Нетрадиционные способы получения углекислого газа для растений

Вот наткнулась на такую интересную идею (на английском)

https://www.newscientist.com/article/2091214-first-commercial-carbon-capture-plant-set-to-open-in-switzerland/

Вкратце, идея состоит в том, чтобы отбирать СО2 из воздуха и использовать для подкормки растений в теплице. Дескать такой способ очищения воздуха уже применяется в подводных лодках и на космических станциях.  Первую промышленную установку такого рода собираются строить в Швейцарии, в Цюрихе в сентябре - октябре этого года. Меня лично эта идея смущает, поэтому хотелось бы послушать комментарии специалистов.

До чего дошли технологии! В Швейцарии создана первая в мире установка по получению СО2 из воздуха. Производительность 900 т СО2 в год. Предназначен для применения в теплицах. Так, глядишь, скоро Гринпис крик поднимет, что любители наживы воздух обедняют :) Видео о ее создании.

5 часов назад, Марите сказал:

В Швейцарии создана первая в мире установка по получению СО2 из воздуха.

На русском языке про эту несусветную чушь можно было прочитать на GasWorld Россия и СНГ: https://gasworld.ru/ru/news/world/kompaniya-climworks-zapustila-ustanovku-dlya-ulavlivaniya-uglekislogo-gaza-iz-atmosfernogo-vozduha/.

В борьбе с изменениями климата выдвигается цель снизить эмиссии парниковых газов в сельском хозяйстве, в том числе в тепличном производстве. Но для тепличных растений необходима подкормка СО₂, и если собственное производство тепла сокращается, то СО₂ приходится покупать, а это повышает затраты. Следовательно, необходимо научиться использовать доступное количество СО₂ более эффективно. Вот что предлагают голландские специалисты, работающие по принципу «Выращивание по-новому» (Next Generation Growing).

Наиболее логичным приемом является снижение потерь СО₂ через открытые фрамуги теплицы. Степень их открытия можно рассчитать. При солнечной радиации снаружи 700 Вт/м², температуре воздуха 18^оС, относительной влажности 60% и концентрации СО₂ 400 ппм потери СО₂ через фрамуги составляют 630 кг/га в час. При повышении температуры воздуха в теплице до 24^оС потери СО₂ снижаются до 250 кг/га в час. Если при этом еще и повысить относительную влажность воздуха до 85%, потери СО₂ снизятся до 185 кг/га в час. Все это благодаря тому, что при частичном закрытии фрамуг скорость воздухообмена снижается со 170 до 68 и 50 м³/м² в час соответственно. Снизить скорость воздухообмена с помощью частичного закрытия фрамуг легче, если в теплице применяются светорассеивающие материалы, ее кровля охлаждается поливом снаружи или в теплице применяются туманообразующие установки. Туманообразование особенно эффективно поскольку позволяет свести к нулю потери СО₂ и поддерживать его концентрацию в теплице на уровне наружного воздуха. Агроному следует принимать решение на основе фактического прихода солнечной радиации, чтобы обеспечить оптимальный рост растений.

Прежде всего, растение более эффективно использует СО₂, если устьица листьев полностью открыты. Для этого необходимо обеспечить достаточный полив растений. Постоянно поддерживая водный баланс растений, удается обеспечить постоянный рост корневой системы и предотвратить отмирание кончиков корней, что может привести к недостаточному поступлению воды в растение. Если высокая солнечная радиация сопровождается повышенной относительной влажностью воздуха, легче поддерживать водный баланс растения, и устьица дольше остаются открытыми, причем открытыми в большей степени. При этом растения усваивают большее количество доступного СО₂ и более эффективно преобразуют его в ассимиляты. Чтобы растение могло использовать ассимиляты для роста и плодоношения, необходимо соответственно повысить температуру. Таким образом, снижение проветривания, не только снижает прямые потери СО₂, но и повышает эффективность его использования. Такая стратегия может быть еще больше усилена с помощью снижения нагрузки на растение, но тут следует быть осторожным, чтобы не допустить снижения урожайности.

Эффективность использования СО₂ зависит также от условий освещенности. Скорость фотосинтеза зависит от солнечной радиации. Можно задавать целевые значения концентрации СО₂ с привязкой к солнечной радиации Вт/м². Чтобы оптимизировать доступность СО₂ в зоне около листа, следует обеспечить эффективную циркуляцию воздуха в теплице и подавать СО₂ в зоне верхушки растения.

Такой комплекс мероприятий позволяет оптимизировать рост растений даже при меньшей концентрации СО₂ и не требует дополнительных инвестиций.

