# Mesterséges fa V2 — passzív víztorony, biogén fal és bambuszkorona

> **Fejlesztési állapot:** ez a dokumentum őrzi a V2 fizikai alapelvet. A tömegesen telepíthető V3-ban a vízüveges tartályt mázatlan, kiégetett agyagtartály váltja fel, a fal pedig géppel szórt porózus vázként készül, utólagos cianobakteriális kezeléssel. Részletek: [Mesterséges fa V3 — tömegesen telepíthető építési rendszer](mesterseges-fa-v3-tomeges-epitesi-rendszer.md).

## Koncepciódöntés

A V2 változatból kimarad a napelem, a szivattyú, az akkumulátor, a szenzor és minden tartós műanyag vagy fém alkatrész. A torony kizárólag gravitációval, kapilláris vízmozgással, ásványi anyagokkal, biogén kötéssel és növényi eredetű szerkezeti elemekkel működne.

A torony három egymásba épülő részből áll:

1. központi, homok–vízüveg víztartó mag;
2. körülötte körülbelül egy méter sugarú, zsebes, cianobakteriális biomineralizációval kötött homoktest;
3. a külső gyűrűben magas, száraz bambuszrudakból kialakított pálmaszerű árnyékoló korona.

## A működés pontosítása

A növények vízellátását nem egyszerű molekuláris „falon átdiffundálásként” érdemes kezelni. Egy méter vastag, kalcium-karbonáttal cementált homoktesten a víz várhatóan túl lassan és túl egyenetlenül jutna át. Ráadásul a cianobakteriális mineralizáció és a vízüveg is csökkentheti a pórusok átjárhatóságát.

A működőképesebb változatban a központi tartály és a növényzsebek között **tervezett kapilláris vízutak** futnak:

- finom, kevésbé cementált homokból álló radiális szivárgócsatornák;
- növényi rostból készült kanócok, például jutaszál, kender, pálmarost vagy megfelelő helyi rost;
- a zsebek mögött porózus, ásványi vízadagoló dugók.

A környező biogén fal adja a formát, a gyökérteret, a párologtatás elleni hőtömeget és a szerkezeti védelmet; a víz nagy része a kijelölt kapilláris útvonalakon jut el a növényekhez.

## 1. Központi víztartó mag

### Kiinduló geometria

- belső víztér sugara: körülbelül 25 cm;
- vízoszlop magassága: körülbelül 1,5 m;
- becsült víztérfogat: körülbelül 295 liter;
- tartályfal: körülbelül 8–12 cm homok–vízüveg kompozit;
- alsó hidrosztatikai nyomás: körülbelül 14,7 kPa.

Ez még csak méretezési kiindulópont, nem igazolt tartályterv.

### Feladat

A központi test ne teljesen vízzáró műanyag tartály legyen, hanem vízlassító ásványi mag. A fal nagy része tartsa vissza a vizet, a kijelölt pontokon viszont porózus dugók vagy kanócátvezetések adagolják kifelé.

### Fedés és töltés

- levehető, homok–vízüveg ásványi fedél;
- központi vagy enyhén oldalra helyezett töltőnyílás;
- homokos labirintuszárás a párolgás és a rovarok csökkentésére;
- nincs műanyag tömítés;
- a fedélnek árnyékolnia kell a vizet és meg kell akadályoznia az ember vagy állat beesését.

### Kritikus kockázat

A vízüveg friss állapotban erősen lúgos, a kikeményedett kompozit pedig nátriumot és lúgos komponenseket oldhat ki. A tartályból kijutó víz csak akkor érintkezhet növényekkel, ha a kikeményített próbatest:

- stabil pH-t mutat;
- nem ad át káros mennyiségű nátriumot;
- megfelel csírázási és gyökértoxicitási vizsgálaton;
- ismételt vízfeltöltés mellett sem reped vagy mállik veszélyesen.

## 2. Cianobakteriális külső test

### Geometria

A központi tartály körül körülbelül 1 m radiális mélységű növényes test helyezkedhet el. Ha a tartály külső sugara 35 cm, akkor a teljes torony külső sugara körülbelül 1,35 m, átmérője körülbelül 2,7 m.

