TED日本語 - マイケル・パウリィン: 自然の素質を建築に生かす

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TED日本語 - マイケル・パウリィン: 自然の素質を建築に生かす

TED Talks

自然の素質を建築に生かす
Using nature's genius in architecture
マイケル・パウリィン
Michael Pawlyn

内容

建築家は、いかにして持続可能な美の新世界を構築出来るのでしょう?自然から学ぶことによってです。ロンドンのTEDサロンで、マイケル・パウリィンが建築と社会を変えることができる自然の3つの習慣について説明します:抜本的な資源の効率化、閉ループそして太陽エネルギーの活用。

Script

I'd like to start with a couple of quick examples. These are spinneret glands on the abdomen of a spider. They produce six different types of silk, which is spun together into a fiber, tougher than any fiber humans have ever made. The nearest we've come is with aramid fiber. And to make that, it involves extremes of temperature, extremes of pressure and loads of pollution. And yet the spider manages to do it at ambient temperature and pressure with raw materials of dead flies and water. It does suggest we've still got a bit to learn. This beetle can detect a forest fire at 80 kilometers away. That's roughly 10,000 times the range of man-made fire detectors. And what's more, this guy doesn't need a wire connected all the way back to a power station burning fossil fuels.

So these two examples give a sense of what biomimicry can deliver. If we could learn to make things and do things the way nature does, we could achieve factor 10, factor 100, maybe even factor 1,000 savings in resource and energy use. And if we're to make progress with the sustainability revolution, I believe there are three really big changes we need to bring about. Firstly, radical increases in resource efficiency. Secondly, shifting from a linear, wasteful, polluting way of using resources to a closed-loop model. And thirdly, changing from a fossil fuel economy to a solar economy. And for all three of these, I believe, biomimicry has a lot of the solutions that we're going to need.

You could look at nature as being like a catalog of products, and all of those have benefited from a 3.8-billion-year research and development period. And given that level of investment, it makes sense to use it. So I'm going to talk about some projects that have explored these ideas. And let's start with radical increases in resource efficiency. When we were working on the Eden Project, we had to create a very large greenhouse in a site that was not only irregular, but it was continually changing because it was still being quarried. It was a hell of a challenge, and it was actually examples from biology that provided a lot of the clues. So for instance, it was soap bubbles that helped us generate a building form that would work regardless of the final ground levels. Studying pollen grains and radiolaria and carbon molecules helped us devise the most efficient structural solution using hexagons and pentagons.

The next move was that we wanted to try and maximize the size of those hexagons. And to do that we had to find an alternative to glass, which is really very limited in terms of its unit sizes. And in nature there are lots of examples of very efficient structures based on pressurized membranes. So we started exploring this material called ETFE. It's a high-strength polymer. And what you do is you put it together in three layers, you weld it around the edge, and then you inflate it. And the great thing about this stuff is you can make it in units of roughly seven times the size of glass, and it was only one percent of the weight of double-glazing. So that was a factor-100 saving. And what we found is that we got into a positive cycle in which one breakthrough facilitated another. So with such large, lightweight pillows, we had much less steel. With less steel we were getting more sunlight in, which meant we didn't have to put as much extra heat in winter. And with less overall weight in the superstructure, there were big savings in the foundations. And at the end of the project we worked out that the weight of that superstructure was actually less than the weight of the air inside the building.

So I think the Eden Project is a fairly good example of how ideas from biology can lead to radical increases in resource efficiency -- delivering the same function, but with a fraction of the resource input. And actually there are loads of examples in nature that you could turn to for similar solutions. So for instance, you could develop super-efficient roof structures based on giant Amazon water lilies, whole buildings inspired by abalone shells, super-lightweight bridges inspired by plant cells. There's a world of beauty and efficiency to explore here using nature as a design tool.

So now I want to go onto talking about the linear-to-closed-loop idea. The way we tend to use resources is we extract them, we turn them into short-life products and then dispose of them. Nature works very differently. In ecosystems, the waste from one organism becomes the nutrient for something else in that system. And there are some examples of projects that have deliberately tried to mimic ecosystems. And one of my favorites is called the Cardboard to Caviar Project by Graham Wiles. And in their area they had a lot of shops and restaurants that were producing lots of food, cardboard and plastic waste. It was ending up in landfills. Now the really clever bit is what they did with the cardboard waste. And I'm just going to talk through this animation.

