Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA: Quantumrun

Infrastructure 3.0, endurreisn megaborga morgundagsins: Future of Cities P6

David Tal, útgefandi, framtíðarfræðingur
@DavidTalWrites
LinkedIn

Þri, 09 - 15:2020

200,000 manns flytja til borga daglega um allan heim. Næstum 70 prósent heimsins mun búa í borgum árið 2050, nærri 90 prósent í Norður-Ameríku og Evrópu.

Vandamálið?

Borgir okkar voru ekki hannaðar til að mæta hröðum innstreymi fólks sem nú sest að innan svæðisnúmeranna. Lykilinnviðir sem stór hluti borga okkar er háð til að standa undir vaxandi íbúafjölda var að mestu byggður fyrir 50 til 100 árum. Þar að auki voru borgir okkar byggðar fyrir allt annað loftslag og ekki vel aðlagaðar fyrir öfgafulla loftslagsatburði sem gerast í dag, og það mun halda áfram að gerast á næstu áratugum þegar loftslagsbreytingar aukast.

Á heildina litið, til þess að borgir okkar – heimili okkar – geti lifað af og vaxið inn á næsta aldarfjórðung, þarf að endurreisa þær sterkari og sjálfbærari. Í þessum lokakafla Future of Cities seríunnar okkar munum við kanna aðferðir og stefnur sem knýja áfram endurfæðingu borganna okkar.

Innviðir hrynja allt í kringum okkur

Í New York City (2015 tölur) eru meira en 200 skólar byggðir fyrir 1920 og yfir 1,000 mílna vatnsveitur og 160 brýr sem eru meira en 100 ára gamlar. Af þessum brúm, 2012 rannsókn leiddi í ljós að 47 voru bæði burðarvirki ábótavant og beinbrot mikilvæg. Merkjakerfi neðanjarðarlestarinnar í NY er að fara yfir 50 ára endingartíma. Ef öll þessi rotnun er til í einni af auðugustu borgum heims, hvað geturðu gert ráð fyrir um viðgerðarástandið í borginni þinni?

Almennt séð voru innviðir sem finnast í flestum borgum í dag byggðir fyrir 20. öld; Nú liggur áskorunin í því hvernig við förum að því að endurbæta eða skipta út þessum innviðum fyrir 21. öldina. Þetta verður ekkert auðvelt. Listinn yfir viðgerðir sem þarf til að ná þessu markmiði er langur. Fyrir sjónarhorn, 75 prósent af innviðum sem verða til staðar árið 2050 eru ekki til í dag.

Og það er ekki bara í þróuðum heimi þar sem innviði vantar; það má halda því fram að þörfin sé enn að brýna fyrir þróunarlöndunum. Vegir, hraðbrautir, háhraðalestar, fjarskipti, pípulagnir og skólpkerfi, sum svæði í Afríku og Asíu þurfa verkin.

Samkvæmt a tilkynna af Navigant Research, árið 2013, nam byggingarmagn um allan heim alls 138.2 milljörðum m2, þar af 73% í íbúðarhúsnæði. Þessi tala mun vaxa í 171.3 milljarða m2 á næstu 10 árum og stækka með samsettum árlegum vexti upp á rúmlega tvö prósent - mikið af þessum vexti mun gerast í Kína þar sem 2 milljarðar m2 af íbúðarhúsnæði og atvinnuhúsnæði bætast við árlega.

Á heildina litið mun 65 prósent af alþjóðlegum byggingarvexti næsta áratug eiga sér stað á nýmörkuðum, með að minnsta kosti 1 trilljón dollara í árlegar fjárfestingar sem þarf til að brúa bilið við þróaða heiminn.

Ný tæki til að endurbyggja og skipta um innviði

Rétt eins og byggingar munu framtíðarinnviðir okkar njóta góðs af byggingarnýjungunum sem fyrst var lýst í kafla þrjú þessarar seríu. Þessar nýjungar fela í sér notkun á:

Háþróaðir forsmíðaðir byggingaríhlutir sem gera byggingarstarfsmönnum kleift að byggja mannvirki svipað og að nota Lego-hluti.
Vélfæravirkt byggingarstarfsfólk sem eykur (og kemur í sumum tilfellum í stað) vinnu mannlegra byggingarstarfsmanna, bætir öryggi á vinnustað, byggingarhraða, nákvæmni og heildargæði.
Þrívíddarprentarar á byggingarstærð sem munu beita aukefnaframleiðsluferlinu til að byggja hús og byggingar í fullri stærð með því að hella út sementi lag fyrir lag á fínlega stjórnaðan hátt.
Aleatory arkitektúr— byggingartækni sem er langt í framtíðinni — sem gerir arkitektum kleift að einbeita sér að hönnun og lögun endanlegrar byggingarvöru og láta vélmenni síðan úthella byggingunni með því að nota sérhönnuð byggingarefni.

