Las Ecomáquinas de John Todd

Estas ecomáquinas son como ecosistemas contenidos. La mayoría de sus componentes activos no son mecánicos, son miles de organismos vivos. En casi todas las eco-máquinas, estos organismos viven en una serie de tanques conectados que forman un río artificial. El cómo se usa la bioproductividad de los organismos de una eco-máquina depende de las necesidades de la sociedad, del diseñador y del ingeniero ecológico. John Todd explica: “Mis colaboradores y yo intentamos aprender las reglas y métodos del diseño que podemos encontrar en la naturaleza. Usamos la información e instrucción de los sistemas naturales en el diseño de las tecnologías vivas. Hasta ahora hemos creado tecnologías vivas, o máquinas vivas como son llamadas frecuentemente, para cultivar alimentos, transformar residuos, tratar desagües, generar combustibles, regular el clima dentro de edificios, neutralizar sustancias tóxicas, conectar procesos industriales, y restaurar el medio ambiente.”

Las ecomáquinas contienen una muy amplia diversidad de componentes vivos, por eso son muy flexibles y tienen la capacidad de autodiseñarse. Las ecomáquinas son sistemas complejos. Todos los diversos componentes interactúan y responden cuando cambian las variables externas, como radiación solar, temperatura, forma y cantidad de nutrientes o energía que entran a la ecomáquina.

Es la complejidad de estos diversos componentes interactuando lo que da la flexibilidad y el poder de adaptación a las ecomáquinas. Como tienen la capacidad de evolucionar con el cambio de sus circunstancias, las ecomáquinas pueden existir por mucho tiempo. También es posible cambiar su uso para los humanos con algunos cambios. Es bastante fácil, por ejemplo, cambiar una ecomáquina que produce verduras y peces para usarla como depuradora de aguas residuales.

Máquinas vivas

Las ecomáquinas aprovechan la ingenuidad de la naturaleza. La teoría de la complejidad sugiere que sistemas que están al borde del caos tienen una mayor creatividad. En otras palabras, sistemas que debido a un cambio exterior o interior, han perdido muchas de sus antiguas estructuras, procesos de interacción o su orden, son al mismo tiempo menos restringidos y más flexibles para adaptarse al cambio. Muchas veces es exactamente desde estos sistemas caóticos que surge algo nuevo y creativo. Según John Todd, “una de las cosas que nos hemos dado cuenta mientras diseñamos estos sistemas, es que no podemos saber ni una fracción de lo que saben ellos. Es por eso que lo llamo una colaboración y convivencia con la naturaleza. Quiero decir, que estas máquinas vivas, saben más que nosotros.”

Esta tecnología ecológica aprovecha la inteligencia intrínseca de la naturaleza. Este tipo de inteligencia e información estructurada está presente en todas las formas y procesos naturales. Si aprendemos como acceder y entender este depósito de sabiduría, podemos crear diseños tan ecológicos que al final no parecen artificiales porque se integran perfectamente con los procesos naturales. Cuando la humanidad vuelve a darse cuenta de su conexión fundamental con la naturaleza, puede empezar de nuevo a crear diseños naturales.

Como participantes en un proceso natural más amplio, que es la evolución de la vida en este planeta, nosotros mismos somos diseños naturales. Al fin y al cabo, todo es natural. Todo es parte de la naturaleza, cuando está entendida como la biosfera entera. Los diseños ‘artificiales’ de los seres humanos también participan en, y forman parte de, los procesos dinámicos que unen la vida y la materia muerta en el planeta.

La verdad es que la distinción entre lo que llamamos natural o artificial no sirve tanto. Es mejor distinguir entre diseños que se integran de una manera benigna o benéfica en los procesos naturales de la coevolución entre la vida y la biosfera y los diseños que reducen la salud de la biosfera, de los diversos ecosistemas y de nosotros mismos al dañar los procesos naturales.

Los diseños ecológicos de John Todd son ejemplos de la primera categoría. Son diseños basados en un conocimiento ecológico muy profundo. Intentan dar respuestas a necesidades humanas y al mismo tiempo integrarse de una manera apropiada a los ciclos naturales.

