La urbe como conjunto ciudad-campo para su gestión ecológicamente más sostenible. Regeneración de los suelos hasta Pristinia: una nueva pauta de la planificación urbanística y del desarrollo regional

Abstract

(English) This doctoral thesis explores the possibilities of improving the degree of ecological sustainability of the city, mainly an economic and energetic concept. It refers, that is, to a management of our house, the city (from the origin of the word economy, οἶκος, house + νέμω, manage), of an energetic nature, since ecology squeezes out the useful services provided by the environment, and the useful work of natural resources is equivalent to the value of their exergy (useful energy to carry out a productive purpose). For this reason, it is considered that the most convenient approach to the problem of the ecological sustainability of the city is from the field of knowledge of thermoeconomics, since it combines economic and thermodynamic analysis. Improving the degree of ecological sustainability of the city obviously supposes that said degree is measurable. Otherwise, we would not be in the conditions to find out the effect of the planned improvement interventions. However, all thermodynamic and thermoeconomic analyses of systems (exergy analysis, exergoecological analysis, temporal analysis), prior to this thesis, have been concerned with identifying the cost of the system, using the units of measurement of exergy or time, with the purpose of determining the physical losses due to the quo process (exergy cost of production) and the physical cost to replace them (exergy cost of replacement). Of course, in a finite world, such as ours, less is consumed and more time can continue doing - sustaining - what is done. Without a doubt, this is a possible way, and in general terms also coherent with the meaning of the word, of understanding sustainability. However, in this work ecological sustainability is understood as the quality of maintaining for as long as possible the ecological services planned and carried out by human beings, for their cultural territories, based on the availability of useful work contained in natural resources. It has therefore become necessary to develop a methodology for calculating the degree of ecological sustainability of a system, based on the combination of exergy analysis with temporal analysis, in order to determine, that is, the physical cost of the quo process, not only in terms of energy (exergy), but also in terms of the time needed to regenerate the natural resources used. Because, in terms of the possibility of ensuring a certain productive purpose over time, regenerating the exergy of a forest is not the same as regenerating the exergy of an oil well. Of all the cultural territories that human beings have created throughout history, two are particularly important, the city and the countryside, since they serve to inhabit and to produce (part of) the food necessary for living. The hydraulic model of urban domestic sanitation currently most widely adopted and implemented in the world is generally based on the consumption of drinking water and on open cycles of organic matter in the soil. Among other effects, this generates a one-way city-countryside relationship that is ecologically unfavourable. For this reason, based on the study of urban domestic sanitation, a proposal has been drawn up to improve the degree of ecological sustainability of the management of the flow of organic matter in the soil that “circulates” between the countryside and the city. To this end, a tool has been developed to calculate the degree of sustainability of a production system. To validate the theory developed, a coupling of the exergy demand of the countryside with the exergy supply of the city in terms of soil organic matter has been carried out for the first time, which has resulted in an approximate value of 300 m2/p·y, based on and contrasted by four calculation procedures, of the potential contribution of an urban territory to an agricultural area, to regenerate the fertile soil to its optimal state of Pristinia.

(Català) Aquest treball explora les possibilitats de millora del grau de sostenibilitat ecològica de la ciutat, un concepte essencialment econòmic i energètic. Es refereix, això és, a una gestió de la nostra casa, la ciutat (de l'origen de la paraula economia, οἶκος, casa + νέμω, administrar), de naturalesa energètica, ja que l'ecologia esprem els serveis útils proporcionats pel medi ambient, i el treball útil dels recursos naturals equival al valor de la seva exergía (energia útil per a dur a terme un propòsit productiu). Per aquesta raó, es considera que l'aproximació més convenient al problema de la sostenibilitat ecològica de la ciutat sigui des del camp del saber de la termoeconomía, ja que combina l'anàlisi econòmica i termodinàmica. Millorar el grau de sostenibilitat ecològica de la ciutat suposa, evidentment, que aquest grau sigui mesurable. En cas contrari, no estaríem en les condicions per a esbrinar l'efecte de les intervencions de millora planificades. No obstant això, totes les anàlisis termodinàmiques i termoeconòmiques de sistemes (anàlisis exergética, anàlisis exergoecològica, anàlisi temporal) antecedents a aquest treball de tesi, s'han ocupat d'identificar el cost del sistema, mitjançant les unitats de mesura de la exergía o del temps, per a determinar les pèrdues físiques degudes al procés de quo (cost exergético de producció) i el cost físic per a reposar-les (cost exergético de reposició). Clar, en un món finit, com el que tenim, menys es consumeixi i més temps es pot continuar fent -sostenir- el que es fa. Sens dubte, aquesta és una forma possible, i en línies generals també coherent amb el significat de la paraula, d'entendre la sostenibilitat. No obstant això, en aquest treball s'entén la sostenibilitat ecològica com la qualitat de mantenir el més temps possible els serveis ecològics planificats i realitzats per l'ésser humà, per als seus territoris culturals, sobre la base de la disponibilitat de treball útil contingut en els recursos naturals. Amb la qual cosa, s'ha revelat necessari elaborar una metodologia de càlcul del grau de sostenibilitat ecològica d'un sistema, basada en la combinació de l'anàlisi exergética amb l'anàlisi temporal, per a poder determinar, això és, el cost físic del procés de quo, no sols en termes energètics (exergía), si no també en termes de temps necessari per a regenerar els recursos naturals empleats. Ja que, de cara a la possibilitat d'assegurar en el temps un determinat propòsit productiu, no és el mateix regenerar la exergía d'un bosc que regenerar la exergía d'un pou de petroli. De tots els territoris culturals, que l'ésser humà ha creat al llarg de la història, dues revesteixen particular importància, la ciutat i el camp, ja que serveixen per a habitar i per a produir (part de) aliments necessaris per a viure. El model hidràulic de sanejament domèstic urbà actualment més adoptat i implementat en el món, generalment, es basa en el consum d'aigua potable i en cicles oberts de la matèria orgànica del sòl. Entre altres efectes, això genera una relació ciutat-camp de tipus unidireccional, ecològicament desfavorable. Per aquesta raó, sobre la base de l'estudi del sanejament domèstic urbà, s'ha elaborat una proposta de millorar del grau de sostenibilitat ecològica de la gestió del flux de matèria orgànica del sòl que “circula” entre camp i ciutat. A aquest efecte, s'ha desenvolupat una eina de càlcul del grau de sostenibilitat d'un sistema productiu. Per a validar la teoria elaborada, s'ha fet per primera vegada un acoblament de la demanda exergética del camp amb l'oferta exergética de la ciutat, en matèria orgànica del sòl, de la qual cosa ha resultat un valor aproximat de 300m2/hab·any, fonamentat i contrastat per quatre procediments de càlcul, del potencial d'aportació d'un territori urbà a una àrea agrícola, per a regenerar el sòl fèrtil fins al seu estat òptim de Pristinia.

