Agro-urban solid waste from rooftop greenhouses in the framework of the circular economy: Eco-design strategies for its use

Abstract

L’agricultura urbana (UA en anglès) està en constant creixement a causa dels múltiples beneficis que ofereix a més de reduir l’impacte ambiental relacionat a el transport d’aliments des de fora cap a dins de les ciutats.

Seguint la iniciativa d’economia circular (CE en anglès), actualment hi ha estudis per millorar l’acompliment ambiental i l’eficiència en l’ús dels recursos de la UA mitjançant l’aprofitament de fluxos d’aigua, nutrients i gasos, com en el cas dels hivernacles als terrats (RTG en anglès).

No obstant això, el flux de les deixalles sòlides agro-urbans (AUSW en anglès), que representen un nou tipus de deixalles dins de les ciutats, encara no ha estat estudiats de el tot per al seu aprofitament. Tampoc han estat clarament tipificats dins dels residus gestionats a nivell municipal, el que a futur podria representar un nou problema per al sistema de gestió de residus dins de les ciutats.

L’objectiu general de la present dissertació és identificar quin tipus de AUSW té el potencial de ser aprofitat in situ per continuar amb els beneficis que ofereix la UA i generar conceptes d’aplicació per al residu mitjançant una metodologia interdisciplinària basada en l’eco-disseny per a la generació d’un eco-material amb valor afegit (upcycling) mitjançant tècniques de “Hagalo vostè mateix (DIYen anglès)”.

L’anterior usant com a estudi de cas cultius de tomàquet de RTG amb sistema de fertirrigació sense terra. A més, d’aquesta manera es pretén visibilitzar una nova tipologia de residus aportant dades que serveixin de guia per plantejar directrius i normatives de gestió a nivell local.

Els resultats de la investigació mostren que, les deixalles sòlids orgànics (OSW en anglès) o biomassa, és la fracció més crítica respecte a l’volum i temporalitat de la seva generació particularment les tiges de tomaquera. A més, d’acord amb l’escenari futur de creixement de la UA, l’augment previst de l’volum de OSW dins de les ciutats podria ser d’un 20% per a l’any 2030.

Es van realitzar dos cultius experimentals d’enciam utilitzant tiges de tomaquera com a substrat en RTG per identificar la viabilitat d’aquesta forma d’aprofitament in situ per tancar el cicle de la UA.

Seguint amb la metodologia utilitzada, es va realitzar la caracterització física, química i mecànica de les tiges de tomaquera. Es van identificar materials amb característiques similars, per tal d’identificar possibles àrees d’aplicació per a l’aprofitament de les tiges utilitzant el mètode d’Ashby. Es va determinar que les tiges de les tomaqueres són similars a la família de materials tipus fusta i d’aquesta manera es van identificar possibles tècniques de processament i àrees d’aplicació.

Posteriorment es va realitzar una sessió creativa de generació d’idees amb especialistes en les àrees d’UA, disseny de producte, eco-materials, i materials alternatius per a la construcció. Es van generar 3 conceptes resultants d’aplicacions viables per a l’aprofitament de les tiges. Aquests conceptes van ser avaluats qualitativament pels participants i finalment es va realitzar una avaluació semiquantitativa dels conceptes resultants.

D’aquesta manera es va determinar que la metodologia proposada des de l’enfocament de CE és útil per identificar aplicacions viables per al upcycling dels AUSW de forma local mitjançant tècniques de DIY. Això degut en gran part a la “naturalesa creativa” de l’eco-disseny, el que permet adaptar la metodologia a diferents contextos, de manera que es pugui solucionar problemes globals partint de l’escala local. A més, el present estudi aporta dades de caracterització de les tiges de tomàquet, que també són aplicables per a l’aprofitament dels residus generats per l’agricultura convencional considerant el gran volum que genera.

La agricultura urbana (UA en inglés) está en constante crecimiento debido a los múltiples beneficios que ofrece además de reducir el impacto ambiental relacionado al transporte de alimentos desde fuera hacia adentro de las ciudades.

Siguiendo la iniciativa de economía circular (CE en inglés), actualmente hay estudios para mejorar el desempeño ambiental y la eficiencia en el uso de los recursos de la UA mediante el aprovechamiento de flujos de agua, nutrientes y gases, como en el caso de los invernaderos en las azoteas (RTG en inglés).

Sin embargo, el flujo de los desechos sólidos agro-urbanos (AUSW en inglés), que representan un nuevo tipo de desechos dentro de las ciudades, aún no ha sido estudiados del todo para su aprovechamiento. Tampoco han sido claramente tipificados dentro de los residuos gestionados a nivel municipal, lo que a futuro podría representar un nuevo problema para el sistema de gestión de residuos dentro de las ciudades.

