获奖理由：
该倡议的目标是开发一种可复制的废物回收利用流程，可扩展到小城镇或大城市，所有这些城市都有现成的玻璃和食物垃圾供应，对沙子和砾石也有需求。评审团指出，以低碳方式生产更多的土壤将对人类生存至关重要，并赞扬了这一对实践和基于材料的研究方法的重大贡献。
/项目声明/
专为绿色雨水基础设施设计的工程土壤能否包括回收的玻璃粉而不是原生沙，以同时减少对环境破坏材料的依赖并为主要废物流提供可持续的出口？这个基于实践的应用研究项目旨在回答这个问题，同时也为创造绿色就业和循环经济创建一个可扩展和可复制的平台。
与垃圾填埋处理相比，由于回收成本高，玻璃等固体废料的回收对城市来说仍然具有挑战性。今天，大多数美国城市都会填埋所有的玻璃废料。与此同时，世界上的建筑级沙子正在枯竭。因此，将当地固体废物有效转化为当地可用基础设施的实用解决方案至关重要。一家景观建筑公司正在与市政机构以及小型企业和非营利组织网络合作，通过土壤生产显著减少玻璃和食物垃圾的填埋。这项由美国环保署资助的应用研究将与全国各地的市政当局公开分享，以推动国内回收利用和降低建筑环境的生命周期成本。
/研究背景和目标/
沙子和骨料构成了地球上开采量最大的材料组：高于生物质和化石燃料。这些材料在景观建筑中无处不在，尤其是在绿色基础设施应用中。在世界许多地方，建筑级沙子正在枯竭，而在美国东部，沿海平原的采砂破坏了敏感的生态系统。
与此同时，美国的玻璃回收正处于危机之中。虽然玻璃在理论上是高度可回收的，但在实践中，大多数城市不具备从单流收集中清洁和分类混合颜色玻璃的技术能力，也没有碎玻璃的市场渠道。由于这些原因，美国的绝大多数废玻璃，包括在费城（该计划的重点地区）收集的 100% 的玻璃，都作为“不可回收的残留物”被送到垃圾填埋场。仅在费城，这意味着每年有 90,000 多吨玻璃被处理掉，城市及其居民和企业的成本约为 140 美元/吨。
景观设计师 (LA) 越来越关注我们项目的生命周期成本，但 LA 实践努力解决我们工作中从根本上来说是榨取和浪费的方面。没有什么比用天然成分（沙子、开采的表土、泥炭等）制造用于城市的工程土壤更明显了。无土土壤倡议旨在直接解决这个问题，方法是关闭两个昂贵的城市废物流——玻璃和食物——的循环，并大幅减少为城市绿化采购的原始材料的数量。美国环保署目前的研究资金支持当地的小企业和市政合作伙伴，为费城的玻璃和食物垃圾创造闭环经济，为城市的生态和经济可持续性和弹性做出贡献。
/连接研究与实践/
▲无土土壤倡议：从玻璃到增长，该倡议旨在关闭两个昂贵的城市废物流——玻璃和食品垃圾处理，并大幅减少城市绿化所需要采购的材料的数量。
/过去的研究成果/
我们的团队在 2019 年完成的比较生命周期评估 (LCA) 表明，与原生砂相比，再生玻璃砂可减少 67% 的温室气体排放。2019 年的一项试点温室试验表明，玻璃基土壤支持植物生长以及对照矿砂混合物。我们的 2020-21 材料分析和宏观研究测试了材料的渗透性能和渗滤液，这对维持城市绿色雨水基础设施 (GSI) 的水质至关重要，并发现玻璃基土壤是传统 GSI 土壤的可行替代品。
/美国 EPA 第一阶段研究：2021 年完成/
该研究团队于 2021 年获得了 EPA 小型企业创新与研究（SBIR 第一阶段）奖，以支持进一步研究并将材料商业化。研究小组解决了玻璃基土壤 (GBS) 原型材料的设计和可扩展的制造（玻璃粉碎和土壤混合）过程，该过程将使市政当局能够将废玻璃转移到本地制造的 GBS 中。
该项目建立在之前四年研究的基础上，采用最有效的土壤混合物，在试验性生长试验中将它们作为种植介质进行测试，并设计一种能够以最低的经济和环境成本生产它们的制造工艺。该 I 期研究包括：
任务一：利用玻璃粉碎设备和市政混色玻璃碎块生产温室种植试验用的玻璃砂。
任务 2：比较各种混合比例进行温室种植试验。
任务 3：制定一套与制造商和市政合作伙伴共享的材料规格。
任务 4：向费城机构提供技术规划包。
我们使用研究团队成员生产和操作的设备（任务 1）设计并生产了三种原型 GBS 混合物。这些混合物用于为期 12 周的温室种植研究，包括沙子（玻璃砂或矿砂）、天然壤土和食物垃圾堆肥（任务 2）。试验表明试验和对照土壤混合物之间的植物生长没有差异。
在温室生长试验的同时，研究团队与费城公园和娱乐中心以及当地的私人和非营利实体网络合作，制定技术计划和制造商规范，以促进该地区玻璃基土壤的生产和商业化.
