In dit whitepaper van Dr. Prashanth Makaram, oprichter en CEO van Crocus Labs GmbH, ondersteund door Infineon, ligt de nadruk op de cruciale rol van CO2-niveaus en kunstmatige verlichting bij het verbeteren van de productiviteit in Controlled Environment Agriculture (CEA)-omgevingen zoals verticale boerderijen en kassen . Het benadrukt de uitdaging van het handhaven van optimale omstandigheden voor plantengroei en laat zien hoe nauwkeurige monitoring en aanpassing van CO2 en licht de gewasopbrengsten en -kwaliteit aanzienlijk kunnen verhogen. Door gebruik te maken van de XENSIV™ PAS CO2-sensor van Infineon naast de slimme verlichting van Crocus Labs, kunnen telers een fijn evenwicht in de omgeving bereiken, wat resulteert in een efficiënt gebruik van hulpbronnen, een lager energieverbruik en uiteindelijk duurzamere voedselproductiepraktijken. Deze aanpak optimaliseert niet alleen de plantgezondheid en -opbrengst, maar maakt ook flexibele aanpassingen in de gewasstrategie mogelijk om beter af te stemmen op de marktvraag.
Introductie
De komst van verticale boerderijen en moderne kassen heeft een revolutie teweeggebracht in de tuinbouwsector en biedt innovatieve oplossingen om tegemoet te komen aan de toenemende vraag naar duurzame voedselproductie. Deze landbouwsystemen met gecontroleerde omgeving maken gebruik van geavanceerde technologieën om het gebruik van hulpbronnen te optimaliseren, de gewasopbrengsten te maximaliseren en de impact op het milieu te minimaliseren. Het beheren en behouden van optimale groeiomstandigheden in deze besloten ruimtes brengt echter aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Naast kunstlicht is de concentratie van kooldioxide (CO2) een kritische factor die de plantengroei en productiviteit aanzienlijk beïnvloedt.
Probleemstelling
In gecontroleerde omgevingslandbouw (CEA), zoals verticale boerderijen en moderne kassen, is het handhaven van optimale groeiomstandigheden essentieel voor het bereiken van maximale gewasproductiviteit. Twee kritische factoren die de plantengroei aanzienlijk beïnvloeden zijn kunstlicht en CO2-concentratie. Bij CEA is het optimaliseren van het lichtspectrum, de intensiteit en de duur, gemeten door Daily Light Integral (DLI), cruciaal voor het bevorderen van de groei van gewassen en het maximaliseren van de opbrengsten. In tegenstelling tot wij mensen, die lijden onder hogere CO2-concentraties, hebben gewassen een bepaald kooldioxidegehalte nodig, doorgaans tussen 800 ppm (bijvoorbeeld zaailingen van tomaten, komkommers) en 1300 ppm, om efficiënt te kunnen groeien en te gedijen in gecontroleerde omgevingen. De verlichtingsbehoeften en CO2-eisen variëren afhankelijk van de gewasvariëteit en het specifieke groeistadium. De CO2-concentratie in goed afgesloten CEA-teeltbedrijven kan snel dalen tot 200 ppm, wat bijna alle CEA-bedrijven ertoe aanzet CO2-dosering te gebruiken als compenserende maatregel om de CO2-niveaus naar een optimale concentratie te brengen. In tegenstelling tot andere omgevingsfactoren moet CO2 nauwkeurig worden gecontroleerd en wordt het sterk beïnvloed door ventilatie, de groeiperiode van planten en het weer. CEA-faciliteiten zijn vaak voorzien van ventilatiesystemen en fysieke structuren zoals rekken en bakken die de luchtbeweging belemmeren, wat resulteert in stratificatie in de omgeving. Als gevolg hiervan kunnen in bepaalde gebieden suboptimale CO2-concentraties optreden, wat een negatieve invloed heeft op de fotosynthese en de algehele prestaties van de plant. Om dit probleem te verzachten, verhogen telers het totale CO2-niveau op het landbouwbedrijf door extra CO2 te injecteren. Telers moeten echter voorzichtig zijn, omdat overmatige CO2-dosering kan leiden tot een onevenwichtige plantengroei, verminderde gewaskwaliteit en hogere bedrijfskosten. De onevenwichtigheid tussen CO2-aanvoer, gewasopname en ventilatie draagt ook bij aan klimaatverandering via directe CO2-emissies, terwijl mandaten voor groene energie vereisen dat boerderijen die ketelverwarmingssystemen gebruiken voor het opwekken van CO2 alternatieve verrijkingssystemen onderzoeken.
