Ohne den Prozess der Photosynthese würde die Lichtenergie nicht ausreichen, um Kohlendioxid in Sauerstoff umzuwandeln, der für das Leben und unsere Nutzpflanzen unerlässlich ist.
DerCO2-Gehalt muss kontinuierlich überwacht werden, um den Ertrag des Gewächshausanbaus und die Qualität der Ernte zu gewährleisten.
Wie kann eine genaueCO2-Kontrolle gewährleistet werden?
Wusstest du, dass unsere Pflanzen nicht nur Sauerstoff, sondern auch Zucker produzieren?
Die Photosynthese ist die Grundlage für den Sauerstoff, den wir einatmen, aber auch für die Nahrungsmittel, die wir essen. Ohne den Prozess der Photosynthese würde die Lichtenergie nicht ausreichen, um Kohlendioxid in Sauerstoff umzuwandeln.
Seine Wirksamkeit hängt von mehreren Parametern ab. Dazu gehört die Konzentration von Kohlendioxid in der Umgebungsluft.
Neben Kohlendioxid benötigt die Pflanze auch Zucker, um zu wachsen. Sie produziert Zucker tatsächlich selbst. Weitere notwendige Bestandteile sind Mineralien, Wasser und Licht.
Die Reaktion der Photosynthese ist dann wie folgt:
CO₂ + H₂O + Licht → Zucker + O₂.
Dieser Zucker wird von der Pflanze genauer gesagt als Treibstoff verwendet. Er ermöglicht es ihr, neue Zellen zu generieren und sozusagen zu atmen.
Die Antwort ist einfach: Durch die Kontrolle von CO₂ kann der Prozess der Photosynthese optimiert und das Pflanzenwachstum angeregt und gesteuert werden.
Der Anbau von Kulturen in Gewächshäusern ist mittlerweile weltweit eine wachsende Realität. Schätzungsweise 405.000 ha Gewächshausfläche sind über ganz Europa verteilt.
In den letzten 20 Jahren gab es eine Revolution im Anbau und in der Technologie von Gewächshäusern.
Noch vor kurzem galt ein Tomatenertrag von 100 Tonnen/ha in einem Gewächshaus als gute Leistung. Heute ist eine Ernte von 600 Tonnen/ha in High-Tech-Gewächshäusern nicht ungewöhnlich.Hans Dreyer, Direktor der Abteilung für Pflanzenproduktion und Pflanzenschutz der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen
Man könnte meinen, dass in sonnenreichen Regionen der Welt kein Bedarf an Gewächshäusern besteht. Dies ist jedoch nicht der Fall.
Je nachdem, welche Pflanze angebaut wird, ist auch hierCO2, ebenso wie die Temperatur und die Luftgeschwindigkeit, ein Schlüsselparameter, dessen optimale Höhe variiert.
Es ist bekannt, dass dieCO2-Konzentration in der Umgebungsluft seit der industriellen Revolution dramatisch angestiegen ist und heutzutage immer schneller zunimmt.
Sein durchschnittlicher Wert liegt derzeit jedoch bei 400 ppm (parts per million), was 0,04 % der Luft entspricht, die wir einatmen.
Während unter den richtigen Licht- und Temperaturbedingungen Tomaten mit 900 ppm und Gurken mit 700 ppm besser gedeihen.
Es scheint also offensichtlich, dass dieCO2-kontrollierte Atmosphäre, also Gewächshäuser, unabhängig von der Region ausgebaut werden müssen, um die Herausforderung der menschlichen Ernährung in den kommenden Jahren zu meistern.
Die Niederlande sind als Pionierland für den Anbau in Gewächshäusern mit kontrollierter Atmosphäre bekannt. Mit der beträchtlichen und ständig wachsenden Anzahl von 9000 großen Gewächshäusern, die 0,25 % der Gesamtfläche des Landes einnehmen, macht dieser Markt einen großen Teil des BIP des Landes aus. 150.000 Arbeiter sind beschäftigt und 80 % der Produkte werden exportiert.
Spanien ist auch dafür bekannt, eines der größten Gewächshäuser der Welt zu besitzen. Es befindet sich in Almeria, wo die Gewächshäuser eine Fläche von fast 200 km² bedecken.
Zusätzliches CO₂ sollte während sonniger Wetterperioden zugeführt werden, nicht aber bei bewölktem Himmel oder in der Nacht.
Es kann aus Brennern gewonnen werden, die mit Erdöl oder Erdgas betrieben werden. In diesem Fall muss darauf geachtet werden, dass im Gewächshaus keine giftigen Gase vorhanden sind, weder für die Pflanzen (SO2, Ethylen usw.) noch für das Personal (Kohlenmonoxid).
Man kann auch reines flüssigesCO2 verwenden, das von kommerziellen Anbietern bezogen wird.
Die häufigste Methode derCO2-Anreicherung für eine Anwendung im Gewächshaus ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Und der am häufigsten für dieCO2-Anreicherung verwendete Brennstoff ist Erdgas . Bei der Verbrennung von 1 m³ Erdgas entstehen etwa 1,8 kgCO2.
Die Zufuhr vonCO2 kann dann zu lokalen Schwankungen derCO2-Konzentration im gesamten Gewächshaus führen. Horizontale und vertikale Gradienten der Umweltbedingungen sind nachteilig, aber unvermeidbar. Am wichtigsten ist es,eine Verringerung der Homogenität des Pflanzenwachstums und der Pflanzenproduktion zu vermeiden.
