ジョン・トッド（カナダの生物学者）

1969年、トッド夫妻とウィリアム・O・マクラーニーは、マサチューセッツ州ケープコッドにニュー・アルケミー・インスティテュートを共同設立した^{[ 15 ]。} その目的は、「生態学的および行動的に計画された農業システムと農村の土地ベースのコミュニティに関する公共の利益のための科学的研究に従事すること」であった^{[ 20 ]： 156} 。この研究所は「テクノロジーとカウンターカルチャーの融合」であった^{[ 20 ]： 157} 。そのメンバーは、経済的にも環境的にも持続可能な方法で、 生物科学の原理と設計戦略をテクノロジーに適用することを提案した^{[ 21 ]} 。 ニュー・アルケミー・インスティテュートは1991年に解散したが^{[ 22 ]} 、 「新しい生態学的設計ソリューション、代替技術、生態学的食料生産と廃棄物処理方法の開発を促進する変化の触媒」と評されている^{[ 15 ] 。}

彼らが開発したアプローチの 1 つはバイオシェルターの概念で、「人間の食料、廃棄物浄化システムなど、さまざまな目的のための生態系を含む温室のような建築構造物」です。^{[ 23 ]}ウェンデル・ベリーは賞賛して次のように書いています。「バイオシェルターのアイデアは、地域の景観と気候に適応し、地元の材料を使用して、生態系のパターンに基づいて家を作ることを提案しています...その支配的な原則は共生です。食料生産システムは家を暖め、魚の水槽は魚を育て、温室を暖め、植物に灌漑用水と肥料を提供します。」^{[ 24 ]} システムのある部分で発生した廃棄物がシステムの別の部分に貴重な資源を提供するという考えは、このような持続可能な生態系の設計の基本です。^{[ 3 ]}

1981年、トッドは非営利団体オーシャン・アークス・インターナショナル（OAI）を共同設立した。^{[ 25 ] [ 26 ]： 78-79} オーシャン・アークスの当初の構想は、発展途上国全体で使用できる、環境資材と支援技術を運搬できる風力船を建造することであった。そのようなビジョンは組織の手の届かないものであった。^{[ 23 ] [ 26 ]}

トッドは水に関する他の問題、特に従来の廃棄物処理に代わるアプローチの開発に焦点を当て始めた。彼は水産養殖や有機農業のアイデアを廃水処理に応用した。彼のアプローチは、廃棄物からの栄養素をリサイクルできる生態学的経路を特定することであった。ある生物の廃棄物は、使用できない有毒な副産物として廃棄されるのではなく、次の生物の食料源になることができる。^{[ 23 ] [ 26 ]}

廃水処理のための最初の「ソーラーアクアティクスシステム」（SAS）は、1986年頃、バーモント州ウォーレン近郊のシュガーブッシュスキーリゾートで行われた実験パイロットプロジェクトでした。 ^{[ 26 ] [ 23 ]}

1990年代、トッドは自身が構想した技術のための企業を設立しようと何度か試みた。これらの企業に関わる人材、資金、技術は、互いに、そしてオーシャン・アークス・インターナショナルとも複雑で混乱を招くような形で重複している。^{[ 26 ]} 「リビング・マシーンズ」という用語は1991年にワードマーク として登録申請され、1993年に米国特許商標庁によってオーシャン・アークス・インターナショナルに登録された。^{[ 26 ]}

Ecological Engineering Associates, Inc. (EEA) は、Ocean Arks Internationalの活動をより効果的に促進するための商業ベンチャーとして、1988 年にマサチューセッツ州マリオンで設立されました。^{[ 23 ] [ 27 ]} 以前 OAI の従業員であったスーザン B. ピーターソンが EEA の初代社長になりました。^{[ 28 ]} 共同創設者のジョン トッドは、取締役会には参加しませんでしたが、「生態学的デザイナー」として関わっていました。^{[ 26 ]}

EEAは、マサチューセッツ州ハーウィッチの汚泥池を浄化するための廃水処理施設を設計・設置した（下記参照）。工事は1988年に開始され、システムは1990年に稼働を開始した。^{[ 23 ] [ 26 ]} EEAは、独自の「ソーラーアクアティックシステム」において、透明な水柱を処理ユニットとして使用する他のいくつかのプロジェクトも開発した。^{[ 26 ]} ソーラーアクアティックに関連するプロセスに関する特許は、1988年と1991年にジョン・トッドとバリー・シルバースタインの発明者名で出願され、EEAに付与された。^{[ 26 ] [ 29 ] [ 30 ]} EEAは、透明な水柱を備えた廃水処理タンクに特化して「Solar Aquatic」の商標を登録した。^{[ 31 ]： 126}

