دانشمندان دانشگاه و تحقیقات Wageningen در هلند از حسگرهای دی اکسید کربن Vaisala در گلخانه های تحقیقاتی خود برای بیش از یک دهه استفاده کرده اند. دی اکسید کربن یک پارامتر اندازه گیری بسیار مهم در علوم گیاهی است، نه تنها به این دلیل که گیاهان برای رشد به دی اکسید کربن نیاز دارند، بلکه به این دلیل که انتشارات محیطی به تغییرات آب و هوایی کمک می کند، بنابراین تهدیدها و فرصت های عظیمی این گاز را احاطه کرده است. به عنوان یک سازمان تحقیقاتی مشهور جهانی، ارزش کار این موسسه تا حدی به دقت و قابلیت اطمینان حسگرها بستگی دارد، بنابراین مهم است که محققان آن کیفیت سنسور را به خطر نیندازند.
فناوری سنسور CO2
دی اکسید کربن نور را در ناحیه مادون قرمز (IR) با طول موج 4.26 میکرومتر جذب می کند. به این معنی که وقتی تابش IR از گاز حاوی CO2 عبور می کند، بخشی از تابش جذب می شود و این جذب قابل اندازه گیری است. سنسور دی اکسید کربن Vaisala CARBOCAP® دارای یک فیلتر ابتکاری میکرو ماشینی و قابل تنظیم الکتریکی Fabry-Perot (FPI) است. فیلتر FPI علاوه بر اندازه گیری جذب CO2، اندازه گیری مرجع را در طول موجی که در آن هیچ جذبی صورت نمی گیرد، امکان پذیر می کند. هنگام اندازه گیری مرجع، فیلتر FPI به صورت الکتریکی تنظیم می شود تا باند بای پس را از طول موج جذبی به طول موج غیر جذبی تغییر دهد. این اندازه گیری مرجع هرگونه تغییر احتمالی در شدت منبع نور و همچنین آلودگی یا تجمع کثیفی در مسیر نوری را جبران می کند. در نتیجه، سنسور CARBOCAP در طول زمان بسیار پایدار است و با ترکیب هر دو اندازه گیری در یک سنسور، این فناوری جمع و جور می تواند در پروب ها، ماژول ها و فرستنده های کوچک گنجانده شود.
Wageningen یکی از نیروهای محرک در توسعه تحقیق و فناوری برای باغبانی گلخانه ای در هلند بوده است. تخصص این موسسه در کشت گلخانه ای محصولات زینتی، میوه و سبزیجات منحصر به فرد است و همراه با تولیدکنندگان و شرکای فناوری، سیستم های کشت جدید، سیستم های کنترل آب و هوا، مواد پوششی انقلابی گلخانه ای و سایر نوآوری ها را توسعه داده است. استفاده از این فناوری های جدید باعث شده است که باغبانی گلخانه ای در هلند به یک رهبر جهانی تبدیل شود.
برای اطلاعات بیشتر:
وایسالا
vaisala.com/en
منبع
در حال حاضر، کاوشگرهای نصب شده مؤسسه سیگنال های 4-20 میلی آمپری را ارائه می دهند که به «رایانه های آب و هوایی» که برای مدیریت خودکار گلخانه ها برنامه ریزی شده اند، تغذیه می کند. این سیستم همچنین اگر به هر دلیلی سطح CO2 به سطوح خطرناک نزدیک شود، هشدار می دهد.
نظارت بر دی اکسید کربن
پس از حدود ده سال فعالیت، این موسسه حدود 150 کاوشگر مدل قدیمی را با مدل جدیدتر جایگزین می کند. کالیبراسیون تمام پروب ها قبل از شروع هر پروژه با استفاده از گازهای مرجع تایید شده بررسی می شود. مهم است که داده‌های کالیبراسیون قابل ردیابی باشند، بنابراین گواهی کالیبراسیون هر پروب حفظ می‌شود و بررسی‌های کالیبراسیون بعدی مستند می‌شوند. یک مانیتور CO2 قابل حمل (یک Vaisala GM70) با یک پروب CO2 GMP252 نیز به عنوان یک ابزار اعتبارسنجی برای بررسی پروب های نصب شده استفاده می شود، حتی اگر کالیبراسیون بیشتر لازم نباشد.
تحقیقات علوم گیاهی دی اکسید کربن
دو پروژه در حال حاضر در حال ارزیابی اثرات سطوح مختلف CO2 بر تولید کارخانه هستند. یکی در حال مطالعه میوه های نرم و دیگری گوجه فرنگی است. با این حال، با ایفای نقش CO2 در رشد گیاهان و تغییرات آب و هوایی، ارزش اندازه‌گیری دقیق این گاز همچنان به رشد خود ادامه می‌دهد. اکثر گلخانه‌ها اکنون به اترنت مؤسسه متصل هستند و طیف گسترده‌ای از حسگرهای جدید به طور مداوم به شبکه نظارت اضافه می‌شوند و فرصتی برای استفاده از حسگرهای «هوشمند» جدید فراهم می‌کنند.