(Español) Este trabajo explora las posibilidades de mejora del grado de sostenibilidad ecológica de la ciudad, un concepto esencialmente económico y energético. Se refiere, eso es, a una gestión de nuestra casa, la ciudad (del origen de la palabra economía, οἶκος, casa + νέμω, administrar), de naturaleza energética, ya que la ecología exprime los servicios útiles proporcionados por el medio ambiente, y el trabajo útil de los recursos naturales equivale al valor de su exergía (energía útil para llevar a cabo un propósito productivo). Por esta razón, se considera que la aproximación más conveniente al problema de la sostenibilidad ecológica de la ciudad sea desde el campo del saber de la termoeconomía, ya que combina el análisis económico y termodinámico. Mejorar el grado de sostenibilidad ecológica de la ciudad supone, evidentemente, que dicho grado sea medible. De lo contrario, no estaríamos en las condiciones para averiguar el efecto de las intervenciones de mejora planificadas. Sin embargo, todos los análisis termodinámicos y termoeconómicos de sistemas (análisis exergético, análisis exergoecológico, análisis temporal) antecedentes a este trabajo de tesis, se han ocupado de identificar el coste del sistema, mediante las unidades de medida de la exergía o del tiempo, para determinar las pérdidas físicas debida al proceso de quo (coste exergético de producción) y el coste físico para reponerlas (coste exergético de reposición). Claro, en un mundo finito, como el que tenemos, menos se consuma y más tiempo se puede seguir haciendo -sostener- lo que se hace. Sin duda, esta es una forma posible, y en líneas generales también coherente con el significado de la palabra, de entender la sostenibilidad. Sin embargo, en este trabajo se entiende la sostenibilidad ecológica como la calidad de mantener lo más tiempo posible los servicios ecológicos planificados y realizados por el ser humano, para sus territorios culturales, sobre la base de la disponibilidad de trabajo útil contenido en los recursos naturales. Con lo cual, se ha revelado necesario elaborar una metodología de cálculo del grado de sostenibilidad ecológica de un sistema, basada en la combinación del análisis exergético con el análisis temporal, para poder determinar, eso es, el coste físico del proceso de quo, no sólo en términos energéticos (exergía), si no también en términos de tiempo necesario para regenerar los recursos naturales empleados. Ya que, de cara a la posibilidad de asegurar en el tiempo un determinado propósito productivo, no es lo mismo regenerar la exergía de un bosque que regenerar la exergía de un pozo de petróleo. De todos los territorios culturales, que el ser humano ha creado a lo largo de la historia, dos revisten particular importancia, la ciudad y el campo, ya que sirven para habitar y para producir (parte de) alimentos necesarios para vivir. El modelo hidráulico de saneamiento doméstico urbano actualmente más adoptado e implementado en el mundo, generalmente, se basa en el consumo de agua potable y en ciclos abiertos de la materia orgánica del suelo. Entre otros efectos, eso genera una relación ciudad-campo de tipo unidireccional, ecológicamente desfavorable. Por esta razón, sobre la base del estudio del saneamiento doméstico urbano, se ha elaborado una propuesta de mejorar del grado de sostenibilidad ecológica de la gestión del flujo de materia orgánica del suelo que “circula” entre campo y ciudad. A este fin, se ha desarrollado una herramienta de cálculo del grado de sostenibilidad de un sistema productivo. Para validar la teoría elaborada, se ha hecho por primera vez un acoplamiento de la demanda exergética del campo con la oferta exergética de la ciudad, en materia orgánica del suelo, de lo cual ha resultado un valor aproximado de 300m2/hab·año, fundamentado y contrastado por cuatro procedimientos de cálculo, del potencial de aportación de un territorio urbano a un área agrícola, para regenerar el suelo fértil hasta su estado óptimo de Pristinia.