トッドはまた、バーモント州バーリントンで生態学的設計、エンジニアリング、建設会社であるリビング・テクノロジーズ社（LTI）を共同設立した。同社は1994年10月26日にフロリダ州で法人化された。^{[ 26 ]： 85}リビング・テクノロジーズに関わっていた従業員の中には、社長のマイケル・ショーを含め、OAIや、同じくバーモント州バーリントンで1989年にウィリアム・ラップによって設立されたアドバンスト・グリーンハウス・システムズ（AGS）という以前の会社とつながりがあった者もいた。^{[ 26 ]： 84-85} 生態学的流動床（EFB）に関する2つの特許が、1993年と1995年にジョン・トッドとマイケル・ショーによって出願された。これらの特許は1996年と1997年にOAIに付与された。EFBは、ますます「リビングマシン」と呼ばれるようになったものの設計に使用された。^{[ 26 ]： 95 [ 32 ] [ 33 ]}

1997年、リビング・テクノロジーズ社は2回目の資金調達を模索し、トム・ウォーレルから資金を得た。1998年には、同社とその取締役会の大幅な再編が行われた。ウォーレルは1999年に同社の所有権を取得し、トッドの「リビング・マシン」の特許権も取得した。2000年12月現在、裁判外和解により、ウォーレルは「リビング・マシン」を商標として使用する独占権を獲得した。ウォーレルの会社はその後、何度か社名変更と移転を繰り返した。現在、バージニア州シャーロッツビルにあるウォーレル・ウォーター・テクノロジーズ社が「リビング・マシン」の登録商標を保有している。ウォーレル・ウォーター・テクノロジーズ社は、2002年以降、トッドのオリジナルシステムを再設計し、数々の新技術の特許を取得している。^{[ 26 ]： 97-101}

1989年、トッドはマサチューセッツ州ファルマスに「ジョン・トッド・リサーチ・アンド・デザイン」を設立した。後に「ジョン・トッド・エコロジカル・デザイン」（JTED）となった。^{[ 26 ] : 82 [ 34 ]} この会社を通じて、トッドは「エコマシン」という名称で独自の次世代廃水処理システムを開発した。2014年現在、ジョン・トッド・エコロジカル・デザインは「エコマシン」という用語の商標を登録している。^{[ 35 ]} トッドの息子、ジョナサン・トッドはジョン・トッド・エコロジカル・デザインの社長である。^{[ 6 ]}

トッドは1997年からバーモント大学で客員講師として教鞭を執り、1999年に研究教授に昇進した。現在は名誉研究教授および著名な講師である。^{[ 16 ]}

この研究は、廃水や下水の処理に対する革新的な新しいアプローチを生み出した。^{[ 43 ] [ 19 ]}

トッドと同僚は「リビングマシン」と呼ばれるものを開発した。これらのシステムは、河川、池、湿地の自然浄化プロセスを再現および加速することにより、汚染された水を修復、保全、または浄化するために開発された生態工学技術である。実際の応用では、リビングマシンは生態工学の原理を使用して特定の廃水ストリームを処理するように設計された自己完結型の処理システムである。これは、一連のタンク内で細菌やその他の微生物、藻類、植物、樹木、カタツムリ、魚、その他の生物の多様なコミュニティを作成することによって行われる。^{[ 10 ]： 49-50} EPAは、このアプローチが都市廃水および一部の産業廃水の処理に適しており、より従来型のシステムと比較してコスト面で競争力があると結論付けている。^{[ 42 ]}

ジョン・トッドが開発したような温室廃棄物処理施設では、下水からきれいな水を得ることができます。バクテリアが有機性下水を分解し、アンモニアを硝酸塩に変えます。硝酸塩は藻類の餌やアオウキクサの肥料として利用されます。動物プランクトンやカタツムリが藻類を食べ、魚が動物プランクトンを食べます。浮遊植物が残りの物質を吸収します。ガマ、イグサ、ホテイアオイなどが毒素を無害化します。樹木は重金属を吸収します。副産物として観賞植物や小魚が生産され、どちらも販売されます。小魚は餌魚として販売されます。下水処理用の開放型ラグーンで育てられた水生植物は、カリフォルニア州、フロリダ州、ミシシッピ州で利用されています。^{[ 10 ]： 49-53} このようなシステムを温室で囲むことで、より寒冷な北部の気候でもこれが可能になります。^{[ 44 ]： 90-91}

