Bardziej ekologiczne szklarnie obiecują bardziej energooszczędną moc upraw
Uprawa owoców i warzyw w szklarniach może wkrótce stać się bardziej przyjazna dla środowiska dzięki badaniom finansowanym przez UE.
16 lipca 2024, autor: Bárbara Pinho
W prowincji Almería w południowo-wschodniej Hiszpanii rolnicy co roku uprawiają szacunkowo od 2,5 do 3,5 miliona ton owoców i warzyw w tym, co stało się znane jako "morze szklarni" w Almerii. W tym regionie szklarnie rozciągają się tak daleko, jak okiem sięgnąć, pokrywając obszar ponad 40 000 hektarów (400 kilometrów kwadratowych).
To częściowo dzięki tej produkcji konsumenci na całym kontynencie mogą cieszyć się takimi produktami jak ogórki, pomidory i melony przez cały rok. Ale jest pewien haczyk, te szklarnie nie zawsze są bardzo zrównoważone pod względem zużycia energii i wody.
Serena Danesi jest pracownikiem naukowym w Instytucie Systemów Energetycznych i Inżynierii Płynów (IEFE) w Zurychu, Szwajcaria. Specjalizuje się w inżynierii cieplnej i odzyskiwaniu ciepła, a przez ostatnie cztery lata kierowała projektem TheGreefa, który otrzymał fundusze z UE na opracowanie nowego, bardziej energooszczędnego i przyjaznego dla środowiska systemu do kontrolowania zarówno temperatury, jak i wilgotności w szklarniach.
Jeśli Europa chce osiągnąć swoje cele klimatyczne i wyznaczyć standardy zrównoważonej produkcji żywności – cel określony w przyjętej w 2020 roku strategii "Od pola do stołu" UE – to poprawa zrównoważoności rolnictwa szklarniowego będzie kluczową kwestią.
"Jeśli chcemy jeść ogórki, pomidory i arbuzy przez cały rok, musimy zdawać sobie sprawę, że ich uprawa zużywa dużo energii i wody", powiedziała Danesi.
Kontrola klimatu
Zmiany warunków klimatycznych i potrzeba większej kontroli nad środowiskiem wzrostu roślin doprowadziły do szybkiej ekspansji komercyjnych upraw szklarniowych w całej Europie.
Szacowano, że w 2018 roku Europa miała około 210 000 hektarów (2 100 kilometrów kwadratowych) szklarni, z szczególnie wysokimi koncentracjami w Hiszpanii (70 000 ha), Włoszech (42 800 ha), Francji, Holandii oraz w Europie Środkowej i Wschodniej.
Jednak zapotrzebowanie na energię w szklarniach różni się w zależności od ich lokalizacji. TheGreefa łączy naukowców z Włoch, Francji, Niemiec, Hiszpanii, Szwajcarii, Polski i Tunezji, aby zbadać, jak ich proponowany system sprawdza się w różnych strefach klimatycznych.
"Szklarnie w Europie Środkowej potrzebują ciepła, ponieważ tam jest zimno. Z drugiej strony, w Hiszpanii potrzebują chłodzenia latem", powiedziała Danesi. "Więc są różne problemy dla różnych części Europy."
Oprócz temperatury, kontrola wilgotności jest również problemem. Gdy woda odparowuje z roślin w procesie znanym jako "transpiracja", poziomy wilgotności rosną i mogą stać się niebezpiecznie wysokie. Wysoka wilgotność może powodować choroby grzybowe, które mogą łatwo się rozprzestrzeniać i niszczyć uprawy. Ponadto, jeśli wilgotność jest zbyt wysoka, roślina nie będzie mogła normalnie transpirować i umrze.
Ciepło z wilgotności
Pomysłowe rozwiązanie zaproponowane przez naukowców z TheGreefa pozwala właścicielom szklarni wykorzystać wilgoć naturalnie uwalnianą przez rośliny do generowania ciepła. Umożliwia to również odzyskiwanie czystej wody z nadmiaru wilgoci, co pozwala zaoszczędzić zarówno wodę, jak i energię.
Roztwór soli absorbuje zwiększoną wilgotność w szklarni, uwalniając ciepło w procesie chemicznej reakcji termicznej.
"Możemy jednocześnie odwilgocić powietrze i tworzyć ciepło", powiedziała Danesi.
Dodatkową korzyścią jest to, że ten proces absorpcji eliminuje potrzebę wentylacji, co drastycznie zmniejsza ilość ciepła traconego, gdy okna muszą być otwarte, aby pozbyć się nadmiaru wilgoci.
Gdy roztwór soli pochłonie jak najwięcej wody, można go regenerować przy użyciu niskiego poziomu ciepła wytwarzanego przez nadmiar energii słonecznej. Oddziela to sól od wody, pozostawiając roztwór soli gotowy do przechowywania i ponownego użycia, gdy będzie to potrzebne.