دی اکسید کربن برای اولین بار در سال 2005 از طریق شبکه لوله ای که توسط شرکت Organic Carbon Dioxide for Assimilation of Plants (OCAP) ایجاد شده بود، به گلخانه های هلندی تحویل داده شد. اپراتورهای گلخانه های تجاری برای این عرضه CO2 که عمدتاً از یک کارخانه بیواتانول بدست می آید، پرداخت می کنند. یکی از ویژگی های کلیدی تحقیقات این موسسه، کار برای بهینه سازی استفاده از CO2، همراه با سایر متغیرهای رشد گیاه است. به عنوان مثال، این موسسه یک ابزار شبیه سازی برای دوز CO2 ایجاد کرده است: “نمایشگر CO2”. این برنامه اثرات استراتژی دوز یک پرورش دهنده را نظارت و نمایش می دهد. به عنوان مثال، ارزیابی دوز CO2 را در حوالی ظهر در مقایسه با دوز در صبح امکان پذیر می کند. نتایج محاسباتی چنین ارزیابی تمام ویژگی‌های مربوط به ساخت گلخانه و تنظیمات کنترل آب و هوا را در نظر می‌گیرد.
فناوری CARBOCAP به این معنی است که محققان نیازی به نگرانی در مورد رانش کالیبراسیون یا خرابی سنسور ندارند.
خلاصه
دقت، پایداری و قابلیت اطمینان حسگرهای CO2 در Bleiswijk به وضوح برای موفقیت تحقیقات موسسه بسیار مهم است، به ویژه به این دلیل که داده های یک گلخانه اغلب با داده های سایر گلخانه ها مقایسه می شود.
هدف بخش باغبانی هلند این است که تا سال 2040 نسبت به آب و هوا خنثی شود. بنابراین محققان Wageningen یک گلخانه نمایشی جدید به نام “Greenhouse 2030” برای کشت سبزیجات، میوه ها و گل ها در تلاش برای یافتن راه هایی برای کاهش انتشار CO2 ساخته اند. همچنین از بین بردن نیاز به مواد شیمیایی حفاظتی محصول و استفاده بهینه از آب و مواد مغذی. ترجیحاً با آفات و بیماری‌ها به صورت بیولوژیکی مقابله می‌شود و گلخانه‌ای با انرژی کارآمد از آب و مواد مغذی تا حد امکان استفاده مجدد می‌کند که منجر به کشت پاک‌تر و بهبود عملکرد می‌شود.
واضح است که اقدامات برای کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی و توسعه سیستم‌های مدیریت انرژی کارآمدتر به کاهش انتشار CO2 از بخش گلخانه‌ای کمک می‌کند. با این حال، با توجه به هدف سال 2040 برای آب و هوای خنثی و نیاز جهان به یافتن راه‌های جدید و بهتر برای جذب انتشار CO2 به روش‌هایی که هم پایدار و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند، اهمیت استفاده از CO2 رو به افزایش است.
موسسه تحقیقات گیاهی بیش از 100 محفظه گلخانه ای را در سایت Bleiswijk خود اداره می کند، به این معنی که محققان می توانند شرایط محیطی متنوعی را ایجاد کنند. متغیرهای محیطی معمولی شامل نور، آب، محیط رشد، مواد مغذی، کنترل آفات/بیماری (بیولوژیکی)، دما، رطوبت و البته دی اکسید کربن (CO2) است که همگی اثرات قابل توجهی بر عملکرد محصول دارند.
دی اکسید کربن در گلخانه ها
دی اکسید کربن محصول جانبی بسیاری از فرآیندها در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است، اما گیاهان نیز برای رشد از طریق فتوسنتز به آن نیاز دارند، بنابراین اپراتورهای گلخانه هلندی با بخش صنعتی کشور همکاری کرده اند تا از این محصول جانبی استفاده کنند و در نتیجه در مبارزه با تغییرات آب و هوایی با کاهش انتشار خالص CO2 در کشور. در سطح جهانی، بسیاری از اپراتورهای گلخانه ای گاز طبیعی را برای تولید CO2 می سوزانند، اما این نیز گرمایی تولید می کند که ممکن است در ماه های تابستان مورد نیاز نباشد، بنابراین استفاده از یک محصول جانبی صنعتی به میزان قابل توجهی ارجحیت دارد.
عرضه CO2 هزینه دارد. بنابراین، مهم است که این منبع به طور موثر نظارت و عرضه شود تا تولید کارخانه بتواند بهینه شود.