1969年の設立後まもなく、ニュー・アルケミー・インスティテュートは、ケープコッドのマサチューセッツ州ファルマスにある本部で、後に「ケープコッド・アーク」として知られるようになる最初の実験環境の開発に着手した。彼らの目標は、廃水処理と食料生産の可能性を探ることであった。^{[ 22 ]}

それぞれ独自の生態系を持つ一連のソーラーポンドが廃水を処理し、回収した物質を使って魚を養殖したり、野菜や果物を栽培したりしています。これにはパパイヤの木、ナス、トマト、ハーブなどが含まれます。コンピューターが導入され、浄化プロセス、エネルギー使用、食料生産を監視および研究しています。暖房と電力のニーズは再生可能エネルギー源を使用して満たされています。このシステムは、建築家のショーン・ウェルズリー・ミラーとデイ・チャフルーディによって設計された温室の中に設置されているため、年間を通して稼働できます。^{[ 22 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}

1991年にニュー・アルケミー・インスティテュートが解散すると、ケープコッド・アークは民間の共同住宅コミュニティの所有となった。1999年、ニュー・アルケミー・インスティテュートの共同創設者であるヒルデ・メインゲイとアール・バーンハートが引き継いだ。建築家アテ・アテマと協力して、彼らは建物を改修し、元の温室にエネルギー効率の良い家を増築した。彼らの管理下で、1800平方フィートのアークは自給自足型の住居となり、一年を通して人間、植物、魚、動物を支えている。2021年現在もケープコッド・アークは彼らの住居である。ニュー・アルケミーの理念の実験場として、また創設メンバー2人の持続可能な住居として15年以上にわたり機能してきたケープコッド・アークは、「ニュー・アルケミーの最高傑作」と呼ばれている。^{[ 22 ]}

1974年、トッドはカナダに戻り、連邦政府と州政府の財政支援を受けて、プリンスエドワード島のキングス郡スプライポイントに「プリンスエドワード島のノアの箱舟」を設計・建設した。 ^{[ 7 ]} ソルサーチ・アーキテクツとニュー・アルケミー・インスティテュートのデイビッド・バーグマークとオーレ・ハンマルンドによって完成したこの箱舟は、全国的な注目を集めた。^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]} 1976年9月21日、ピエール・トルドー 首相によって正式に開館された。^{[ 20 ]}

方舟は、人間と自然の関係を再検討する試みであった。^{[ 50 ]}また、新錬金術師たちに極寒の気候で自分たちの考えを試す機会を与えた。^{[ 51 ]}

「それは、食料生産用の温室、養殖魚場、そして自立した家族の住居が一体となった、統合的な生態系設計でした。全体は、シンプルでありながら洗練されたシステムベースの構造に包まれていました。むき出しの機械設備や配管、岩石を詰めたヒートシンク、初期のソーラーコレクターパネルが建物を誇らしげに覆い、ダイニングルームからは大きな高窓を通して温室の内部を見渡すことができました。それは実験的な生活実験室として機能していました。」ジョン・ルルー、2017年^{[ 48 ]}

プロジェクトに対する期待の相違が困難を引き起こした。アークの実験的な性質が軽視されていたため、発生した技術的な問題は特に厄介なものとなった。また、多くのカナダ人は、公的資金で建設されたこの施設が再生可能エネルギーと持続可能な生活の実証プロジェクトとして見られることを期待していた。一方、現地にいたニュー・アルケミストたちは、これを私的な研究施設とみなし、訪問者を遠ざけようとした。1977年、ニュー・アルケミストのデイビッド・バーグマークとナンシー・ウィリスが退去し、持続可能な生活の実験は終了した。アークはその後2年間、州政府の人間資源研究所（IMR）に雇われた生物学者ケン・マッケイによって監督され、1981年に閉鎖された。^{[ 20 ]： 164-165}

それにもかかわらず、ノアの箱舟は、後に「生体機械」に応用された多くの原理^{[ 7 ]}、そして太陽光の向き、太陽集熱器、風力エネルギー、蓄熱、コンポストトイレといった、先駆的で現在では確立されたグリーンテクノロジーや持続可能なテクノロジーの重要な実験場となった^{[ 52 ]}。歴史家のヘンリー・トリムは、ノアの箱舟がカナダ文化に与えた影響を強調し、「カナダ人に再生可能エネルギーや有機食品を紹介し、グリーン建築、アクアポニックス、持続可能な農業の先駆けとなった」と述べている^{[ 20 ]： 164-165}