Ecomáquinas

Vista de los tanques en el invernadero.

En un artículo de la revista científica Ecological Engineering (Ingeniería Ecológica) John Todd y una de sus colaboradoras, Beth Josephson , explicaron los componentes de una ecomáquina en detalle. Identificaron doce componentes importantes para el diseño de tecnologías vivas. Las voy a resumir aquí:

Criterios del Diseño de Eco-máquinas

Diversidad Mineralógica

La variedad biológica del planeta es en parte debida a la diversidad y complejidad de los minerales. La diversidad mineralógica de una eco-máquina suele incluir rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias para hacer posible la mayor diversidad y complejidad de las cadenas alimenticias que se pueden establecer dentro del sistema. Así, se puede maximizar la capacidad de autodiseño y autooptimación del sistema. Las bacterias usan una gran variedad de minerales en su metabolismo. Son las bacterias anaeróbicas y aeróbicas juntas con otros microorganismos los que forman componentes muy importantes.
Es posible introducir más diversidad mineralógica con el uso de rocas molidas muy finas.

Depósitos de Nutrientes

El balance de nitrógeno, fósforo y potasio tiene que ser regulado y mantenido. La diversidad mineralógica es la base de la diversidad de nutrientes a largo plazo, pero a corto plazo los microorganismos y plantas de una ecomáquina necesitan nutrientes en una forma accesible. La falta de nutrientes es más común en sistemas que tratan residuos de la producción de alimentos o residuos industriales. En estos casos, falta añadir otros residuos orgánicos para que los ecosistemas dentro de la máquina viva no se empobrezcan en diversidad y con eso en su estabilidad dinámica que es la base de su funcionamiento.

Gradientes acentuados

Gradientes acentuados quiere decir cambios fuertes en los atributos y características de los sub-sistemas, por ejemplo cambios en el pH, en la temperatura, o en disponibilidad de oxígeno, de un ambiente anaeróbico a un ambiente aeróbico. Un alto gradiente entre un ambiente oxidante y un ambiente reductor facilita mucho la desintegración de residuos orgánicos. Dentro de las ecomáquinas los gradientes grandes aumentan la diversidad de los procesos internos y así se multiplican las trayectorias dentro del sistema vivo. Las reacciones químicas dentro de las eco-máquinas son más rápidas si el diseño incluye gradientes fuertes.

Altas Frecuencias de Intercambio

Para el buen funcionamiento de la tecnología como depuradoras de desagüe o residuos industriales, es necesario maximizar las superficies biológicas de bacterias, algas y raíces de plantas que están en contacto con el curso de los residuos líquidos y sólidos. Es posible hacer esto con plantas flotantes o plantas en contenedores flotantes con sus raíces suspendidas en el agua. Es necesario bombear aire al fondo de los tanques para crear una circulación de agua más rápida. Las raíces multiplican la superficie en la cual los microorganismos pueden instalarse

Otro sistema desarrollado por John Todd para subir las frecuencias de absorción y transformación de nutrientes por los componentes vivos son las “ecological fluidized beds” (lechos ecológicos fluidizados), una especie de tanques con una rápida circulación de aire y agua a través de un medio de substratos flotantes y muy porosos, de gran superficie. Estos tanques pueden contener bacterias, algas, fitoplancton, zooplancton, lamelibranquios, caracolas y peces pequeños. Es posible aprovechar el viento y corrientes naturales para subir el flujo sobre superficies biológicas en el diseño de las ecomáquinas.

Intercambios en Pulsos Aleatorios y Periódicos

Pulsos con intervalos largos y cortos, tanto regulares como irregulares, los cuales son muy abundantes en los procesos naturales. Como procesos integrantes de las ecomáquinas es importante incorporar pulsos en el diseño para mantener la diversidad de organismos y su aptitud de responder y adaptarse a cambios no previsibles. John sigue la práctica de perturbar cada ecomáquina recién establecida con cambios anormales en el régimen de la luz, en la cantidad del flujo, o en la intensidad de la aerieación adicional. “Así, las tecnologías vivas se desarrollan en una manera ecológicamente más robusta y sobreviven a la falta inevitable de algún componente de hardware o software del sistema.”

