Yeni nesil binalar nasıl olacak?

Mevcut durumda pek çok bina yıllar önce inşa edilmiş durumda. Çoğunlukla verimsiz şekilde dizayn edilen bu eski binalar enerjiyi resmen yutuyor. Fakat bu durum, binaların elektrik santrallerini oluşturduğu yeni şehirler yaratmak amacıyla bir araya gelen iş ve akademi dünyası sayesinde çok yakında değişebilir.

Capital Dergisi'nde yer alan habere göre; Çevre teknolojisi konusunda önde gelen bilim insanları geleceğin evlerini sihirli bir şekilde tarif ediyor. Onlara göre bu evlerde kullanılan malzemeler, çevreyle uyum içinde çalışan materyallerden oluşacak.

Bu tarif edilen, fosil yakıtların ve nükleer enerjinin yerini sayısız farklı teknolojinin aldığı bir dünya.

Bu kimya, biyoloji, nano teknoloji, malzeme bilimi ve biyomimikri alanlarının, canlı ve birbirine bağlı bir şehir yaratmak amacıyla bir araya geldiği bir gelecek. Bu, alglerle kaplı canlı duvarların ışık ve gölge yaratmak üzere güneşle etkileşime girdiğinde, güneş enerjisinin her cepheden farklı biçimlerde toplandığı ve mevsim aralarında depolandığı ve akıllı yalıtımın çevreye düzen getirdiği bir yer. Bu ev, iş yeri, araba ve okulların, gündüzleri evlerden, geceleri de iş yerlerinden elde edilen enerjinin en ihtiyaç duyulan yerlere verilmek üzere toplanması için çevreyle doğal bir etkileşimde bulunarak canlı organizmaları taklit ettiği, birbirine bağlı bir dünya.

Son dönemde meydana gelen inovasyonların birçoğu, iklim değişikliği tehdidi karşısında ortaya çıktı. Birleşmiş Milletler Çevre Programı tarafından gerçekleştirilen bir araştırma, akıllı bina yapılarının zararlı sera gazı emisyonunu ekonomik bir şekilde kesmeye yönelik mükemmel bir fırsat sağladığını ortaya koyuyor. Binalar, dünya çapındaki enerji kaynaklarının yüzde 40’ını tüketiyor ve gezegendeki sera gazının üçte birini yayıyor ki bu rakam şehirlerin artan nüfusuyla birlikte daha da artacak.

Bilim adamlarının geleceğe yönelik bir vizyon belirlemedeki esas problemi, bunun bizim mevcut dünyadaki gerçek deneyimlerimizle çok az ilişkili olması, ister Berlin ister Şanghay’da yaşayın, etrafınız son 100 yılda tasarım açısından çok az değişikliğe uğramış ve son 50 yılın az gelişmiş teknolojisini kullanan binalarla sarılı. Günlük yaşantımızda karşılaştığımız en gelişmiş teknoloji, ağır kristalize silikon güneş panelleri ve rüzgâr türbinleriyle sınırlı.

İnsanlar, yapı tasarımlarında yenilikçi fikirlerin bir sonu olmadığını bilse de bu yeni teknolojileri daha büyük pazarlara taşıma konusuyla yeterince ilgilenmiyor. Asıl soru şu ki bu teknolojiyi gerçek bir fark yaratmak amacıyla geniş bir ölçekte üretirken aynı zamanda nasıl ekonomik ve kârlı hale getirebiliriz?

Belfast - İrlanda’da bulunan Oueens Üniversitesi Araştırma Başkanı ve Sürdürülebilir Mimari Profesörü Greg Keeffe, mimar ve tasarımcıların, otomobil üreticileri tarafından kullanılan seri üretim tekniklerinden öğrenebileceği bir şeyler olduğuna inanıyor. Günümüzde evlerimizi bize kalan küçücük şehir alanlarına yerleştiriyoruz. Keeffe, bu nedenle her bir binanın ayrı ayrı tasarlanması gerektiğini söylüyor.

Bu da seri üretime uygun türde bir inovasyon geliştirmeye olanak tanımıyor.

Profesör Keeffe, “Dışarıda E sınıfı bir Mercedes’in durduğu ortalama bir eve baktığınızda, evin arabaya kıyasla çok loş olduğunu görürsünüz” diyor ve ekliyor: “Daha endüstrileşmiş, kişiye özel bir seri üretime ihtiyaç duyduğumuza inanıyorum, fakat bu, binaların otomobillerden çok farklı tasarlanmış olması nedeniyle şu anda imkânsız bir şey. Bir aracın her bir öğesinin tasarlanmasının ardında yıllarca süren bir düşünce var, fakat binaların birbirinden farklı olması nedeniyle bir binanın her bir öğesi üzerinde bu kadar çok düşünülmüyor.”