2000年に解体されたものの、^{[ 53 ]}アークは「プリンスエドワード島の2つの最も象徴的な近代建築作品」の1つと呼ばれている。^{[ 48 ]} 2016年には、プリンスエドワード島のシャーロットタウンにあるコンフェデレーション・センター・オブ・ジ・アーツで開催された展覧会「地球に軽く生きる：プリンスエドワード島のためのアーク建設、1974-76」で記念された。 ^{[ 48 ] [ 52 ]}

1988年、マサチューセッツ州ハーウィッチの町で、トッドのラグーンシステムの1つを4か月間試験運用した。このシステムには、21の太陽光を利用した水生池と人工湿地が含まれていた。試験運用の成功により、エコロジカル・エンジニアリング・アソシエイツとのさらなる関わりが促された。^{[ 26 ]： 85}トッドにとって、それは「分水嶺となる瞬間」であり、生態学的設計アプローチの重要な概念実証となった。「最初の試験が成功した後、私は悪い場所で良いことをすることが可能である、つまり地球を癒すことが可能であると確信しました。」^{[ 54 ]}

1990年までに、ハーウィッチのフラックス池（15エーカーの敷地）で本格的なプロジェクトが計画されていた。池は近くの埋立地や浄化槽からの浸出液によって深刻な汚染を受けていた。水中の酸素濃度は低く、大腸菌群の数は高かった。堆積物には高濃度のアンモニア、通常の300倍ものリン、通常の80倍の鉄が含まれていた。^{[ 5 ] [ 55 ]}

池再生装置と呼ばれる浮体構造物が1992年に完成した。風車と太陽光パネルをエネルギー源として、池の底から1日あたり10万ガロンの水を汲み上げた。汲み上げられた水は、様々な基質、バクテリアやミネラルの改良剤、淡水二枚貝、陸生植物を含む一連のカラムを通過した。その結果、池の底に酸素濃度が回復し、1995年までに堆積物の深さが大幅に減少した。^{[ 5 ] [ 55 ] [ 41 ]： 9-10}

1990年代後半には、設計が変更され、「高度な生態工学システム」（AEES）が作られました。1999年から2001年の間に、リン、アンモニア、鉄が大幅に削減されました。^{[ 10 ]： 65-66 [ 5 ] [ 55 ] [ 41 ]： 9-10 [ 38 ]} 2001年6月からは、元の構造物が、浮遊式AEES復元装置の最初の大規模な廃水処理に置き換えられました。12個の復元装置が、蛇行する水の流れを促進するように設計されたパターンでラグーン全体に配置されています。この設備には、廃棄物を浄化するために25種の在来種から25,000本の植物が組み込まれています。^{[ 5 ]}

最初の「リビングマシン」は、1995年にスコットランドのモレーにあるフィンドホーン・エコビレッジで作られました。 ^{[ 3 ]}ジョン・トッドは、その設計にあたり、ケーテ・ザイデルとHT・オダム の作品を参考にしました。^{[ 3 ]} このシステムは、常時約300人の住民と、季節によって変動する年間最大1万人の訪問者からの排水に対応する必要がありました。^{[ 19 ]} 完成したインスタレーションは、熱帯温室の庭園に似ています。すべての生物は、食物連鎖の次の段階に食料を提供し、サイクルが完了します。^{[ 3 ]}

第一世代システムとして、フィンドホーンの設備は数多くの変更を受けてきました。運用開始から最初の15年間、スコットランド環境保護庁（SEPA）による定期的な品質チェックに合格し、一度も基準を満たしていなかったことはありませんでした。^{[ 3 ]}

バーモント州先進生態工学システム（AEES）は、米国環境保護庁からの資金提供を受けて設立された4つのAEES実証プロジェクトの1つでした。バーモント州サウスバーリントン近郊のチッテンデン郡にあるこの敷地は、助成金を受け取ったマサチューセッツ海洋高分子科学研究所が所有していました。このプロジェクトには、下請け業者としてリビング・テクノロジーズ社、主任研究員としてジョン・トッド氏を擁するオーシャン・アークス・インターナショナル社が関わっていました。^{[ 44 ]}

プロジェクトの設計は1994年に開始されました。主要な建設は1995年12月までに完了し、その時点で生物種の導入が始まりました。1996年5月までに安定した運転状態が確立され、1999年末まで継続されました。^{[ 44 ]} このプラントは、市の1日あたりの廃水排出量20万ガロンのうち8万ガロンを処理するように設計されました。^{[ 56 ]}

