Con il crescente numero di edifici commerciali e misti, gestire l’impatto ambientale dell’edilizia è diventato una priorità fondamentale per il pianeta: gli edifici, infatti, contribuiscono a circa il 37% delle emissioni globali di CO2. Per affrontare questa sfida, i ricercatori dell’Università di Waterloo (Canada) hanno sviluppato una facciata a doppia pelle che sfrutta microalghe e machine learning per ridurre i consumi grazie all’isolamento termico e al tempo stesso generare energia, così in futuro si potranno trasformare gli edifici in sistemi autosufficienti e produttori di energia sostenibile.
La facciata a doppia pelle e il ruolo delle microalghe
La tecnologia sviluppata all’Università di Waterloo, al centro dello studio pubblicato sulla rivista scientifica Renewable Energy, si basa sull’integrazione di un fotobioreattore all’interno della facciata a doppia pelle di un edificio, che consiste in due strati di vetro con un’intercapedine, dove si trovano le microalghe.
Questi organismi microscopici assorbono la luce solare, migliorando l’isolamento termico degli edifici e riducendo il consumo di energia. In particolare, le microalghe crescono e si moltiplicano grazie alla luce catturata, offrendo anche una funzione di ombreggiatura per mantenere freschi gli interni.
Secondo il professor Mohamad Araji, direttore di Ingegneria architettonica all’Università di Waterloo, questa tecnologia permette di trasformare l’architettura efficiente dal punto di vista energetico in un sistema vivente e sostenibile.
“Vogliamo espandere l’uso delle microalghe per rendere gli edifici produttori netti di energia, autosostenibili e indipendenti dalla rete elettrica. Se riusciamo a integrare questo sistema di energia rinnovabile nella facciata di un edificio alto, che ha una superficie totale maggiore rispetto al tetto di un edificio, questo potrebbe cambiare le regole del gioco”.
L’apporto del machine learning
Una delle innovazioni principali del progetto è l’uso dell’apprendimento automatico per ottimizzare la produttività del fotobioreattore. Nel loro studio pubblicato sulla rivista scientifica Technology|Architecture + Design, Adham M. Elmalky e Mohamad T. Araji (rispettivamente ricercatore e dottore in ingegneria meccatronica) hanno sviluppato un software che studia le diverse geometrie delle facciate a doppia pelle, da quelle piatte a quelle curve.
“Il nostro sistema ha migliorato l’uso delle microalghe per il controllo della temperatura interna e prevediamo che con la giusta infrastruttura edilizia, questo volume maggiore di biomassa possa essere convertito in biocarburante per la produzione di energia di un edificio. Questo sistema può stabilizzare o addirittura invertire la potenziale perdita di calore interno che spesso subiscono gli edifici”.
Questa innovazione è particolarmente rilevante in paesi con climi freddi, come il Canada, dove gli edifici consumano grandi quantità di energia per mantenersi caldi durante l’inverno. Con l’incremento della biomassa, gli edifici potrebbero ridurre il loro bisogno di riscaldamento, stabilizzando le perdite di calore e generando biocarburante per alimentare l’edificio stesso.
Il progetto è ancora in fase di sviluppo, ma gli ingegneri di Waterloo stanno già pianificando nuove collaborazioni con l’industria e altri team di ricerca per migliorare il design del fotobioreattore e la facciata interna in vetro. L’obiettivo finale è creare edifici che siano autosufficienti e capaci di produrre energia pulita, riducendo così la dipendenza dalla rete elettrica e le emissioni di CO2.