ENDÜSTRİYEL ÜRETİM

Bu zorlukları ele almak üzere yakın zamanda kurulmuş olan inovatif Fonksiyonel Endüstriyel Kaplamalar için Sürdürülebilir Ürün Mühendisliği Merkezi (SPECIFIC), inovasyon ve üretim arasında duran bilgi uçurumunu kapatmakla görevli, endüstriyel ve akademik bir konsorsiyum. Temelleri yıllar önce atılmış olan ve Galler’de bulunan Svvansea Üniversitesi tarafından yürütülen bu proje, Gal ve İngiliz hükümeti ile Tata Steel, NSG-Pilkington Glass ve BASF gibi ana sektörel ortaklar tarafından finanse ediliyor.

SPECIFIC’in amacı, binaları geleceğin elektrik santrallerine dönüştürmek. Duvarların ve çatıların yenilenebilir enerjiyi toplayıp depolamasını ve yaymasını sağlayan akıllı kaplamalar kullanarak, yapı malzemeleri ve tasarım alanındaki son teknoloji ve global gelişmelerden faydalanmak amacıyla İngiliz üniversiteleri arasında bağlantı görevi görmeyi hedefliyor. Çoğunlukla çelik ve cam üzerinde çalışılan projede, inşaat sektörünün en azından bir kısmında köklü değişiklikler yapmayı amaçlayan sıra dışı gelişmeler hâlihazırda deneyimlenmiş durumda.

SPECIFIC projesinin CEO’su olan Kevin Bygate, 120’yi aşkın bilim adamı, teknoloji uzmanı ve mühendisten oluşan ve hepsi de mevcut teknolojiyi üst kaliteye en iyi şekilde taşıyarak laboratuvar ölçekli inovasyonları geniş ölçekte üretilebilen ürünlere dönüştürmeye odaklanmış bir ekibi yönetiyor.

“İlk buluş basamağında yer alan pek çok üniversite ve araştırma enstitüsü mevcut. Bunun fiziksel olarak anlamı şu: Başparmak büyüklüğünde bir şey yaratıyorlar, bu parmağın üzerinde de toplu iğne başı kadar küçük bir nokta var ve bu nokta çok ilginç şeyler sağlıyor” diye ifade ediyor Bygate. “Bu aşamada, geliştirilebilecek bir süreçten faydalanarak, bu işlevi verimli maizeme'erle tekrarlamaya çalışıyoruz. Bir metre genişliğinde plakalar üretmek için önce numuneleri kullanıyor, ardından binalarda kullanılacak kadar geniş bir malzeme üretebilmek için iki makaralı sistemden faydalanıyoruz.”

Ürünlerden biri, binaya çarpan güneş enerjisinin ortalama yüzde 50’sini (iyi koşullarda yüzde 75’ini) emebilen bir sızdırmalı güneş enerjisi toplayıcısı. Sızdırmalı güneş enerjisi toplayıcıları, mevcut ya da yeni bir duvar veya çatı üzerine mikro gözenekli ek bir çelik kaplama olarak yerleştiriliyor. Bu da bina yüzeyiyle metal kaplama arasında sıcak hava boşluğu yaratıyor. Isınan hava, binanın o anki enerji ihtiyacını karşılamak ya da daha sonrası için depolanmak üzere bu boşluktan çekilip binaya aktarılıyor.

Proje ortağı olan Tata Steel, İngiltere’de depo, süpermarket ve ' perakende mağaza inşaatları için çelik I üretimi yapıyor. SPECIFIC tarafından(yapılan hesaplamalara göre, Tata Steel tarafından her yıl üretilen çeliğin sadece yüzde 10’unda bu akıllı kaplama kullanıldığı takdirde, 10 GW oranında ya da bir nükleer santralin bir yıllık enerji üretimine eşdeğer miktarda enerji üretilebiliyor.

Bygate, ortaya çıkan güneş enerjisi toplayıcılarının gelecekte temel enerji kaynağı olabileceğine inanıyor. “Bu işin yapılabileceğini kanıtlayabiliriz. Şu anda piyasaya sürmek amacıyla iş modelini inceliyoruz” diyor ve ekliyor: “Ürünün toplum tarafından kabul görme ve benimsenme oranına bağlı olarak, bu teknolojiyi kullanarak 2020 yılına dek İngiltere’nin yenilenebilir enerjisinin üçte birini üretebilirsiniz.”