Efekt odwilgocenia stworzony przez roztwór soli można również wykorzystać do suszenia świeżych produktów, takich jak zioła i owoce, aby przedłużyć ich trwałość. Ponieważ działa w niskich temperaturach, właściwości takie jak zapach i smak pozostają nienaruszone.
Technologia została przetestowana w szklarniach w Szwajcarii i Tunezji. W Szwajcarii skupiono się na ogrzewaniu i magazynowaniu sezonowym, podczas gdy w krajach południowych skupiono się na efektywności energetycznej i odzyskiwaniu wody.
"Teraz oceniamy wyniki i zaobserwowaliśmy pewne oszczędności energii", powiedziała Danesi. "W szwajcarskiej szklarni nasz system zmniejszył zapotrzebowanie na energię cieplną o 50%."
Chociaż obiecujące, szerokie zastosowanie tej technologii w komercyjnych szklarniach jest jeszcze daleko. Testy pilotażowe będą kontynuowane na mniejszą skalę, zanim przejdą do większej skali.
Rolnictwo staje się słoneczne
Innym sposobem, w jaki szklarnie mogą stać się bardziej zrównoważone, byłoby skorzystanie z faktu, że te struktury zajmują duże obszary skąpane w słońcu. To stawia szklarnie w unikalnej pozycji do wykorzystania światła słonecznego do generowania czystej energii elektrycznej.
Jednak wyzwaniem jest to, że panele słoneczne są zwykle nieprzezroczyste, więc nie można ich umieścić nad uprawami, w przeciwnym razie te nie będą rosły. To był wyzwanie, które podjął się inżynier elektryk Nick Kanopoulos w trzyletnim projekcie finansowanym przez UE o nazwie PanePowerSW, który zakończył się w 2021 roku.
Nick Kanopoulos jest dyrektorem generalnym startupu Brite Solar z siedzibą w Salonikach w Grecji, który specjalizuje się w technologii słonecznej nowej generacji.
"Chcieliśmy zbudować panel słoneczny odpowiedni do rolnictwa, abyśmy mogli produkować zarówno uprawy, jak i energię na tej samej ziemi, bez przeszkadzania sobie nawzajem", powiedział.
Kanopoulos i jego zespół opracowali panel słoneczny pokryty nanomateriałami, które absorbują cząstki światła w zakresie UV światła słonecznego, które nie są przydatne ani dla paneli fotowoltaicznych, ani dla wzrostu roślin. Następnie retransmitują je w zakresach czerwonym i niebieskim widzialnego spektrum, które są użyteczne dla obu.
Światło widzialne może tym samym przechodzić przez panele, jednocześnie zwiększając produkcję energii elektrycznej i fotosyntezę, co czyni technologię idealną do zastosowania w szklarniach.
Korzyści z czystej energii
Zespół przetestował panele w szklarniach w Grecji, Hiszpanii, USA i Singapurze oraz na otwartych polach w Niemczech, Francji, Holandii i Rumunii. Testy przeprowadzono na różnych uprawach, w tym pomidorach, borówkach,
kwiatach ozdobnych i gruszach. Ich wyniki pokazały, że rolnicy mogą znacznie zmniejszyć swój ślad węglowy, generując czystą energię podczas uprawy roślin.
Oprócz tego, że rolnicy mogą produkować własną energię, innowacyjna struktura szklarni oferuje dodatkowe korzyści. Zbiera wodę deszczową do użycia na uprawach i zapewnia ochronę przed niekorzystnymi warunkami pogodowymi. Zmniejsza także parowanie wody, co skutkuje znacznym spadkiem – około 20-40% – wody potrzebnej do nawadniania.
Zespół Kanopoulosa teraz się rozwija i buduje fabrykę w Grecji, aby zautomatyzować i przyspieszyć produkcję szkła słonecznego. Powiedział, że dzięki tej fabryce firma będzie mogła połączyć aplikację nano-powłok z montażem paneli słonecznych, wszystko na jednej linii produkcyjnej.
To pomoże im dotrzeć do większej liczby klientów, zarówno małych, jak i dużych rolników, w dążeniu do uczynienia sektora rolniczego bardziej zrównoważonym.
"Uważamy, że powszechne stosowanie tej technologii w dużym stopniu odzwęgli rolnictwo i przyczyni się do zrównoważonej produkcji żywności", powiedział Kanopoulos.
https://projects.research-and-...
Badania w tym artykule zostały sfinansowane przez program Horizon UE. Opinie osób udzielających wywiadu niekoniecznie odzwierciedlają stanowisko Komisji Europejskiej. Jeśli podobał Ci się ten artykuł, rozważ udostępnienie go w mediach społecznościowych.