Egy 2 m magas, teljesen tömör ilyen gyűrű:

- körülbelül 10,7 m³ anyagot;
- körülbelül 17 tonna tömeget jelentene 1600 kg/m³ testsűrűséggel számolva.

Ez túl nagy és a belseje sem kapna elegendő fényt a biomineralizációhoz. A javasolt megoldás ezért **egy méter sugarú, de cellás és üreges falöv**, nem egy méter tömör anyag.

### Cellás felépítés

- 8–15 cm vastag radiális bordák;
- gyűrűs merevítőelemek;
- levegő- és fényjáratok;
- 25–40% közötti tényleges szilárdanyag-arány;
- külön előállítható, vékony cianobakteriális modulok;
- 12–24 növényzseb az első demonstrátorban.

Harmincszázalékos szilárdanyag-aránnyal a becsült tömeg körülbelül 5,1 tonna lenne. Ez még mindig jelentős, ezért a kisebb demonstrátornál alacsonyabb magasságot és kisebb sugarat kell alkalmazni.

### Növényzsebek

Minden zseb három zónát kap:

1. külső, árnyékolt nyílás;
2. helyi talajból, komposztból és megfelelő szerves frakcióból álló gyökérzóna;
3. hátulról érkező kapilláris vízadagoló pont.

A zsebeket enyhén felfelé döntött perem és kis vízterelő borda védi a kiszáradástól és a szél általi eróziótól.

### A cianobaktérium szerepe

A cianobaktérium elsődleges feladata az építés és érlelés idején a kalcium-karbonátos kötés létrehozása. Nem szükséges, hogy a teljes élettartam alatt aktív maradjon. A modulokat vékony, fényt és folyadékot átengedő geometriában kell mineralizálni, majd összeépíteni.

A méteres vastagságú test helyszíni, egyidejű biomineralizálása jelenleg nem tekinthető igazoltnak.

## 3. Bambuszkorona

### Felépítés

- a bambuszrudak a biogén fal külső gyűrűjében, cserélhető ásványi foglalatokban állnak;
- nem érhetnek közvetlenül a központi nedves tartályhoz;
- a rögzítési pont körül legyen vízelvezető, durva ásványi zóna;
- a torony fölé nyúló részek pálmalevél-szerűen kifelé hajlanak;
- a rudakat növényi rostkötések kapcsolják össze.

### Fontos anyagviselkedés

A teljesen száraz, vastag bambusz erős hajlításkor könnyen berepedhet. Ezért a végső elem lehet száraz, de a formázást célszerű:

- vékony, természetesen hajlékony bambuszrudakkal;
- hasított bambuszlécekkel;
- vagy még zöld állapotban formázott és azután kiszárított elemekkel végezni.

A bambuszt ne ágyazzuk tartósan nedves falba, mert a nedves csomópontnál gyorsabban korhad. A foglalat legyen hozzáférhető és cserélhető.

### Szélterhelés

A korona ne legyen zárt napernyő. Nyitott, széláteresztő rácsozatként körülbelül 30–50% árnyékolást célozzon. A nagy, összefüggő felület viharban túl nagy billentőnyomatékot adna a toronynak.

## Passzív vízellátás

A rendszer energia nélkül, három hatás együttműködésével működhet:

1. **hidrosztatikai nyomás:** a központi vízoszlop kifelé hajtja a vizet;
2. **kapilláris vezetés:** a porózus dugók és növényi kanócok a zsebekhez továbbítják;
3. **talajnedvesség-különbség:** a szárazabb gyökérzóna több vizet vesz fel, hasonlóan az elásott porózus agyagedényes öntözés működéséhez.

Ez részben önszabályozó lehet, de csak akkor, ha a pórusméret, a kanóc keresztmetszete, a vízszint és a gyökérzóna nedvessége megfelelően össze van hangolva.

