Аналоги

Как утверждают многие исследователи, использование фотобиореакторов в архитектурных оболочках зданий является одной из наиболее перспективных технологий для создания биосферосовместимых городов, поскольку именно микроводоросли, обладающие наивысшей продуктивностью среди растений, применяются для производства биотоплива третьего поколения. Сравнение сельскохозяйственных культур, показывает, что удельная энергетическая ценность водорослей с 50-процентным содержанием липидов в 15,5 раза выше, чем у самой энергонасыщенной наземной масличной культуры — китайского сального дерева. Однако главным их достоинством является отсутствие необходимости в использовании сельскохозяйственных земель и питьевой воды при культивировании [1].

Проект BIQ House, представленный на международной выставке Hamburg International Building Exhibition 2013, является первым в мире прототипом жилого здания, которое частично обеспечивает своё энергопотребление за счёт водорослей, выращиваемых непосредственно его фасаде. Данный проект является совместной разработкой международной дизайнерской компании Arup, немецкой консультационной компании Strategic Science Consultants (SSC) и австрийской архитектурной компании Splitterwerk Architects. С солнечной стороны дома с целью обеспечения энергетических установок биомассой установлены реакторы с микроводорослями. Они также помогают использовать солнечную энергию для системы отопления. К тому же в жаркий период года прозрачные панели с водорослями защищают внутренние помещения от чрезмерного нагрева.
Рис. 1. BIQ House

Технология использования фотобиореакторов в строительстве изучается многими исследователями уже на протяжении нескольких лет. В их числе - французское архитектурного бюро X-TU, которое при поддержке лаборатории CNRS Gepea из Университета Нанта запустило проект Symbio2. На первом этапе эксперимента предусматривается установка фотобиореакторов на фасаде здания в городе Сен-Назер, рядом с лабораторией Gepea. По мнению разработчиков, использование микроводорослей поможет снизить потребление энергии более чем на 50%. Затем, основываясь на результатах полученных исследований, планируется перейти к промышленной стадии. Она включает монтаж реакторов на мусоросжигательном заводе Alcéade Nantes. Предполагается, что выделяемые при сжигании мусора тепло и CO2 обеспечат оптимальные условия для культивирования водорослей.
Рис. 2. Symbio2

Удельная стоимость 1-го квадратного метра фотобиореакторов выполненных из стекла и стали превышает стоимость солнечных панелей, однако, применение мембранных конструкций из Ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) может существенно удешевить строительство. Примером может служить павильон с интегрированными фотобиореакторами в архитектурную оболочку Urban Algae Canopy, разработанную ecoLogic Studio. Поскольку для получения 1кг биомассы микроводорослей используется 1,83кг СО2, данное инженерное сооружение сможет производить такое же количество кислорода, что и четыре гектара леса, наряду с почти 150 кг биомассы в день.
Рис. 3. Urban Algae Conope

Немаловажным доводом в пользу применения фотобиореакторов является возможность очистки сточных вод, объём которых, по данным ООН, составляет 1 500 км³ в год, причём из них 80% сбрасываются без очистки. Помимо экологического аспекта данная проблема имеет существенные экономические последствия, поскольку на очистку стоков в развитых странах расходуется от 2 до 3% производимой электроэнергии. На решение обеих этих задач нацелен проект OMEGA (от Offshore Membrane Enclosure for Growіng Algae), разработанный в исследовательском центре Эймса (Моффед-Филд, Калифорния, США), при участии NASA [2]. Данная технология предусматривает выращивания пресноводных водорослей в фотобиореакторах, которые представляют собой прозрачные гибкие пластиковые трубки, плавающие на морском шельфе. В процессе роста водоросли очищают стоки, поглощая двуокись углерода и биогенные вещества, выделяя при этом кислород, а избыточная биомасса отбирается и перерабатывается в биотопливо. В настоящее время данные фотобиореакторы испытываются в Сан-Франциско; на них же отрабатываются попутные технологии — в частности совместное выращивание водорослей с культивированием мидий.
Рис. 4. OMEGA


На разработку данного проекта авторов вдохновил уникальный опыт создания биологических систем жизнеобеспечения для длительных космических полётов [3], используя который они стремятся уменьшить возможные технические риски при строительстве крупномасштабных сооружений на Земле.

Использованные материалы

1. Buzalo N., Ermachenko P., Bock T., Bulgakov A., Chistyakov A., Sukhinov A., Zhmenya E., Zakharchenko N. Mathematical Modeling of Microalgae‑mineralization‑human Structure within the Environment Regeneration System for the Biosphere Compatible City. Proceedings of Creative Construction Conference 2014. June 21 – 24, 2014, Prague, Czech Republic.

2. Wiley P., et al. Microalgae cultivation using offshore membrane enclosures for growing algae (OMEGA) // Journal of sustainable bioenergy systems, 2013, 3, 18-34.

3. Григорьев А.И., Сычёв В.Н. Системы жизнеобеспечения космонавтов на основе биосферных механизмов. // Вестник Российской академии наук, 2004, том 74, № 8, с. 675-689.