Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung hatte uns zusammen mit Colt International und Strategic Science Consult beauftragt, das weltweit erste bioaktive Fassadensystem zu entwickeln: SolarLeaf wurde im Jahr 2013 auf der Internationalen Bauausstellung in Hamburg als Pilotprojekt vorgestellt.

In gläsernen Bioreaktoren, die mit einem wässrigen Nährmedium gefüllt sind, entsteht aus CO2 und Sonnenlicht Algen-Biomasse und Wärme. Beide Energieträger werden über ein Kreislaufsystem in die Technikzentrale des Gebäudes geleitet und dort über einen Wärmetauscher bzw. einen Algenabscheider entnommen. Die Wärme kann für die Warmwasseraufbereitung und Raumheizung über Radiatoren bzw. Luftheizung, direkt am Gebäude genutzt werden. Ein möglicher Überschuss kann gespeichert werden. Mit der Biomasse erhält man einen wertvollen Rohstoff mit hohem Brennwert, der neben der energetischen Nutzung industriell veredelt und vielfältig genutzt werden kann.

SolarLeaf zeigt, dass Fassaden weit mehr als ein ästhetisches Kleid gegen Regen und Kälte sein können. So bildet die Fotobioreaktorfassade eine neue Möglichkeit zur Gewinnung von erneuerbaren Energien, welche gleichzeitig Kohlendioxid reduziert.

The BIQ House
Das BIQ-Haus in Hamburg, Deutschland, wird die weltweit erste reale Testwohnung für grüne Fassaden mit Mikroalgen. Dieses Video von Arup erklärt die Geschichte des Projekts und die Entwicklung dieser bahnbrechenden Technologie.

Vielfältige Vorteile von Biomasse

Biomasse kann zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt und praktisch ohne Energieverlust gelagert werden. Die Kultivierung von Mikroalgen in Flachplatten-PBRs erfordert keine zusätzliche Landnutzung und wird nicht übermäßig von den Wetterbedingungen beeinflusst.

Der Kohlenstoff, mit dem die Algen gefüttert werden, kann aus einem beliebigen Verbrennungsprozess stammen (z. B. aus einem Heizkessel in einem nahe gelegenen Gebäude), so dass ein kurzer Kohlenstoffkreislauf entsteht und verhindert wird, dass Kohlenstoffemissionen in die Atmosphäre gelangen und zum Klimawandel beitragen.

Da Mikroalgen das Tageslicht absorbieren, können Bioreaktoren auch als dynamische Beschattungsvorrichtungen verwendet werden. Die Zelldichte in den Bioreaktoren hängt vom verfügbaren Licht und dem Erntezyklus ab - je mehr Tageslicht, desto mehr Algen wachsen und desto mehr Schatten wird dem Gebäude gespendet.

Großes Pilotprojekt

Die erste SolarLeaf-Fassade wurde 2013 am BIQ-Haus der IBA in Hamburg installiert. 129 2,5 m x 0,7 m große Bioreaktoren wurden an der Südwest- und Südostseite des vierstöckigen Wohngebäudes installiert. Als Sekundärfassade deckt SolarLeaf rund ein Drittel des gesamten Wärmebedarfs der 15 Wohneinheiten des BIQ-Hauses.

SolarLeaf drawing
Die Kultivierung von Mikroalgen in Flachbildschirm-Photobioreaktoren erfordert keine zusätzliche Landnutzung und ist weitgehend unabhängig von den Wetterbedingungen.

So funktioniert die SolarLeaf-Fassade

Die flachen Photobioreaktoren sind hocheffizient für das Algenwachstum und benötigen nur minimale Wartung. Sie bestehen aus vier Glasschichten, wobei die beiden inneren Scheiben einen 24-Liter-Hohlraum bilden, in dem das Wachstumsmedium zirkuliert. Auf beiden Seiten dieser Scheiben befinden sich isolierte, mit Argon gefüllte Hohlräume, die den Wärmeverlust minimieren. Die vordere Glasscheibe besteht aus weißem Antireflexglas, während das Glas auf der Rückseite dekorative Glaselemente enthalten kann.
In den Boden jedes Bioreaktors wird in regelmäßigen Abständen Druckluft eingeleitet, wodurch Blasen für die Wasserströmung und Turbulenzen entstehen, die die Algen zur Aufnahme von CO2 und Licht anregen. Gleichzeitig wäscht eine Mischung aus Wasser, Luft und kleinen Kunststoffwäschern die Innenflächen der Platten. SolarLeaf hat alle Versorgungsleitungen für den Zu- und Abfluss des Nährmediums und der Luft in seinem Rahmen integriert.

Ganzjähriger Betrieb

Das System kann das ganze Jahr über betrieben werden, mit einem Wirkungsgrad von 10% bei der Umwandlung von Licht in Biomasse und 38% bei der Umwandlung von Licht in Wärme. Im Vergleich dazu haben photovoltaische Systeme einen Wirkungsgrad von 12-15 % und solarthermische Systeme 60-65 %. Die Höchsttemperatur, die aus den Bioreaktoren entnommen werden kann, liegt bei 40 Grad Celsius, da höhere Temperaturen die Mikroalgen beeinträchtigen.

SolarLeaf Mashable video
Beobachten: Mashable Film über die weltweit erste bio-reaktive Fassade, bei der Glaspaneele Mikroalgen kultivieren, um erneuerbare Energie zu erzeugen, die 2013 enthüllt wurde.

Zukünftige Synergieeffekte

Unsere bio-responsive Fassade schafft Synergien durch die Verknüpfung von Haustechnik, Energie- und Wärmeverteilung, verschiedenen Wassersystemen und Verbrennungsprozessen.

Der Schlüssel zur erfolgreichen Umsetzung von Photobioreaktoren in größerem Maßstab liegt in der Zusammenarbeit zwischen Interessengruppen und Planern. Die Technologie profitiert von einer starken interdisziplinären Zusammenarbeit, die Kompetenzen in den Bereichen Umweltdesign, Fassaden, Materialien, Simulationen, Dienstleistungen, Bauwesen und Kontrollsysteme vereint.

Der Schlüssel zum Verständnis dieser Integration liegt in einer umfassenden Sichtweise der Vorteile der Systeme für Nutzer, Gebäude und Umwelt.