Grönare växthus lovar mer energieffektiv odlingskraft
Att odla frukt och grönsaker i växthus kan snart bli mer miljövänligt tack vare EU-finansierad forskning.
16 juli 2024, av Bárbara Pinho
I provinsen Almería i sydöstra Spanien odlar bönder uppskattningsvis 2,5 till 3,5 miljoner ton frukt och grönsaker varje år i vad som har blivit känt som Almerías "växthus hav". I denna region sträcker sig växthusen så långt ögat kan se och täcker ett område på över 40 000 hektar (400 kvadratkilometer).
Det är delvis tack vare denna produktion som konsumenter över hela kontinenten kan njuta av livsmedel som gurkor, tomater och meloner året runt. Men det finns en hake, dessa växthus är inte alltid särskilt hållbara när det gäller energianvändning eller vattenförbrukning.
Serena Danesi är forskningsassistent vid Institutet för energisystem och fluidteknik (IEFE) i Zürich, Schweiz. Hon är specialiserad på termisk teknik och värmeåtervinning och har under de senaste fyra åren lett TheGreefa-projektet som fått finansiering från EU för att utveckla ett nytt, mer energieffektivt och miljövänligt system för att kontrollera både temperatur och luftfuktighet i växthus.
Om Europa vill uppnå sina klimatmål och sätta standarden för hållbar livsmedelsproduktion – ett mål som fastställdes i EU:s "Från jord till bord"-strategi som antogs 2020 – då kommer förbättring av hållbarheten inom växthusodling vara en nyckelfråga.
"Om vi vill äta gurkor, tomater och vattenmeloner året runt måste vi vara medvetna om att deras odling förbrukar mycket energi och vatten", sa Danesi.
Klimatkontroll
Förändringar i klimatförhållanden och behovet av att ha mer kontroll över odlingsmiljön för grödor har lett till en snabb expansion av kommersiell växthusodling över hela Europa.
År 2018 uppskattades det att Europa hade cirka 210 000 hektar (2 100 kvadratkilometer) växthus, med särskilt höga koncentrationer i Spanien (70 000 ha), Italien (42 800 ha), Frankrike, Nederländerna och i Central- och Östeuropa.
Behovet av energi i växthus varierar dock beroende på deras plats. TheGreefa samlar forskare från Italien, Frankrike, Tyskland, Spanien, Schweiz, Polen och Tunisien för att undersöka hur deras föreslagna system fungerar i olika klimatzoner.
"Växthus i Centraleuropa behöver värme eftersom det är kallt där. Å andra sidan behöver de i Spanien kylning på sommaren", sa Danesi. "Så det finns olika problem för olika delar av Europa."
Förutom temperatur är luftfuktighetskontroll också ett problem. När vatten avdunstar från växter i en process som kallas "transpiration" ökar luftfuktigheten och kan bli farligt hög. Hög luftfuktighet kan orsaka svampsjukdomar som lätt kan sprida sig och förstöra en gröda. Dessutom, om luftfuktigheten är för hög, kommer växten inte att kunna transpirera normalt och kommer att dö.
Värme från luftfuktighet
Den smarta lösningen som föreslagits av TheGreefa-forskarna tillåter växthusägare att använda den fukt som naturligt frigörs av växterna för att generera värme. Det gör det också möjligt att återvinna rent vatten från överskottsfukten, vilket sparar både vatten och energi.
En saltlösning absorberar den ökade luftfuktigheten i växthuset och frigör värme i processen genom en termokemisk reaktion.
"Vi kan avfukta luften och skapa värme samtidigt", sa Danesi.
En ytterligare fördel är att denna absorptionsprocess eliminerar behovet av ventilation, vilket drastiskt minskar mängden värme som går förlorad när fönster måste öppnas för att bli av med överskottsfukt.
När saltlösningen har absorberat så mycket vatten som möjligt kan den regenereras med hjälp av låggradig värme som produceras av överskotts solenergi. Detta separerar saltet och vattnet, vilket gör att saltlösningen är redo att lagras och återanvändas vid behov.