So they were paid to collect it from the restaurants. They then shredded the cardboard and sold it to equestrian centers as horse bedding. When that was soiled, they were paid again to collect it. They put it into worm recomposting systems, which produced a lot of worms, which they fed to Siberian sturgeon, which produced caviar, which they sold back to the restaurants. So it transformed a linear process into a closed-loop model, and it created more value in the process. Graham Wiles has continued to add more and more elements to this, turning waste streams into schemes that create value. And just as natural systems tend to increase in diversity and resilience over time, there's a real sense with this project that the number of possibilities just continue increasing. And I know it's a quirky example, but I think the implications of this are quite radical, because it suggests that we could actually transform a big problem -- waste -- into a massive opportunity.

And particularly in cities -- we could look at the whole metabolism of cities, and look at those as opportunities. And that's what we're doing on the next project I'm going to talk about, the Mobius Project, where we're trying to bring together a number of activities, all within one building, so that the waste from one can be the nutrient for another. And the kind of elements I'm talking about are, firstly, we have a restaurant inside a productive greenhouse, a bit like this one in Amsterdam called De Kas. Then we would have an anaerobic digester, which could deal with all the biodegradable waste from the local area, turn that into heat for the greenhouse and electricity to feed back into the grid. We'd have a water treatment system treating wastewater, turning that into fresh water and generating energy from the solids using just plants and micro-organisms. We'd have a fish farm fed with vegetable waste from the kitchen and worms from the compost and supplying fish back to the restaurant. And we'd also have a coffee shop, and the waste grains from that could be used as a substrate for growing mushrooms.

So you can see that we're bringing together cycles of food, energy and water and waste all within one building. And just for fun, we've proposed this for a roundabout in central London, which at the moment is a complete eyesore. Some of you may recognize this. And with just a little bit of planning, we could transform a space dominated by traffic into one that provides open space for people, reconnects people with food and transforms waste into closed loop opportunities.

So the final project I want to talk about is the Sahara Forest Project, which we're working on at the moment. It may come as a surprise to some of you to hear that quite large areas of what are currently desert were actually forested a fairly short time ago. So for instance, when Julius Caesar arrived in North Africa, huge areas of North Africa were covered in cedar and cypress forests. And during the evolution of life on the Earth, it was the colonization of the land by plants that helped create the benign climate we currently enjoy. The converse is also true. The more vegetation we lose, the more that's likely to exacerbate climate change and lead to further desertification. And this animation, this shows photosynthetic activity over the course of a number of years, and what you can see is that the boundaries of those deserts shift quite a lot, and that raises the question of whether we can intervene at the boundary conditions to halt, or maybe even reverse, desertification.

And if you look at some of the organisms that have evolved to live in deserts, there are some amazing examples of adaptations to water scarcity. This is the Namibian fog-basking beetle, and it's evolved a way of harvesting its own fresh water in a desert. The way it does this is it comes out at night, crawls to the top of a sand dune, and because it's got a matte black shell, is able to radiate heat out to the night sky and become slightly cooler than its surroundings. So when the moist breeze blows in off the sea, you get these droplets of water forming on the beetle's shell. Just before sunrise, he tips his shell up, the water runs down into his mouth, has a good drink, goes off and hides for the rest of the day. And the ingenuity, if you could call it that, goes even further. Because if you look closely at the beetle's shell, there are lots of little bumps on that shell. And those bumps are hydrophilic; they attract water. Between them there's a waxy finish which repels water. And the effect of this is that as the droplets start to form on the bumps, they stay in tight, spherical beads, which means they're much more mobile than they would be if it was just a film of water over the whole beetle's shell. So even when there's only a small amount of moisture in the air, it's able to harvest that very effectively and channel it down to its mouth. So amazing example of an adaptation to a very resource-constrained environment -- and in that sense, very relevant to the kind of challenges we're going to be facing over the next few years, next few decades.

