Jednym z elementów wystawy „Engineering the World: Ove Arup and the Philosophy of Total Design” – odbywającej się w Muzeum Wiktorii i Alberta w Londynie i przedstawiającej najważniejsze dotąd realizacje globalnej firmy Arup – jest fotobioreaktor SolarLeaf. Zielona fasada budynku, w której hoduje się mikroalgi i która wytwarza energię cieplną, pozostawiła daleko w tyle wszystkie inne produkty, prototypy i koncepty prezentowane na tegorocznym London Design Festival. 

SolarLeaf to modułowy fotobioreaktor (ang. photobioreactor, PBR) służący do produkcji energii cieplnej i mikroalg. Panel mocowany do elewacji budynku składa się z czterech szyb. Zewnętrzne warstwy izolacyjne wypełniono argonem.

Między warstwami izolacyjnymi znajduje się przestrzeń wypełniona 24 litrami wody pitnej i pożywką hodowlaną, przygotowanymi do rozwoju zielonych mikroalg, czyli jednokomórkowych organizmów nie większych od bakterii. Mikroalgi wykorzystują w procesie fotosyntezy światło słoneczne, dwutlenek węgla, azot i fosfor do budowy biomasy. Ta może być wykorzystywana m.in. jako odnawialne źródło energii.

Do wewnętrznej warstwy fotobioreaktora SolarLeaf, w której rozmnażają się mikroalgi, w specjalnym obiegu dostarcza się substancje odżywcze i dwutlenek węgla. W takim środowisku mikroalgi rozmnażają się do dwóch razy dziennie, co oznacza, że w ciągu doby mogą powiększyć swoją biomasę nawet czterokrotnie. Jeden gram suchej masy mikroalg zawiera od 23 do 27 kJ energii.

Film zamieszczony przez użytkownika TrendNomad.com (@trendnomad) 20 Wrz, 2016 o 2:33 PDT

Aby algi nie tworzyły zawiesiny ani nie opadały na dno, płyn znajdujący się w panelu SolarLeaf jest bezustannie mieszany. Służy do tego osobna instalacja wpompowująca co kilka sekund do fotobioreaktora sprężone powietrze. Gaz przemieszczający się z dużą prędkością oraz plastikowe granulki pływające w cieczy zapobiegają osadzaniu się mikroalg na powierzchniach panelu i powstawaniu zanieczyszczeń.

W tym samym czasie, w którym zachodzi proces fotosyntezy, panel SolarLeaf – niczym typowy kolektor słoneczny – gromadzi w cyrkulującym płynie energię cieplną.

Biomasa i energia cieplna wytworzone przez panele SolarLeaf trafiają do serca budynku BIQ – pomieszczenia, w którym system automatycznie odseparowuje mikroalgi od cieczy oraz zarządza energią cieplną.

Biomasa trafia do pojemnika, w którym utrzymywana jest właściwa temperatura. Większość płynu, od którego oddzielono zielone algi, trafia z powrotem do obiegu połączonego z panelami PBR. Tylko niewielką ilość cieczy odprowadza się do kanalizacji.

Ciepło gromadzone przez panele SolarLeaf wykorzystuje się do ogrzewania pomieszczeń budynku oraz podgrzewania wody bieżącej. Nadmiar energii cieplnej jest magazynowany w solankowym wymienniku ciepła o głębokości 80 m.

Biomasa wyhodowana w panelach SolarLeaf trafia do biogazowni. Tam uzyskuje się z niej metan. Procesu wytwarzania metanu z biomasy nie można przeprowadzać wewnątrz budynków mieszkalnych – zarówno ze względów technologicznych, jak i uwarunkowań prawnych.

Zaletą biomasy jest to, że można z niej wytwarzać zarówno energię cieplną, jak i elektryczność. Biomasa jest praktycznie bezstratnym, naturalnym magazynem energii.

Hodowla mikroalg w pionowych panelach elewacyjnych SolarLeaf ma jeszcze tę zaletę, że nie trzeba na nią przeznaczać dodatkowych gruntów. Do tego warunki atmosferyczne nie mają nadmiernego wpływu na jej funkcjonowanie – system działa przez cały rok. Temperatura wewnątrz panelu PBR utrzymuje się poniżej 40 stopni Celsjusza latem i powyżej 5 stopni Celsjusza zimą.

Panele SolarLeaf o łącznej powierzchni niemal 200 mkw. zainstalowane na budynku mieszkalnym BIQ wytwarzają w ciągu roku około 4,5 tys. kWh energii elektrycznej – to nieco więcej, niż wynosi zapotrzebowanie przeciętnego gospodarstwa domowego na prąd (3,5 tys. kWh rocznie). W budynku BIQ mieści się 15 mieszkań, a zatem tylko dla ułamka z nich wystarcza elektryczności pochodzącej z wewnętrznego, odnawialnego źródła.

Jednak znacznie więcej mieszkań w budynku BIQ może być ogrzewanych dzięki działaniu fotobioreaktorów. Panele SolarLeaf wytwarzają 6 tys. kWh energii cieplnej rocznie – taka ilość ciepła wystarcza do ogrzania czterech, czyli niemal 30 proc., mieszkań mieszczących się w budynku BIQ.

Oprócz budynków mieszkalnych fotobioreaktory fasadowe SolarLeaf można stosować na nowo budowanych, jak i na istniejących już budynkach o przeznaczeniu przemysłowym, handlowym czy biurowym.

Panele SolarLeaf powstały w efekcie trzyletnich prac badawczych i rozwojowych prowadzonych przez firmy Colt International, Strategic Science Consult of Germany (SSC Ltd) i Arup.

Wystawę pt. „Engineering the World: Ove Arup and the Philosophy of Total Design” można oglądać w Muzeum Wiktorii i Alberta w Londynie do 6 listopada br. Zdjęcia i filmy przedstawiające wiele innych projektów prezentowanych w ramach London Design Festival, który trwał od 17 do 25 września br., znajdują się na moim koncie na Instagramie.

Zdjęcie główne: IBA-Hamburg GmbH/Johannes Arlt.

Doceniasz pracę, którą włożyłem w wyjazd na London Design Festival i przygotowanie powyższego materiału o panelach SolarLeaf? Może chcesz postawić mi za ten artykuł symboliczną kawę? Gdziekolwiek jesteś, możesz mi przekazać dowolną kwotę ze swojego konta PayPal lub karty kredytowej.

Wszystkie zebrane darowizny przeznaczam na finansowanie wyjazdów na targi, festiwale i konferencje o dizajnie i nowych technologiach – to na nich odkrywam tematy opisywane na blogu. Aby dokonać bezpiecznej transakcji, wystarczy kliknąć znajdujący się niżej przycisk. Dziękuję za wsparcie, odwdzięczę się kolejnymi materiałami, których nie znajdziesz w innych mediach.