Simulator Bio-Synth PBR: Penjeratan Karbon Mikroalga & Mitigasi UHI Sekolah

Simulator Bio-Synth PBR (Fasa 4): Penjeratan Karbon Mikroalga & Mitigasi Pulau Haba Bandar (UHI)

Developed By : Ir. MD Nursyazwi

Aplikasi simulasi kejuruteraan interaktif berasaskan prinsip biokimia, termodinamik, dan imbangan jisim fotosintesis mikroalga Chlorella vulgaris. Jalankan simulasi masa nyata untuk mengukur kecekapan penjeratan karbon dioksida dalaman, pelepasan oksigen, serta pengurangan beban haba Pulau Haba Bandar (UHI) di premis sekolah.

🎯 Pilih Senario Operasi (Play Style Scenario)

🔬 Visualisasi Animasi 3D Photobioreactor Masa Nyata

Status Alga: AKTIF | Aliran Gas: BERFUNGSI

Bahagian Atas Y-PVC (100mm): Ekzos Kipas Draf Induksi

Kolum Akrilik Lutsinar: Takungan Kutura 3L

LED Spektrum Penuh (84 Unit): Pencahayaan Teras

Gelempung Mikro CO2 / O2: Batu Udara Nano-Porositi

⚙️ Parameter Pembolehubah Larasan

Kepekatan CO2 Bilik Darjah: 1200 ppm

Keamatan Cahaya LED (PPFD): 180 µmol/m²/s

Ketumpatan Biojisim Alga (X): 1.5 g/L

Kadar Pengudaraan Pam: 2.0 L/min

Tempoh Operasi Harian: 12 Jam

Suhu Ambien Bilik: 28 °C

📊 Hasil Keputusan Simulasi & Kepastian Sains

Penjeratan CO2 Harian

131.4

gram CO2 / hari

Penjeratan CO2 Tahunan

48.0

kg CO2 / tahun

Pelepasan O2 Harian

95.9

gram O2 / hari

Nisbah Pokok Matang

2.2

unit pokok setara (21.77kg/thn)

Kos Tenaga Bulanan

RM 1.50

kadar elektrik 5V

Kecekapan Tangkapan

82.5 %

indeks penyerapan gas-cecair

✅ KEPUTUSAN SAINS: PRESTASI OPTIMUM

Kadar tindak balas fotosintesis berada pada tahap terbaik. Kepekatan CO2 dan keamatan cahaya LED adalah seimbang untuk sintesis biojisim Chlorella vulgaris tanpa berlaku penjelakan foto (photoinhibition).

Dapatkan Maklumat Lanjut & Dokumentasi Projek Bio-Synth PBR:

📚 Doktrin Kejuruteraan & Sains Bio-Synth PBR (EEAT Framework)

1. Pengenalan Kejuruteraan & Kepentingan Mikronyahkarbonan Sekolah

Fenomena Pulau Haba Bandar (Urban Heat Island - UHI) dan pengumpulan gas karbon dioksida (CO2) berkepekatan tinggi di bilik darjah sekolah awam Malaysia merupakan cabaran mikroklimat yang serius. Kepadatan murid yang tinggi di dalam ruang tertutup menghasilkan pelepasan CO2 metabolik melebihi 1,200 ppm. Keadaan ini bukan sahaja menurunkan kecekapan kognitif dan fokus pembelajaran murid, malah meningkatkan beban thermal bangunan.

Sistem Bio-Synth PBR (Phase 4) yang dibangunkan oleh Ir. MD Nursyazwi merupakan jawapan kejuruteraan bioproses berasaskan teknologi Photobioreactor mikroalga Chlorella vulgaris. Reaktor ini bertindak sebagai sinki karbon mikro (micro-carbon sink) tempatan yang menjerat CO2 secara terus di titik asal (at-source carbon capture) dan membebaskan oksigen tulen tanpa menghasilkan haba sisa persekitaran.

2. Prinsip Termodinamik, Imbangan Jisim & Kinetik Fotosintesis

Proses penjeratan karbon dalam Bio-Synth PBR berpandukan persamaan stokiometri fotosintesis am bagi biokimia mikroalga:

106 CO2 + 16 HNO3 + H3PO4 + 122 H2O + Cahaya ➔ C106H263O110N16P + 138 O2

Berdasarkan persamaan ini, untuk menghasilkan 1.0 gram biojisim kering Chlorella vulgaris, kira-kira 1.83 gram CO2 diserap dan 1.34 gram O2 dilepaskan ke udara. Kinetik pertumbuhan alga dianggarkan mengikut model gabungan Monod-Steele yang mengambil kira faktor keamatan cahaya (PPFD), kepekatan substrat CO2, dan suhu:

µ = µ_max * [ I / (K_I + I + I^2 / K_i) ] * [ C / (K_c + C) ] * f(T)

Semakan Nisbah Pokok Matang: Penanda aras perhutanan antarabangsa (US EPA) menetapkan bahawa sebatang pokok matang di kawasan bandar menyerap purata 21.77 kg CO2 setahun. Nisbah Pokok Matang dihitung dengan membahagikan jumlah penjeratan CO2 tahunan PBR (kg) dengan 21.77 kg/pokok/tahun. Bagi 1 unit PBR 3-Liter (48.0 kg CO2/tahun), ini menyamai 2.2 unit pokok matang setara.

Semakan Kecekapan Tangkapan CO2: Kecekapan Tangkapan (%) diukur mengikut nisbah jisim CO2 yang difiksasi oleh enzim RuBisCO alga berbanding jumlah jisim CO2 yang disuntik masuk melalui pam pengudaraan berperesap nano-porositi. Pemindahan jisim gas-cecair (kLa) yang tinggi memastikan kadar penyerapan berada pada julat sasaran optimum ~80% hingga 85%.

3. Mitigasi Pulau Haba Bandar (UHI) & Pengurangan Beban HVAC

Unit penyaman udara konvensional (HVAC) menyerap haba dari dalam bilik dan memancarkannya ke luar melalui pemampat (compressor) dan kondenser. Proses ini mempercepatkan kesan UHI di sekitar blok sekolah. Sebaliknya, Bio-Synth PBR beroperasi pada pemacu voltan ultra-rendah USB 5V dengan penggunaan kuasa kurang daripada 6 Watt (kos elektrik kurang RM 1.50/bulan).

Dengan memutaskan gelung maklum balas UHI (UHI Feedback Loop), pengoksigenan berterusan dan penurunan CO2 membantu menstabilkan kualiti udara dalaman (IAQ), seterusnya mengurangkan keperluan operasi beban pemampat HVAC secara berlebihan di premis sekolah.

4. Analisis Skala Rangkaian & Ekosistem Bio-Ekonomi Kitaran

Apabila dilaksanakan secara berskala dari 1 unit bilik darjah kepada rangkaian 10 unit di satu blok bangunan (30 Liter alga kolektif), sistem berkeupayaan menjerat sehingga 0.48 Tan CO2 setahun. Nilai ini bersamaan dengan kapasiti penyerapan karbon oleh 22 ekor pokok matang. Biojisim alga yang dituai daripada paip injap bawah juga mempunyai nilai ekonomi tinggi, termasuk digunakan sebagai baja organik NPK sekolah, makanan ternakan akuaponik, dan bahan mentah projek STEM bioplastik.