We're working with the guy who invented the Seawater Greenhouse. This is a greenhouse designed for arid coastal regions, and the way it works is that you have this whole wall of evaporator grills, and you trickle seawater over that so that wind blows through, it picks up a lot of moisture and is cooled in the process. So inside it's cool and humid, which means the plants need less water to grow. And then at the back of the greenhouse, it condenses a lot of that humidity as freshwater in a process that is effectively identical to the beetle. And what they found with the first Seawater Greenhouse that was built was it was producing slightly more freshwater than it needed for the plants inside. So they just started spreading this on the land around, and the combination of that and the elevated humidity had quite a dramatic effect on the local area. This photograph was taken on completion day, and just one year later, it looked like that. So it was like a green inkblot spreading out from the building turning barren land back into biologically productive land -- and in that sense, going beyond sustainable design to achieve restorative design.

So we were keen to scale this up and apply biomimicry ideas to maximize the benefits. And when you think about nature, often you think about it as being all about competition. But actually in mature ecosystems, you're just as likely to find examples of symbiotic relationships. So an important biomimicry principle is to find ways of bringing technologies together in symbiotic clusters. And the technology that we settled on as an ideal partner for the Seawater Greenhouse is concentrated solar power, which uses solar-tracking mirrors to focus the sun's heat to create electricity. And just to give you some sense of the potential of CSP, consider that we receive 10,000 times as much energy from the sun every year as we use in energy from all forms -- 10,000 times. So our energy problems are not intractable. It's a challenge to our ingenuity. And the kind of synergies I'm talking about are, firstly, both these technologies work very well in hot, sunny deserts. CSP needs a supply of demineralized freshwater. That's exactly what the Seawater Greenhouse produces. CSP produces a lot of waste heat. We'll be able to make use of all that to evaporate more seawater and enhance the restorative benefits. And finally, in the shade under the mirrors, it's possible to grow all sorts of crops that would not grow in direct sunlight. So this is how this scheme would look. The idea is we create this long hedge of greenhouses facing the wind. We'd have concentrated solar power plants at intervals along the way.

Some of you might be wondering what we would do with all the salts. And with biomimicry, if you've got an underutilized resource, you don't think, "How am I going to dispose of this?" You think, "What can I add to the system to create more value?" And it turns out that different things crystallize out at different stages. When you evaporate seawater, the first thing to crystallize out is calcium carbonate. And that builds up on the evaporators -- and that's what that image on the left is -- gradually getting encrusted with the calcium carbonate. So after a while, we could take that out, use it as a lightweight building block. And if you think about the carbon in that, that would have come out of the atmosphere, into the sea and then locked away in a building product.

The next thing is sodium chloride. You can also compress that into a building block, as they did here. This is a hotel in Bolivia. And then after that, there are all sorts of compounds and elements that we can extract, like phosphates, that we need to get back into the desert soils to fertilize them. And there's just about every element of the periodic table in seawater. So it should be possible to extract valuable elements like lithium for high-performance batteries. And in parts of the Arabian Gulf, the seawater, the salinity is increasing steadily due to the discharge of waste brine from desalination plants. And it's pushing the ecosystem close to collapse. Now we would be able to make use of all that waste brine. We could evaporate it to enhance the restorative benefits and capture the salts, transforming an urgent waste problem into a big opportunity. Really the Sahara Forest Project is a model for how we could create zero-carbon food, abundant renewable energy in some of the most water-stressed parts of the planet as well as reversing desertification in certain areas.

So returning to those big challenges that I mentioned at the beginning: radical increases in resource efficiency, closing loops and a solar economy. They're not just possible; they're critical. And I firmly believe that studying the way nature solves problems will provide a lot of the solutions. But perhaps more than anything, what this thinking provides is a really positive way of talking about sustainable design. Far too much of the talk about the environment uses very negative language. But here it's about synergies and abundance and optimizing. And this is an important point.

Antoine de Saint-Exupery once said, "If you want to build a flotilla of ships, you don't sit around talking about carpentry. No, you need to set people's souls ablaze with visions of exploring distant shores." And that's what we need to do, so let's be positive, and let's make progress with what could be the most exciting period of innovation we've ever seen.

Thank you.

