد های تولید گیاه در بعضی از کشورها مانند ژاپن و آمریکا در مرحلۀ تحقیق و توسعه هستند (کوزیا، 2018).
شکل 1. بهکارگیری گلخانه‌های کوچک با نور مصنوعی در رستوران ها، بیمارستان ها و مدرسه ها (کوزیا 2018).

در کنار این واحدهای صنعتی تولید گیاه، بعضی از ساکنان شهرها در کشورهایی مانند ژاپن، تایوان، چین و بعضی کشورهای آسیایی که دسترسی به این نوع واحدها را ندارند، بابهکارگیریگلخانۀ تاریک در مقیاس خانگی و بسیار کوچک، اقدام به تولید بعضی محصول های گیاهی در محیط زندگی و کار خودکردهاند. این نوعگلخانه ها به دلیل ابعاد کوچک برای کاربردهای خانگی، مدارس، بیمارستان وادارهها مناسب است (کوزیا،2017).
تصویری ازبهکارگیری این گلخانهها در محیط های مختلف در شکل 1 نمایش داده شده است.
همان طور که در شکل 1 مشاهده می شود، استفاده از اینگل خانهها در فضای داخلی رستوران، بیمارستان و مدرسه در کنار مزایای فراوان،زیبایی بصری زیادی نیز ایجاد کرده است.
مواد و روش ها
در این بخش ابتدا تعریفی ازگلخانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی ارائهمیشود و اجزای مختلف این سامانه تشریحمیشود. سپس، تأثیر این سامانه برحوزههای مختلف مدیریت شهری (آب، انرژی ومحیط زیست) بیانمیشود.
در آخر نیز روش کار این پژوهش و محدودۀمطالعهشده ذکرمیشود.
الف) معرفی سامانه
گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی یک سامانۀ نیمهبسته با نور مصنوعی و با شرایط محیطی کنترل شده برای رشد گیاه است. در شکل 2، تصویری از سه نوع گل خانۀ تاریک رومیزی در
لابراتوار مهندسی انرژی های تجدیدپذیر دانشگاه شهید بهشتی نشان داده شده است.
مطابق شکل 2، این سامانه دارای اجزای مختلف از جمله سازه،چراغ های ال ای دی رشد گیاه، سنسورهایاندازهگیری دما، رطوبت و شدت نور و واحد کنترل رشد است. هریک از این اجزا در ادامه توصیف شده است.
سازه: سازۀ به کاررفته می تواند از جنس های مختلفی ساخته شده باشد، سازۀ به کاررفته در گل خانه های تاریک انرژیتیک رومیزی شکل 2، از جنس ام دی اف، پی ویسی و برزنت دولایه است.
/
شکل 2. تصویری از سه نمونۀ متفاوت گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی
چراغهای ال ای دی رشد گیاه: چراغ های ال ای دی، به دلیل بازده زیاد روشنایی لامپ های ال ای دی، تولید حرارت کم و تنوع طیف نوریبهعنوان نور مکمل به کار گرفته می شود.
سنسورها: سنسورهایبهکاررفته شامل سنسورهای اندازه گیری دما، رطوبت و شدت نور است. این سنسورها،داده‌ها را برای واحد کنترل رشد ارسالمیکنند.
واحد کنترل رشد: برای پردازش و مدیریت شرایط محیطی استفادهمیشود.
بستر کشت: گیاه در این سامانه به روش هیدروپونیک کشتمیشود و بستر آن ترکیبی از کوکوپیت، پرلیت و پیت ماس است.این ترکیب به دلیل سبک بودن و حفظ رطوبت ریشه به کار گرفته شده است. این ترکیب، مواد معدنی مورد نیاز
گیاه را ندارد؛ بنابراین مواد معدنی به صورت محلول در آب در اختیار گیاه قرارمیگیرد.
