藻类在新型生态城市建设中的设想与应用

文/龙菲平（国投生物科技投资有限公司）

生态城市是一种尽量降低对能源、水或食物等的需求量，也尽可能降低废热、二氧化碳、甲烷与废水的排放的城市模型。为了减轻环境压力，很多城市做出了诸多尝试，如增加绿植面积，增加二氧化碳的消耗量；减少能源消耗，减少二氧化碳排放，倡议绿色出行，尽量选用近郊农产品等；废物资源化利用，废水养殖，垃圾回用等。

在全球致力于研究生态城市建设的可行方案时，藻类越来越受到关注。藻类是地球上最古老的低等植物，至今已经存在几十亿年，它们广泛分布在海洋、湖泊、陆地上，甚至沙漠、火山、冰川等极端地质环境中也能发现它们的身影。它们是光合作用的主力军，提供地球上一半的氧气量，微藻也是废水中氮磷的吸收者，自然界经常出现的水华现象就是因为水质污染后，氮磷含量高，引发了藻类的爆发，水华的出现意味着水质发生了污染。

微藻具有的吸收二氧化碳和氮磷后快速生长、储备能源与生物质的特性，与生态城市设计中减少碳排放和能源消耗的目的极为契合，给予了科学家和建筑设计师新的灵感。

1 建筑设计

2013年德国汉堡建造了一座名为BIQ的藻类外墙建筑，设计师首次采用玻璃材料的藻类培养器为外墙，藻类利用阳光和二氧化碳进行生长，然后被收获，输送到沼气工厂中发酵，产生沼气提供能源，给建筑物发电和供热。建筑表面的藻类墙还具备遮阴和隔热的作用（见图1、图 2）。

图1 德国BIQ大楼

图2 BIQ大楼的玻璃材质的藻类培养器

哥本哈根未来生活实验室建造了一个穹顶状的藻类食品生产大楼，高4米，藻类利用太阳能为动力，吸收二氧化碳释放氧气，并持续地生产生物质提供食物，藻类穹顶可适用于任何地方，而且环境友好（见图3、图 4）。

图3 哥本哈根的穹顶状藻类食品生产大楼

图4 藻类大楼生产的藻类食物

伦敦的设计师与海洋生物学家和藻类农场主合作，展示了一个城市藻类农场原型，将藻类与人们居住和工作的建筑相结合。在房间的天花板上悬挂着轻质玻璃管，通过水泵将二氧化碳输送到玻璃管中，供藻类生长，然后收获并转化为食物或能源（见图5）。

图5 伦敦设计师建造的室内藻类工厂

设计师们提出了形态多样的建筑设想，力图实现建筑物本身的能源、食物、空气的生态平衡，这些尝试还在继续。

波士顿建筑师们为菲林广场设计了生态舱，自循环的模块化藻类生物反应器。生态舱是一个垂直藻类生物反应器，采用公共场所用定制的预制模块建造（见图6）。这些生物舱生产藻类生物质作为生物燃料来源，并减少二氧化碳。

图6 波士顿的藻类生态舱

设计师亚当·米克罗西设计小球藻馆是一个未来派的篮形氧吧，利用藻类的净化能力将二氧化碳从空气中吸出，并用氧气使其焕发活力。这个建筑是用成型的山毛榉木建造的，里面有活的藻类，它们被泵入旋涡状的“藻类喷泉”中的豆荚的核心和外部。人们将在这里体验与藻类的共生关系，分享藻类产生的氧气（见图7）。

图7 亚当·米克罗西设计小球藻馆

总而言之，藻类对于生态城市建筑的益处可以归纳为：环境友好、减少碳排放以及供给能源和食物，藻类可能成为未来设计师的一个选择，将其融入到无碳建筑中，以实现建筑环境的可持续性。

2 城市污水处理

城市污水是影响城市生态环境的主要原因之一，污水处理的传统方法是物理法与生物法、化学法结合，将污染物质去除，但并未将其中的资源重新利用。利用藻类处理废水有许多优点，藻类很容易获得，适应性极强，能够吸收利用污水中的氮磷，而且产生的藻类生物质可以用于能源或化工产品。

图8 爱荷华州立大学研究人员开发的废水处理系统

爱荷华州立大学开发了一套藻类生物膜处理技术，在垂直传送带上生长藻类，传送带在废水中进出时，氮和磷从废水转移到藻类，与细菌的处理方法相比，其资源的可循环利用性和可持续性更好（见图8）。

犹他州立大学可持续废物生物制品工程中心与企业合作开发从城市污水中收集藻类的工艺，并将其转化为能源或饲料。这个项目利用犹他州洛根市污水处理工厂的池塘泻湖提供污水来源，预计利用该厂的污水在4月至10月期间每天可产生27t干重的藻类（见图9）。

图9 犹他州立大学开发的开放式污水处理系统

全球藻类科学家、建筑设计师和环保研究者还在为构造可持续发展的生态城市设想更多的可能，也许终有一天，我们可以居住在一个充满未来设计感的藻类建筑里，这些藻类为我们提供氧气和食物，循环处理生活污水，提供热能和电源，藻类将为我们搭建起新型生态城市模型（见图10）。

图10 充满未来设计感的藻类建筑设计图