Il rapporto internazionale più recente sui cambiamenti climatici dipinge un quadro di disgregazione per la società a meno che non vi siano drastici e rapidi tagli delle emissioni di gas serra.
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Sebbene siano i primi giorni, alcune città e comuni stanno iniziando a riconoscere che le condizioni passate non possono più servire da proxy ragionevoli per il futuro.
Ciò è particolarmente vero per l'infrastruttura del paese. Le autostrade, le strutture per il trattamento delle acque e la rete elettrica sono a rischio crescente per eventi meteorologici estremi e altri effetti di un clima che cambia.
Il problema è che la maggior parte dei progetti infrastrutturali, incluso il piano di rilancio dell'infrastruttura dell'amministrazione Trump, in genere ignora i rischi del cambiamento climatico.
Nel nostro lavoro alla ricerca di sostenibilità e infrastrutture, incoraggiamo e stiamo iniziando a spostarci verso la progettazione di sistemi di infrastrutture artificiali tenendo presente l'adattabilità.
Progettare per il passato
I sistemi di infrastruttura sono la prima linea di difesa contro inondazioni, calore, incendi, uragani e altri disastri. Gli urbanisti e i cittadini spesso assumono che ciò che viene costruito oggi continuerà a funzionare di fronte a questi pericoli, consentendo ai servizi di continuare e proteggerci come hanno fatto in passato. Ma questi sistemi sono progettati sulla base di storie di eventi estremi.
Le pompe, ad esempio, sono dimensionate in base a eventi di precipitazione storici. Le linee di trasmissione sono progettate nei limiti della quantità di energia che possono muoversi mantenendo condizioni operative sicure relative alle temperature dell'aria. I ponti sono progettati per resistere a determinate portate nei fiumi che attraversano. Infrastruttura e ambiente sono intimamente connessi.
Ora, tuttavia, il paese sta superando più frequentemente queste condizioni storiche e si prevede che vedranno eventi meteorologici estremi più frequenti e intensi. Detto in altro modo, a causa dei cambiamenti climatici, i sistemi naturali stanno ora cambiando più velocemente delle infrastrutture.
Come possono adattarsi i sistemi di infrastruttura? Per prima cosa consideriamo i motivi per cui i sistemi di infrastruttura falliscono agli estremi:
- Il pericolo supera le tolleranze di progettazione. Questo è stato il caso dell'inondazione della Interstate 10 a Phoenix nell'autunno 2014, dove l'intensità della pioggia ha superato le condizioni di progettazione.
- Durante questi periodi c'è una capacità aggiuntiva in meno nel sistema: quando qualcosa va storto ci sono meno opzioni per gestire il fattore di stress, come il reinstradamento dei flussi, che si tratti di acqua, elettricità o persino traffico.
- Spesso chiediamo il massimo dalla nostra infrastruttura durante eventi estremi, spingendo i sistemi in un momento in cui c'è poca capacità extra.
Anche il cambiamento graduale presenta gravi problemi, in parte perché non vi è alcun evento distintivo che incoraggi un invito all'azione. Questo tipo di situazione può essere particolarmente problematico nel contesto degli arretrati di manutenzione e delle carenze di bilancio che attualmente affliggono molti sistemi di infrastruttura. Le città saranno cullate dalla compiacenza solo per scoprire che la loro infrastruttura di lunga durata non funziona più come dovrebbero?
Attualmente, il default sembra garantire finanziamenti per costruire di più di ciò che abbiamo avuto nel secolo scorso. Ma i gestori dell'infrastruttura dovrebbero fare un passo indietro e chiedere cosa devono fare i nostri sistemi infrastrutturali per noi in futuro.
Agile e flessibile dal design
Fondamentalmente sono necessari nuovi approcci per affrontare le sfide non solo del cambiamento climatico, ma anche delle tecnologie dirompenti.
Questi includono una crescente integrazione delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione, che aumenta il rischio di attacchi informatici. Altre tecnologie emergenti includono veicoli e droni autonomi, nonché energia rinnovabile intermittente e accumulo di batterie al posto dei sistemi di alimentazione convenzionali. Inoltre, le tecnologie connesse digitalmente alterano in modo sostanziale la conoscenza del mondo che ci circonda: considera come i nostri dispositivi mobili possono ora reindirizzarci in modi che non comprendiamo appieno in base al nostro comportamento di viaggio e al traffico in una regione.
