Neste whitepaper do Dr. Prashanth Makaram, fundador e CEO da Crocus Labs GmbH, apoiado pela Infineon, o foco está nos papéis cruciais dos níveis de CO2 e da iluminação artificial no aumento da produtividade em ambientes de agricultura com ambiente controlado (CEA), como fazendas verticais e estufas. . Destaca o desafio de manter condições ideais para o crescimento das plantas e demonstra como a monitorização e o ajuste precisos do CO2 e da luz podem aumentar significativamente o rendimento e a qualidade das culturas. Ao aproveitar o sensor XENSIV™ PAS CO2 da Infineon juntamente com a iluminação inteligente da Crocus Labs, os produtores podem alcançar um equilíbrio preciso no meio ambiente, resultando no uso eficiente de recursos, redução do consumo de energia e, em última análise, práticas de produção de alimentos mais sustentáveis. Esta abordagem não só otimiza a saúde e a produção das plantas, mas também permite ajustes ágeis na estratégia de cultivo para melhor alinhar-se com as demandas do mercado.
Introdução
O advento das explorações agrícolas verticais e das estufas modernas revolucionou o campo da agricultura hortícola, oferecendo soluções inovadoras para responder à crescente procura de produção alimentar sustentável. Esses sistemas agrícolas de ambiente controlado utilizam tecnologias avançadas para otimizar o uso de recursos, maximizar o rendimento das colheitas e minimizar o impacto ambiental. No entanto, a gestão e a manutenção de condições óptimas de cultivo dentro destes espaços fechados colocam desafios significativos. Além da iluminação artificial, um factor crítico que afecta significativamente o crescimento e a produtividade das plantas é a concentração de dióxido de carbono (CO2).
Problema Declaração
Na agricultura em ambiente controlado (CEA), como quintas verticais e estufas modernas, a manutenção de condições óptimas de cultivo é essencial para alcançar a máxima produtividade das culturas. Dois fatores críticos que influenciam significativamente o crescimento das plantas são a iluminação artificial e a concentração de CO2. No CEA, a otimização do espectro, intensidade e duração da luz medidos pelo Daily Light Integral (DLI) é crucial para promover o crescimento das culturas e maximizar os rendimentos. Ao contrário de nós, humanos, que sofremos com concentrações mais elevadas de CO2, as culturas necessitam de um certo nível de dióxido de carbono, normalmente mantido entre 800 ppm (por exemplo, plântulas de tomate, pepino) e 1300 ppm para poderem crescer eficientemente e prosperar em ambientes controlados. As necessidades de iluminação e de CO2 variam dependendo da variedade da cultura e do seu estágio específico de crescimento. A concentração de CO2 em operações de cultivo de CEA hermeticamente fechadas pode cair rapidamente para 200 ppm, levando quase todas as empresas de CEA a usar a dosagem de CO2 como medida compensatória para levar os níveis de CO2 à concentração ideal. Ao contrário de outros fatores ambientais, o CO2 precisa ser controlado com precisão e é altamente afetado pela ventilação, pelo período de crescimento das plantas e pelo clima. As instalações do CEA geralmente apresentam sistemas de ventilação e estruturas físicas como racks e bandejas que impedem a circulação do ar, resultando na estratificação do ambiente. Consequentemente, certas áreas podem apresentar concentrações de CO2 abaixo do ideal, afetando negativamente a fotossíntese e o desempenho geral da planta. Para mitigar este problema, os produtores aumentam os níveis globais de CO2 na exploração agrícola através da injecção adicional de CO2. No entanto, os produtores devem ter cautela, pois a dosagem excessiva de CO2 pode levar ao crescimento desequilibrado das plantas, à redução da qualidade da colheita e ao aumento dos custos operacionais. O desequilíbrio entre o fornecimento de CO2, a absorção das culturas e a ventilação também contribui para as alterações climáticas através das emissões diretas de CO2, enquanto os mandatos para a energia verde exigem que as explorações agrícolas que utilizem sistemas de aquecimento com caldeira para gerar CO2 explorem sistemas alternativos de enriquecimento.
