В провинция Алмерия в Югоизточна Испания фермерите отглеждат около 2,5-3,5 милиона тона плодове и зеленчуци всяка година в така нареченото море от оранжерии в Алмерия. В този регион оранжериите се простират докъдето погледът стига и заемат площ от над 40 000 хектара (400 квадратни километра).
Отчасти благодарение на това производство потребителите на континента могат да се наслаждават на храни като краставици, домати и пъпеши през цялата година. Но има една уловка - тези оранжерии не винаги са много устойчиви по отношение на използването на енергия и вода.
Серена Данези е научен сътрудник в Института за енергийни системи и флуидно инженерство (IEFE) в Цюрих, Швейцария. Тя специализира в областта на топлотехниката и оползотворяването на топлината и през последните четири години ръководи проекта TheGreefa, който получи финансиране от ЕС за разработване на нова, по-енергийно ефективна и щадяща околната среда система за контрол на температурата и влажността в оранжериите.
Ако Европа иска да постигне целите си в областта на климата и да установи стандарт за устойчиво производство на храни - цел, заложена в стратегията на ЕС "От фермата до вилицата", приета през 2020 г. - подобряването на устойчивостта на оранжерийното земеделие ще бъде ключов проблем.
"Ако искаме да ядем краставици, домати и дини през цялата година, трябва да сме наясно, че за тяхното отглеждане се изразходват много енергия и вода", казва Данези.
Контрол на климата
Промените в климатичните условия и необходимостта от по-голям контрол върху средата за отглеждане на културите доведоха до бързото разрастване на търговското оранжерийно отглеждане в Европа.
Според оценките през 2018 г. в Европа е имало около 210 000 хектара (2 100 кв. км) оранжерии, с особено висока концентрация в Испания (70 000 хектара), Италия (42 800 хектара), Франция, Нидерландия, както и в Централна и Източна Европа.
Енергийните нужди на оранжериите обаче се различават в зависимост от тяхното местоположение. TheGreefa обединява изследователи от Италия, Франция, Германия, Испания, Швейцария, Полша и Тунис, за да проучат как се представя предложената от тях система в различните климатични зони.
" Оранжериите в Централна Европа се нуждаят от отопление, защото там е студено. От друга страна, в Испания те се нуждаят от охлаждане през лятото", казва Данези. "Така че в различните части на Европа има различни проблеми.
В допълнение към температурата, контролът на влажността също е проблем. Тъй като водата се изпарява от растенията в процеса, известен като "транспирация", нивата на влажност се повишават и могат да станат опасно високи. Високата влажност може да причини гъбични заболявания, които лесно се разпространяват и унищожават реколтата. Освен това, ако влажността е твърде висока, растението няма да може да извършва нормална транспирация и ще загине.
Топлина от влажност
Гениалното решение, предложено от изследователите от TheGreefa, позволява на собствениците на оранжерии да използват влагата, отделяна естествено от растенията, за генериране на топлина. То също така дава възможност за възстановяване на чиста вода от излишната влажност, като по този начин се спестява вода и енергия.
Соленият разтвор абсорбира всяка повишена влага в оранжерията, като при това освобождава топлина чрез термохимична реакция.
"Можем да изсушаваме въздуха и да създаваме топлина едновременно", казва Данези.
Допълнително предимство е, че този процес на абсорбция елиминира нуждата от вентилация, като драстично намалява количеството на загубената топлина, когато трябва да се отворят прозорците, за да се отървем от излишната влага.
След като соленият разтвор абсорбира възможно най-голямо количество вода, той може да бъде регенериран, като се използва ниско ниво на топлина, произведена от излишната слънчева енергия. По този начин солта и водата се разделят, като соленият разтвор остава готов за съхранение и повторна употреба при необходимост.
Дехидратиращият ефект, създаден от соления разтвор, може да се използва и за сушене на пресни продукти като билки и плодове, за да се удължи срокът им на годност. Тъй като се работи при ниски температури, качествата като мирис и вкус остават непокътнати.
