Subido por David Felipe Sanchez Ospina

Revisión de características, oportunidades y desafíos de la utilización de energías renovables, recuperación de agua lluvia y reutilización de residuos sólidos orgánicos para la implementación en viviendas rurales.

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Revisión de características, oportunidades y desafíos de
la utilización de energías renovables, recuperación de
agua lluvia y reutilización de residuos sólidos orgánicos
para la implementación en viviendas rurales.
Andrés Méndez, Freddy Quitian, David Sanchez
Resumen
En 2012 las Naciones Unidas establecieron los objetivos de desarrollo
sostenible (ODS) como un pacto para propiciar desarrollo en aspectos
ambientales, sociales y políticos, buscando que el mundo migre y
mejore su estado crítico actual. Dado esto, Colombia debe buscar
soluciones a fin de cumplir este pacto universal y cuenta con potencial
para gestionar la implementación de energías renovables por sus
condiciones geográficas y geológicas. Por otro lado, tiene indicadores
negativos de desigualdades sociales que van encontrá de los ODS, por
ejemplo, en zonas rurales el acceso a la energía eléctrica, el agua
segura y a ecosistemas limpios son una utopía. Por eso, se establece
una revisión del estado actual de las energías renovables, sistemas para
la utilización del agua lluvia y la reutilización de residuos sólidos, con el
fin de poder establecer pautas para implementarlas en zonas rurales de
Colombia y determinar su impacto social, ambiental y económico.
Abstract
On 2012, the UN (United Nations) established objectives to sustainable
development as a pact to make grow the development on environmental
aspects, social and politics, seeking a world change to improve the
actuality. Given this, Colombia must find solutions to fulfill this universal
pact and have too the potential to manage the implementation of
renewable energy using his geographical and geologic conditions. To
the other side, Colombia have negative indicators and social inequality
goes against the objectives to sustainable development, for example, in
the rural areas and the access to the electricity, healthy water and clean
environments are a utopia. For this reason, it settles a revision to the
actuality state of renewable electric energy, water reutilization systems
and solid waste, with the objective to create items to implement on rural
areas of Colombia and determinate his social, environmental and
economic impact.
Keywords
Sostenibilidad, Energías renovables,
Compostaje, Viviendas rurales.
1.
Reutilización
agua
lluvia,
Introducción
El cambio climático y la problemática social y económica que genera es una
necesidad por satisfacer de manera prioritaria. Por esto las Naciones Unidas
establecieron “un conjunto de objetivos y metas universales transformadoras
del alto alcance y centrados en las personas.” (FAO, 2019) Estos son los
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), los cuales son 17 y se pueden
apreciar en la Figura 1.
Figura 1 Objetivos de Desarrollo Sostenibles. Fuente: (FAO, 2019)
Al tener un carácter universal, es evidente que los países deben acogerse a
ellos para establecer sus planes de desarrollo. En este sentido, el gobierno
colombiano y sus ciudadanos tienen una gran tarea, pues, aunque su geografía
es estratégica para obtener recursos diversos y suficientes para un óptimo
desarrollo social, la gestión y disposición de estos no es la mejor.
Esto es evidente en los macro indicadores del país, empezando por la
desigualdad social donde la pobreza multidimensional del país puede estar
desde un 4.5% en Sabaneta - Antioquia hasta un 92.2% en Uribia – Guajira
como se muestra en la Figura 2. Adicional, la percepción de Calidad presenta
déficit hacia los territorios que no tienen grandes ciudades o no están dentro
del gran aparato vial interdepartamental del país.
Figura 2 Porcentaje de pobreza multidimensional. Fuente: (Medida de
pobreza multidimensional de fuente censal, s. f.)
Entonces, se presenta no solo como un problema la deficiencia de la gestión
en estos sectores, sino como una oportunidad de mejora y de desarrollo
integral de todo el territorio colombiano y esencialmente el logro de los ODS.
Es allí donde nace la necesidad de estudiar la actualidad de la utilización de
energía solar, recuperación de agua lluvia y reutilización de residuos sólidos
orgánicos, con el objetivo de demostrar los impactos sociales, ambientales y
económicos para así constituir unas pautas para su ejecución en viviendas
rurales del país.
