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.
