東南大學(xué)開發(fā)3D打印藻類反應(yīng)器模塊，可用于凈化室內(nèi)空氣和培養(yǎng)小球藻生物質(zhì)

2024年2月18日，南極熊獲悉，來自南京東南大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員合作開發(fā)了一種新型的藻類反應(yīng)器，這是一種采用3D 打印技術(shù)制造的模塊，旨在凈化室內(nèi)空氣和培養(yǎng)小球藻生物質(zhì)。該模塊采用回收的 PETG(rPETG) 材料制成，可無(wú)縫集成到建筑外墻中，為應(yīng)對(duì)城市空氣質(zhì)量挑戰(zhàn)提供了可持續(xù)的解決方案。

這項(xiàng)藻類反應(yīng)器項(xiàng)目由研究人員郝華和本杰明·迪倫伯格領(lǐng)導(dǎo)，旨在將自然融入我們的建筑環(huán)境中。這項(xiàng)尖端技術(shù)涉及創(chuàng)建藻類反應(yīng)器，這是一種 3D 打印的立面模塊，可為城市居民凈化空氣并定期生產(chǎn)藻類生物質(zhì)。受Photo.Synth.Etica 和 SolarLeaf 等項(xiàng)目的啟發(fā)，該反應(yīng)堆可刺激建筑物內(nèi)的微生物循環(huán)。

表皮模塊由 3D 打印的 rPETG 材料組成，可容納培養(yǎng)管并使立面呈半透明狀。每個(gè)模塊都由混合框架和藻類培養(yǎng)系統(tǒng)組成。該框架由垂直和水平鋁型材制成，支撐帶有凹槽的 3D 打印表皮、用于泵電池的細(xì)長(zhǎng)太陽(yáng)能電池板和緊固件。

這些模塊可以安裝在窗戶或玻璃幕墻的內(nèi)部。含有水和小球藻的透明波紋管安裝在 3D 打印皮膚的凹槽上。凹槽輪廓與管直徑相匹配，可在收獲生物質(zhì)或更換管時(shí)輕松拆卸。

△3D 打印藻類反應(yīng)器。（圖片來源：東南大學(xué)）

沿著凹槽的管道設(shè)計(jì)確保氣流從下到上緩慢而順暢地流動(dòng)。透明幕墻后面的模塊矩陣保持生化過程，以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，并為立面增添綠色色調(diào)，同時(shí)調(diào)節(jié)室內(nèi)光強(qiáng)度。

藻類培養(yǎng)系統(tǒng)包括一個(gè)波紋管、底部帶有電池的氣泵和頂部的防溢漏斗。小球藻液體充滿管子，氣泵每隔一段時(shí)間將室內(nèi)空氣吸入其中。集成太陽(yáng)能電池板使模塊獨(dú)立于建筑物的電力供應(yīng)。

藻類反應(yīng)器使管狀液體內(nèi)的光合作用能夠與室內(nèi)空氣有效地相互作用。每三到四個(gè)星期，將管子從模塊上取下來收集生物質(zhì)并更換水和小球藻。采用大規(guī)模熔融顆粒制造 (FGF) 技術(shù) 3D 打印復(fù)雜的模塊主體，并在 KUKA 機(jī)器人手臂上安裝顆粒擠出機(jī)，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和精確的細(xì)節(jié)。

使用透明的再生PETG（rPETG）顆粒來打印帶有凹槽的皮膚。分層的細(xì)絲和差異化的幾何形狀將直射陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為散射光，促進(jìn)藻類生長(zhǎng)。

藻類反應(yīng)器將生物化學(xué)反應(yīng)過程溫和地引入建筑環(huán)境中，展示輔助窗戶模塊如何凈化室內(nèi)空氣并生產(chǎn)可持續(xù)的食品或藥品。微藻的天然綠色提供了視覺舒適感，表明通過生物學(xué)和建筑混合系統(tǒng)內(nèi)的新型室內(nèi)園藝，對(duì)城市居民和自然都有好處。