Oplossing: Infineon ontmoet Crocus Labs
Om deze uitdagingen aan te pakken, kunnen telers de relatie tussen CO2-concentratie, lichtintensiteit en fotosynthese benutten om de plantengroei en productiviteit te optimaliseren. Figuur 1 toont de CO2- en lichtintensiteitscurve. Door de juiste balans tussen CO2- en lichtspectra te behouden, kunnen telers de kwantumopbrengst voor CO2-assimilatie maximaliseren. Er is echter een verzadigingspunt waarop verdere toename van CO2 en lichtintensiteit een minimale impact hebben op de fotosyntheseactiviteit. Door CO2-sensoren strategisch in het hele teeltgebied te plaatsen, kunnen telers uitgebreid inzicht krijgen in de CO2-verdeling en weloverwogen beslissingen nemen over CO2-suppletie en lichtspectra. Het intelligente verlichtingssysteem van Crocus Labs maakt gebruik van de Infineon XENSIV™ PAS CO2-sensor om gegevens van verschillende delen van de boerderij te verzamelen. Deze naadloze integratie maakt synchronisatie mogelijk van de spectrale output van de lampen met de specifieke CO2-behoefte van verschillende planten in verschillende groeifasen en op verschillende locaties, waardoor een ideale groeiomgeving ontstaat. Door te zorgen voor gelijkmatige fotosynthesesnelheden die zijn afgestemd op de behoeften van de planten, kunnen telers hogere opbrengsten bereiken, de gewaskwaliteit verbeteren en de bedrijfskosten (van elektriciteit en CO2-dosering) verlagen. Dit vermogen om het lichtspectrum en de CO2-uitstoot nauwkeurig te controleren, biedt boerenbedrijven ook de flexibiliteit om marktrisico's te beperken door hun gewasselectie aan te passen. In een scenario waarin de markt verzadigd raakt met komkommers, waardoor de prijs daalt, kunnen telers eenvoudigweg de licht- en CO2-parameters aanpassen aan een ander gewas. Dit aanpassingsvermogen helpt hen financiële verliezen te voorkomen en de winstgevendheid te behouden.
Door de zeer nauwkeurige XENSIV™ PAS CO2-sensor van Infineon te integreren met het intelligente verlichtingssysteem van Crocus Labs, biedt Crocus Labs telers een alomvattende oplossing die realtime CO2-monitoring, nauwkeurige lichtregeling en slimme spectrale afstemming combineert. In een verticale boerderij van 10 meter hoog, verspreid over 1000 vierkante meter waar bladgroenten worden geteeld, stelt de integratie telers in staat het CO2-niveau te monitoren en de verlichtingsspectra op verschillende locaties van de boerderij dynamisch aan te passen om het verlies aan optimaal CO2-niveau te compenseren en sluiten zo aan op de specifieke behoeften van de planten. Door de CO2-sensorgegevens te analyseren en geavanceerde algoritmen te gebruiken, kan het verlichtingssysteem de spectrale output op intelligente wijze afstemmen om de fotosynthese-efficiëntie te optimaliseren, de plantkwaliteit te bevorderen en tegelijkertijd de noodzaak van een overdosis CO2 te verminderen.
Overweeg in een ander gebruiksscenario een kas waarin vruchtgewassen worden geteeld. Met de integratie van de CO2-sensor van Infineon en het verlichtingssysteem van Crocus Labs kunnen telers de spectrale samenstelling van het licht verfijnen op basis van de realtime CO2-metingen. Tijdens de overgang van bloei naar vruchtvorming helpt de XENSIV™ PAS CO2 bijvoorbeeld om uniforme CO2-niveaus te handhaven, terwijl het verlichtingssysteem van Crocus Labs kan worden afgestemd om meer rode golflengte toe te voegen om de vruchtontwikkeling te verbeteren. Door zowel het CO2-niveau als de verlichtingsspectra nauwkeurig te regelen, kunnen kwekers een ideale groeiomgeving creëren die de fotosynthesecapaciteit van de plant maximaliseert, wat resulteert in levendige en gezonde bloemen.
Wilt u deze whitepaper verder lezen, klik dan HIER.