Güneş enerjisinin toplanması kadar önemli olan bir konu da bunun depolanması. Bataryalar, sıcak su depoları ve yeraltı ısı depoları bu konuda potansiyele sahip olsa da hepsi de çok büyük miktarda yer kaplıyor. Enerjinin bir kısmının kullanılmadan birkaç saat önce depolanması gerekirken, geri kalan kısmının mevsim aralarında kullanılması (Örneğin kış mevsiminde kullanılmak üzere yaz mevsiminde depolanması) gerekiyor.

SPECIFIC bu alanda da başarıya ulaşmış durumda. Projenin akademik araştırma programını yürüten Profesör Dave Worsley, konuyu şu şekilde açıklıyor: “Üzerinde çalıştığımız şey, çok büyük miktarda enerjiyi hapseden ya da serbest bırakan bir termokimyasal depo. Bunun temelinde, tıpkı terlerken olduğu gibi suyu çeken ya da serbest bırakan bir tuz kullanılıyor.”

Bu olanak, enerjiyi o kadar verimli bir şekilde hapsedip serbest bırakabiliyor ki VVorsley, bu çözümün mevsimler arası depolamaya uygun olacağına ve enerji depolamada su kullanımına kıyasla 10 kat daha az yer kaplayacağına inanıyor.

GÜNEŞ BOYALARI

Bilim adamları, yıllardır güneş enerjisini toplamak üzere evlerde kullanılabilecek ekonomik fotovoltaik boyaların üretimine dair öngörülerde bulunuyor. VVisconsin-Madison Üniversitesi Kimya Bölümü’nde görev yapan Yrd. Doç. Dr. Trisha Andrew tarafından yürütülen çalışma, bizi buna bir adım daha yaklaştırıyor.

Boyalara karıştırılabilen organik fotovoltaik cihazlar, 1990’lı yıllardan beri mevcut. Karbon, hidrojen, nitrojen ve sülfür gibi materyallerden yapılan bu cihazların üretimi masrafsız olsa da silikon bazlı materyallere kıyasla oldukça verimsiz ve kısa ömürlü.

Birkaç yıl önce Andrevv ve meslektaşları, sorunun çözümünü hiç beklemedikleri bir anda bulmuş. Elektronik cihazları çalıştırabilen, üretimi çok ucuz olan ve dolayısıyla eskidiğinde kolayca değiştirebileceğiniz bir fotovoltaik malzeme neden yapılamasın ki?

“Bu malzemeleri nasıl ticari hale getirebilirsiniz? Bu soruyu daha önce kendimize hiç sormadık” diye açıklıyor Andrevv. “Bu soruyu ilaç şirketleri her gün soruyor. Kimyasal sentezle aynı süreci takip ediyorduk. Dolayısıyla atmamız gereken en mantıklı adım, ‘kimyasal sentezin en yüksek vat miktarı başına sunulan fiyat üzerindeki etkisi ne’ sorusunu sormaktı.”

Üretim sürecine odaklanan Andrevv, ev eşyalarını güneş enerjisiyle çalıştırabilen, hâlihazırda ticari açıdan uygulanabilir bir ürüne sahip olduklarını keşfetti. Her birinin üretim maliyeti 50 sentten daha az olduğu için fotovoltaik hücrelerin 6 ay ila 2 yıl arasında kullanılabiliyor olması çok da fark etmeyecekti.

“Şu anda üzerine genç bir şirket inşa ettiğimiz son derece gelecek vadeden gelişmiş sonuçlara sahibiz. Kâğıt da dâhil olmak üzere her şeyden güneş pili yapabiliriz. Bu, silikonla yapabileceğiniz bir şey değil” diye ifade ediyor Andrevv ve ekliyor: “Bilimsel ve mantıksal açıdan, boyaya erişimimiz mevcut, ilk aşama yolunda gittiği takdirde, bu boya ortaya çıkacaktır, fakat ortaya çıkışı muhtemelen en az 10 yıl sürecektir.”

YEŞİL BİNALAR

Zaman zaman binalar hakkındaki düşüncelerimizi değiştiren yeni bir teknoloji ortaya çıkıyor. Hamburg Uluslararası Yapı Fuarfnda sergilenen, dünyanın ilk “biyo-uyarlanabilir cepheli” evi, işte tam da böyle bir etkiye sahip. Mimarların ve tasarımcıların malzemeyle biyolojik dünya arasındaki engelleri kırabilmesi için heyecan verici fırsatlar sunuyor ve bizi yaşayan bir şehir vizyonuna daha da yaklaştırıyor.