Solução: Infineon encontra Crocus Labs
Para enfrentar esses desafios, os produtores podem explorar a relação entre concentração de CO2, intensidade de luz e fotossíntese para otimizar o crescimento e a produtividade das plantas. A Figura 1 representa a curva de CO2 e intensidade de luz. Ao manter o equilíbrio certo entre CO2 e espectros de luz, os produtores podem maximizar o rendimento quântico para a assimilação de CO2. No entanto, existe um ponto de saturação onde aumentos adicionais no CO2 e na intensidade da luz têm impacto mínimo na atividade fotossintética. A colocação estratégica de sensores de CO2 em toda a área de cultivo permite que os produtores obtenham informações abrangentes sobre a distribuição de CO2 e tomem decisões informadas em relação à suplementação de CO2 e ao espectro de luz. O sistema de iluminação inteligente da Crocus Labs aproveita o sensor Infineon XENSIV™ PAS CO2 para coletar dados de diferentes partes da fazenda. Esta integração perfeita permite a sincronização das saídas espectrais das luzes com os requisitos específicos de CO2 de diferentes plantas em diferentes fases de crescimento e em diferentes locais, criando um ambiente de crescimento ideal. Ao garantir taxas fotossintéticas uniformes e adaptadas às necessidades das plantas, os produtores podem obter rendimentos mais elevados, melhorar a qualidade das colheitas e reduzir os custos operacionais (de eletricidade e dosagem de CO2). Esta capacidade de controlar com precisão o espectro de luz e o CO2 também oferece às explorações agrícolas a flexibilidade para mitigar os riscos do mercado, adaptando a sua seleção de culturas. Por exemplo, num cenário em que o mercado fique saturado de pepinos, causando uma queda no seu preço, as explorações agrícolas podem simplesmente ajustar os parâmetros de luz e CO2 para acomodar uma cultura diferente. Esta adaptabilidade ajuda-os a evitar perdas financeiras e a manter a rentabilidade.
Ao integrar o sensor de CO2 XENSIV™ PAS altamente preciso da Infineon com o sistema de iluminação inteligente da Crocus Labs, a Crocus Labs fornece aos produtores uma solução abrangente que combina monitoramento de CO2 em tempo real, controle preciso de iluminação e ajuste espectral inteligente. Por exemplo, numa quinta vertical de 10 metros de altura, espalhada por 1000 m2, cultivando folhas verdes, a integração permite aos produtores monitorizar os níveis de CO2 e ajustar dinamicamente os espectros de iluminação em diferentes locais da quinta para compensar a perda no nível óptimo de CO2 e corresponder assim às necessidades específicas das plantas. Ao analisar os dados do sensor de CO2 e utilizar algoritmos avançados, o sistema de iluminação pode ajustar de forma inteligente a saída espectral para otimizar a eficiência fotossintética, promover a qualidade da planta e reduzir a necessidade de sobredosagem de COXNUMX.
Em outro caso de uso, considere uma estufa cultivando culturas frutíferas. Com a integração do sensor de CO2 da Infineon e do sistema de iluminação da Crocus Labs, os produtores podem ajustar a composição espectral da luz com base nas medições de CO2 em tempo real. Por exemplo, durante a transição da fase de floração para a frutificação, o XENSIV™ PAS CO2 ajuda a manter níveis uniformes de CO2, enquanto o sistema de iluminação da Crocus labs pode ser ajustado para adicionar mais comprimento de onda vermelho para melhorar o desenvolvimento dos frutos. Ao controlar com precisão os níveis de CO2 e os espectros de iluminação, os produtores podem criar um ambiente de crescimento ideal que maximiza a capacidade fotossintética da planta, resultando em flores vibrantes e saudáveis.
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