Obogaćivanje ugljendioksidom
Pored ostalog u objektima za proizvodnju u zaštićenom
prostoru, treba da se kontroliše i upravlja sastavom vazduha.
Najveći značaj ima udeo kiseonika - 02 i ugljendioksida
- C02 . Kiseonik je neophodan za noćno disanje biljaka,
dok se C02 usvaja u procesu fotosinteze. Pri većem intenzitetu
svetlosti i sadržaju C02 u vazduhu povećava se intenzitet fotosinteze
u biljkama.
U proseku, udeo C02 u vazduhu iznosi do 0,03%. Ovaj
udeo dovoljan je za rast i razvoj biljaka. Međutim, većina biljnih
vrsta ima osobinu da u slučaju povećanja udela C02 u
vazduhu povećava intenzitet fotosinteze. U staklenicima/plastenicima
moguće je da se sadržaj C02 poveća i do dvadeset
puta.
Đurovka et. al, (2003) navode da je povećavanjem udela
C02 u vazduhu na 0,1 do 0,2% pri proizvodnji paradajza prinos
povećan i do 30%, a, što je još važnije, ubrzano je dozrevanje.
Povećanje udela C02 u vazduhu izrazito povećava prinos
ali i kvalitet rezanog cveća. Tako, na primer, u proizvodnji alstromerija
povećavanjem udela na 0,12% značajno je povećano
cvetanje (Đurovka et al, 2006).
Obogaćivanje vazduha u stakleniku/plasteniku ugljendioksidom
uzrokuje dodatne troškove. Stoga su sprovedena istraživanja
sa ciljem da se utvrdi do koje granice povećanja udela
C02 je ono isplativo, ali i kada ga treba sprovoditi. Za većinu
biljnih vrsta udeo ne bi trebalo da prevaziđe 0,1 do 0,15%. Obzirom
da obogaćivanje sa C02 ima efekta samo kada ga biljke
koriste, a to je period fotosinteze, sa dodavanjem treba započeti
par sati po svanuću i završiti neposredno pred zalazak Sunca.
U toku dodavanja C02 ne sprovodi se ventilacija, ili su otvori
za ventilaciju otvoreni najviše 5 cm. Zbog toga je primena C02
u letnjem periodu otežana pa i gotovo nemoguća (Dimitrijević
i Đević, 2003).
Biljka paradajza, nakon svitanja „potroši" ugljendioksid
koji je u prostoriji, za oko sat vremena. Nakon toga prestaje da
se odvija fotosinteza. Stoga, ukoliko ne postoje sredstva za obogaćivanje
C02 mora da se dovede vazduh iz okoline da bi udeo
ugljendioksida došao na uobičajeni nivo. Pri hladnom vremenu
vazduh iz okoline razhlađuje objekat - nastaju gubici. Otvor
za ventilisanje treba da bude dobro odabran, a za to može da se
upotrebi uprošćena formula.
Obogaćivanje vazduha sprovodi se direktno, dodavanjem
čistog C02 , ili indirektno, ubacivanjem u prostor staklenika/
plastenika produkata sagorevanja sa visokim sadržajem C02
(Timmerman i Kamp, 2003). Najčešće primenjivani postupci
obogaćivanja vazduha ugljendioksidom su:
• produktima C02 gorionika,
• dodavanjem čistog C02 ,
• ubacivanjem produkata sagorevanja, dimnih gasova kotla
za grejanje staklenika/plastenika.
Značajan problem za ostvarenje dobre kontrole i upravljanja
obogaćivanjem ugljendioksidom je visoka cena mernog
uređaja, oko 2.000 €. Ovako visoka cena ograničava mogućnost
primene automatske kontrole i upravljanja na manjim postrojenjima.
Sistem za obogaćivanje C02 obično se ugrađuje u
kasnijoj fazi investiranja i razvoja postrojenja. Kako zbog cene,
tako i složenosti ostvarenja kontrole i upravljanja, on se ugrađuje
i primenjuje tek kada su savladani ostali delovi tehnologije
proizvodnje, kontrole i upravljanja. To naravno ne znači da ne
može da se, u slučaju dovoljnih investicionih sredstava i znanja,
primeni od samog početka.
