Более экологичные теплицы обещают большую энергоэффективность в выращивании
Выращивание фруктов и овощей в теплицах может вскоре стать более экологичным
16 июля 2024 года, Барбара Пиньо
еры ежегодно выращивают примерно от 2,5 до 3,5 миллионов тонн фруктов и овощей в том, что стало известно как "море теплиц" Альмерии. В этом регионе теплицы простираются до горизонта, занимая площадь более 40 000 гектаров (400 квадратных километров).
Частично благодаря этому производству потребители по всему континенту могут наслаждаться такими продуктами, как огурцы, помидоры и дыни круглый год. Однако есть одна проблема: эти теплицы не всегда очень устойчивы с точки зрения потребления энергии или воды.
Серена Данези — научный сотрудник Института энергетических систем и инженерии жидкостей (IEFE) в Цюрихе, Швейцария. Она специализируется на теплотехнике и утилизации тепла, и в последние четыре года возглавляла проект TheGreefa, который получил финансирование ЕС для разработки новой системы, более энергоэффективной и экологичной, для контроля температуры и влажности в теплицах.
Если Европа хочет достичь своих климатических целей и установить стандарт устойчивого производства продуктов питания — цель, изложенная в стратегии ЕС "От фермы к вилке", принятой в 2020 году, — то улучшение устойчивости тепличного земледелия станет ключевой задачей.
"Если мы хотим круглый год есть огурцы, помидоры и арбузы, мы должны понимать, что их выращивание потребляет много энергии и воды", — сказала Данези.
Климат-контроль
Изменения климатических условий и необходимость большего контроля за средой выращивания культур привели к быстрому расширению коммерческого тепличного земледелия по всей Европе.
В 2018 году было оценено, что в Европе насчитывается около 210 000 гектаров (2 100 квадратных километров) теплиц, с особенно высокой концентрацией в Испании (70 000 га), Италии (42 800 га), Франции, Нидерландах, а также в Центральной и Восточной Европе.
Однако потребности теплиц в энергии различаются в зависимости от их местоположения. TheGreefa объединяет исследователей из Италии, Франции, Германии, Испании, Швейцарии, Польши и Туниса для изучения того, как их предлагаемая система работает в различных климатических зонах.
"Теплицы в Центральной Европе нуждаются в отоплении, потому что там холодно. С другой стороны, в Испании им нужно охлаждение летом", — сказала Данези. "Так что есть разные проблемы для разных частей Европы."
Помимо температуры, контроль влажности также является проблемой. По мере испарения воды с растений в процессе, известном как "транспирация", уровень влажности повышается и может стать опасно высоким. Высокая влажность может вызвать грибковые заболевания, которые могут легко распространиться и уничтожить урожай. Кроме того, если влажность слишком высока, растение не сможет нормально транспирировать и погибнет.
Тепло от влажности
Гениальное решение, предложенное исследователями TheGreefa, позволяет владельцам теплиц использовать влагу, выделяемую растениями, для генерации тепла. Также становится возможным восстановление чистой воды из избытка влаги, что экономит как воду, так и энергию.
Раствор соли поглощает увеличенную влажность в теплице, выделяя тепло в процессе через термохимическую реакцию.
"Мы можем осушить воздух и одновременно создать тепло", — сказала Данези.
Дополнительным преимуществом является то, что этот процесс абсорбции устраняет необходимость в вентиляции, резко сокращая количество тепла, теряемого при необходимости открытия окон для избавления от избытка влаги.
Как только раствор соли поглощает максимальное количество воды, его можно регенерировать, используя низкотемпературное тепло, производимое избыточной солнечной энергией. Это разделяет соль и воду, оставляя раствор соли готовым к хранению и повторному использованию по мере необходимости.
Осушающий эффект, создаваемый солевым раствором, также можно использовать для сушки свежих продуктов, таких как травы и фрукты, чтобы продлить их срок хранения. Поскольку он работает при низких температурах, такие качества, как запах и вкус, остаются неизменными.
Технология была протестирована в теплицах в Швейцарии и Тунисе. В Швейцарии основное внимание уделялось отоплению и сезонному хранению, тогда как в южных странах основное внимание уделялось энергоэффективности и восстановлению воды.
"Мы сейчас оцениваем результаты и видим некоторые энергосбережения", — сказала Данези. "В швейцарской теплице наша система уменьшила потребности в тепловой энергии на 50%."
Хотя это многообещающе, широкое применение этой технологии в коммерческих теплицах еще далеко. Пилотное тестирование будет, пока, продолжаться в меньших масштабах, прежде чем перейти к большему.
Сельское хозяйство становится солнечным
Еще один способ, с помощью которого теплицы могут стать более устойчивыми, — это использовать тот факт, что эти сооружения занимают большие площади, залитые солнечным светом. Это ставит теплицы в уникальное положение для использования солнечного света для генерации чистой электроэнергии.
Однако одна из проблем заключается в том, что солнечные панели, как правило, непрозрачны, поэтому их нельзя размещать над культурами, иначе они не будут расти. Этот вызов решил взять на себя инженер-электрик Ник Канопулос в трехлетнем проекте, финансируемом ЕС под названием PanePowerSW, который закончился в 2021 году.
Ник Канопулос — генеральный директор стартапа Brite Solar, базирующегося в Салониках, Греция, который специализируется на солнечных технологиях следующего поколения.
"Мы хотели создать солнечную панель, подходящую для сельского хозяйства, чтобы на одной и той же земле мы могли производить как культуры, так и энергию, не мешая друг другу", — сказал он.
Канопулос и его команда разработали солнечную панель, покрытую наноматериалами, которые поглощают частицы света в УФ-диапазоне солнечного света, которые не полезны ни для фотоэлектрических панелей, ни для роста растений. Затем он передает их снова в красном и синем диапазонах видимого спектра, которые полезны для обоих.
Таким образом, видимый свет может проходить через панели, увеличивая как производство электроэнергии, так и фотосинтез, что делает технологию идеальной для использования в теплицах.
Преимущества чистой энергии
Команда протестировала панели в теплицах в Греции, Испании, США и Сингапуре, а также в открытом поле в Германии, Франции, Нидерландах и Румынии. Испытания проводились на различных культурах, включая помидоры, чернику, декоративные цветы и грушевые деревья. Их результаты показали, что фермеры могут значительно сократить свой углеродный след, производя чистую энергию во время выращивания культур.
Помимо того, что фермеры могут производить собственную энергию, инновационная конструкция теплицы предлагает дополнительные преимущества. Она собирает дождевую воду для использования на культурах и обеспечивает защиту от неблагоприятных погодных условий. Она также уменьшает испарение воды, что приводит к значительному сокращению — примерно на 20-40% — количества воды, необходимого для орошения.
Команда Канопулоса сейчас расширяется и строит завод в Греции для автоматизации и ускорения производства солнечного стекла. Он сказал, что с этим заводом компания сможет объединить нанесение нано-покрытия с сборкой солнечных панелей, все на одной производственной линии.
Это поможет им охватить больше клиентов, как малых, так и крупных фермеров, в попытке сделать сельскохозяйственный сектор более устойчивым.
"Мы считаем, что широкое использование этой технологии значительно снизит углеродный след сельского хозяйства и будет способствовать устойчивому производству продуктов питания", — сказал Канопулос.
[Источник](https://projects.research-and-...).
Исследования в этой статье были профинансированы программой Horizon ЕС. Мнения респондентов не обязательно отражают мнения Европейской комиссии. Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, подумайте о том, чтобы поделиться ею в социальных сетях.