Beispielsweise findet man bei einem Verteilungsnetz eine hoheCO2-Konzentration in der Nähe der Verteilungsrohre und ein niedriges Niveau in der Nähe des Scheitels oder in der Nähe von offenen Lüftungsfenstern. Es wird dann empfohlen, dieCO2-Verteilungsleitungen bei
einem niedrigen Niveau so nah wie möglich an den Kulturen zu platzieren. Auf diese Weise wird durch die natürliche Diffusion des Kohlendioxids nach oben im Gewächshaus eine gleichmäßigeCO2-Anreicherung Auf der vertikalen Achse gewährleistet.
Die horizontale Verteilung ist ebenfalls eine Herausforderung, da die gesamte Fläche des Gewächshauses ebenfalls die gleiche MengeCO2 enthalten muss, damit alle Pflanzen mit der gleichen Geschwindigkeit wachsen und die Reife und Qualität in der gesamten Kultur einheitlich ist.
Um eine volumetrische Homogenität (sowohl horizontal als auch vertikal) derCO2-Konzentration im Gewächshaus zu gewährleisten, besteht die beste Strategie darin, sie an mehreren Stellen im Gewächshaus zu messen.
Dies kann mit mehreren Gasanalysatoren und/oder durch Mehrpunktprobenahme mit einem einzelnen Analysator erfolgen, je nach Größe des Gewächshauses und dem verfügbaren Budget.
Bei einem großen Gewächshaus werden mehrereCO2-Regler eingesetzt, um das gesamte Volumen abzudecken. Um die beste Repräsentativität der Atmosphäre zu gewährleisten, wird jeder Controller gleichzeitig mehrere kleinere Bereiche (normalerweise 4 oder 6) messen.
Diese optimierte Strategie stellt sicher, dass dasCO2 gleichmäßig über alle Kulturen verteilt wird.
Der Fuji Electric ZFPCO2-Monitor für Gewächshäuser ist ein dedizierter NDIR-Gasanalysator (Non-Dispersive Infra-Red). Er wurde vor Jahren zu diesem Zweck entwickelt und mit zunehmender Erfahrung verbessert.
Mehr als 10.000 ZFPCO2-Monitore werden derzeit in ganz Europa eingesetzt, um unsere Lebensmittelproduktion zu optimieren, indem die Photosynthese durchCO2-Düngung verbessert wird.
Ausgestattet mit einem internen Filter und einer internen Pumpe kann dieser Infrarotanalysatordie Umgebungsluft um seine eigene Position herum und dann über ein Netz von Probenahmeschläuchen auchaus entfernten Bereichen ans augen.
Eine übliche Strategie wie die nebenstehende besteht darin, die Luft aus mehreren Bereichen anzusaugen, um die Homogenität desCO2 im Zielbereich zu gewährleisten.
Die Installation des CO₂ ZFP-Controllers ist einfach, und seine einzigartige Stabilität ermöglicht eine jährliche Kalibrierungsfrequenz.
Die nichtdispersive Infrarottechnologie von Fuji Electric ist seit den 1960er Jahren für ihre Robustheit und Signalstabilität unter den härtesten klimatischen Bedingungen berühmt.
Der Sensor arbeitet mit einer Infrarotquelle (IR), die Lichtwellen durch eine Zelle leitet, die mit einer Luftprobe gefüllt ist. Diese Luft bewegt sich zu einem optischen Filter, der sich vor einem IR-Lichtdetektor befindet.
Der IR-Lichtdetektor misst die Menge an IR-Licht, die durch den optischen Filter fällt.
Das ebenfalls von der IR-Quelle erzeugte IR-Strahlungsband ist der 4,26 Mikron Absorptionsbande vonCO2 sehr ähnlich.
Da das IR-Spektrum vonCO2 einzigartig ist, dient die Wellenlängenübereinstimmung der Lichtquelle als Signatur oder "Fingerabdruck" zur Identifizierung desCO2-Moleküls.
Wenn Infrarotlicht die Zelle durchdringt, absorbieren dieCO2-Moleküle das spezifische Band des Infrarotlichts und lassen die übrigen Wellenlängen des Lichts durch. Am Ende des Detektors trifft das restliche Licht auf einen optischen Filter, der alle Wellenlängen des Lichts absorbiert, mit Ausnahme der Wellenlänge, die von denCO2-Molekülen in der Probenzelle absorbiert wird. Schließlich liest ein IR-Detektor die verbleibende Lichtmenge, die nicht von denCO2-Molekülen oder dem optischen Filter absorbiert wurde.
Die Differenz zwischen der von der IR-Quelle abgestrahlten Lichtmenge und der vom Detektor empfangenen IR-Lichtmenge wird gemessen.
Da die Differenz das Ergebnis der Absorption des Lichts durch dieCO2-Moleküle in der Luft im Inneren der Zelle ist, ist sie direkt proportional zur Anzahl derCO2-Moleküle. Diese Daten werden dann von der internen Elektronikkarte verarbeitet und anschließend als 4-20-mA-Signal ausgegeben, das vomCO2-Anreicherungssystem verwendet wird.
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