Diseño Celular

Como elementos de organismos más grandes, las células son un punto de inicio para el diseño. Según John,

“cada célula viva es un sistema entero, capaz de división, replicación, nutrición, síntesis de materiales moleculares, digestión, excreción y comunicación con las células a su lado. Una célula puede tener funciones especializadas dentro de un órgano o un organismo. Es un sistema autónomo pero al mismo tiempo mantiene una relación de interdependencia con las células contiguas. Si imitamos estos atributos en el diseño de tecnologías vivas, la ingeniería ecológica puede crear tecnologías más eficientes en el uso de materiales y energía.”

La estructura entera de la ecomáquina tiene un diseño celular. La mayoría de los diseños están cubiertos por una especie de invernadero u otra funda climática y transparente. Así el sistema entero también tiene una estructura celular. Normalmente los sistemas depuradores tienen múltiples filas de células conectadas en línea. Las células o tanques de cada fila tienen diferentes diseños interiores y diferentes funciones. En ecomáquinas para la producción de alimentos es posible conectar la última célula con la primera.
El diseño celular facilita la ampliación y reducción del tamaño y de la capacidad de un sistema. Se pueden añadir o sustraer células según la necesidad. Por su diseño celular, son relativamente fáciles para desmontar y recolocar. La forma de diseñar con células también permite construir tecnologías comparables por escalas diferentes, desde la escala de una empresa, hasta comunidades o ciudades enteras.

Una Cantidad Mínima de Sub-Ecosistemas

La cantidad mínima de diferentes subecosistemas usada en el diseño es muy importante. Si no hay suficientes sub-ecosistemas, la eco-máquina no es capaz de auto-diseñarse. Una gran diversidad en los tanques del diseño celular resulta en un sistema más estable y robusto. John Todd explica:

“En sistemas depuradores, la diversidad entre las células es importante para la reducción de substancias tóxicas y patógenos. Con la evolución de estas tecnologías vamos a ver la integración del flujo de residuos con la producción de combustibles, alimentos y fibra. En general, las tecnologías vivas necesitan un mínimo de tres, posiblemente cuatro, componentes ecológicos o sub-ecosistemas.”

Comunidades de Microbios

Existen varias teorías sobre la importancia y el papel de los microbios en la evolución y el mantenimiento de la vida en el Planeta. Es cierto que los microbios juegan un papel muy importante. Algunos científicos los consideran la base y los organizadores de la vida. Es posible que las bacterias no estén organizadas como especies distintas y separadas, como lo plantea nuestro sistema de clasificación. Las bacterias se pueden también comprender como un conjunto unitario de organismos simbióticos.

Todavía falta un estudio muy detallado de los diferentes microbios que se establecen dentro de las máquinas vivas. Sólo unas diez mil especies han sido clasificadas y descritas. Muchas de las reacciones químicas y biológicas son catalizadas por microbios. Aparte de las bacterias, existen otros microbios que juegan papeles importantes dentro de las ecomáquinas, por ejemplo algas enucleadas, algas verdes, protozoos, y hongos. “Existen alrededor de 100 mil especies de hongos. Muchos son capaces de excretar enzimas muy poderosas. Tienen una eficiencia parecida a las bacterias heterotróficas en transformar materiales orgánicos de aguas residuales.”

El Fundamento Fotosintético

El papel de la energía solar y de la fotosíntesis es fundamental para el funcionamiento de las tecnologías vivas. El uso de una gran variedad de plantas ayuda a diseñar ecomáquinas que necesitan menos energía eléctrica, aireación, y gestión de químicos. Plantas como el Jacinto acuático (Eichhornia crassipes ), o una especie de mostaza (Brassica juncea ) se pueden acostumbrar a aguas muy sucias y ayudan con la nitrificación y la fijación de metales pesados. Es posible recuperar estos metales desde las plantas después de secarlas y quemarlas. Otra especie importante es la menta acuática (Mentha quatica), porque produce substancias antibióticas que pueden matar a patógenos humanos.