(Applause)

まず短い例から紹介します これは蜘蛛の腹部にある 出糸突起腺です ここから繊維状に紡がれた 6種類のシルクを作り出します 人が作ったどんな繊維よりも丈夫です 一番近いものがアラミド繊維です アラミド繊維を作るには極度の高温や 圧力が必要で汚染の負荷もあります 蜘蛛はこれを普通の温度と圧力で 原料と言えば死んだハエや水でこれを作ります ここから学ぶことがあるはずです この昆虫は80キロ離れたところから森林火事を感知します これは人口火災探知機の 1万倍の範囲です しかもこの昆虫は 化石燃料を燃やす発電所を電源とする必要もありません

これらの3つの例からバイオミミクリで何かできると感じられます 私たちが自然界のやり方を真似すれば 資源やエネルギーは10分の1 百分の1どころか千分の1まで 節約できるかもしれません そして持続可能を掲げての改革を進めるにおいて 3つの大きな変化を もたらす必要があります まずは資源効率の抜本的向上 次に廃棄物や公害まみれの 一方通行の資源の使い道を 閉ループに移行していくこと 3つ目に化石燃料経済から 太陽燃料経済への移行 これら3つにおいて 必要な解決策がバイオミミクリにあると思います

自然を製品カタログと考えてみてください それらはすべて 38億年の研究開発期間から恩恵を受けています 投資のレベルを考えると それを使うのは理に適っています これらのアイデアを研究したプロジェクトを紹介します 急進的な資源効率の向上から はじめましょう エデン・プロジェクトでは 巨大なグリーンハウスを 変わった場所というだけでなく 採石中で常に変化している場所に作らなければなりませんでした それは過酷な挑戦で 実際に生物学が 多くの手がかりをくれました たとえば どんな地表にも対応できる 建物型の生成には石鹸の泡がヒントとなりました 花粉の研究や 放散虫類や炭素の分子は 六角形や五角形を利用して 最も効率的な構造解の考案に役立ちました

次の段階として これらの六角形のサイズを大きくしようとしました そのためにはガラスの代替を見つけなくてはなりません それはサイズの面でかなり限りがありました 自然界には沢山の例があります 加圧膜を基盤とした大変効率的な構造です そこで私たちはETFEという材質の研究を始めました 高強度のポリマーです これで何をするかと言うと 3つの層に重ねて 端にそって溶接し 膨らまします これの素晴らしいところは 1つの大きさがガラスの7倍ほどに 作ることができるのです しかも重さは2重ガラスの1%です これが百分の1の節約です そして1つのブレイクスルーが他の突破口を作るといった 肯定的なサイクルに乗ったのです このように大きくて軽い素材を使っているので 鉄はかなり少ないです 鉄が少ないので日光が沢山入ります 冬の暖房が少なくてすみます 上部構造全体が軽量なので 基盤も大きく節約できます プロジェクトの終わりには 上部構造自体の重さは その内部の空気よりも軽くなりました

エデン・プロジェクトは生物学からのアイデアが いかに資源効率の 急進的向上に繋がるかという良い例だと言えるでしょう ごくわずかな材料で 同じ機能を提供するのです 自然には同じような解決に導く 実に多くの例があります たとえば アマゾンの巨大睡蓮から 素晴らしい効率の屋根の構造を開発できます あわびの殻に触発された建築物 植物細胞から発案された超軽量の橋 自然をデザインの素材とした 美しく効率的な世界が広がっています

一方通行から閉ループへのアイデアについて紹介します 通常私たちは資源を取り出して 寿命の短い製品を作り 使用後は処分してしまいます 自然はまったく別です 自然の生態系では 1有機体からでたゴミは その生態系の中で 他への栄養になります 意図的に自然の生態系を模倣しようとした プロジェクト例はいくつかあります 私のお気に入りの1つが クラハム・ワイルズの ダンボールからキャビアプロジェクトです 彼らの地域では店やレストランが多く たくさんの食料 ダンボールやプラスティックのゴミを出します これらは埋立地に運ばれます 彼らはこのダンボールのゴミを賢く利用しました アニメーションで説明します

