Zur Internationalen Bauausstellung (IBA) 2013 in Wilhelmsburg bei Hamburg wurde ein Gebäude erstellt, das sich selbst mit Energie versorgt. Das nachhaltige regenerative Energiekonzept wurde von drei Partnern entwickelt (SSC Strategic Science Consult GmbH (Verfahrenstechnik und Prozessführung), Arup Deutschland GmbH [Projektkoordination, Konzeption und Engineering] und Colt International [Design und System- und Komponentenfertigung]).
Das Algenhaus BIQ ist mit einer Bioreaktor-Fassade ausgestattet, in der Mikroalgen gezüchtet, regelmäßig abgeerntet und in Biogas umgewandelt werden. Die Mikroalgen sind äußerst dynamische Organismen. Die Einzeller nutzen das Sonnenlicht für ihr Wachstum und wandeln im Zuge der Photosynthese CO2 sowie Nährsalze um in die so genannte Biomasse, die später als Rohstoff für die Erzeugung von Biogas als Energiequelle für ganz unterschiedliche Anwendungen gebraucht werden.
Dabei sind Mikroalgen effizienter in der Umwandlung von Lichtenergie in Biomasse als andere Pflanzen, denn sie teilen sich bis zu einmal am Tag und verdoppeln damit ihre Biomasse. Ein Gramm trockene Biomasse enthält etwa 23 kJ Energie.
Die Bioreaktoren sind transparente, plattenförmige Hohlkörper, die als Behälter für die Algenkulturen dienen. Diese Elemente sind zur größtmöglichen Ausnutzung des Sonnenlichts an der Gebäudeaußenseite und bilden somit zum einen das Gesicht des Gebäudes von außen betrachtet – von innen liegen sie direkt im Blickfeld der Gebäudenutzer.
Die Reaktoren sind 2,60 m hoch, 0,7 m breit und etwa zwei Zentimeter dick. Der Hohlraum fasst etwa 24 Liter – Raum für das mit Nährsalzen angereicherte „Kulturmedium“, in dem die Algen angesiedelt werden. Jeder Bioreaktor hat einen Zu- und einen Ablauf – auf diese Weise können alle Reaktoren miteinander zu einem zirkulierenden System verbunden werden. Quelle: Colt International GmbH
Damit die Mikroalgen innerhalb des Reaktors nicht absinken, wird das Kulturmedium mittels Druckluft ständig in Bewegung gehalten. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten an den Innenflächen des Bioreaktors verhindern, dass sich die Mikroalgen absetzen oder faulen.
Kontinuierlich wird zudem CO2 in den Reaktor eingebracht, um das Wachstum der Mikroalgen zu fördern. Damit sich das Gas gut im Reaktor verteilt, wurden im Innenraum jeweils drei parallel laufende vertikale Stege angebracht. Sie bilden vier voneinander getrennte Kanäle, durch die das CO2 weit in den Innenraum des Reaktors eingebracht werden kann. Diese Stege geben dem Reaktorkörper außerdem eine markante Optik. Deutlich sieht man, wie das Gas durch die Elemente aufsteigen. Quelle: Colt International GmbH
Die Bioreaktoren werden in Reihe geschaltet, damit das Algen-Kulturmedium zirkuliert. Eine Station des Kreislaufes ist die Haustechnik-Zentrale. Hier können sowohl die Biomasse als auch die Wärme entnommen werden. Die gewonnene Energie wird von der Energiemanagementzentrale gespeichert bzw. verteilt.
Weitere Komponenten des Energiekreislaufs:
Wärmetauscher
Über Tag fungieren die Reaktoren wie solarthermische Absorber: Aufgrund des Lichteinfalls heizen sie sich zusätzlich auf. Im Haustechnikraum wird die Wärme über einen Wärmetauscher abgeleitet und anschließend im oder am Gebäude gespeichert (zum Beispiel mit Erdsolespeicher bzw. PCM-Speicher) oder direkt für die Brauchwassererwärmung genutzt.
Algenabscheider
Die beim Wachstum der Algen entstehende Biomasse wird mit einem Algenabscheider automatisch „geerntet“. Dabei werden die Mikroalgen von dem Kulturmedium getrennt, ein dicker Brei aus Algenbiomasse wandert in einen Sammelbehälter. Das Kulturmedium wird in den Kreislauf zurückgespeist. Die Algenbiomasse kann nun in einer Konversionsapparatur zu Methan (Biogas) umgewandelt werden.
Konversionsanlage
Auf dem Weg der so genannten hydrothermalen Konversion (physikalisch-chemische Konversion im Unterschied zur biologischen Konversion (mikrobielle Fermentation) wird die Algenmasse in Biogas umgewandelt. Dabei liegt die Effizienzquote bei 70 bis 80 Prozent. Das Biogas kann entweder ins öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden, zur Betankung von Erdgas-Autos oder in Blockheizkraftwerken genutzt werden.
Zu- und Abluftleitungen
Für die kontinuierliche Umwälzung des Kulturmediums in den Bioreaktoren wird Druckluft zugeführt (Leitungsdurchmesser ca. 25mm). Sie funktioniert ganz ähnlich wie bei ETFE-Kissen.
Energie-Management-Zentrale
Eine automatisierte Prozess- und Anlagenführung ermöglicht die kontinuierliche Kultivierung der Algen, koppelt sie bei minimalem Unterhaltungsaufwand mit deren Ernte und Verwertung. Die hierfür benötigte zusätzliche Technik kann als „plug-in“ in standardisierte Haustechniklösungen integriert werden. Die Wasserversorgung und die Entsorgung der Bioreaktoren erfolgt über das städtische Frisch- und Abwassersystem. Über die Energie-Management Zentrale erfolgt auch die vertikale und horizontale Ausrichtung der Bioreaktor-Fassade um die Produktion von Wärme und Biomasse, aber auch die Funktionalitäten Wärme-, Hitze- und Lichtschutz sowie Schalldämmung zu steuern. Die Steuerungstechnik entspricht einem gängigen Standard.
Quelle: Colt International GmbH