Es posible establecer un mercado para vender plantas cultivadas en ecomáquinas. Flores, hierbas medicinales y árboles, anteriormente usados para filtración con raíces en ecomáquinas, se pueden vender como productos. La ecomáquina en Frederick, Maryland, está produciendo hortalizas para la industria de jardines acuáticos. La piscicultura sigue siendo una aplicación económicamente muy rentable de las eco-máquinas. El cultivo de peces ornamentales para acuarios y estanques también se puede combinar con un sistema depurador. En este caso los peces serían parte del último subecosistema en la cadena. Los peces se compran muy pequeños y después de diez meses se venden a diez veces el precio inicial.

Diversidad de Animales

El diseño incorpora organismos de todas las clases filogenéticas. Las caracolas son esenciales para el buen funcionamiento. Son importantes para reducir el volumen de sólidos en aguas residuales y limpian la superficie de los tanques de algas. También pueden ser usadas como un sistema de alarma. Si la concentración de químicos tóxicos en el agua es demasiado alto, las caracolas salen del agua. Gran parte de los animales que viven en entornos acuáticos se alimentan a través de algún tipo de mecanismo de filtración, por ejemplo almejas, peces algívoros, zooplancton, protistas, larvas de insectos y esponjas. Las almejas pueden retener bacterias de menos de un micrón de diámetro.

Muchas variedades de almejas y otros moluscos están en peligro de extinción. Sería posible usar ecomáquinas para cultivarlas, ayudando a preservarlas. Existe una ecomáquina que cultiva una especie de pez casi extinguido del largo Victoria (Oreochromis escultentus). En general, los peces tienen un papel importante dentro de las ecomáquinas. Se pueden alimentar filtrando materiales orgánicos desde el agua o comiendo el detritus en el sedimento. Un solo pez filtra muchos litros de agua al día. Existen especies de peces comestibles (Oreochromis spp. y Ctenopharyngodon idellus) que pueden ser usados para digerir fibras duras y cosechar plantas acuáticas. John Todd recomienda a todos los ingenieros ecológicos estudiar la literatura sobre la investigación de acuarios y la ictiología.

Intercambio Biológico con el exterior del Sistema

Añadir especies, minerales y nutrientes de ecosistemas naturales de vez en cuando puede ser muy útil para optimizar el sistema. Lo mejor es hacerlo varias veces después de haber montado la estructura y establecido los primeros subecosistemas. Así se puede activar el proceso de la selección que, a su vez, activa el autodiseño y la autoorganización de la ecomáquina. Se recomienda seleccionar especies y pequeñas cantidades de tierra o barro en varios lugares y ambientes diferentes. Para asegurar la máxima diversidad es mejor seleccionar ambientes naturales, ambientes contaminados y ambientes gestionados por humanos. Volver a los mismos ríos, estanques, charcas y pantanos en cada estación del año para coleccionar nuevos componentes, asegura que los organismos dentro del sistema son bastante diversos para que funcione bien durante todo el año.