Á efnishliðinni munu nýjungar fela í sér framfarir í byggingarsteypu og plasti sem hefur einstaka eiginleika. Slíkar nýjungar fela í sér nýja steinsteypu fyrir vegi þ.e ótrúlega gegndræpi, leyfa vatni að fara beint í gegnum það til að forðast mikil flóð eða hálku. Annað dæmi er steinsteypa sem getur lækna sig frá sprungum af völdum umhverfisins eða jarðskjálfta.

Hvernig ætlum við að fjármagna alla þessa nýju innviði?

Það er ljóst að við þurfum að laga og skipta um innviði okkar. Við erum heppin að næstu tveir áratugir munu sjá kynningu á ýmsum nýjum byggingarverkfærum og efnum. En hvernig ætla stjórnvöld að borga fyrir alla þessa nýju innviði? Og miðað við núverandi, skautaða pólitíska andrúmsloft, hvernig ætla ríkisstjórnir að afgreiða þau gífurlegu fjárveitingar sem þarf til að koma böndum á innviðauppbyggingu okkar?

Almennt séð er ekki málið að finna peningana. Ríkisstjórnir geta prentað peninga að vild ef þeim finnst það gagnast nógu mörgum kjósendum. Það er þess vegna sem einstök innviðaverkefni hafa orðið gulrótarpólitíkusarnir að dangla fyrir framan kjósendur fyrir flestar kosningabaráttur. Núverandi og áskorendur keppast oft um hver muni fjármagna nýjustu brýrnar, þjóðvegina, skólana og neðanjarðarlestarkerfin, og hunsa oft minnst á einfaldar viðgerðir á núverandi innviðum. (Að jafnaði, að búa til nýja innviði laðar að sér fleiri atkvæði en að laga núverandi innviði eða ósýnilega innviði, eins og fráveitu og vatnsveitur.)

Þetta óbreytta ástand er ástæðan fyrir því að eina leiðin til að bæta heildarhalla okkar á innviðum þjóðarinnar er að auka vitund almennings um málið og hvöt almennings (reiði og gröf) til að gera eitthvað í málinu. En þangað til það gerist mun þetta endurnýjunarferli í besta falli haldast smátt og smátt þar til seint á 2020 - þetta er þegar fjöldi ytri strauma mun koma fram sem knýr eftirspurnina eftir uppbyggingu innviða í stórum stíl.

Í fyrsta lagi munu stjórnvöld um allan þróaðan heim fara að upplifa methlutfall atvinnuleysis, að mestu vegna vaxtar sjálfvirkni. Eins og útskýrt er í okkar Framtíð vinnu seríur, háþróuð gervigreind og vélfærafræði munu í auknum mæli koma í staðinn fyrir mannlegt vinnuafl í fjölmörgum greinum og atvinnugreinum.

Í öðru lagi munu sífellt alvarlegri loftslagsmynstur og atburðir eiga sér stað vegna loftslagsbreytinga, eins og lýst er í okkar Framtíð loftslagsbreytinga röð. Og eins og við munum ræða frekar hér að neðan, munu aftakaveður valda því að núverandi innviðir okkar bila á mun hraðari hraða en flest sveitarfélög eru undirbúin.

Til að takast á við þessar tvíþættu áskoranir munu örvæntingarfullar ríkisstjórnir loksins snúa sér að hinni þrautreyndu vinnustefnu – innviðauppbyggingu – með gríðarlegum töskum af peningum. Þessir peningar geta komið einfaldlega með nýrri skattlagningu, nýjum ríkisskuldabréfum, nýjum fjármögnunarfyrirkomulagi (lýst síðar) og í auknum mæli frá opinberum og einkaaðilum, allt eftir löndum. Burtséð frá kostnaði munu stjórnvöld borga hann – bæði til að malla niður ólgu almennings vegna víðtæks atvinnuleysis og til að byggja upp loftslagsheldan innviði fyrir næstu kynslóð.

Reyndar, um 2030, þegar aldur sjálfvirkni vinnunnar flýtir, gætu stórvirkar innviðaverkefni verið eitt af síðustu frábæru framtaksverkefnum sem fjármögnuð er af stjórnvöldum sem geta skapað hundruð þúsunda óútflutningshæfra starfa á stuttum tíma.

Loftslagsvörn borgirnar okkar

Um 2040 munu öfgakennd loftslagsmynstur og atburðir leggja áherslu á innviði borgarinnar okkar að takmörkunum. Svæði sem þjást af miklum hita gætu orðið fyrir miklum hjólförum á akbrautum sínum, aukinni umferðarteppu vegna útbreiddrar bilunar í hjólbörðum, hættulegri skekkju á járnbrautarteinum og ofhleðslu raforkukerfa vegna loftræstingar.

Svæði sem finna fyrir miðlungs úrkomu gætu orðið fyrir aukningu í stormi og hvirfilbyljum. Miklar rigningar munu valda ofhleðslu fráveitu sem leiðir til milljarða flóðaskemmda. Á veturna gætu þessi svæði séð skyndilega og töluverða snjókomu mælt í fetum til metra.