Tuttavia, i nostri attuali paradigmi di progettazione delle infrastrutture enfatizzano i grandi sistemi centralizzati destinati a durare per decenni e che possono resistere ai rischi ambientali a un livello di rischio preselezionato. Il problema è che il livello di rischio è ora incerto perché il clima sta cambiando, a volte in modi non ben compresi. Pertanto, le previsioni sugli eventi estremi potrebbero essere un po 'o molto peggio.
Data questa incertezza, l'agilità e la flessibilità dovrebbero essere al centro della progettazione della nostra infrastruttura. Nella nostra ricerca, abbiamo visto come un certo numero di città ha adottato dei principi per raggiungere già questi obiettivi e quali vantaggi offrono.
Un tunnel 'intelligente' a Kuala Lumpur è progettato per integrare il sistema di drenaggio delle acque piovane della città. (David Boey, CC BY) A Kuala Lampur, i tunnel del traffico sono in grado di passare alla gestione delle acque piovane durante intensi eventi di precipitazione, un esempio di multifunzionalità.
Negli Stati Uniti, le tecnologie per smartphone basate su cittadini stanno iniziando a fornire approfondimenti in tempo reale. Ad esempio, il progetto CrowdHydrology utilizza dati di alluvione inviati dai cittadini che i sensori convenzionali limitati non possono raccogliere.
I progettisti e i gestori dell'infrastruttura in diverse località degli Stati Uniti, tra cui New York, Portland, Miami, nel sud-est della Florida e Chicago, sono ora tenuti a pianificare questo futuro incerto, un processo chiamato roadmapping. Ad esempio, Miami ha sviluppato un piano da 500 milioni di dollari per aggiornare le infrastrutture, tra cui l'installazione di nuove capacità di pompaggio e l'innalzamento delle strade per proteggere le proprietà a rischio dell'oceano.
Queste competenze si allineano al pensiero basato sulla resilienza e allontanano il Paese dai nostri approcci predefiniti per costruire semplicemente più grandi, più forti o più ridondanti.
Pianificazione dell'incertezza
Poiché ora vi è una maggiore incertezza riguardo ai pericoli, la resilienza anziché il rischio dovrebbe essere centrale nella progettazione e nel funzionamento dell'infrastruttura in futuro. La resilienza significa che i sistemi possono resistere a eventi meteorologici estremi e tornare rapidamente in funzione.
La tecnologia Microgrid consente ai singoli edifici di funzionare in caso di un'interruzione di corrente più ampia ed è un modo per rendere il sistema elettrico più resistente. (Amy Vaughn / Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti, CC BY-ND) Ciò significa che i pianificatori dell'infrastruttura non possono semplicemente modificare i loro parametri di progettazione, ad esempio l'edificio per resistere a un evento di 1.000 anni anziché a un evento di 100 anni. Anche se potessimo prevedere con precisione quali dovrebbero essere questi nuovi livelli di rischio per il prossimo secolo, è tecnicamente, finanziariamente o politicamente fattibile costruire questi sistemi più robusti?
Ecco perché sono necessari approcci basati sulla resilienza che enfatizzano la capacità di adattamento. Gli approcci convenzionali enfatizzano la solidità, come la costruzione di un argine in grado di resistere a un certo aumento del livello del mare. Questi approcci sono necessari ma, data l'incertezza nel rischio, abbiamo bisogno di altre strategie nel nostro arsenale.
Ad esempio, fornire servizi di infrastruttura con mezzi alternativi quando la nostra infrastruttura primaria fallisce, come ad esempio la distribuzione di microgrid prima degli uragani. Oppure, i pianificatori possono progettare sistemi infrastrutturali in modo tale che quando falliscono, le conseguenze sulla vita umana e sull'economia siano ridotte al minimo.
Questa è una pratica recentemente implementata nei Paesi Bassi, dove i fiumi delta del Reno sono autorizzati a inondare ma alle persone non è permesso di vivere nella pianura alluvionale e gli agricoltori vengono compensati quando i loro raccolti vengono persi.
L'incertezza è la nuova normalità e l'affidabilità dipende dall'infrastruttura di posizionamento per operare e adattarsi a questa incertezza. Se il paese continua a impegnarsi a costruire le infrastrutture del secolo scorso, possiamo continuare ad aspettarci guasti di questi sistemi critici e le perdite che ne derivano.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Mikhail Chester, professore associato di ingegneria civile, ambientale e ingegneria sostenibile, Arizona State University; Braden Allenby, professore presidente e professore di ingegneria ed etica alla Lincoln, School of Sustainable Engineering and the Environment Environment, Ira A. Fulton Schools of Engineering, Arizona State University; e Samuel Markolf, Postdoctoral Research Associate, Urban Resilience to Extremes Sustainability Research Network, Arizona State University
