Imagina una casita cuyo exterior está cubierto de maceteros llenos de rábanos maduros, zanahorias y lechugas. En el interior, otra pared de plantas se extiende desde el suelo hasta el techo. Sus raíces ricas en microbios capturan los contaminantes dañinos del aire. Si toca las plantas, los microbios beneficiosos pasarán a través de usted, lo que posiblemente conducirá a un cambio sutil en su propio microbioma hacia una mejor salud.

La casa capta el agua de lluvia, depurándola in situ con energía solar. Toda la estructura está hecha de tablas de madera astilladas, que son lo suficientemente fuertes como para reemplazar el acero. Sin embargo, a diferencia del acero, estas placas secuestran carbono. El edificio puede ser desmantelado, las placas reutilizadas en otro lugar o su carbono liberado a otros organismos que impiden que vuelva a entrar a la atmósfera.

Casas como estas pueden convertirse en lugares comunes, incluso necesarios con urgencia, a medida que los recursos del mundo escasean, el planeta se calienta y el clima se vuelve extraño. Por lo tanto, el Yale Center for Ecosystems in Architecture (Yale CEA), una firma de investigación transdisciplinaria basada en la Escuela de Arquitectura, está repensando la sostenibilidad global para el siglo XXI.

Al combinar ciencia y tecnología innovadoras con principios de construcción vernáculos, los investigadores del centro tienen como objetivo permitir un entorno construido verdaderamente sostenible que no solo proporcione refugio, sino que también promueva ecosistemas saludables e incluso doble la curva de CO2.

«Nuestra [current] El modelo de infraestructura está roto. No funciona. No es resistente ni capaz de sostener la vida ”, dice Anna Dyson, profesora Hines de Diseño Arquitectónico Sostenible, que también ocupa puestos en las escuelas de Arquitectura, Medio Ambiente y Enfermería. “Lo que buscamos hacer es asociarnos con [emerging economies] forjar una forma de coexistencia resiliente del siglo XXI con ecosistemas vivos no humanos y satisfacer de manera sostenible nuestras necesidades energéticas, hídricas y materiales. «

Fundada hace tres años por Dyson, Yale CEA reúne a profesores, científicos investigadores y estudiantes de doctorado de varias escuelas, junto con colaboradores industriales; colectivamente, sus afiliaciones incluyen las Escuelas de Arquitectura, Medio Ambiente, Medicina, Enfermería, Salud Pública, Administración, Ingeniería, Artes y Ciencias y Derecho de Yale.

En lugar de un enfoque tradicional que envía materiales de construcción en un viaje lineal a través del consumo y el desperdicio, la facultad de Yale CEA capacita a los estudiantes para trabajar con sistemas naturales para que los recursos, la energía y la vida fluyan dentro, alrededor y lejos de un edificio. Todo es multifuncional; nada se desperdicia. Un sistema que captura la luz solar para reducir la necesidad de iluminación interior, por ejemplo, también puede usar calor para calentar y purificar el agua. Una pared sostiene un microbrazo, cuyos ecosistemas están diseñados para interactuar con los humanos y promover la salud. Los materiales de construcción mantienen el carbono fuera de la atmósfera al tiempo que brindan soporte estructural. Estos edificios son en gran medida autosuficientes, pero interactúan constantemente con sus ocupantes y su entorno de formas que tienen como objetivo mejorar la situación de ambos.

«Vamos al laboratorio y trabajamos junto a físicos, científicos de materiales e ingenieros para ver cómo podemos manipular los flujos de energía y materiales de diferentes maneras y cómo podemos satisfacer múltiples criterios técnicos, funcionales, estéticos y culturales simultáneamente ”, dice Dyson. “Si podemos hacer eso, podemos entregar sistemas que tienen mucho valor para la sociedad y podemos comenzar a avanzar hacia cero energía neta en el sitio, agua, etc. de una manera real «.

«Les digo a los estudiantes todo el tiempo: ‘Tienen mucha suerte de entrar en el campo ahora, porque la arquitectura se ha abierto por completo’ ”, dice Alan Organschi, arquitecto, crítico senior de la Escuela de Arquitectura y director de la empresa Gray Organschi Architecture de New Haven. . “Ya no es sentarse a una mesa y diseñar rascacielos o casas. Es pensar sistemáticamente en lo que consumimos y hacia dónde irá al final de tu vida.