## Vízkapacitás és újratöltés

A körülbelül 295 literes víztér becsült ellátási ideje:

| Növényzsebek | Átlagos vízigény | Elméleti idő |
|---:|---:|---:|
| 12 | 0,25 l/nap/zseb | kb. 98 nap |
| 12 | 0,5 l/nap/zseb | kb. 49 nap |
| 24 | 0,25 l/nap/zseb | kb. 49 nap |
| 24 | 0,5 l/nap/zseb | kb. 25 nap |
| 24 | 1 l/nap/zseb | kb. 12 nap |

A valós idő rövidebb lehet a párolgás, szivárgás és a növények növekedése miatt. Egyetlen feltöltéssel teljes száraz évszak valószínűleg nem hidalható át. A koncepcióhoz ezért legalább az alábbiak egyike kell:

- időszakos kézi újratöltés;
- eső- vagy ködvíz passzív gyűjtése;
- nagyobb vagy részben föld alá süllyesztett víztér;
- kevesebb zseb és kis vízigényű pionír növények.

## Kritikus műszaki állítások

### Ami fizikailag megalapozott

- a gravitációs és kapilláris vízellátás elektromos energia nélkül;
- porózus tárolóból a szárazabb gyökérzóna felé mozgó víz elve;
- homok vízüveges szilárdítása;
- vékony, porózus homok–hidrogél modulok cianobakteriális kalcium-karbonátos megerősítése;
- bambuszból készített széláteresztő árnyékoló váz.

### Ami még nincs igazolva

- hogy a vízüveges tartály vize hosszú távon növénybarát marad;
- hogy a tartály megfelelően tartja, mégis adagolja a vizet;
- hogy a cianobakteriális modulok terepen, sivatagi hőmérsékleten és sóterhelés mellett kellően tartósak;
- hogy a teljes torony ellenáll a szélnyomásnak, eróziónak és egyenetlen süllyedésnek;
- hogy a bambuszkorona megfelelő élettartamú kezelés nélkül;
- hogy a rendszer vízmérlege kedvezőbb más passzív öntözési megoldásoknál.

## Fejlesztési sorrend

### 1. Vízadó próbatest

Készítsünk kis, vízüveggel kötött homoktartályt többféle porózus dugóval és kanóccal. Mérjük naponta:

- tömegvesztés;
- kifolyó vízmennyiség;
- pH és vezetőképesség;
- repedés;
- növényzseb nedvessége.

### 2. Egyetlen falmodul

Egy 30–50 cm széles cianobakteriális modul kapjon:

- egy zsebet;
- egy radiális kapilláris csatornát;
- egy kis víztartályt;
- kontrollnövényt hagyományos kézi öntözéssel.

### 3. Bambuszcsomópont

Külön kell vizsgálni:

- ásványi foglalat;
- száraz és nedves ciklus;
- húzás és oldalirányú terhelés;
- cserélhetőség;
- természetes rostkötés öregedése.

### 4. 1:3 léptékű integrált torony

Javasolt kezdeti méret:

- teljes magasság: 70–100 cm;
- külső átmérő: 90–120 cm;
- víztér: 30–60 liter;
- 6–8 növényzseb;
- 6–10 bambuszborda.

A teljes, 2,7 m átmérőjű és 2 m magas torony csak az integrált kis demonstrátor mért eredményei és statikai ellenőrzése után következhet.

## Első döntés

A koncepció megtartható, de a működőképes V2 alapmondata ez legyen:

> **A vízüveges ásványi mag tárolja a vizet, a kijelölt kapilláris utak adagolják, a cianobakteriálisan kötött cellás homoktest hordozza a növényeket, a bambuszkorona pedig energia nélkül árnyékol.**

## Kutatási háttér

- Bainbridge, *Buried clay pot irrigation: a little known but very efficient traditional method of irrigation* (2001): https://doi.org/10.1016/S0378-3774(00)00119-0
- Reinhardt és mtsai., cianobaktérium–homok–hidrogél élő építőanyag (2023): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10106584/
- Fraunhofer BioCarboBeton (2024): https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2024/july-2024/bio-concrete-and-biogenic-construction-materials-with-cyanobacteria.html
- Nátrium-szilikátos talajszilárdítás áttekintése (2026): https://doi.org/10.1007/s11242-026-02323-3
- PubChem, Sodium Silicate: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/23266