О том, как сделать города будущего «умными» и зелёными, мы беседуем с доцентом кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ, старшим научным сотрудником лаборатории экологических проблем постиндустриальной агломерации Татьяной Крупновой.
– В начале ХХ века в городах жило лишь 13 % населения, а столетие спустя – больше половины. Урбанизация неизбежна?
– Да, к 2050 году две трети населения Земли будут жить в больших городах. Дело прежде всего в том, что города экономически выгодны. К 2025 году 440 городов с населением 600 млн человек – это 7 % населения Земли – будут отвечать за половину мирового ВВП. При этом история развития человечества показала, что города крайне адаптивны. Города – устойчивые образования, способные пережить войны и катастрофы. Города способны трансформироваться так, чтобы привлекать человека перспективами и лоском. И в то же время города – суровая реальность, жизнь на пределе возможностей. Время в городе летит с невиданной скоростью, тем самым вынуждает жить на пределе возможностей, что провоцирует стресс и психические болезни. В городах обостренно проявляются экологические проблемы, особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха в крупных городах.
– Россия в этом отношении отличается от других стран?
– Большинство крупных городов в нашей стране – промышленные, это уникальные урбоэкосистемы. Колоссальное сосредоточение промышленных предприятий на небольшой территории и отсутствие планирования часто делают их центрами экологических проблем. К сожалению, у нас в России проводится крайне мало междисциплинарных научных исследований в области устойчивого развития городов.
– Значит единственное спасение – американская мечта, коттедж в пригороде?
– Почему же? В компактности городского центра есть и свои плюсы. Как это ни парадоксально, есть мнение, что города выигрывают по сравнению с разбросанными пригородами. Города выбрасывают меньше загрязняющих веществ и потребляют меньше энергии, чем разбросанные поселения. Компактность уменьшает негативное воздействие на природу. Уплотнение – эффективный способ добиться экологической устойчивости. Также есть исследования, которые показали, что люди, живущие ближе к центру города, более счастливы, здоровы, у них менее выражено ожирение.
– Каким вы видите город будущего?
– Этим летом мы с коллегами выступали на VII Международном симпозиуме по региональной экономике «Города нового времени: система GLASS», организованного Институтом экономики УрО РАН в городе Екатеринбурге. Три дня более полутораста ученых-регионалистов из России, Америки, Китая обсуждали концепции, которые позволили бы сформировать образ города будущего.
Была предложена концепция GLASS: город должен стать зеленым, экологичным (Green), пригодным для жизни (Livable), приятным, красивым (Amiable), умным (Smart), устойчивым (Sustainable). Совокупность 5 названных признаков (GLASS) позволяет комплексно взглянуть на городскую систему – хрупкую, но при этом прочную. Такой подход к развитию городов меня просто пленил.
– Об умных городах слышали многие, они вошли в повседневность жителей планеты в начале 2020-х годов, с развитием технологий IoТ – «интернета вещей». А как умные датчики могли бы преобразить город будущего?
– Да, современная цифровая среда предлагает такое решение, как умные города. Миллионы встроенных сенсоров позволят искусственному интеллекту скоординировать транспорт, минимизировать преступность и снизить загрязнение окружающей среды. А для улучшения экологического состояния городов широко используются так называемые природоподобные технологии.
– Казалось бы, чего проще, высаживать как можно больше зелёных растений. Или и здесь приходит на помощь точный расчёт?
– Казалось бы, высаживай больше деревьев и воздух будет чище, но все не так просто. Во-первых, не всегда есть возможность посадить большое количество деревьев в условиях плотной городской застройки, да и приживаются саженцы очень плохо на открытой местности, вдоль оживленных автомагистралей, где подвержены воздействию высоких концентраций выхлопных газов автомобилей. Помогают в мониторинге атмосферных загрязнений и сами растения. Растения, особенно восприимчивые к негативным факторам внешней среды называют биоиндикаторами или биомониторами. Вместе с тем они, конечно, служат и фиторемедиаторами: снижают уровень загрязнения воздуха. Важно составить программы, позволяющие использовать их наиболее эффективно.
– Биоиндикатором могут служить привычные городские деревья?
– Верно. Листва городских деревьев лучше всего поглощает мелкодисперсную пыль. На сайтах метеоцентров иногда можно встретить обозначения PM10 и PM2,5 – частицы пыли размерами не больше 10 и 2,5 микрометра соответственно.
Исследования нашей лаборатории показали, что листья березы, собранные вблизи металлургических предприятий города, содержат экстремально высокие концентрации цинка, причём цинк депонируется не из почвы, а именно из воздуха в составе тех самых частиц пыли PM10 и PM2,5 , которые мы незаметно вдыхаем.
Вот почему так важно увозить опавшую листву из города, а не оставлять её на газонах.
Однако не всегда деревья одинаково хорошо поглощают пыль из воздуха. Мы исследовали способности городской зелени снижать концентрации свинца в тех же PM10 и PM2,5 . Анализ космоснимков связи между уровнем озеленения и загрязнённостью свинцом не выявил. Но наземные исследования привели к выводу: чем больше деревьев березы высажено в городской среде, тем меньше воздухе свинецсодержащей пыли.
Меньше всего такой пыли в нашем исследовании поглощали иглы вечнозеленой хвои. Мы разгадали загадку при помощи электронного микроскопа: устьица хвои были забиты антигололедными средствами, скопившимися на дорогах за зиму, и поэтому хвоинки не поглощали из воздуха мелкодисперсную пыль со свинцом.
– Расскажите и о других «умных» новинках, которые разработал для мониторинга и очистки воздуха ваш научный коллектив.
– Например, это «Умное дерево» – устройство для очистки атмосферного воздуха, которое представляет собой корпус с панелями из мха, содержащее фильтрующий субстрат, имеющее систему полива, систему вентиляции, фитолампы. Мох очищает воздух от загрязняющих газов, датчики мониторят состояние окружающей среды.
Ещё одно изобретение – датчик низких концентраций формальдегида. Известно, что городские деревья выделяют изопрен, который потом в результате цепочки химических реакций превращается в опасный формальдегид. Наш прибор, замещающий технику из Финляндии и Америки, позволяет непрерывно мониторить содержание в воздухе этого опасного поллютанта и заметить опасность раньше, прежде чем он превысит официальные цифры ПДК.
Ещё один интересный кейс: нам удалось синтезировать краску, которая использует природоподобную технологию поглощения мелкодисперсной пыли. В природе пыль поглощают устьица, расположенные на листочках деревьев. Наша силикатная краска после высыхания образует пористое покрытие, которое, подобно устьицам листьев деревьев, поглощает из воздуха частицы PM10 и PM2,5 , тем самым фасады, покрытые такой краской, будут очищать воздух. Состав краски в настоящее время на стадии патентования, заявка отправлена в Роспатент.