彼らはレストランからお金をもらってダンボールを回収します ダンボールを細断して 馬のベッド用に乗馬センターへ売り 汚れた頃にお金をもらって回収します それをミミズ再堆肥化システムに入れ たくさんに増えたミミズをシベリアチョウザメに与え サメからキャビアを得て レストランに売ります これは直線的な過程を 閉ループへと転換させました そして一連の過程に価値を作り出しました グラハム・ワイルズはより多くの要素を付け加え続け 廃棄物の流れから価値を生み出す仕組みを作りました 自然のシステムが時とともに 多様性や復元力を増す傾向があるように このプロジェクトには 可能性がいくつにも 増えつつあるという実感があります これは風変わりな例ですが 非常に大きな意味合いを持っています 廃棄物という大きな問題を 壮大な可能性へと変換できることを示唆しているからです

都市では特に 全体の代謝を見て 機会ととらえることができます それについてお話しします メビウス・プロジェクト 数々の活動を一つの建物の中に 結集して 廃棄物を他の栄養にしようとする試みです まず 稼働中の温室の中にレストランを作ります アムステルダムのデカスのようなものです 次にその地域の生分解性廃棄物 すべてに対応できる嫌気性消化装置を設け 廃棄物から生まれる熱を温室に使ったり 電気に変えて配管網へフィードバックします 汚水を新鮮な水へと 処理するシステムを取り入れ 植物や微生物を利用して 固体からエネルギーを生成します 台所から出る野菜のくずやコンポストからの ミミズを餌に魚の養殖をして レストランに提供することもできます コーヒーショップを設けて コーヒーのかすを マッシュルームを育てる菌床に使うこともできます

ご覧いただけますように食物やエネルギー そして水や廃棄物の循環を 1つの建物に結集するのです 遊び心で これをロンドン中心のロータリーに提案しました 今のままではまったく目障りな風景です 見覚えのある人もいらっしゃるでしょう これがほんの少しの計画で 交通機関に支配される空間から 人が食物と再びつながれて 廃棄物を閉ループのチャンスに変換する オープンスペースを提供する空間へと変換できるのです

今日お話しする最後のプロジェクトは 今私たちが取り組んでいるサハラ森林プロジェクトです 驚く方もいらっしゃるでしょうが 現在は砂漠状態の広大な場所が あまり遠くない過去は森林だったのです 例えば ジュリアス・シーザーが北アフリカに到着したとき 北アフリカの大半は 杉や檜の林に覆われていました 地球上の生命の進化の過程で 植物の定着こそが 現在私たちが恩恵を受けている 穏やかな気候を作ったのです 逆も然り 植物を失うほどに 気候変動は悪化し 砂漠化につながる可能性が高いということです このアニメーションは 長年にわたる光合成の活動を示します これらの砂漠の境界が 常に変化しているのが見えます ここから 境界の変動を止めることが出来るか また砂漠を縮小させることが出来るかという 疑問がわいてきます

砂漠に適応するように 進化した生き物には 水不足に適応した素晴らしい例が見られます これはナミビアの霧から水を得る昆虫 砂漠で新鮮な水を自己採集できるように進化しました どうやるかと言うと 夜 砂丘の上によじ登ります 艶のない黒い甲冑に覆われているので 闇夜に熱を放出でき 周りのものよりも少し温度が下がります こうして海辺からの湿った微風が吹くと 甲冑にこのような水滴が出来ます 日が昇る直前に 昆虫はお尻を突き上げて 水を口に運び おいしい水を飲み 残りの日を隠れて過します この知恵と呼べるものは さらに進化します 昆虫をもっと近くでみると 甲冑に小さな突起が沢山あります この突起物は親水性で水を呼び寄せます 突起物の間はワックス状で水をはじきます そして効果はというと 突起物の上で水滴は 固い球状の数珠の形となり ただ水が甲冑全体を 濡らした状態よりも転がりやすくなります 空気中にあまり湿気がない場合でも かなり効果的に採集し 口に運ぶことができます 資源がかなり限られるなかで 驚くべき適応例です ある意味これは 数年先 数十年先に我々が 直面するだろう課題にも通じるものです

