Шегувам се, това е риторичен въпрос, аз ще си кажа така или иначе. Can’t stop the infodump.

Това е блог пост за строителния сектор, употребата и производството на енергия, въглероден отпечатък, микроводораслите като възможен game changer и още нещо.

Tl;dr версия: употребата на микроводорасли като част от фасадна обшивка в градска среда може да намали и/или елиминира енергийния и въглероден отпечатък на новопостроените сгради.

Не се прави защото в момента е (сравнително) скъпо, инвеститорите не обичат скъпо и поддръжката иска мисъл и отдаденост.

Ситуацията в момента накратко:

Сградите – в най-голямата си част за ОВК(отопление, вентилация, климатизация) – представляват значителен дял от глобалното енергопотребление(42%), и в същото време носят немалка вина за отделените парникови газове(35%).

Част от тези негативи могат да бъдат намалени като се подобри фасадната обшивка и се употреби разумно слънчевото греене.

Защо това е нужно и належащо?

Защото през 20 век човечеството се е учетворило, увеличавайки икономическия си и енергиен отпечатък. Говорим за 12 пъти по-голяма употреба на изкопаеми горива и 9 пъти по-голяма употреба на вода; за 8-кратен растеж на  изкопаемите и 23-кратен на минерали и дървен материал.

Човечеството е напът да изяде земята.

Къде се наместват микроводораслите в тая ситуация? Радвам се, че попитахте,  ей сега ще ви кажа.

Микроводораслите – и те като хората – много обичат слънчева светлина, да ядат и да се размножават.

За разлика от нас, обаче, обичат въглероден двуокис и виреят чудесно във всякакви полутоксични среди.

п.п. „Микроводорасли“ и „водорасли“ да се четат взаимозаменяемо по-надолу.

Какво значи това за възможната им употреба за споменатите по-горе енергийни нужди и въглероден отпечатък?

Значи, че отглеждани при подходящи условия, размножили те се микроводораслите могат да бъдат извлечени и преработени за създаването на био горива, мазнини, торове и дори хранителни продукти за животни.

Микроводорасли могат да бъдат отgлеждани по няколко начина, като индустриално това се постига в биореактори от затворен(по-скъпи, но заемащи по-малко пространство) и отворен тип(по-евтини, но заемащи повече пространство, риск от замърсяване на културата).

Възможните ползи от подобни процеси са много, но в контекста на строителството и фасадните обшивки ползите се изразяват във вида на производството на достатъчно големи количества микроводорасли, за да бъдат употребени за производство на енергия.

В случая на нашата дипломна работа се постига чрез:

1. намаляване на нужната енергия чрез новоизградената засенчваща тръбна система на цялата фасада и част от покрива;
2. балансиране на енергопотреблението чрез производството на микроводорасли в така изградения биореактор и преработката им в биогориво.

Някои ограничаващи фактори:

1. максимална дълбочина/диаметър на биореактора от < 0.5м, за да се осигури достатъчно светлина за развитие на културата
2. местни климатични условия – обуславящи избор на подходящ вид микроводорасли
3. ограничена площ (фасада и покрив на сградата)
4. осигуряване на достатъчно светлина и хранителни вещества, вкл. въглероден двуокис (CO₂).

Нашето решение:

Проектираната система за производство е съставена от две части – една на фасадата, видима за публиката и обитателите на сградата – за абсорбиране на слънчева радиация и производство на микроводорасли чрез фотосинтеза.

Другата част е скрита, на ниво -1 на сградата – тя осигурява фунционалността на видимата част – за задвижване на водораслите, обогатяването им с хранителни вещества, входящ CO₂ и извличане на излишната биомаса.

Микроводораслите започват пътешествието си из системата от Централната Газообменна Колона(ЦГК), продължават по клъстерите (вертикално разположена поредица от  тръби) поставени по фасадата, където абсорбират падащата светлина, продължат да се възпроизвеждат и се връщат отново в ЦГК, където се осъществява и входа на CO₂ и извода на O₂.

