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Premier système de façade au monde à cultiver des micro-algues pour générer de la chaleur et de la biomasse en tant que sources d'énergie renouvelables.
SolarLeaf
La technologie des façades continue de progresser, et l'Arup est à la pointe de cette évolution. L'un des principaux domaines de développement est la conservation et la production d'énergie renouvelable à partir de façades bio-réactives, comme le montre notre façade SolarLeaf.
Une première mondiale
Dévoilée en tant que projet pilote lors de l'International Building Exhibition (IBA) à Hambourg en 2013, la première conception de façade bio-réactive au monde génère de l'énergie renouvelable à partir de la biomasse algale et de la chaleur solaire thermique. Le système intégré, adapté aux bâtiments neufs et existants, a été développé en collaboration par Strategic Science Consult of Germany (SSC), Colt International et Arup.
La biomasse et la chaleur générée par la façade sont transportées par un système en boucle fermée jusqu'au centre de gestion de l'énergie du bâtiment, où la biomasse est récoltée par flottaison et la chaleur par un échangeur de chaleur. Totalement intégrée aux services du bâtiment, la chaleur excédentaire des photobioréacteurs (PBR) peut contribuer à fournir de l'eau chaude, chauffer le bâtiment ou être stockée en vue d'une utilisation ultérieure.
Les multiples avantages de la biomasse
La biomasse peut être utilisée pour la production d'électricité et de chaleur et peut être stockée sans perte d'énergie. La culture de microalgues dans des panneaux plats ne nécessite pas d'utilisation supplémentaire des terres et n'est pas trop affectée par les conditions météorologiques.
Le carbone qui alimente les algues peut provenir de n'importe quel processus de combustion (comme la chaudière d'un bâtiment voisin), ce qui permet d'obtenir un cycle court du carbone et d'empêcher les émissions de carbone de pénétrer dans l'atmosphère et de contribuer au changement climatique.
Comme les microalgues absorbent la lumière du jour, les bioréacteurs peuvent également être utilisés comme dispositifs d'ombrage dynamiques. La densité cellulaire à l'intérieur des bioréacteurs dépend de la lumière disponible et du cycle de récolte - plus il y a de lumière du jour, plus les algues poussent et plus le bâtiment est ombragé.
Projet pilote à grande échelle
La première façade SolarLeaf a été installée sur la maison BIQ à l'IBA de Hambourg en 2013. 129 bioréacteurs de 2,5 m x 0,7 m ont été installés sur les côtés sud-ouest et sud-est du bâtiment résidentiel de quatre étages. Fonctionnant comme une façade secondaire, SolarLeaf couvre environ un tiers de la demande thermique totale des 15 unités résidentielles de la maison BIQ.
Fonctionnement de la façade SolarLeaf
Les photobioréacteurs plats sont très efficaces pour la croissance des algues et nécessitent peu d'entretien. Constitués de quatre couches de verre, les deux vitres intérieures forment une cavité de 24 litres où circule le milieu de culture. De chaque côté de ces vitres, des cavités isolées et remplies d'argon permettent de minimiser les pertes de chaleur. La vitre avant est constituée d'un verre blanc antireflet, tandis que la vitre arrière peut comporter des éléments décoratifs.
De l'air comprimé est introduit au fond de chaque bioréacteur à intervalles réguliers, créant des bulles pour l'écoulement de l'eau en amont et des turbulences qui stimulent l'absorption du CO2 et de la lumière par les algues. En même temps, un mélange d'eau, d'air et de petits épurateurs en plastique nettoie les surfaces intérieures des panneaux. SolarLeaf intègre dans son cadre tous les tuyaux de service pour l'entrée et la sortie du milieu de culture et de l'air.
Fonctionnement tout au long de l'année
Le système peut fonctionner toute l'année, avec un rendement de conversion de la lumière en biomasse de 10 % et de la lumière en chaleur de 38 %. En comparaison, les systèmes photovoltaïques ont un rendement de 12 à 15 % et les systèmes solaires thermiques de 60 à 65 %. La température maximale pouvant être extraite des bioréacteurs est d'environ 40 degrés Celsius, car des températures plus élevées affectent les microalgues.
Synergies futures
Notre façade bio-réactive crée des synergies en reliant les services du bâtiment, la distribution d'énergie et de chaleur, les divers systèmes d'eau et les processus de combustion.
La clé d'une mise en œuvre réussie des photobioréacteurs à plus grande échelle est la coopération entre les parties prenantes et les concepteurs. La technologie bénéficie d'une forte collaboration interdisciplinaire, combinant les compétences en matière de conception environnementale, de façades, de matériaux, de simulations, de services, d'ingénierie structurelle et de systèmes de contrôle.
La clé pour comprendre cette intégration est d'avoir une perspective complète des avantages des systèmes pour l'utilisateur, le bâtiment et l'environnement.
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