私たちは海水温室を発案した人と協働しています この温室は乾燥した海岸地域向けに設計されました どうやるかと言うと この蒸発器グリルの壁全体に 海水をしたたらせることで 風が吹くたびに 温室の水気が増し 温度は下がります それによって内側は涼しくて湿気が高く 植物の成長にあまり水がいりません そして温室の後ろ側で 湿気は淡水として凝縮されます 効果は昆虫のそれによく似ています 最初の海水温室を設立してわかったのは 室内の植物が必要とするよりも 少し多めに淡水ができるということ ですから周辺の土地にも水を撒きました これは湿気をあげる相乗効果となり 地域に大きな影響を及ぼしました この写真は温室完成時のものです それからたった1年でこうなりました まるで温室から緑のインクが広がっているかのように 不毛の地を生物学的に生産的な土地へと変えました ある意味 持続可能なデザインを超える 復元デザインを成し遂げたのです

私たちはこれをもっと発展させて バイオミミクリのアイデアを適応して最大の効果を上げるつもりです 自然を考えるとき 競争ばかりに目が行きます しかし成熟した生態系においては 共生する関係も 同じくらい目にするでしょう 重要なバイオミミクリの原則は いかに技術を共生集団として 結集させるかということです そして海水温室の理想的な パートナーとなった技術は 集光型太陽熱発電(CSP)です 追尾ミラーを使って太陽熱を集め 電気を作ります CSPにどんな可能性があるかというと 我々は毎年太陽から 私たちが使う全エネルギーの 1万倍ものエネルギーを受け取ります 1万倍です 現在抱えるエネルギー問題は解決できます 知恵への挑戦です 私の言う相乗効果とは まず これらの技術は暑い太陽の照りつける砂漠で効果を挙げます CSPは脱塩水を必要とします まさにそれは海水温室が作り出すものです CSPは多くの無駄な熱を出します その熱はより多くの海水の蒸発に利用できるので 復元利益が増します 最後に ミラーの下の日陰では 直射日光の下では育たない あらゆる種類の作物が生産できます これがこの計画の構想です 風に面して温室を生垣のように並べ その道沿いに一定間隔で 集光型太陽熱発電装置を置きます

塩はいったいどうするんだと思う人もいるでしょう バイオミミクリでは十分に活用されない資源があれば 「どうやって廃棄しよう」ではなく 「価値をより高めるには何が追加できるか?」と考えます わかったのは 異なるものが異なる段階で結晶化するということ 海水を蒸発させるとき まず最初に結晶するのは 炭酸カルシウムです 蒸発器の上に積もります 左側の画像です ゆっくりと炭酸カルシウムに覆われていきます しばらくしたら 取り出して 軽量建築ブロックとして使います 含まれる炭素については 大気から出たものが海に行き それが建築材に固定されると考えられます

次は塩化ナトリウムです ここで行ったように 建築用ブロックに押し込めます これはボリビアのホテルです その後は 取り出すのが可能な 様々な合成物や元素が出てきます リン酸塩などは 砂漠を肥沃にするため土に戻します 海水には 周期表にある元素の ほぼ全てが含まれています ですから 高性能バッテリー用のリチウムのような 高価な元素も取り出せるはずです ペルシャ湾の一部では 脱塩工場からの不要な塩水の廃棄により 海水の塩分が 徐々に高くなっています それは生態系を脅かしています それらの廃棄塩水を役立てることができるのです 蒸発させて 復元利益を高め 塩を取り出せます 急を要する廃棄物問題を大きなチャンスとするのです サハラ森林プロジェクトは いかにして 炭素を排出せず食料を作ったり 再生可能エネルギーを最も水の乏しい地域で作ったり 砂漠化を逆行できるかというモデルなのです

最初に触れた大きなチャレンジに話を戻します 抜本的資源効率化 閉ループ 太陽熱経済 これは可能なだけでなく決定的に重要です そして自然が問題を解決する方法に学べば 多くの解決策があると固く信じます それ以上にこの考え方は持続可能なデザインを 考える際の本当に良い参照点となります 環境に関する話の多くは 大変悲観的です でも私が話したのは共生や潤沢 そして最適化についてです これは重要な点です

アントワーヌ・ド・サン テグジュペリの言葉です 「船団を造りたかったら 大工仕事について話し込むんじゃなくて 離れた岸を探検するビジョンで 人々の魂を奮い立たせることだ」 これが我々に必要なことです 希望を持つこと そして前に進みましょう かつてないほど刺激的な革新の時なのです

ありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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