Las Relaciones entre Microcosmo / Mesocosmo / Macrocosmo

“El sistema vivo más completo de que sabemos, la Tierra, suele ser la base fundamental del diseño” dice John Todd. Los primeros experimentos con el diseño de ecomáquinas tenían la intención de combinar la sabiduría de las policulturas de la agricultura tradicional (como por ejemplo en la China, en Bali y en Japón) con lo que sabemos sobre el funcionamiento de la biosfera. John Todd entiende sus eco-máquinas como una especie de ‘mesocosmo’ que incorpora información y conexión con el microcosmo de la fotosíntesis y el macrocosmo de la auto-regulación de las condiciones de la biosfera. Las primeras, construidas por John Todd, Bill Mc Larney y otros del equipo del New Alchemy Institute durante los años setenta, fueron construidas integradas a una estructura cubierta por un gran domo geodésico transparente, imitando la atmósfera. Los diseños tenían un 70 por ciento de su superficie interior cubierta de tanques transparentes con agua, así simularon las proporciones entre agua y tierra del planeta. Dentro de cada domo se estableció un círculo hidrológico. Podían regular su clima, incluso durante los inviernos fríos de Nueva Inglaterra, sin el uso de circulación de aire mecánico, ni de calefacción suplementaria. Estos primeros sistemas usaron muy poca electricidad o energía eólica para crear corrientes y circulación del agua. Las ecomáquinas recientes tienen un gasto eléctrico considerable por las bombas de agua y aire, pero es posible cubrir sus necesidades con energías renovables.

Un plan de diseño para un parque eco-industrial en Burlington, Estados Unidos.

Los doce criterios para el diseño de tecnologías vivas son como un curso intensivo en varias ciencias naturales. Estudiar sus componentes y los procesos que emplean ayuda a entender la complejidad de la naturaleza. Las ecomáquinas son tan instructivas sobre el funcionamiento de procesos naturales que algunas escuelas han construído sistemas pequeños para su experiencia educativa. El edifico de las ciencias medioambientales del Oberlin College en Estados Unidos trata todo su desagüe con una ecomáquina mantenida por sus estudiantes. David Orr, el coordinador del diseño de este edificio propone que la arquitectura puede ser educativa y las ecomáquinas facilitan este efecto pedagógico.

Diseño de una ecomáquina para depuración de aguas.

Las ecomáquinas sólo son un ejemplo de los diseños ecológicos de John Todd. A través de la ONG Ocean Arks International, John Todd inventó otras tecnologías enfocadas a la restauración y remediación medio ambiental. Están a punto de terminar un proyecto piloto en China en una ciudad de un millón y medio de habitantes. Tecnologías vivas, diseñadas por John y su equipo, están limpiando una parte de los canales de la ciudad que funcionan como cloacas abiertas. Los resultados hasta ahora son muy positivos y el gobierno de China posiblemente va a entregar a Ocean Ark International la limpieza de todos los canales de Shanghai para los juegos olímpicos del año 2008.

Las ecomáquinas son un buen ejemplo de diseños naturales que intentan integrarse a los procesos naturales o más bien contribuir de una manera positiva al medio ambiente. Con el desarrollo de las tecnologías vivas y otras tecnologías basadas en el diseño ecológico, la humanidad tiene la oportunidad de reducir su huella ecológica drásticamente y reintegrarse a los ciclos naturales que mantienen la salud del planeta. Me parece oportuno terminar esta breve exploración del diseño de ecomáquinas con las palabras de mi mentor y amigo, John Todd, una inspiración y un gran inventor:
“Durante el siglo veinte las tecnologías de la información y de los aparatos eléctricos se han desarrollado rápidamente. Las ciencias biológicas y ecológicas han empezado a incluir conceptos como la complejidad, el intercambio, la simbiosis, y estados muy dinámicos. El próximo paso en la evolución de la tecnología será la aplicación de estos conocimientos en el diseño ecológico y en tecnologías vivas que puedan sostener a la comunidad humana mientras tengan un efecto benéfico en la naturaleza. El diseño ecológico ayudará a crear una convivencia simbiótica entre la humanidad y la naturaleza.”


Bibliografía recomendada:

  • The design of living technologies for waste treatment, John Todd, Beth Josephson, Ecological Engineering 6 (1996) 109 – 136
  • OAI Report: The Design of Living Technologies, John Todd, Beth Josephson, Annals of Earth 1995, Vol. XIII, 3
  • The New Alchemists, John Todd (1997) en Design Outlaws at the Ecological Frontier, Chris Zelov, Konssus Publishing

Más información:
www.oceanarks.org
www.livingtechnologies.co.uk


Artículo aparecido en la revista Ecohabitar nº 9, primavera de 2006. Puedes conseguirla aquí.

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