«De repente [students are] capaz de ver los edificios, no como objetos permanentes en el paisaje, sino como objetos tecnológicos que se extienden por el paisaje [and] esto debe tenerse en cuenta. Este es un cambio de paradigma educativo. «

Avances materiales

Este cambio no llega ni un momento antes de lo previsto. A nivel mundial, los edificios son responsables del 40% del uso global de energía y del 25% del consumo de agua, según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). El entorno construido ya es responsable de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero, estima el PNUMA, a pesar de la aceleración de la urbanización en todo el mundo.

Pero podríamos estar planeando remediar la situación.

La depuración del agua, por ejemplo, es una función crucial que puede desempeñar un edificio. Dyson y Jaehong Kim, Henry P. Becton Sr. Profesor y Profesor de Ingeniería Química y Ambiental, están desarrollando una unidad de desinfección de agua solar que puede proporcionar agua potable segura y productos desinfectantes, como peróxido de hidrógeno, a personas que, de otra manera, no tendría acceso seguro a ambos. Además, esta unidad puede proporcionar energía y agua caliente, así como reducir el deslumbramiento interno y la ganancia de calor dentro de la casa.

Mandi Pretorius, una estudiante de doctorado que trabaja con Dyson y Kim en la desinfección solar, señala que las nuevas formas de pensar son, en cierto modo, premodernas: “menos [about] centralidad y autoridad y control y mucho más de procesos descentralizados distribuidos ”, como el tratamiento de agua que no depende de las instalaciones municipales.

También está lo que construimos. Los nuevos materiales de construcción no solo pueden ser más ligeros y más renovables que el acero y el hormigón, sino que también pueden eliminar el carbono de la atmósfera y almacenarlo de forma segura, dice Organschi.

Durante años, explica, la “historia de la sostenibilidad estándar” ha sostenido que el consumo de energía durante el ciclo de vida de la mayoría de los edificios se produce durante los años en los que están en uso activo. Esto llevó a un énfasis en la creación de estructuras eficientes y bien aisladas.

Pero los recursos y la construcción iniciales, los pasos que se llevan a cabo antes de que alguien entre al edificio, son responsables de una parte sustancial de las emisiones, concluyó Organschi. Por lo tanto, es fundamental tener en cuenta esta etapa de «carbono incrustado».

El acero y el hormigón, por ejemplo, consumen muchos recursos. Pero una alternativa prometedora son los productos de madera modificada. Con madera extraída de bosques gestionados de forma sostenible, donde se mantienen la salud del suelo y la alta biodiversidad, podríamos almacenar grandes cantidades de carbono en nuestros edificios. Los propios hogares de la humanidad podrían servir como sumideros colectivos para el carbono global. Otro tipo de material de construcción que puede retener de forma segura el carbono en los edificios se fabrica a partir de productos agrícolas de desecho. Estas relaciones apoyan lo que se llama una economía material circular.

Como beneficio adicional, los interiores hechos con productos de madera en lugar de derivados minerales como paneles de yeso pueden amortiguar los niveles de humedad y calor e incluso pueden apoyar la salud humana, efectos que Organschi está estudiando con colaboradores en la Escuela de Salud Pública de Yale y otros.

Viviendo adentro

Los efectos del entorno interno sobre la salud son una preocupación central de CEA.

«Estamos reinventando el ADN del entorno construido ”, dice Dyson y, con las subvenciones para estudiar el material genético de los microorganismos internos, lo dice literalmente.

La humanidad ha pasado la mayor parte de su historia al aire libre, señala, una situación que ha cambiado comparativamente recientemente.

«Con los entornos internos, nos estamos aislando de un ecosistema de biodiversidad dentro del cual co-evolucionamos ”, dice Dyson.

Esto es algo que Phoebe Mankiewicz ’24, aspirante a doctorado en arquitectura, está intentando comprender.