Og fyrir þær fjölmennu miðstöðvar sem sitja meðfram ströndinni eða láglendum svæðum, eins og Chesapeake Bay svæðinu í Bandaríkjunum eða flestum suðurhluta Bangladess eða borgum eins og Shanghai og Bangkok, gætu þessir staðir orðið fyrir miklum stormbylgjum. Og hækki sjávarborð hraðar en búist var við, gæti það einnig valdið gríðarlegum fólksflutningum loftslagsflóttamanna frá þessum áhrifasvæðum inn í landið.

Til hliðar við allar þessar dómsdagsaðstæður, þá er rétt að hafa í huga að borgir okkar og innviðir eiga að hluta til að kenna um þetta allt saman.

Framtíðin er grænir innviðir

47 prósent af losun gróðurhúsalofttegunda á heimsvísu koma frá byggingum okkar og innviðum; þeir neyta líka 49 prósent af orku heimsins. Stór hluti þessarar losunar og orkunotkunar er algjörlega óhjákvæmileg sóun sem er til staðar vegna skorts á fjármagni til víðtæks viðhalds byggingar og innviða. Þeir eru einnig til vegna óhagkvæmni í uppbyggingu frá úreltum byggingarstaðlum sem voru ríkjandi á 1920-50, þegar flestar núverandi byggingar okkar og innviðir voru byggðar.

Hins vegar býður þetta núverandi ástand upp á tækifæri. A tilkynna af National Renewable Energy Laboratory í Bandaríkjunum reiknað út að ef byggingabirgðir þjóðarinnar væru endurbyggðar með nýjustu orkusparandi tækni og byggingarreglum gæti það dregið úr orkunotkun bygginga um 60 prósent. Þar að auki, ef sólarplötur og sólgluggar bættust við þessar byggingar þannig að þær gætu framleitt að miklu leyti eða öllu afli sjálfir, sú orkuskerðing gæti farið upp í 88 prósent. Á sama tíma leiddi rannsókn á vegum Umhverfisstofnunar Sameinuðu þjóðanna í ljós að sambærileg frumkvæði, ef framkvæmd um allan heim, gæti dregið úr losunarhraða og náð orkusparnaði upp á 30 prósent.

Auðvitað væri ekkert af þessu ódýrt. Innleiðing innviðabóta sem þarf til að ná þessum orkuskerðingarmarkmiðum myndi kosta um það bil 4 billjónir Bandaríkjadala á 40 árum í Bandaríkjunum einum (100 milljörðum dala á ári). En aftur á móti myndi langtímaorkusparnaður af þessum fjárfestingum jafngilda 6.5 billjónum dala (165 milljörðum dala á ári). Að því gefnu að fjárfestingarnar séu fjármagnaðar með framtíðarorkusparnaði sem myndast, táknar þessi endurnýjun innviða glæsilegan arð af fjárfestingu.

Í raun, svona fjármögnun, sem heitir Samningar um sameiginlegan sparnað, þar sem búnaður er settur upp og síðan greiddur af endanlegum notanda með orkusparnaði sem myndast af umræddum búnaði, er það sem knýr sólarorkuuppsveifluna í íbúðarhúsnæði í stórum hluta Norður-Ameríku og Evrópu. Fyrirtæki eins og Ameresco, SunPower Corp. og Elon Musk tengd SolarCity hafa notað þessa fjármögnunarsamninga til að hjálpa þúsundum einkahúseigenda að komast af netinu og lækka rafmagnsreikninga sína. Sömuleiðis, Græn húsnæðislán er svipað fjármögnunartæki sem gerir bönkum og öðrum lánafyrirtækjum kleift að bjóða lægri vexti fyrir fyrirtæki og húseigendur sem setja upp sólarrafhlöður.

Trilljónir til að græða fleiri trilljónir

Á heimsvísu er gert ráð fyrir að skortur á innviðum okkar á heimsvísu verði 15-20 billjónir Bandaríkjadala árið 2030. En eins og fyrr segir felur þessi skortur í sér gríðarlegt tækifæri þar sem að loka þessu bili gæti skapað allt að 100 milljónir nýrra starfa og skapa 6 billjónir dollara á ári í nýrri atvinnustarfsemi.

Þetta er ástæðan fyrir því að fyrirbyggjandi stjórnvöld sem endurbæta núverandi byggingar og koma í stað öldrunar innviða munu ekki aðeins staðsetja vinnumarkað sinn og borgir til að dafna á 21. öldinni heldur gera það með miklu minni orku og leggja mun minni kolefnislosun í umhverfi okkar. Á heildina litið er fjárfesting í innviðum sigur á öllum sviðum, en það mun þurfa umtalsverða opinbera þátttöku og pólitískan vilja til að það gerist.