1.Obogaćivanje C02 gorionikom
Produkti sagorevanja tečnih i gasovitih goriva sastoje se od
brojnih jedinjenja, a najznačajniji su C02 i H20. Ugljendioksid
je poželjna komponenta potpunog sagorevanja ugljenika koji je
u sastavu goriva u formi raznih ugljovodonika. Gorionik, koji
se za ovo koristi, može da bude namenjen samo za obogaćivanje
ugljendioksidom, ili da bude predviđen i za grejanje, jer se
kao rezultat sagorevanja oslobađa toplota, sl. 40. Ventilatorom,
koji je sastavni deo uređaja, ostvaruje se distribucija i mešanje
vazduha u celom objektu. Ukoliko je gorionik direktnog tipa, u
praksi se naziva i termogen. Rad ovog termogena, koji je namenjen
i za grejanje, treba kontrolisati. Ukoliko udeo C02 poraste
iznad 0,2% dolazi do oštećenje skoro svih biljnih vrsta.
Slika 40. Gorionik-termogen za grejanje i obogaćivanje sa C02.
 |
Pored ugljendioksida i vode u produktima sagorevanja nalaze
se i brojna nepoželjna jedinjenja. Posebno je štetno prisustvo
ugljenmonoksida - CO i raznih sumpornih jedinjenja.
Ona se izbegavaju izborom dobrih radnih parametara. Pored
toga, pri sagorevanju na visokim temperaturama nastaju
i azotni oksidi - NOx , čije štetno dejstvo ne može odmah da
se uoči. Tek kada se akumulira, negativno deluje na ljude, životinje
i biljke. Iz navedenog je jasno da gorionik treba nabaviti
od proverenog proizvođača, koji će garantovati kvalitet sagorevanja,
ali i dati uputstva za sprovođenje mera ograničenja
udela C02 u objektu. Najpovoljnije gorivo je tečni naftni gas -TNG,
koji ima najmanje nepoželjnih primesa, a zatim prirodni
gas. Ova goriva najbolje sagorevaju do konačnih poželjnih jedinjenja,
imaju malo nepoželjnih sastojaka, a njihovim sagorevanjem
se lako upravlja. Ukoliko se ograniči temperatura sagorevanja,
količina NOx dovodi se do prihvatljivog nivoa.
2.Dodavanje čistog ugljendioksida
C02 se nalazi u nalazištima ispod zemlje ili se proizvodi industrijski,
na primer, kao produkt zagrevanja krečnjaka. Pored
toga, C02 se dobija kao sporedni proizvod raznovrsnih hemijskih
procesa, na primer, pri proizvodnji organskih i neorganskih
hraniva.
Tečni C02 gas skladišti se u cilindrične sudove pod visokim
pritiskom, 73 bar pri 2o°C. Prednosti dodavanja čistog C02 su:
• dodavanje C02 nezavisno je od grejanja staklenika/plastenika,
• dobra raspodela po celoj unutrašnjosti staklenika/plastenika,
• jednostavno dodavanje otvaranjem i zatvaranjem električnog
ventila, ON/OFF postupkom; jednostavno ostvarenje
automatskog upravljanja.
Nedostatak ovog postupka je visoka cena čistog C02 .
Za ostvarenje što bolje distribucije C02 u unutrašnjosti staklenika/
plastenika koristi se cevna distributivna mreža naizgled
slična onoj koja se primenjuje za navodnjavanje/fertigaciju.
Pre te mreže pritisak gasa smanjuje se na vrednost nešto
višu od atmosferskog pritiska. Distributivne cevi imaju na svakih
30 cm otvore prečnika oko 0,1 mm, kroz koje izlazi ugliendioksid.
Slika 41. Sud za tečni C02
3.Dodavanje C02 iz produkata sagorevanja
kotla za grejanje
Ukoliko se kao gorivo za grejanje koristi prirodni gas pri sagorevanju
1 m3 gasa u produktima sagorevanja dobija se 1.800 grama
C02 i 1.400 grama vodene pare. Produkti sagorevanja su,
dakle, bogati ugljendioksidom, pa mogu da se koriste za dodavanje
C02 u staklenik/plastenik. Temperatura produkata sagorevanja
je do 2oo°C, a kotao napuštaju kroz dimnjak. Produkti
sagorevanja treba da se mešaju s vazduhom iz okoline da bi se
temperatura smanjila na manje od 30°C, pa da se tek tada ubacuju
u staklenik/plastenik. Sa energetskog stanovišta ovaj postupak
je nepovoljan, jer se iz okoline dovodi nepotrebna količina
hladnog vazduha.
Uobičajeni prosečni stepen iskorišćenja gasnih kotlova je
oko 85%. Preostalih 15% su gubici sa produktima sagorevanja.
Ova količina energije mogla bi da se iskoristi tako da se produkti
sagorevanja propuštaju kroz zemljište ili pod staklenike
plastenike. Usled hlađenja dolazi do kondenzacije vodene pare
i „povraćaja" takozvane latentne toplote isparavanja -toplote
promene faze. Istovremeno se snižava temperatura produkata
sagorevanja bez dodatka vazduha iz okoline. Projektovanje tog
sistema treba prepustiti stručnjacima, a ulaganja u njega vraćaju
se brzo.