За да се поддържа почти постоянна скорост на растеж, температурата в бульона от водорасли се поддържа на нива оптимална за растежа на водораслите.

Скоростта на извличане на микроводораслите(степен на разреждане) трябва да съответства на средна специфична скорост на растеж на избраните водорасли, за да се осигури постоянна клетъчна плътност и постоянен обем в системата.

За да се осигури постоянство на растежа на водораслите, се предвижда осветителна система за времето от деня без естествена слънчева светлина – светодиодните “спотове” излъчват светлина със специфична дължина в инфрачервения спектър подпомагаща фотосинтезата и размножаването на микроводораслите.

Разбира се, на теория всичко това звучи чудесно. Но трябваше и да докажем идеята си. И тук идва ред на проектиране, симулации и безкрайно количесто часове инвестирани в подобрения, задраскани поради непрактичността или времеемкостта си идеи, кафе, калкулации, още симулации и четене на още научни статии.

Сред основните сметки и фактори:

– дневно енергопотребление на сградата – офиси + хотелска част със съответните им нужди за отопление, вентилация, ел. уреди и т.н.

– слънчево греене  на избраната фасада и част от покривното пространство.

Сред основните симулации:

– годишно енергопотребление на сградата на база горните фактори и историческа информация за метеорологичните условия в района за последните 50+ години

– количество нужни клъстери тръби за произдоството на съответният обем микроводорасли, за да се балансира енергопотреблението.

234 – толкова вертикални тръби по цялата фасада ни трябваха, за да покрием енергийните нужди.

Т.е. около 2/3 от цялата фасада или с около 1/3 повече отколкото ни се искаше да са нужни. Което от своя страна породи споменатата по-горе употреба и на покривното пространство. И нуждата от още симулации.

Разбира се, покривайки голяма част от фасадата с тръби, в които се размножават зелени микроводорасли, трябваше да изследваме и как това ще повлияе на обитателите в сградата, ще имат ли достатъчно светлина, за да се чувстват добре и да извършват ежедневните си дейности без пречки.

Още няколко (десетки) симулации по-късно – дневна и годишна слънчева светлина; намаляване на броя тръби, групирайки ги в различни клъстери на различните групи етажи в зависимост от слънчевото греене във височина; изследване на засенчването с различен брой тръби и количество микроводорасли(различна прозрачност на водорасления бульон); с нискостоящо и високостоящо слънце…

Както можете да предположите, пропускам стъпки и детейли в обяснението си – най-вече зачеркнатите идеи; физиката около движението на водорасления бульон; скуката около разходите и мислите за поддръжка и работа на системата; за това как и колко често могат да бъдат употребявани отпадните води от препарати за захранване на микроводораслите; първоначалния карбонов отпечатък и неговото покриване в годините на експлоатация и разни други неща, които дори на мен не ми се препрочитат в момента.

Произведеното в крайна сметка количество микроводорасли еквивалентно отговаря на ~26 MWh/y, докато енергопотреблението на сградата е ~31 MWh/y. Т.е. потенциалната произведена енергия покрива ~85 % от нуждите на сградата.

Проблемите и защо такива проекти не се осъществяват?

Основните проблеми са два:

1. висока първоначална инвестиция (затворените биореактори са скъпи)
2. последваща поддържа – вкл. чистене, подмяна на уплътнения и т.н.

Т.е. пари и … още пари.

Няколко осъществени в миналото проекта:

1. BIQ (Bio Intelligent Quotient) / SOLARLEAF, Hamburg, Germany

• • Панелна система, изцяло пълна с микроводорасли

2. Algae Facade, North Carolina, USA

• • Панелна система с участъци без микроводорасли

3. Bio-curtain / Synth.Etica, London, UK

• • Модулна система с участъци без микроводорасли

Цялата дипломна работа може да бъде намерена ето тук, но ще иска акредитация.

Ако ви се чете допълнително, пишете ми на hello at zmeyche dot com, ще ви пратя списък със статии.

 

Ако искате да подкрепите кофеиновата ми зависимост и консистентното споделяне на информация и топли думи можете да ме подкрепите в ko-fi.