طراحی نمای ساختمان ها با هیدروژل های جلبکی
آلودگی هوا و مصرف زیاد انرژی موضوعاتی هستند که شهرهای پرجمعیت جهان را تحت تأثیر قرار می‌دهند. ساخت اولین ساختمان با نمای شامل بیوراکتورهای کشت جلبک -مجموعه آپارتمان‌های BIQ هامبورگ- در سال 2013 به پایان رسید و لازم به ذکر است که نیاز به تدوین راه‌حل برای مهار این ممنوعیت‌های زندگی شهری الهام‌بخش از طراحی زیرساخت‌های ساختمانی است که می‌تواند واکنش نشان دهد و با تغییر شرایط محیطی سازگار شود.
برخلاف مصالح ساختمانی معمولی و استاتیک، مواد هوشمند از این قابلیت پویا برخوردار هستند که می‌توانند به افزایش بهره‌وری انرژی کمک کرده و از توسعه زیرساخت‌های انرژی غیرمتمرکز حمایت کنند. به‌عنوان مثال، بر اساس اخبار علمی منتشر شده ساختمان‌های بیوهیبریدی که مواد زنده را در معماری خود گنجانیده‌اند، این پتانسیل را دارند که نه تنها دی‌اکسید کربن را از هوا خارج کنند، بلکه به‌عنوان منبع بیولوژیکی انرژی نیز خدمت کنند.
دو طرف از نمای ساختمان با بیوراکتورهایی پوشانده شده است که برای رشد جلبک‌ها و فتوسنتز مناسب هستند و قابلیت تأمین گرما و آب گرم لازم ساختمان را دارند و تأثیر قابل توجهی در صرفه‌جویی انرژی دارند (لازم به ذکر است که تنها برق ساختمان توسط بیوراکتورها تأمین نمی‌شود). علاوه بر این، زیست‌توده جلبک به‌طور دوره‌ای برداشت می‌شود و در کارخانه بیوگاز به متان تبدیل می‌شود.
با این حال، هزینه مقدماتی طراحی بیوراکتور در نمای بیرونی ساختمان به‌دلیل جدید بودن این فناوری بسیار زیاد است. توسعه گسترده این فناوری و این نوع معماری برای استفاده در مقیاس گسترده ضروری است.
یک جایگزین بالقوه برای طراحی ساختمان‌های BIQ، تثبیت کردن سلول‌های جلبک در یک ماتریس سه‌بعدی مانند هیدروژل‌ها است، به‌طوری که به‌جای متکی بودن به بیواکتورها برای کشت جلبک، از ماتریس‌های سه‌بعدی استفاده شود. محققان دانشگاه کالج لندن با استفاده از این رویکرد، یک روش چاپ رباتیک در مقیاس بزرگ را برای ساخت سفارشی هیدروژل‌های مبتنی بر آلژینات ابداع کرده‌اند.
هیدروژل‌ها از مواد پلیمری مبتنی بر آب هستند که می‌توانند از تکثیر سلولی حمایت کنند و به همین دلیل در کاربردهای مهندسی زیست‌پزشکی و مهندسی بافت کاربرد گسترده‌ای دارند. داربست‌های هیدروژل را می‌توان با استفاده از مواد افزودنی تولید کرد که امکان ساخت صفحات لایه به لایه را در مقیاس بزرگ فراهم می‌کند.
هر فرمولاسیونی از هیدروژل که توسط محققان مورد بررسی قرار گرفته است شامل سلول‌های جلبک کلرلا سوروکینینا با پلیمرهای مختلف به‌عنوان اصلاح رئولوژی و درصد آب‌های مختلف است. بر اساس آزمایش رئولوژیکی، آن‌ها تعیین کردند که نمونه حاوی متیل سلولز و کاراژنان بهترین کاندید برای چاپ مبتنی بر اکستروژن است، جایی که هیدروژل از طریق نازل تحت فشار اعمال می‌شود.
سیستم اکستروژن پنوماتیک ساخته‌شده می‌تواند با توجه به شبیه‌سازی‌های محاسباتی، الگوها و هندسه‌های مختلفی ایجاد کند، مانند یک پانل 1000 × 500 میلی‌متری که دارای سه لایه جداگانه هیدروژل با وضوح و شفافیت متفاوت است. سلول‌های جلبک موجود در آلژینات-متیل سلولز هیدروژل متشکل از 85 الی 90 درصد آب قادرند 21 روز پس از چاپ زنده بمانند، این نشان می‌دهد که اکستروژن بر رشد سلول تأثیر نمی‌گذارد. این هیدروژل‌های سبز با توجه به قابلیت جذب جلبک‌ها ممکن است کاربردی در تصفیه آب و تصفیه فاضلاب نیز داشته باشند.