Drugi način uštede energije, ali i optimiranja korišćenja sistema
za grejanje, je primena akumulatora toplote. Akumulatori
toplote su dobro izolovani rezervoari za vodu sa postavljenim
termometrima. Ukoliko se kotao koristi danju, da bi se
obezbedilo obogaćivanje ugljendioksidom, proizvedena toplotna
energija akumulira se, kao topla voda, u akumulatorima, a
za grejanje objekta koristi noću, kao jedini ili dopunski izvor
toplotne energije.
Uprošćeni šematski prikazi rada sa akumulatorom toplote
dati su na sl. 42 i 43. U prvom slučaju, sl. 42, kotao šalje toplu
vodu u grejna tela. Kada se postigne željena temperatura kotao
nastavlja sa radom, da bi proizvodio ugljendioksid, a upravljački
ventil usmerava vodu ka akumulatoru toplote. Noću, kada
temperatura okolnog vazduha opadne, kotao preuzima vodu
iz akumulatora toplote, dogreva je i upućuje ka grejnim telima.
Ovo je uobičajeni sistem povezivanja akumulatora toplote
- zatvoreni sistem.
Slika 42. Zatvoreni sistem povezivanja sa akumulatorom toplote
pri korišćenju produkata sagorevanja kotla za obogaćivanje
ugljendioksidom (Timmerman i Kamp, 2003)
Slika 43. Otvoren sistem povezivanja sa akumulatorom toplote
pri korišćenju produkata sagorevanja kotla za obogaćivanje
ugljendioksidom (Timmerman i Kamp, 2003)
Drugačiji sistem, specijalno podešen za grejanje i obogaćivanje
ugljendioksidom u staklenicima/plastenicima, predviđa
da kotao uvek najpre puni akumulator toplote, a da se grejna
tela uvek napajaju iz akumulatora toplote. Tada su potrebni
veći akumulatori toplote, a aktiviranje kotla sprovodi se na bazi
potrebe za C02 i vremenske prognoze. Ovaj sistem omogućava
i prevazilaženje vršnih potreba grejanja. Naziva se još i otvoren,
sl. 43.
Postupci uštede energije navedeni su da bi na te mogućnosti
skrenuli pažnju potencijalnim korisnicima, kao i da bi im
omogućili da projektantima i isporučiocima postave prave zahteve.
Primer dvostrukog akumulatora toplote prikazan je na sl.44
Slika 44. Akumulatori toplote u sistemu obogaćivanja C02
produktima sagorevanja kotla za grejanje (Timmerman i
Kamp, 2003)
C02 za vrhunske prinose
Ugljendioksid je neophodan za razvoj biljaka. Ukoliko se koncentracija
smanji, smanjuje se i intenzitet fotosinteze. U jednostavnim
objektima koncentracija C02 dovodi se na željeni nivo
tako što se ventilisanjem dovodi vazduh iz okoline, koji ima prirodnu
koncentraciju. Nedostatak ovog postupka je u tome što
se ventilacija sprovodi i onda kada iz drugih razloga, temperatura
i relativna vlažnost vazduha, nije potrebna, te može da ima
nepoželjne posledice.
Viši nivo je kontrolisana primena termogena, čiji produkti sagorevanja
sadrže veliki udeo ugljendioksida, ali je ovaj postupak
primenljiv samo u sezoni grejanja. Koncentracija C02 kontroliše
se meračem i donosi odluka o prekidu obogaćivanja.
Najviši nivo predstavlja kombinovano povišenje koncentracije
ugljendioksida korišćenjem dela produkata sagorevanja kotlova
i tečnog C02, uz primenu automatskog upravljanja.
Literatura:
1. Dimitrijević Aleksandra, Đević, M. 2003. Zagrevanje objekata
zaštićenog prostora i aplikacija ugljendioksida. PTEP
časopis za procesnu tehniku i energetiku u poljoprivredi 7,
5,140-144.
2. Đurovka, M., Lazić, Branka, Bajkin, A., Potkonjak, Agnes,
Marković, V., Ilin, 2., Todorović, Vida. 2006. Proizvodnja
povrća i cveća u zaštićenom prostoru. Poljoprivredni fakultet,
Novi Sad, Poljoprivredni fakultet Banja Luka.
3. Timmerman, G. J., Kamp, P. G. H. 2003. Computerised Envirenment
Control in Greenhouses. PTC+, Ede.