El objetivo general de la presente disertación es identificar qué tipo de AUSW tiene el potencial de ser aprovechado in situ para continuar con los beneficios que brinda la UA y generar conceptos de aplicación para el residuo mediante una metodología interdisciplinar basada en el eco-diseño para la generación de un eco-material con valor agregado (upcycling) mediante técnicas de “Hagalo usted mismo (DIYen inglés)”.

Lo anterior usando como estudio de caso cultivos de tomate de RTG con sistema de fertiirrigación sin suelo. Además, de esta forma se pretende visibilizar una nueva tipología de residuos aportando datos que sirvan de guía para plantear directrices y normativas de gestión a nivel local.

Los resultados de la investigación muestran que, los desechos sólidos orgánicos (OSW en inglés) o biomasa, es la fracción más crítica respecto al volumen y temporalidad de su generación particularmente los tallos de tomatera. Además, de acuerdo con el escenario futuro de crecimiento de la UA, el aumento previsto del volumen de OSW dentro de las ciudades podría ser del 20% para el año 2030.

Se realizaron dos cultivos experimentales de lechuga utilizando tallos de tomatera como sustrato en RTG para identificar la viabilidad de esta forma de aprovechamiento in situ para cerrar el ciclo de la UA.

Siguiendo con la metodología utilizada, se realizó la caracterización física, química y mecánica de los tallos de tomatera. Se identificaron materiales con características similares, con el fin de identificar posibles áreas de aplicación para el aprovechamiento de los tallos utilizando el método de Ashby. Se determinó que los tallos de las tomateras son similares a la familia de materiales tipo madera y de esta forma se identificaron posibles técnicas de procesamiento y áreas de aplicación.

Posteriormente se realizó una sesión creativa de generación de ideas con especialistas en las áreas de UA, diseño de producto, eco-materiales, y materiales alternativos para la construcción. Se generaron 3 conceptos resultantes de aplicaciones viables para el aprovechamiento de los tallos. Estos conceptos fueron evaluados cualitativamente por los participantes y finalmente se realizó una evaluación semicuantitativa de los conceptos resultantes.

De esta manera se determinó que la metodología propuesta desde el enfoque de CE es útil para identificar aplicaciones viables para el upcycling de los AUSW de forma local mediante técnicas de DIY. Esto debido en gran parte a la “naturaleza creativa” del eco-diseño, lo que permite adaptar la metodología a diferentes contextos, de forma que se pueda solucionar problemas globales partiendo de la escala local. Además, el presente estudio aporta datos de caracterización de los tallos de tomate, que también son aplicables para el aprovechamiento de los residuos generados por la agricultura convencional considerando el gran volumen que genera.

Urban agriculture (UA) is constantly growing due to the multiple benefits it offers in addition to reducing the environmental impact related to the transport of food from outside to inside cities.

Following the circular economy (CE) initiative, there are currently studies to improve environmental performance and efficiency in the use of AU resources by taking advantage of flows of water, nutrients and gases, as in the case of rooftop greenhouses (RTGs).

However, the flow of agro-urban solid waste (AUSW), which represents a new type of waste within cities, has not yet been fully studied for its use. Nor have they been clearly classified within the waste managed at the municipal level, which in the future could represent a new problem for the waste management system within cities.

The general objective of this dissertation is to identify what type of AUSW has the potential to be used in situ to continue with the benefits provided by the UA and generate application concepts for waste through an interdisciplinary methodology based on eco-design for the generation of an eco-material with added value (upcycling) through techniques of “Do it yourself (DIY)”.

The foregoing using RTG tomato crops with soilless fertigation system as a case study. In addition, in this way it is intended to make visible a new typology of waste by providing data that serve as a guide to propose guidelines and management regulations at the local level.

The results of the research show that organic solid waste (OSW) or biomass, is the most critical fraction regarding the volume and timing of its generation, particularly tomato stems. Furthermore, according to the future growth scenario of the AU, the projected increase in OSW volume within cities could be 20% by 2030.

Two experimental lettuce crops were carried out using tomato stems as substrate in RTG to identify the viability of this form of use in situ to close the UA cycle.

Following the methodology used, the physical, chemical and mechanical characterization of the tomato stems was carried out. Materials with similar characteristics were identified, in order to identify possible areas of application for the use of the stems using the Ashby method. It was determined that the stems of the tomato plants are similar to the family of wood-type materials and in this way possible processing techniques and areas of application were identified.

Later, a creative session was held with specialists in the areas of UA, product design, eco-materials, and alternative materials for construction. 3 concepts were generated resulting from viable applications for the use of the stems. These concepts were qualitatively evaluated by the participants and finally a semi-quantitative evaluation of the resulting concepts was carried out.

In this way, it was determined that the methodology proposed from the CE approach is useful to identify viable applications for the upcycling of AUSW locally using DIY techniques. This is due in large part to the “creative nature” of eco-design, which allows adapting the methodology to different contexts, so that global problems can be solved starting from the local scale. In addition, this study provides data on the characterization of tomato stems, which are also applicable for the use of waste generated by conventional agriculture considering the large volume it generates.