Mikroalg içeren ve enerji üretmek için makine öğrenimini kullanan çift cidarlı bina cephesi

Mikroalgler, sucul ortamda gelişen, tek hücreli veya çok hücreli yapıları olan, basit mikroskobik heterotrof veya ototrof fotosentetik canlılardır.¹ Mikroalg içeren makine sistemleri enerji elde etmek amaçlı kullanılabilektedir.

Araştırmacılar yaptıkları çalışmalarda, mikroalg içeren ve enerji üretmek için makine öğrenimini kullanan bir çift katmanlı bina cephesi geliştirdiler. Bu çalışmanın kaynağı, mikroalglerin binalarda uygulanmasının enerji tasarruflu mimariyi karbonu yakalayan, termal yükleri ve enerji taleplerini düşüren sürdürülebilir, yaşayan sistemlere dönüştürmesinin düşünülmesidir. Bu sistemle kendi enerjisini mikroalglerden üretip makine ile kullanabilen ve dışarıdan ek bir enerjiye ihtiyaç duymayan yalıtımlı binaların yapımı sağlanacaktır.²

Çift cidarlı cephelerin temel çalışma prensibi, boşluklu iki cam duvar arasında güneş ışığını emme yeteneği olan ve ısı yalıtımı için gölge sağlayıp mikroalgleri büyütebilen fotobiyoreaktörler sayesinde bina cephesini izole etmektir. Cephelerin tasarımı için geometrik ışın alma parametreleri kullanılır. Katlanmış cepheler, cepheden dışa doğru farklı açılarda kırılan düz panellerle ifade edilir. Paneller binanın güneş ışığını maksimum şekilde alabileceği şekilde optimize edilir. Serbest form cepheler çevre geometrisi, cepheler arası mesafe gibi boyutsal parametrelere bağlı olarak ayarlanır. Bu sayede güneş ışınları birkaç panel üzerine yansır. Çevresel (maksimum/minimum yükseklik) gibi unsurlar binanın aldığı ışınımı etkiler.

Çalışma ek olarak mikroalg fotobiyoreaktörlerin yerleşimi, yönü ve açıları gibi değişkenlerin optimizasyonunu, çevresel etkileri ve cephe geometrisini dikkate alarak değerlendiriyor. Enerji verimliliğini artırmak için bu cephelerde güneşten gelen radyasyonu maksimum düzeyde toplayacak biçimde PBR‘lerin (Fiziksel Tabanlı İşleme ) yerleştirilmesi hedeflenmiştir. Katlanmış cephelerde PBR’lerin yerleştirilmesiyle biyoenerji üretimi %29,6 oranında artırılabilirken, serbest form cephelerde bu artış %14,3 olarak kaydedilmiştir. Özellikle, güney cephelerinde biyoenerji üretimi en yüksek seviyede gerçekleşirken, doğu ve batı cephelerinde daha düşük enerji üretimi gözlemlenmiştir

Güney cepheler, doğrudan güneş ışığına daha fazla maruz kaldığından en yüksek biyoenerji üretimini sağlamıştır. Doğu ve batı yönelimlerinde ise güneş ışığının açısının değişmesiyle gölge etkisi artmakta ve enerji üretimi düşmektedir. Katlanmış cephelerdeki gölge etkisi, çevredeki binaların yüksekliği ve cephe eğim açısına göre de değişiklik göstermektedir. Örneğin, katlanmış cephelerde güneye bakan yüzeylerin maksimum enerji üretimi sağladığı, doğuya veya batıya bakan cephelerde ise enerji üretiminin azaldığı gözlemlenmiştir.

Enerji performansı açısından, serbest formlu cepheler, düz cepheler için 180 W/m² ile karşılaştırıldığında 210 W/m² a kadar daha yüksek ışınıma sahiptir. Serbest formlu cephelerde yenilenebilir modüllerin optimum dağılımı, enerji üretimini %14,3 oranında arttırmaktadır. Güneye bakan cepheler 2,4 W/m² ile en yüksek biyoenerjiyi üretirken, batı ve doğu yönleri 0,8 W/m² ile en düşük biyoenerjiyi üretmektedir.

Elmalky ise sistem için iç mekan sıcaklık kontrolü amacıyla mikroalg kullanımı geliştirildi ve doğru bina altyapısıyla, bu artırılmış biyokütle hacminin bir binanın güç üretimi için biyoyakıta dönüştürülebileceğini hatta bu sistemin, binaların sıklıkla deneyimlediği potansiyel iç mekan ısı kaybını dengeleyip ısı üretebileceğini ifade ediyor.

Doğaya faydalı olup sürdürülebilirlikle ilgili bu sistem Antarktika, Sibirya, Grönland, Alaska ve Kanada gibi çok soğuk ülkelerde enerji tasarrufu ve CO₂ kullanımını azaltmak için kullanılabilir.³

Kaynaklar

1. Elcik, H., & Çakmakcı, M. (2017). Mikroalg üretimi ve mikroalglerden biyoyakıt eldesi. Journal of the Faculty of Engineering & Architecture of Gazi University/Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi,, 32(3).
2. https://techxplore.com/news/2024-10-skin-faade-microalgae-machine-generate.html
3. Saatçı, A., Taşkan, B., & Taşkan, E. (2022). Sürdürülebilir Biyoenerji Üretimi İçin Mikroalg Tabanlı Mikrobiyal Yakıt Hücreleri. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 34(1), 277-288.