/美国环保局第二阶段：进行中 (2022-23)/
在第一阶段研发计划的基础上，该项目的第二阶段将把玻璃基土壤混合物 (GBS) 纳入全面的绿色雨水基础设施 (GSI) 现场试验中，并将启动一个试点玻璃基土壤制造中心。与费城水务局 (PWD) 和费城公园与娱乐中心 (PPR) 合作，现有的雨水生物滞留盆地（在艾达飓风期间被洪水破坏）将用玻璃基土壤混合物进行改造，并在一年多的时间里监测植物生长情况健康和液压性能。在整个 12-18 个月的监测期内，将在五个生物滞留盆地持续监测以下指标；水质、土壤水分/保持力、土壤渗透、土壤压实、流速、植物蒸腾和植物健康。
第二阶段将促进当地材料加工企业之间的合作，以在当地开始试生产 GBS 原型。项目资金将用于购买新的玻璃粉碎系统，并为当地一家玻璃回收非营利组织（和研究团队成员）确保一个加工场所。这将使他们能够建立一个玻璃砂中心，以支持未来市政对这种材料的需求。该团队将（从商业实体）在城市范围内采购和加工玻璃砂，并将其发送到 PWD 预先批准的土壤搅拌机，为试点项目生产 GBS 原型。
/影响和未来方向/
Soilless Soils 项目的目标是设计和传播一个可持续的过程，将城市垃圾转化为高性能基础设施，同时创造绿色就业机会并支持循环经济。为此，所有研究成果都将免费向公众开放，以便该过程可以在任何城市复制和推广。这一提议的优势在于，建立玻璃加工设施的技术和经济要求相当低，可以扩展到小城镇或大城市。此外，每个城市都有现成的玻璃和食物垃圾供应以及对沙子和砾石的需求。正如我们的研究和试点所示，将这些点连接起来是一个可以实现的目标。
无土土壤研究计划为基于实践的协作研究提供了一个模型，该模型通过对景观设计专业至关重要的工具和技能有效地弥合了理论与实践（或纯研究与应用研究）之间的差距。它展示了设计专业人员发起和领导对可持续材料进行实证研究的潜力，同时汇集了专家和倡导者团队，可以将研究成果实时应用于现实世界。据我们所知，该项目是有史以来第一个获得美国环保署 I+II SBIR 资助的景观设计师主导项目。
▲在全国范围内，两种重要的城市垃圾（玻璃和食品）占据垃圾填埋场的大部分，与此同时，政府每年为城市公共工程采购数千吨天然砂。
▲循环：将城市垃圾转化为用于城市绿化的材料，形成新的循环经济，为城市节省建设资金，降低生命周期成本，并创造绿色的就业机会。
▲玻璃砂：我们的团队在2019年完成的比较生命周期（LAC）表明，与原生砂相比，再生玻璃砂可减少67%的温室气体排放。
▲试点计划：2019年的一项试点温室试验表明，对照天然的矿砂混合物，玻璃基土壤能够支持植物的生长。
▲水流和渗滤液分析：我们在2020年~2021年期间对材料的渗透性能和渗滤液进行了测试和分析，这对维持城市绿色基础设施（GSI）的水质至关重要，并发现玻璃基土壤可以作为传统基质土的
▲种植试验：该项目建立在之前四年研究的基础上，采用最有效的土壤混合物，将它们作为植被的种植介质进行测试，并以最低的经济和环境成本设计工艺来批量生产该材料。
▲吸引学生研究人员：在教师和高中生的支持下，第一阶段的种植试验在当地的一所高中进行。
▲种植试验：在为期12周的生长试验结束时，植物被收获并进行干燥处理，以测量干根生物量和干芽的生物量。
▲植物生长试验结果：在浇水的过程中，发现玻璃基土壤的表现优于沙基土壤。
▲研究团队与城市机构和废物行业专家进行合作，了解费城玻璃回收的现状，包括数量、流程和成本等。
▲费城每年生产大约90000吨玻璃，目前，该市收集的所有玻璃都与其他“不可回收垃圾”一起在垃圾填埋场进行处理。
▲支持费城试点玻璃砂加工中心的公司合作伙伴关系
▲在城市范围内采购和加工玻璃砂，并将其送到该市预先批准的土壤搅拌机生产线中
▲该研究旨在设计并免费传播一个可持续的过程，将城市垃圾转化为高性能的绿色基础设施材料，同时创造绿色的就业机会并支持循环经济。
▲这项研究计划为基于实践的协作研究提供了一个模型，有效地弥合了理论与实践之间的差距，展示了景观设计师发起和领导实证研究的潜力，同时汇集了专家团队和转型倡导者。
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