Hortidaily

https://www.fruit-inform.com/ru/news/179544#.XNEslqRS_Tc

Норвежская фирма «GreenCap Solutions» в течение четырех лет разработала технологию ECS, позволяющую отбирать СО2 из атмосферного воздуха и использовать его в закрытых теплицах. Результаты испытаний показывают, что эта технология не только оказывает эффект на климат, но и ускоряет рост растений и повышает урожайность, например, томатов. Вообще-то подкормки СО2 применяются в тепличных хозяйствах уже 30 лет, в данном случае важен источник СО2. Обычно для подкормок используется очищенный сжиженный углекислый газ или отходящие дымовые газы котельных. В некоторых теплицах природный газ сжигается в специальных устройствах непосредственно над растениями. Однако для поддержания оптимальной температуры и влажности воздуха в теплицах приходится открывать вентиляционные фрамуги, при этом часть поданного СО2 уходит в атмосферу. Ярле Скьевеланд, генеральный директор «GreenCap Solutions» считает, что новая технология может изменить правила игры в тепличной отрасли. Она уже вызвала большой интерес за рубежом, а также среди местных производителей томата. Они заинтересованы в новых технологиях, но нуждаются в дополнительных стимулах для инвестиций. Владельцы фирмы «GreenCap Solutions» имеют большой опыт в нефтяной промышленности, но к теплицам они обратились недавно. В 2016 году была начата разработка теоретической модели, годом позже был создан первый прототип. В 2019 году установка была полностью смонтирована в Норвежском институте Биоэкономики (NIBIO) в Сюрхейме на юго-западе Норвегии. Производительность установки 10-12 т СО2 в год, этого достаточно для потребностей опытной теплицы. Представитель фирмы описывает технологию следующим образом. Атмосферный воздух с концентрацией СО2 400 ппм продувается через абсорбер, который отфильтровывает только молекулы СО2, а остальной воздух выпускает назад в атмосферу. Молекулы СО2 накапливаются в абсорбенте до момента, когда в теплице потребуется повысить концентрацию углекислого газа для обеспечения процесса фотосинтеза. При этом процесс идет в обратном порядке. Разница в отборе СО2 из воздуха и обогащении им заключается манипулировании температурой. В опытной теплице ставилась задача поддерживать концентрацию СО2 на уровне 1000 ппм и это вполне удалось с помощью модуля СО2. В качестве абсорбента используется цеолит, но подробности не раскрываются. Поскольку цеолит является природным минералом, никакие химикалии не применяются. Несмотря на то, что основатели фирмы имеют опыт сбора и хранения CO2, этот процесс нельзя сравнить с очисткой отходящих газов котельной. Во время первых испытаний авторы установки увидели, что концентрацию СО2 в теплице можно повысить в два раза и соответственно регулировать температуру и влажность воздуха, что значительно улучшило выращивание в полностью закрытой теплице. Следует заметить, что концентрация СО2 не должна доходить до 100%, для оптимизации фотосинтеза вполне достаточно поддерживать ее на уровне 1000-1200 ппм.

По словам Ярле Скьевеланда конструкция состоит из трех частей и модуль СО2 может поставляться отдельно. Владельцы теплиц, возможно, захотят приобрести только его. Две остальные части включают энергомодуль со встроенным тепловым насосом и модуль, обеспечения циркуляции воздуха. На начальном этапе фирма планирует поддерживать своих первых клиентов, чтобы им не пришлось платить дороже, чем за получение СО2 из природного газа или приобретение сжиженного СО2. Первый модуль «отлова» СО2 обладает мощностью 300 т в год, этого достаточно для теплицы площадью 1 га. Количество СО2, необходимого в течение года зависит от выращиваемой культуры. Один килограмм СО2 из этой установки обходится в 2 норвежские кроны или 0,19 евро.