バーモント州AEESには、活性汚泥の長時間曝気と処理のための湿地が含まれており、活発な微生物群集に加え、植物、無脊椎動物、魚類も生息していた。プロジェクトの目標の一つは、寒冷気候におけるこの手法の有効性を検証することであった。植物は温室で保護されていた。施設には、処理の実験的比較のために、並列に配置された2つの処理槽が設置されていた。プロジェクトの過程で、オペレーターは当初の設計目標のうち1つを除くすべてを達成し、槽の構成を実験することで当初の設計を改良することができた。^{[ 44 ]： 90-91 [ 57 ]} この地域は実験センターと教育センターの両方として利用され、「他に類を見ない美しい景観」が高く評価された。^{[ 44 ]： 2}

「この4年間にわたるプロジェクトは、AEESが寒冷地において都市下水を三次処理基準まで処理できる能力を実証しました。このシステムは非常に安定した処理性能を発揮することが証明されており、従来の小型処理システムよりも運転・維持管理コストが低いことが分かっています。」 デビッド・オースティン^{[ 44 ] : 91}

トッドのリビングマシンの一つは、 1990年代にデビッド・W・オアがオーバリン大学のアダム・ジョセフ・ルイス環境研究センターを設計する際の「重要な要素」となった。リビングマシンの主な機能は廃水処理であったが、オーバリン大学の学生への教育のための持続可能性と生態学的設計のモデルとなることも意図されていた。オーバリン大学の学生は、システムの設計、設置、維持に協力した。^{[ 58 ]}

「リビングマシン®は、微生物、植物、カタツムリ、昆虫を含む人工生態系システムを使用して廃水を処理し、美しい庭園のような雰囲気の中で、建物の廃水を1日最大2,000ガロン処理するように設計されています。加圧水システムが完成すると、処理された廃水は非飲料水として建物内で再利用されます。」^{[ 58 ]}

関係するシステムの複雑さとコミュニケーションの問題により、計画と建設中に多くの設計上の見落としが発生した。利用可能なスペースの制限と設備の配置により湿地の流れが妨げられ、機能的な目的のないレンガの壁が一部のタンクに日陰を作り、一部の植物は保守作業員が通行しなければならない場所にあった。このような問題はシステムの有効性を低下させ、メンテナンスを複雑にし、対処する必要があった。研究者たちはまた、処理トラックが1つしか建設されなかったため、並行制御とテスト条件を確立する能力が制限されたことを残念に思った。^{[ 59 ]}

ニューヨーク州ラインベックにあるオメガ持続可能な生活センター（OCSL）は、2009年6月24日に開館しました。建物はBNIMアーキテクツが設計し、ジョン・トッド・エコロジカル・デザインがエコロジカル・アーキテクトとして協力しました。^{[ 6 ]}

自給自足でカーボンニュートラルとなるように設計されたこの建物には、水の再生のためのエコマシンが含まれています。エコマシンの4,500平方フィートの温室と人工湿地は、植物、バクテリア、藻類、カタツムリ、菌類の活動によって年間約500万ガロンの廃水をリサイクルするように設計されています。^{[ 6 ] [ 60 ] [ 61 ]}

2010年、オメガ持続可能な生活センターは、世界で初めて完全に認証された「リビングビルディング」の2つの建物のうちの1つであり、1年間にわたってエネルギー使用量と排水量が実質ゼロであることを実証しました。 ^{[ 62 ] [ 63 ]}

バーモント大学エイケンセンターのグリーンリデザインの一環として、ジョン・トッド・エコロジカル・デザイン社は、2006年から2012年にかけてエイケンセンター・エコマシンの建設を支援しました。^{[ 64 ]} 水処理施設の設計作業の多くは、トッドの大学院生の一人であるマット・ビーマスが行い、彼は2010年にこの作業に関する修士論文を発表しました。このシステムは、エイケンセンターからのすべての廃水を処理するだけでなく、同校で継続的な生態学的設計研究を行う機会も提供しています。^{[65][66][67][68 ]廃水処理システムには、システムの使用に関する} 実験的研究のために3つの独立した系統が含まれています。^{[ 64 ]} この建物は「キャンパス建物のグリーン改修の全国的なモデル」とみなされています。^{[ 69 ]} LEEDプラチナ認証を取得しています。^{[ 69 ]}