Den avfuktande effekt som skapas av saltlösningen kan också användas för att torka färska produkter som örter och frukter för att förlänga deras hållbarhet. Eftersom det fungerar vid låga temperaturer, förblir egenskaper som lukt och smak intakta.
Tekniken har testats i växthus i Schweiz och Tunisien. I Schweiz låg fokus på uppvärmning och säsongslagring, medan fokus i de södra länderna låg på energieffektivitet och vattenåtervinning.
"Vi utvärderar nu resultaten och har sett vissa energibesparingar", sa Danesi. "I det schweiziska växthuset minskade vårt system de termiska energibehoven med 50%."
Även om detta är lovande, är det fortfarande en bit kvar till en bred tillämpning av denna teknik i kommersiella växthus. Pilotförsök kommer tills vidare att fortsätta i mindre skala innan de går vidare till större skala.
Jordbruket blir solenergidrivet
Ett annat sätt som växthus kan bli mer hållbara är genom att dra nytta av det faktum att dessa strukturer upptar stora områden som badar i solljus. Detta placerar växthus i en unik position att använda solljus för att generera ren elektricitet.
En utmaning är dock att solpaneler tenderar att vara ogenomskinliga, så de kan inte placeras över grödor, annars kommer dessa inte att växa. Detta var den utmaning som elektroingenjör Nick Kanopoulos bestämde sig för att ta sig an i ett treårigt EU-finansierat projekt kallat PanePowerSW som avslutades 2021.
Nick Kanopoulos är VD för startupföretaget Brite Solar, baserat i Thessaloniki, Grekland, som specialiserar sig på nästa generations solenergi.
"Vi ville bygga en solpanel som var lämplig för jordbruk så att vi på samma mark kan producera både grödor och energi utan att det ena hindrar det andra," sa han.
Kanopoulos och hans team utvecklade en solpanel belagd med nanomaterial som absorberar ljuspartiklar i UV-området av solljus, vilka inte är användbara för varken solceller eller växters tillväxt. Den sänder sedan ut dem i de röda och blå områdena av det synliga spektrumet, vilket är användbart för båda.
Synligt ljus kan därmed passera genom panelerna samtidigt som det ökar både elproduktionen och fotosyntesen, vilket gör tekniken idealisk för användning i växthus.
Fördelar med ren energi
Teamet testade panelerna i växthus i Grekland, Spanien, USA och Singapore, och i frilandsodling i Tyskland, Frankrike, Nederländerna och Rumänien. Tester genomfördes på olika grödor, inklusive tomater, blåbär, prydnadsblommor och päronträd. Deras resultat visade att bönder kan minska sitt koldioxidavtryck avsevärt genom att generera ren energi medan de odlar sina grödor.
Förutom att bönderna kan producera sin egen energi, erbjuder den innovativa växthusstrukturen ytterligare fördelar. Den samlar regnvatten för användning på grödorna och ger skydd mot ogynnsamt väder. Den minskar också vattnets avdunstning, vilket resulterar i en betydande minskning – cirka 20-40% – av det vatten som behövs för bevattning.
Kanopoulos team expanderar nu och bygger en fabrik i Grekland för att automatisera och påskynda produktionen av solglas. Han sa att med denna fabrik kommer företaget att kunna kombinera tillämpningen av nanobeläggning med solpanelsmontering, allt på en produktionslinje.
Detta kommer att hjälpa dem att nå fler kunder, både små och stora bönder, i ett försök att göra jordbrukssektorn mer hållbar.
"Vi tror att den omfattande användningen av denna teknik kommer att avkarbonisera jordbruket i stor utsträckning och bidra till hållbar livsmedelsproduktion," sa Kanopoulos.
https://projects.research-and-...
Forskningen i denna artikel finansierades av EU:s Horizon-program. Intervjupersonernas åsikter återspeglar inte nödvändigtvis Europeiska kommissionens åsikter. Om du gillade denna artikel, överväg att dela den på sociala medier.