En este sentido, se le apunta cumplir parcialmente 5 de los 17 objetivos de
sostenibilidad, los cuales son el objetivo 6, 7, 11, 12 y 13 (ver Figura 1),y que
hablan del acceso a agua limpia y saneada; la energía asequible y no
contaminante; ciudades y comunidades sostenibles; la producción y consumo
responsable y finalmente la Acción por el clima, respectivamente. Motivando a
generar progreso en las comunidades rurales olvidadas de Colombia.
2.
Metodología
2.1.
Sistema de iluminación con energía solar y eólica
En Colombia, las fuentes no convencionales de energía generadas por
recursos naturales se han desarrollado como proyectos de renovación
a lo largo y ancho del territorio nacional, principalmente en dos líneas.
Inicialmente la fuente fotovoltaica, siendo su base de energía el sol
transformado a través de paneles solares. Y por otro lado la fuente
eólica, cuya base de alimentación son las corrientes de aire que circulan
y alimentan los molinos de viento que generan electricidad. Ambas
fuentes buscan reducir los gases de efecto invernadero y los daños al
medio ambiente ocasionados por las fuentes convencionales de
energía, principalmente hidroeléctricas (ver Foto 1) y termoeléctricas
que generan gran impacto ambiental y son capaces de transformar todo
el entorno de un ecosistema.
Foto 1 panorámica del proyecto hidroeléctrico Ituango. Fuente:
(Jiménez, 2019)
Esta tendencia es producto de los avances tecnológicos que buscan
reducir la dependencia nacional del recurso hídrico y térmico como
fuente de alimentación energética. En el territorio nacional, los
departamentos de Huila, Cauca y Tolima son reconocidos por ser las
fuentes hídricas del país, en la cuenca del Magdalena se tienen
actualmente 43 hidroeléctricas de las cuales 33 están en
funcionamiento. Estos proyectos desvían acuíferos y limitan el
abastecimiento de agua a las comunidades aledañas a estos
megaproyectos. (Vargas Nieto, 2018) Por su parte las fuentes de
energía térmica se ubican principalmente en las zonas del altiplano
cundiboyacense, Santanderes y departamentos del caribe. Por otro
lado, en las zonas suroccidental e insular del país, no se cuentan con
programas que permitan realizar el cambio energético. En la Figura 3 se
presenta un resumen de estos datos.
Figura 3 Mapa de ubicación de centrales de energía en Colombia.
Fuente: (Jaramillo Montoya & Suárez Marín, 2019)
Los sistemas de energía solar alimentados con Celda Fotovoltaica (CF)
en los espacios que se vive, son producto de la evolución constante de
la humanidad para suplir la necesidad básica de iluminación
permanente y así mismo alejarse del que ha sido uno de los mayores
miedos a los que se enfrenta la humanidad como especie, la oscuridad.
Los avances desarrollados hasta el momento permiten una disminución
considerable a los daños ocasionados al medio ambiente en búsqueda
de iluminación y alimentación constante de los entornos, es por ello que,
diversas marcas principalmente en los países avanzados han
desarrollado sistemas de iluminación con energía solar alimentados con
celdas fotovoltaicas para entornos urbanos permitiendo disminuir los
efectos nocivos en la generación y transformación de energía que
alimenta todos los sistemas que componen un metrópoli y en los
entornos rurales, disminuyendo principalmente los costos de producción
generados en el pago de los servicios facturados y garantizando un
fluido eléctrico constante en los procesos agropecuarios.
Sin embargo, en los países que aún no desarrollan esta tecnología; el
sector urbano es el que registra los mayores avances en términos de
políticas públicas e inversión. Por otra parte, el sector rural es el más
rezagado en la cobertura y beneficios que estos sistemas ofrecen.
En las últimas décadas en Colombia los sistemas fotovoltaicos
implementados por el gobierno, a través de su Programa del Fondo de
apoyo financiero para la energización de las zonas no interconectadas
(FAZNI) (Minenergía, 2018), ha desarrollado y financiado, como se
demuestra en la Figura 4, sistemas en la que benefician a las
comunidades de los departamentos del Huila, Valle del Cauca, Meta,
Santander, y de la región caribe. También los departamentos de Tolima
y Cundinamarca cuentan actualmente con proyectos en las poblaciones
limítrofes con el río Magdalena (Pupo-Roncallo et al., 2020)
Figura 4 Puntos de generación de energía solar y eólica. Fuente:
(Pupo-Roncallo et al., 2020)
Se evidencia una ausencia de programas de investigación que permitan
el aprovechamiento de la energía solar y eólica en esas comunidades.