BIQ (Biyolojik Zekâlı Sistem) olarak bilinen bu ev, uluslararası Arup danışmanları da dâhil olmak üzere bir grup mimar, mühendis ve tasarım şirketi arasında gerçekleşen iş birliğinin bir sonucu.

Arup’un Avrupa araştırma başkanı olan ve BIQ evinin yöneticiliğini yürüten Yardımcı Direktör Dr.-Ing. Jan VVurm, bu yeni teknolojiyi “biyo-yararlanma” olarak tanımlıyor. “Isı ve biyokütle üretmek için mikro algler yaratıyoruz. Dolayısıyla bu tıpkı bir bitkinin ya da ağacın büyümesi gibi biyolojik bir süreç. Fotosentezle aynı süreci takip ediyor, bunu sadece kontrollü bir ortamda gerçekleştiriyoruz” diye açıklıyor.

BIQ evinde, sudaki mikro algleri iki cam tabakası arasına hapseden biyoreaktör cephelerinden oluşan bir ön cephe bulunuyor. Bu mikro algler güneş ışığına maruz kaldığında, fotosentez süresince her 7 saatte bir kütleleri iki katına çıkıyor. Bu yeşil “kaplama”, binanın içini soğutan doğal bir gölge oluşturuyor.

Bu algler aynı zamanda eve iki muhtemel enerji kaynağı da sağlıyor. Bunlardan ilki, cam tabaka arasına hapsolan suyun yakaladığı güneş ısısı. Güneş ışınları suyu ısıtıyor, su da yeşil algler içerdiği için temiz suya kıyasla çok daha hızlı bir şekilde ısınıyor. Bu ısı sudan çekiliyor ve ileride kullanmak üzere yer altında depolanıyor. İkinci enerji kaynağı ise alglerin kendilerinin toplanmasından elde ediliyor.

Bunu yapabilmek için merkezi bir yüzdürme cihazı aracılığıyla oksijen pompalanıyor, böylece algler yüzeyden toplanabiliyor. Algler aynı zamanda, bir güç kaynağı olarak metan üretmek amacıyla binanın biyokütle santraline aktarılabiliyor.

“Sistem, dilediğiniz takdirde su, karbon, ısı ve hatta besin gibi farklı akış ve döngüleri bir araya getiriyor. 

Böylece endüstriyel bir simbiyoz yaratabiliyorsunuz” diye ifade ediyor Wurm ve ekliyor: “Örneğin bölgenizde karbon emisyonu oluşturuyorsanız bu emisyonu alıp bir cepheye aktarabilirsiniz. Karbon emisyonu oluşturuyorsanız, bu emisyonu alıp ön cepheye aktarabilirsiniz.” Mimarları heyecanlandıran şey, gün boyunca değişen canlı bir ön cephe tasarımı fırsatıyla birlikte binanın kendi ortamına ait doğal bir döngü içine dâhil edilmesi fikri.

Görünen o ki enerji sorunumuzun sihirli bir çözümü yok. Geleceğin elektrik santralleri, birçok farklı teknolojiden oluşacak. Biyoreaktör cephe, diğer enerji dönüştürme teknikleriyle uyumlu olarak çalışacak şekilde tasarlandı, işte tam da burada, Wurm farklı teknolojilerin değiş tokuş edildiği ve simbiyotik ağ içinde kullanılabilir enerji sağladığı bir organizma olarak, birbirine bağlı bir şehirden söz ediyor. Yaşayan bir şehir şekillenmeye başlıyor, biyoreaktör cephelerin bu kadar ilgi çekmesinin nedeni de bu.

ISIYI İÇERİDE TUTMAK

Peki mevcut binalar ne olacak? Sızdırmak güneş enerjisi toplayıcıları ve üçüncü nesil fotovoltaik gelecekte güçlendirme çalışmalarına uyarlanabilecek olsa da biyoreaktör cepheler sıradan bir evin ön tarafına takılabilecek türden bir şey değil.

Yerel güçlendirme piyasasında hedeflediğimiz en modern gelişme ise akıllı yalıtım. Ana hedef, estetikten ödün vermeden ısı verimliliğini artırmak. BASF yıllardır farklı özelliklere sahip yalıtım malzemeleri geliştiriyor. Şirket, nanoölçek bazında gözenek içeren Slentite™ adında yeni bir yalıtım malzemesi türü üzerinde çalışıyor.

Bu ürün, eşdeğer bir yalıtıma kıyasla yüzde 25 ila 50 daha ince , olan, son derece verimli bir yalıtım sağlayan saf bir poliüretan aerojel. Su buharını emip serbest bırakarak, bina içinde nemi dengeleyebilme gibi eşsiz bir niteliğe sahip.