Водорослевые фасады: фотосинтез как услуга здания

Предложение обольщает: заменить инертное солнцезащитное остекление живой культурой микроводорослей, которая затеняет, поглощает часть углекислого газа и вдобавок наращивает товарную биомассу. Первая демонстрация в масштабе здания в Гамбурге в 2013 году подтвердила, что железо работает. Физика дальше куда менее льстива, и её честное чтение отделяет то, что водорослевые фасады могут, от того, чем их продают.

Что плоские панели делают со светом

Фасадная панель — тонкий плоский фотобиореактор, и плоскость здесь прямой ответ свету. Фотосинтез насыщается при умеренной интенсивности, тогда как полное солнце жестоко: в плотной культуре поглощение по закону Бугера—Ламберта съедает почти весь свет в первых сантиметрах, и внутренние клетки сидят в темноте. Короткий оптический путь держит каждую клетку возле света — отсюда плоские панели и трубки и никогда — толстые чаны. Плата — большая прозрачная площадь, которая обязана оставаться чистой: биоплёнка на стекле незаметно убивает пропускание. Культуру надо ещё и перемешивать, гоняя клетки между светлыми и тёмными зонами, а перемешивание продувает через панель газ — заодно отдувая кислород, который фотосинтез выделяет; при высоких растворённых концентрациях кислород конкурирует с углекислотой за карбоксилирующий фермент, и культура травит сама себя. Температура замыкает список: штаммы любят середину двадцатых по Цельсию, а залитая солнцем стеклянная панель летом уходит куда выше, так что среду приходится охлаждать — и снимаемое тепло есть именно тот солнечный приход, который панель перехватила.

Затенение реально; углерод — поток

Как наружное затенение концепция — здравая физика. Культура перехватывает солнечный свет до того, как он дойдёт до стекла, переводит в биомассу низкие единицы процентов и сбрасывает остальное теплом за пределами контура — динамический фильтр, чью плотность можно вести по сезону. Пилотные фасады сообщают о заметных снижениях холодильной нагрузки именно на этом механизме. С углеродом заявление иное. Фотосинтез — поток, а не сток, и учёт здесь тот же, что у лесов: связанный углерод уходит с убранной биомассой, и если ту сожгут, сбродят или скомпостируют, он просто вернётся. Чистой уборкой фасад становится лишь при долговременном хранении. Да и воздух — плохое сырьё: при 0,04% углекислого газа сколько-нибудь заметное связывание требует продувки чудовищных объёмов, поэтому реальные системы кормят обогащённым газом. Продуктивность фасада — десятки граммов биомассы на квадратный метр в сутки — отвечает килограммам CO2 на здание в день против выбросов здания, измеряемых сотнями килограммов.

Ведомость обслуживания

Культура — не окно. Насосы работают без пауз: осевшие клетки задыхаются; стёкла обрастают биоплёнкой; в культуру вторгаются пастухи и конкуренты; волну жары культура может не пережить; уборка урожая, дозирование питательных сред и стерилизация расписаны навсегда. Здание привыкло, что фасад — единственная система, которая никогда не жалуется: пассивное остекление стоит десятилетия без эксплуатационных расходов, а фасад из фотобиореакторов — распределённый химический завод, развешанный по всем сторонам света, под погодой. Циркуляция и охлаждение жрут электричество круглосуточно, и честные проекты формулируют цель прямо: мощность насосов ниже снятой холодильной нагрузки — формулировка, которая сама признаёт, как близко сидит баланс. У комнатных картриджей тепловой режим легче, но биология та же и конкурент тот же — вентиляционная шахта меняет воздух комнаты за минуты то, на что культуре нужны дни света.