2.2.
Sistema de reciclaje de agua lluvia
Existen varias causas que generan el desabastecimiento de agua
potable en grandes partes del mundo como el cambio climático, el
aumento de la población y el número de países que enfrentan
condiciones de escasez de agua. Cuando un país se enfrenta a una
escasez de agua, es decir, experimenta tensión hídrica, significa que el
suministro anual de agua desciende a menos de 1.700 m3 por persona.
Y cuando el agua desciende a menos de 1.000 m3 por persona,
entonces el país tendrá amenaza en su producción de alimentos y
obstaculiza el desarrollo económico. (Cruz & Ignacio, 2016)
Colombia es uno de los países que no escapa a estas causas y se verá
afectada de varias maneras. En especial habrá modificaciones
importantes en el régimen de lluvias, en algunas zonas va a llover
mucho menos de la cuenta de lo usual y en otras zonas lloverá más de
lo normal. (sostenibilidad.semana.com, 2019) En cualquiera de los dos
fenómenos, si se aprovecha en las viviendas el agua lluvia se obtendrá
ventajas, bien sea porque se almacena el agua para un momento de
escasez o bien sea porque el hecho de retener el agua lluvia en las
viviendas ayuda a evitar inundaciones.
Las tecnologías de tratamiento y desinfección de agua para consumo
humano para comunidades en zonas rurales establecidas por parte de
los gobiernos locales son la única fuente de abastecimiento, pero su
baja de calidad y tratamientos necesarios son una problemática, bien
sea por la falta de poder económico o por falta de conocimiento para
lograr desarrollar planes de trabajo, además no se está listo ante
contingencias en momentos de desabastecimiento de un líquido tan
importante en la vida humana. Por esto el gobierno nacional busca
generar un programa para mejorar la prestación de este servicio.
(Malagon, 2019)
Es así como este documento pretende generar y proporcionar ayuda de
índole técnico, para que comunidades de las zonas rurales sean las
menos afectadas en la obtención de este líquido valioso para la salud y
vida humana. Además de ser una ayuda para la irrigación de zonas de
cultivos, lavado de carros y la utilización de agua para las tareas diarias
de un hogar, como el lavado de ropa y sanitarios.
2.2.1.
Componentes de un sistema de aprovechamiento de
aguas lluvias
El primer componente es el techo o la superficie que se utilizara para
capturar el agua lluvia (ver Figura 5), los techos inclinados son los
mejores, ya que, los techos planos recogen más cantidad desechos
contaminantes que los inclinados.
Figura 5 Formas del techo para recolección de agua lluvia.
Como se muestra en la Figura 6 el segundo componente es el sistema
de canales y bajantes que va a trasladar el agua lluvia hasta el sitio
donde se va a almacenar, que por lo general son los tanques.
Figura 6 Sistema de canaleta y recolección
El tercer componente y tal vez uno de los elementos más importantes a
considerar cuando se planifica el aprovechamiento de aguas lluvias, son
los tanques de depósito y su ubicación, los cuales se pueden ubicar
justo debajo del techo (ver Figura 7), también se puede ubicar
enterrados (ver Figura 8), los cuales presenta una ventaja a las casas
que tienen varios bajantes de aguas en distintos puntos de la casa.
Figura 7 Tanque de depósito debajo del techo
Figura 8 Tanque de depósito subterráneo
Una vez reunida el agua en el tanque, se tendrá la necesidad de utilizar
una motobomba para poder utilizar esa agua, ya que no se podrá utilizar
la acción de la gravedad a los puntos de consumo, ventaja que si puede
ofrecer los depósitos elevados.
Cuando se trabaja sobre una vivienda ya construida, los techos no
concentran el agua en un solo punto, muchas veces hay más de una
bajante, eso tiene que ver con que son techos planos en donde hay
sumideros del agua en distintas partes de esa terraza y a la hora de
aprovechar el agua lluvia se decide si se puede aprovechar, recoger e
interceptar toda el agua lluvia o solo concentrarse en una parte de la
casa y no utilizar el resto.