Технологията е тествана в оранжерии в Швейцария и Тунис. В Швейцария фокусът беше върху отоплението и сезонното съхранение, докато в южните страни фокусът беше върху енергийната ефективност и възстановяването на водата.
В момента оценяваме резултатите и виждаме известни икономии на енергия - казва Данези. "В швейцарската оранжерия нашата система намали нуждите от топлинна енергия с 50 %.
Въпреки че е обещаваща, широкото приложение на тази технология в търговските оранжерии все още е далеч. Засега пилотните тестове ще продължат в по-малки мащаби, преди да се премине към по-голям мащаб.
Слънчевото земеделие
Друг начин, по който оранжериите биха могли да станат по-устойчиви, е да се възползват от факта, че тези структури заемат големи площи, огрявани от слънчева светлина. Това поставя оранжериите в уникална позиция за използване на слънчевата светлина за генериране на чиста електроенергия.
Едно от предизвикателствата обаче е, че соларните панели обикновено са непрозрачни, така че не могат да се поставят над културите, защото в противен случай те няма да растат. Това е предизвикателството, с което електроинженерът Ник Канопулос решава да се заеме в рамките на тригодишен проект, финансиран от ЕС, наречен PanePowerSW, който приключва през 2021 г.
Канопулос е главен изпълнителен директор на стартиращата компания Brite Solar със седалище в Солун, Гърция, която е специализирана в соларни технологии от следващо поколение.
Искахме да създадем соларен панел, подходящ за селското стопанство, така че на една и съща земя да можем да произвеждаме както култури, така и енергия, без едното да пречи на другото - казва той.
Канопулос и екипът му разработиха соларен панел, покрит с наноматериали, които абсорбират светлинните частици в ултравиолетовия диапазон на слънчевата светлина, които не са полезни нито за фотоволтаичните панели, нито за отглеждането на растения. След това той ги препредава в червения и синия диапазон на видимия спектър, които са полезни и за двете.
По този начин видимата светлина може да преминава през панелите, като същевременно увеличава производството на електроенергия и фотосинтезата, което прави технологията идеална за използване в оранжерии.
Ползи от чистата енергия
Екипът тества панелите в оранжерии в Гърция, Испания, САЩ и Сингапур, както и при отглеждане на открито в Германия, Франция, Нидерландия и Румъния. Тестовете са проведени с различни култури, включително домати, боровинки, декоративни цветя и круши. Резултатите от тях показаха, че земеделските стопани могат значително да намалят своя отпечатък от въглероден диоксид, като произвеждат чиста енергия, докато отглеждат култури.
Освен че фермерите могат да произвеждат собствена енергия, иновативната структура на оранжерията предлага и други предимства. Тя събира дъждовна вода, която се използва за културите, и осигурява защита срещу неблагоприятни климатични условия. Освен това тя намалява изпарението на водата, което води до значително намаляване - с около 20-40 % - на водата, необходима за напояване.
Сега екипът на Канопулос разширява дейността си и изгражда фабрика в Гърция, за да автоматизира и ускори производството на соларно стъкло. Той заяви, че с тази фабрика компанията ще може да комбинира нанасянето на нанопокрития със сглобяването на соларни панели, всичко това в една производствена линия.
Това ще им помогне да достигнат до повече клиенти, както малки, така и големи земеделски производители, в усилията си да направят селскостопанския сектор по-устойчив.
Смятаме, че широкото използване на тази технология ще декарбонизира до голяма степен селското стопанство и ще допринесе за устойчивото производство на храни - каза Канопулос.
Изследванията в тази статия са финансирани от програма "Хоризонт" на ЕС. Мненията на интервюираните не отразяват непременно тези на Европейската комисия. Ако тази статия ви е харесала, моля, помислете дали да не я споделите в социалните мрежи.
