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Bioreaktoren und Biomassespeicher

Photovoltaik ist als Anwendung zur Gewinnung solarer Energien von unseren Gebäuden nicht mehr weg zu denken. Ob integriert in die Fassade, oder in der Dachfläche, finden sich PV-Zellen in allen Bereichen unserer gebauten Umwelt (siehe Abb. 1-2: Akademie des Landes NRW, Mont Cenis in Herne). Ein Nachteil der Sonnenenergienutzung mit PV-Zellen ist die „einstufige Wandlung“ der Energie, d.h. sie muss direkt bei ihrer Entstehung genutzt oder gespeichert werden. PV-Zellen produzieren bei Sonneneinstrahlung direkt und dauerhaft Spannung, unabhängig vom tatsächlichen Verbrauchsbedarf. Somit ist es nicht möglich einen Energie-Peak mit dem notwendigen Verbrauchs-Peak in Übereinstimmung zu bringen. Wird die gewonnene Energie nicht direkt am Gebäude verwendet, ist die Speicherung problematisch, da entsprechend sinnvolle (und leistungsfähige) Speichermedien heute noch fehlen. Das öffentliche Stromnetz wird dann als Speicher genutzt, dies wird aber in Zukunft nicht mehr ausreichen, um die anfallenden Strommengen „zwischenzulagern“.

Algen, bzw. Mikroorganismen sind eine Alternative zur Gewinnung von Biomasse für die Nutzung der Sonnenenergie. Ihr Vorteil liegt in der zweistufigen Wandlung der Energie: D.h. sie ermöglichen eine Speicherung der Sonnenenergie im autarken System über den Organismus selbst. Während bei der PV die Energie direkt in Form von Strom verwendet werden muss, speichert die Alge die Sonnenenergie in sich – sie ist ein Lebendspeicher. Dies ermöglicht es die Energie dann abzurufen, wenn sie benötigt wird. Die „Energieernte“ läuft in den verschiedenen Systemen unterschiedlich ab.

Bei den geschlossenen Systemen entsteht beispielsweise Wasserstoff als Energieträger, der dann extrahiert werden kann. Bei den offenen Systemen werden die Algen geerntet und über einen weiteren Schritt zu (thermischer) Energie verwandelt. Es ist also eine indirekte Nutzung der Sonnenenergie. Andere Systeme nutzen die Niederspannung, die bei der Zersetzung der Organismen durch Bakterien entsteht. In sogenannten Bioreaktoren werden diese Zersetzungsprodukte in einer mikrobiellen Brennstoffzelle (auch Bio-Brennstoffzelle) in elektrische Energie gewandelt. Es werden Überlegungen hinsichtlich der Nutzung von Klärwässern angestellt, die durch einen solchen Prozess wertvolle Energie liefern könnten. Der Stand der Technik ermöglicht heute schon die gezielte Züchtung und Nutzung von bestimmten Grün-Algen, die dann in solchen Biomasse-Kraftwerken verwendet werden können. Von einer Fassadenanwendung sind diese Nutzungen noch etwas weiter entfernt.

In der Architektur finden die Algen derzeit immer öfter in Entwürfen und Projekten Verwendung. So haben 2008 Thomas Raymond und Cyrille Berger ein Konzept zur flächigen Nutzung eines Biomasse-Kraftwerks in der Lagune von Venedig vorgestellt – Drip Feed, Venice Lagoon Park. Ebenso hat sich Jan Wurm (vom Büro Arup-Materials Consulting, Berlin), in Zusammenarbeit mit den Planern von Splitterwerk aus Graz, für den Entwurf eines Fassaden integrierten Photobioreaktoren (PBR) mit der Nutzung dieser grünen Energie beschäftigt – Smart Treefrog, Projekt im Wettbewerb „Smart Material House“ für die IBA 2013 in Hamburg. Hierbei ist zu bemerken, dass durch die Einbindung von Röhren, Schläuchen, Speichern und Flüssigkeiten auch das Ornament eine Renaissance in der Architektur erleben kann (siehe Abb. 3 - 5: Jan Wurm, Algenfassade). Aber auch hier befindet sich die Technologie erst in der Erforschungs- und Entwicklungsphase.

Surftipps

www.buildingbuilding.org
PDF zu Venice Lagoon Park
www.arup.com