Otro aspecto para tener en cuenta es la forma de interceptar el agua
lluvia, puede ser mediante las canales o también en el piso de la casa
donde muchas veces se concentran todas las bajantes que tiene la
casa, donde se ubica una caja de inspección de aguas lluvias antes de
conducirla al alcantarillado de la red pública. (Martin & Figueroa, 2000)
2.2.2.
Usos del agua lluvia
El agua lluvia recolectada no puede ser consumida de manera
inmediata, ya que es un agua no potable y peligrosa para el consumo
humano. Esta agua está contaminada por partículas de contaminación
del medio ambiente, adicionalmente en los techos se depositan
cantidades de polvos, hojas de árboles, basuras y desechos fecales de
animales, que
Por estas razones se debe tener claro cuál es el uso que se le dará a al
agua lluvia. En todos los casos se debe descartar la primera tanda de
agua recolectada, pues esta ayuda con la limpieza de los techos de
suciedades y contaminantes anteriormente expuestos, esta labor se
realiza antes de que entre al tanque de almacenamiento.
Si el uso que se le va a dar al agua no implica un riesgo para la salud
humana, como la utilización en inodoros, lavar los pisos, regar jardines,
lavar carros, fachadas de casas, entre otros, será suficiente con el
descarte de la primera limpieza del agua, pero si se destinara el agua
para el lavado de ropa, es conveniente tener como mínimo un filtro
adicional o básico. Por otro lado, si se va a utilizar para lavado de
alimentos, cocción de estos y consumo de esta agua, habrá que tratarla
con un proceso de filtrado más complejo.
2.2.3.
Filtro de arena y cloración para obtención de agua potable
La primera parte de la instalación de filtro será en la parte superior del
tubo o bajante con el cual se hace la recolección del agua lluvia, se
coloca una malla que permita aislar los primeros solidos gruesos,
contaminantes y suciedades que puedan venir del techo, tal como se
muestra en la Foto 2.
Foto 2 Filtro en bajantes
En segunda instancia en la parte inferior del tubo que realiza la
recolección de agua lluvia, se instalara un tapón con rosca (ver Figura
9), el cual permite retirar los sedimentos que allí queden depositados y
a la vez realiza un segundo filtro del agua (esta todavía agua todavía no
puede ser utilizada para el lavado de ropa).
Figura 9 Tapón de rosca
Para realizar el filtro de arena se utilizará un tanque pequeño, tomar guia
de la Figura 10, al cual se le realiza dos orificios, uno en la parte inferior
que conecta al tanque de almacenamiento y el otro arriba para poder
transportar el agua a un tanque de cloración.(Solarte Cabrera et al.,
2016)
Figura 10 Modelo de tanque de almacenamiento de agua lluvia.
2.3.
Sistema de reutilización de material orgánico para
producir compost
La guía técnica colombiana GTC 24 propone pautas para la separación
en la fuente de residuos sólidos con intención de una gestión integral y
el aprovechamiento de estos. Con acciones como la recolección,
transporte y separación, podrán reincorporarse al ciclo económico y
productivo mediante procesos como la reutilización, el reciclaje,
compostaje, entre otros. (Icontec, 2009)
Aun cuando esto es una problemática actual y está reglamentado en
Colombia con el Decreto 1713 de 2002, Decreto 1505 de 2003 y la
Resolución 2184 de 2019, del Ministerio de Ambiente. Y en el ámbito
internacional la ONU propuso los 17 objetivos de desarrollo sostenible,
en donde los objetivos 12 y 13 hablan sobre la producción y consumo
responsable y la acción por el clima, respectivamente. La realidad es
muy diferente a lo que debería estar pasando. En Colombia se
generaron más de 11.000.000 de toneladas de residuos sólidos para el
2018 y de este total tan solo se recicla un 17%. (Colprensa, 2019) Como
se ve en la Figura 11, se establece la cantidad de toneladas de basura
promedio generadas por departamento al día, las regiones donde más
se genera basura son aquellas que tienen ciudades principales y por lo
tanto acopian mayor densidad poblacional.