Основатели фирмы «GreenCap Solutions» к настоящему времени инвестировали в технологию ECS около 4,3 млн евро и запатентовали ее. Финансовую поддержку проекту оказали фонд Норвежских Инноваций и Норвежский совет по Исследованиям.  Норвежские производители томата в последние годы значительно улучшили качество продукции и технологии выращивания в связи с растущими требованиями крупных сетей супермаркетов. В настоящее время площадь томатных теплиц в Норвегии достигает 370000 м2 (37 га). Она распределена между 80 хозяйствами, 40 из которых выращивают томаты на площади менее 3000 м2. Следующим шагом будет проведение пилотных испытаний. Прошлогодние испытания в NIBIO показали, что урожайность томатов можно повысить на 20% благодаря интенсивной подкормке СО2. При этом особенно подчеркивается выдающийся вкус этих томатов. Следовательно, целью нового испытания является увеличение урожая, улучшение качества и снижение энергопотребления. Первые результаты свидетельствуют, что при закрытых вентиляционных фрамугах можно постоянно поддерживать концентрацию СО2 на уровне 1200 ппм. При этом возрастают интенсивность фотосинтеза и урожай. Одновременно с помощью системы ECS удается контролировать температуру и влажность воздуха, что предотвращает потери энергии. Ранее в NIBIO была разработана система выращивания огурца и томата в течение круглого года. При этом была достигнута урожайность томатов 120 кг/м2. Ученые считают, что с помощью системы ECS и дальнейшей оптимизации выращивания возможно достичь урожайность томата 150 кг/м2 в год. В 2020 году планируется провести так называемую верификацию круглогодичного выращивания. Планируется сравнить выращивание с помощью системы ECS и без нее. Это позволит задокументировать любые различия в фотосинтезе, урожае и качестве, а также различия в потреблении энергии и выбросах CO2 и воды. В настоящее время большинство владельцев теплиц на юго-западе Норвегии применяют СО2, полученный сжиганием природного газа или покупают сжиженный, но правительство Норвегии планирует прекратить использование ископаемых энергоресурсов в 2030 году. Получение СО2 из воздуха открывает широкие перспективы для владельцев теплиц. В Норвегии введен налог на выбросы СО2 в атмосферу, но сейчас тепличные хозяйства и производство СО2 для теплиц освобождены от этого налога.

Groentennieuws.nl

https://www.fruit-inform.com/ru/news/182072#.XkFJqyNS-ZM

Думаю, что все вопросы следует задавать авторам этой установки

https://greencap-solutions.com/ecs-project/

3 часа назад, M23 сказал:

До 48 вт/ч на кг?

Олег (М23), наверное, от смеха не так посчитал, или написал. Действительно, если принимать, что затрачивается 5-8 кДж энергии на выделение 44 г СО2, то это эквивалентно затратам электроэнергии 32-50 кВт·ч/кг продукта . Для справки: самая качественная жидкая углекислота стоила в 2019 году в России менее 10 руб./кг.

P.S. Название темы записал на нормальном русском языке.

Современные тепличные хозяйства расходуют в среднем 26-34 кг СО2/м2/год, то есть около 300 т СО2/га. Применять для этого пищевую углекислоту слишком дорого, такие эксперименты проводились еще в восьмидесятые годы. Поэтому применяют два подхода - приобретение технического СО2 и использование собственных отходящих дымовых газов.

В Северной Европе популярна продукция фирмы AGA, ее газгольдеры можно встретить даже рядом с совсем небольшими теплицами. Голландцы очень широко применяют сжиженный углекислый газ от нефтеперерабатывающих заводов в Роттердаме. Правда в 2018-2019 гг. с этим были проблемы, что-то случилось с трубопроводом, и в результате 2-3 недели СО2 просто не хватало, что привело к недобору нескольких тыс т урожая. Тут ведь не только прямые потери в течение этих "голодных на СО2" недель, но и дисбаланс растений в результате дефицита СО2. Строго говоря, там последействие может ощущаться растениями до 7 недель.

Собственная котельная есть практически у каждого ТК, поэтому вполне логично использовать очищенные дымовые газы для подкормки растений. Что и делается с середины восьмидесятых годов.

Кстати, АМР представляет промышленного производителя оборудования для отбора СО2 из дымовых газов и из всех участников дискуссии наиболее сведущ в этом вопросе.

Однако далеко не все хозяйства используют природный газ для обогрева теплиц. Он не везде доступен. В Северной Европе немало теплиц, обогреваемых щепой, поэтому и встает проблема приобретения СО2 на стороне. Именно этим и интересна норвежская разработка. Поживем-увидим, пойдет ли она в промышленное производство.

Почему-то никто из комментаторов не обратил внимания на фразу:

В 10.02.2020 в 15:27, Марите сказал:

Ранее в NIBIO была разработана система выращивания огурца и томата в течение круглого года. При этом была достигнута урожайность томатов 120 кг/м2. Ученые считают, что с помощью системы ECS и дальнейшей оптимизации выращивания возможно достичь урожайность томата 150 кг/м2 в год.

Учитывая, что именно на этой опытной станции лет 20 назад впервые в мире была достигнута урожайность огурца в светокультуре 160 кг/м2, к этому заявлению следует отнестись серьезно. Пока, насколько я знаю, в УК вплотную приблизились к урожайности томата 100 кг/м2, но я еще не слышала, чтобы ее достигли. (Не считая одну из первых УК в США, где о достигнутых 100 кг/м2 говорили еще в 2012-2013 гг.)