محلول غذایی: محلول غذایی به کاررفته،یک نمونۀ اصلاح شده محلول هوگلند بوده که توسط لابراتوار مهندسی انرژی های تجدیدپذیر دانشگاه شهید بهشتی ساخته شده است. این محلول شامل انواع نمک های معدنی مورد نیاز یک گیاه است.طبق فرمول های طراحی شده محلول هوگلند، ایننمکها با درصد معینی در آب حل می شوند.
ب) تأثیر سامانه بر حوزه های مختلف مدیریت شهری
1) حوزۀ آب
در سال 1996 دکتر جان آنتونی آلن واژۀ «آب مجازی» را ابداع و معرفی کرد. آب مجازی به مقدار آب مصرف شده برای تولید یک واحد از یک محصولمیگویند (آلن، 1998). بهکارگیری گل خانه های نوین وبهخصوصگلخانه های تاریک خانگی، با توجه به مصرف آب کم برای تولید هر واحد محصول، یکی از راه های کاهش آب مجازی است. با توجه به اطلاعات به دست آمده از مصرف آب در کشاورزی سنتی، برای تولید هر کیلوگرم از انواع محصول، مقادیر زیادی آب طی دورۀ کشت مصرف می شود. در حالی که آبیاری محصول در گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی،از طریق محلول غذایی حاوی مواد معدنی که به صورت سالانه خریداری می شود، انجام می شود. درنتیجه،مصرفکننده نیازی به استفاده از آب تصفیه شدۀ شهری برای این سامانه ندارد و از این طریق در مصرف آبصرفهجویی درخور توجهی شده است. همچنین، محصول تولیدی در این سامانهبهدلیل کشت در شرایط محیطی کنترل شده و بسته، آلودگی ندارد و میزان آب شست وشویمحصولهای غذایی بسیار کاهش پیدامیکند.
2) حوزۀ انرژیدر کنار مفهوم آب مجازی که در بخش قبل به آن اشاره شد، مفهوم
مشابه انرژی مجازی وجود دارد. انرژی مجازی، مقدار انرژی مصرف شده برای تولید یک واحد از یک محصول تعریف می شود. در کشاورزی سنتی با توجه به برداشت محصول در مقدار زیاد، برای مراحل مختلف کشاورزی شامل آماده سازی زمین، کاشت، داشت و برداشت، انرژی زیادی از طریق تجهیزات و ماشین آلات مصرف می شود. حتی بعد از مرحلۀ برداشت محصول، برایحملونقل ونگهداریمحصولها در سردخانه ها، انرژی زیادی صرف می شود. در حوزۀ انرژی، علاوه بر میزان مصرف انرژی، هزینۀ انرژی نیز یکی از چالش ها است، به طوریکه گاهیبهدلیل این هزینه،کشت برخی از انواع محصول ها، صرفۀ اقتصادی ندارد.
در گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی، کل انرژی مورد نیاز سالانه،146 کیلووات ساعت است که مربوط به بخش روشنایی چراغ ها و سیستم کنترلی است، درنتیجه این سامانه، سببصرفهجویی زیادی در مصرف انرژی می شود.
3) حوزۀ محیطزیست
با توجه به مفهومهمبست که در بخش مقدمه به آن پرداخته شد،4 پارامتر، آب، محیطزیست، غذا و انرژی ارتباط متقابل و دوسویه دارند،بنابراین کاهش مصرف آب و انرژی برمحیط زیست نیز تأثیرگذار است.نیاز کمتر به کشاورزی سنتی، سبب کاهش استفاده از منابع آبی و انرژی می شود. یک نمونه از تأثیر مصرف انرژی بر محیطزیست، آلودگی هوا است.بهکارگیری گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی سبب نیاز کمتر بهحملونقل موادغذایی از بیرون به داخل شهر می شود و درنتیجه، باعث مصرف سوخت کمتر و ایجاد آلودگی کمتر در هوا می شود.
محصولات تولیدی گل خانۀ تاریک انرژیتیک رومیزی بهدلیل شرایط محیطی کنترل شده، کیفیت خوبی دارند و درنتیجه،

فایل : 20 صفحه

فرمت : Word