Figura 11 Toneladas de residuos sólidos promedio por día. Fuente:
(Superservicios et al., 2019)
Una vez ha sido recogidos los residuos sólidos, se transportan y
terminan en los diferentes tipos de sistemas de disposición final. Como
los rellenos sanitarios, de estos hay 168 en el país y como se ve en la
Figura 12, más del 60% tienen una expectativa de vida inferior a 10 años
o ya vencida. (Superservicios et al., 2019)
Figura 12 Vida útil de los rellenos sanitarios.
Basado en esto, para 2030 sólo estaría vigente un tercio de los sistemas
actuales y aunado a un crecimiento poblacional de aproximadamente
7% (Pirámide poblacional Colombia, 2019), se sobreviene una crisis
ambiental en torno a la disposición de residuos sólidos.
Sin embargo, la solución puede ser asequible de implementar, cumple
con la normatividad vigente y desarrollar sistemas de disposición final
sostenibles. Está inicialmente adopta el código de colores de las
canecas o bolsas de basuras de manera doméstica, donde se disponga
los residuos mediante 3 colores que son: El blanco para los
aprovechables, el negro para los no aprovechables y el verde para los
orgánicos biodegradables. (Icontec, 2009) Para saber específicamente
qué debe ir en cada color, revise la Figura 13.
Figura 13 Código de colores para la separación de residuos sólidos
en la fuente
Ahora bien, aun cuando la parte de los residuos aprovechables podría
ser parte del sistema bajo estudio, lo que se busca es el
aprovechamiento de los residuos orgánicos, mediante el proceso
llamado compostaje, el cual es una opción viable para reducir la
cantidad de desperdicios orgánicos generados en las casas.
El compostaje es un “Proceso biológico controlado que permite la
degradación y estabilización de la materia orgánico por la acción de
microorganismos”. (Icontec, 2009) Este proceso toma el material
orgánico que fue separado para ser “tratado y transformado en un nuevo
producto, mediado por microorganismo en abono orgánico y que puede
ser utilizado como fertilizante en la agricultura, garantizando la
deposición segura de estos materiales”. (Ferreira et al., 2018) Las
condiciones básicas de un compost se establecen en la Figura 14.
Figura 14 Modelo base del proceso del compostaje
En este proceso, es importante tener en cuenta 6 factores para que el
proceso se lleve a un buen término, los cuales son la temperatura, la
humedad, la aireación, el PH, la relación Carbono/Nitrógeno y los
microorganismos. Los cuales deben ser constantemente medidos y
analizados, pues la interacción de cada uno de ellos define las etapas
importantes dentro de la labor del compostaje que son Mesófila I,
Termófila, Mesófila II y Maduración (ver Figura 15). (Ortiz et al., 2018)
Figura 15 Relación de factores del compost y su etapa
2.3.1.
Fabricación compostaje casero.
Para lograr cumplir con el proceso se puede disponer de una
compostera, que puede ser desde un tanque de agua, hasta una
estructura de madera, lo fundamental es que pueda ser una estructura
que pueda maniobrarse de manera fácil, un ejemplo se encuentra en la
Figura 16. La idea base es lograr hacer una lasaña con tres los
componentes principales el material vegetal seco, los residuos
orgánicos (Ferreira et al., 2018) y acompañarlos con aceleradores
(como cerveza reposada, agua con vinagre y hasta orina) que apoyen
al desarrollo de la degradación de los elementos.
Figura 16 Diseño compostera. Fuente: (Ortiz et al., 2018)
Fuente: Guía técnica.
El compost debe ser movido para motivar el paso del oxígeno,
inicialmente se hace cada 3 días, pero conforme pasa el tiempo la
periodicidad debe extenderse, hasta llegarlo a hacer cada 10 día.
(efecto del compost). Para comprobar el estado ideal del compost, se
puede hacer una prueba manual de puño (ver Figura 17), donde se debe
tener el balance ideal de humedad.
Figura 17 Prueba del puño para compost. Fuente: (Ortiz et al., 2018)
Después de un tiempo y cuando se logra la degradación de la mayor
parte de los residuos, se tamiza y se separa para ser utilizado como
abono para la tierra en siembras. (Ferreira et al., 2018)
3.
Resultado o discusión
3.1.