Graduado en biología, Mankiewicz se autodenomina la «oveja verde» de Yale CEA. Ella está investigando cómo las bacterias en las raíces de las plantas de interior pueden afectar la calidad del aire interior. La combinación correcta de plantas y microbios puede reducir los contaminantes del aire, regular la humedad y la temperatura e influir en la salud humana al colonizar nuestros cuerpos, liberar compuestos beneficiosos en el aire o calmar nuestro sistema nervioso.

Un territorio tan complejo sigue siendo poco explorado por los biólogos, y mucho menos por los arquitectos, según Mankiewicz. Con experiencia en laboratorios de ciencias tradicionales, está diseñando experimentos con diferentes niveles de luz y medios de crecimiento de plantas, como líquidos ricos en nutrientes o mezclas para macetas, en la Escuela de Medio Ambiente de Yale. Trabajando con el miembro de la facultad de la Escuela de Salud Pública Krystal Pollitt, Mankiewicz medirá cómo estos sistemas de plantas interactúan con los contaminantes interiores, como el formaldehído emitido por la alfombra.

«En ningún otro programa se me permitiría estudiar biología y ecología vegetal, fisiología y ciencia del suelo y química de la calidad del aire al mismo tiempo ”, dijo Mankiewicz. «No podría medir todas estas variables, que están tan intrínsecamente interconectadas».

Comprender cómo reaccionan los cuerpos de las personas a un espacio puede ayudar a los arquitectos a construir para una mejor salud. La herramienta Socioecological Visual Analytics (SEVA) de Yale CEA recopila datos de sensores que monitorean el entorno interno, como los niveles de dióxido de carbono y medidas fisiológicas como la frecuencia cardíaca, explica el cofundador del centro, Mohamed Aly Etman, científico investigador de la Escuela de Arquitectura. Utiliza SEVA con investigadores de la Facultad de Medicina de Yale para comprender mejor cómo diseñar interiores saludables.

Un lugar para llamar a casa

En 2018, la Escuela de Arquitectura, Yale CEA y Gray Organschi Architecture presentaron sus ideas con un prototipo de una “casita” en la ciudad de Nueva York en United Nations Square (ONU), una que se alimenta a sí misma y alimenta a sus residentes. Construido por JIG DesignBuild, la empresa de construcción de Organschi, a partir de materiales sostenibles, el Módulo de vida ecológica (ELM) de 22 metros cuadrados generó energía solar y capturó la luz del día para reemplazar la luz eléctrica utilizando un nuevo sistema que utiliza menos del 1% de los tóxicos, no renovables. materiales semiconductores que se encuentran en los paneles solares convencionales. El pequeño edificio también recogía y purificaba el agua de lluvia y remediaba su propio aire interior, mientras que las aguas grises irrigaban una micro finca unida a las paredes exteriores.

Esta casi autosuficiencia es crucial, por ejemplo, para los refugiados que viven en ciudades que les prohíben acceder a la infraestructura local. Pero también es importante en lugares que carecen de infraestructura preexistente. A continuación, Yale CEA planea asociarse con el PNUMA para construir un ELM en una ciudad de Guatemala, una de las muchas comunidades empobrecidas que están siendo devastadas por la emigración. Allí, la desinfección solar del agua y las paredes de las granjas podrían demostrar nuevos métodos para proporcionar a los residentes agua potable y una dieta rica en nutrientes.

El enfoque del edificio es replicable, si no necesariamente sus materiales o forma final, dijo Etman. Estos detalles varían según el lugar donde se construyó. En su país de origen, Egipto, por ejemplo, esta casa podría recolectar más energía solar, un recurso abundante allí, y también tendría que acomodar a una familia más grande, de acuerdo con las normas culturales de la región.

Proyectos como este permiten el tipo de prueba y experimentación urbana y de ecosistemas que los grandes edificios comerciales en ciudades desarrolladas no permiten, dijo Dyson. Yale CEA continúa colaborando con las Naciones Unidas.

«El proceso del entorno construido es conservador y contrario al riesgo. Los componentes a menudo dependen unos de otros, por lo que es difícil realizar el tipo de cambio total que necesitamos para un futuro sostenible ”, dice. «Pero las demostraciones a pequeña escala nos permiten mostrar modelos sistémicos completamente nuevos y pueden conducir a cambios radicales al mostrar lo que podrían ser las ciudades del futuro».