Energías renovables
La creciente demanda de energía eléctrica producida por los avances
tecnológicos propicia la investigación y desarrollo de sistemas alternos
como los solares o eólicos que permitan generar energía eléctrica
minimizando los impactos ambientales que se pueden ocasionar por el
desvió y captación del recurso hídrico, lo cual genera un
desabastecimiento en la cadena alimenticia y productiva de las
comunidades que residen en las riveras de los ríos en Colombia.
En Cundinamarca, el desarrollo de estas fuentes alternas de generación
y transformación de energía permiten disminuir la cantidad de horas sin
servicio eléctrico que pueden presentar las fuentes de alimentación
convencionales, en el año 2016 la Superintendencia de Servicios
Público Domiciliarios realizó una medición de horas promedio por año
de los prestadores de servicios en todo el país, los resultados
evidenciaron que Cundinamarca, como lo muestra la Figura 18 la
Empresa de Electricidad de Cundinamarca (ECC) se ubica cuarta en la
lista de los peores prestadores de servicio energético con un promedio
de interrupción anual de 73 horas. (García et al., 2018)
Figura 18 Calidad energía eléctrica Colombia. Fuente: (Periodico de
Chía, 2017)
Es por esta razón, que los sistemas fotovoltaicos y eólicos son un
elemento que permitiría cerrar brechas entre la calidad y prestación del
servicio de energía del Departamento de Cundinamarca principalmente
con el de Bogotá, teniendo en cuenta que la capital es dependiente de
los municipios de la sabana y sus alrededores. Y también permitiría
mejorar los indicadores de prestación del servicio frente a otros
departamentos limítrofes, Boyacá, Tolima y Meta.
3.2.
Reutilización agua lluvia
El aprovechamiento del agua lluvia es una opción técnicamente viable,
que requiere de una inversión inicial que puede llegar a ser
financieramente asequible y genera una alternativa de ahorro de agua.
contribuyendo a los temas ambientales. Específicamente puede tener
un impacto en temas ambientales al oxigenar las fuentes hídricas y su
consumo y utilización inconsciente y desmedido; impacto social al dotar
de una alternativa a las regiones de poca accesibilidad para el
abastecimiento de agua; e impacto económico con un sistema que
provee agua de manera autónoma y genera ahorro en el consumo y por
lo tanto en el pago del servicio público.
3.3.
Reciclaje residuos sólidos orgánicos
Basado en los revisado sobre el compostaje y teniendo en cuenta la
problemática por la mala disposición de residuos sólidos en Colombia,
se hace necesario hacer un estudio de caso con la aplicación del
sistema de compostaje para vivienda rural. Inicialmente con el fin de
comprobar las bondades del compostaje y ejecutar el proceso
estudiado, pero más allá de eso, se debe identificar las necesidades,
preguntas y problemas que pueda hacerse las personas de las zonas
rurales y así, poder tener un conjunto de soluciones no técnicas, que
apoyen la gestión y la buena culminación del compostaje.
Ahora bien, como se dijo anteriormente, este proceso puede ser
asequible de implementar y generar eficiencia en los residuos sólidos
generados, sin embargo, es necesario un compromiso de los expertos
en el tema para la educación de esta ciencia y también de la ciudadanía
para apropiarse de la metodología y contribuir con la solución de la
problemática.
4.
Conclusiones
➢ En cuanto a la energía fotovoltaica y eólica estas son una alternativa
importante para no depender al 100% de las hidroeléctricas como
actualmente está pasando en Colombia
➢ Para el desarrollo de proyectos de energía renovables se debe tener en
cuenta que la capital y el departamento son recíprocos en sus
necesidades de utilización de energía.
➢ Con sistemas de autosostenibilidad en las casas, podemos mejorar la
convivencia y la economía de nuestros hogares
➢ Se puede motivar a incentivar la obtención del agua de forma gratuita y
no se debe cobrar, pues es un regalo de la naturaleza,
➢ Para empezar cualquiera de los proyectos mencionados hace falta un
poco de iniciativa y así poder contribuir a mitigar los efectos del cambio
climático que tanto aquejan hoy en día al planeta.
➢ El compostaje es una forma de reutilizar una proporción importante de
la cantidad de residuos sólidos que van a los rellenos sanitarios.
➢ Para poder hacer el proceso de compostaje es necesario un
acompañamiento continuo en su implementación inicial de expertos en
el tema, con el fin de responder preguntas de las personas y generar un
resultado enriquecedor.
5.
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