De integratie van kunstmatige intelligentie in de huidige klimaatcontrolesystemen zou het energieverbruik voor indoorteelt met 25% kunnen verminderen, zo ontdekten ingenieurs van Cornell.
"Als we wereldwijd kunstmatige intelligentie integreren in grootschalige teeltbedrijven met volledige belichting en klimaatregeling, kunnen we de fotosynthese, transpiratie en ademhaling van gewassen in deze faciliteiten vergemakkelijken", zegt Benjamin Decardi-Nelson, postdoc in het laboratorium van Fengqi You, hoogleraar energiesystemen bij Cornell Engineering. "We kunnen een aanzienlijke energiebesparing verwachten, terwijl de efficiëntie en besparingen van kostbare hulpbronnen toenemen."
Hun onderzoek, "Artificial Intelligence Can Regulate Light and Climate Systems to Reduce Energy Use in Plant Factories and Support Sustainable Food Production," is op 9 september gepubliceerd in Nature Food. "Bestaande systemen die het klimaat in teeltfaciliteiten regelen zijn niet slim genoeg," vindt You, die mededirecteur is van het Cornell Institute for Digital Agriculture en mededirecteur van het Cornell University AI for Science Institute.
Ventilatie kan het energieverbruik verminderen, maar bemoeilijkt de groei van planten door het kooldioxidegehalte en de vochtbalans te beïnvloeden. AI-tools kunnen reguleringsmethoden helpen om rekening te houden met deze criteria. "Kunstmatige intelligentie biedt een veelbelovende oplossing door verschillende complexiteiten te beheren," aldus Decardi-Nelson.
Door gebruik te maken van AI-technieken zoals deep reinforcement learning en computationele optimalisatie analyseerden de wetenschappers sla gekweekt in indoorteeltfaciliteiten op acht verschillende locaties in de VS - Los Angeles, Chicago, Miami, Seattle, Milwaukee, Phoenix, Fargo, North Dakota en Ithaca, New York - evenals Reykjavík, IJsland en Dubai, Verenigde Arabische Emiraten.
AI verlaagt het energieverbruik door belichting en klimaatregelsystemen te optimaliseren. Het energieverbruik daalde van 9,5 kilowattuur per kilogram vers gewicht (energie die nodig is of gebruikt wordt om één kilogram binnen gekweekte sla te produceren) naar 6,42 kilowattuur per kilogram vers gewicht op plaatsen waar geen AI-technologie wordt gebruikt. De onderzoekers ontdekten dat in warmere gebieden, zoals Dubai of het zuiden van de VS, AI het energieverbruik terugbracht van 10,5 kilowattuur per kilogram vers gewicht naar 7,26 kilowattuur per kilogram vers gewicht.
Lage ventilatie tijdens de lichtperioden (16 uur gesimuleerd zonlicht) en hoge ventilatie tijdens de donkerperioden (acht uur die de nacht simuleren) zorgden voor een energie-efficiënte oplossing voor optimale CO2-concentraties in de kas voor fotosynthese, zuurstof voor ademhaling en plantengroei, en voor evenwichtige andere ventilatievereisten.
Smart homes
"Dit is een concept dat erg lijkt op smart homes," zei You. "Wij willen het thuis comfortabel hebben en tegelijkertijd het energieverbruik verminderen; dat willen gewassen ook. Dit werk richt zich op een slim systeem om de teelt van voedsel optimaal en duurzaam te maken en de CO2-voetafdruk te verlagen. Dat is wat AI heel goed kan. We kunnen heel wat besparen als we AI gebruiken om de kunstmatige belichting en andere energiesystemen zorgvuldig te optimaliseren."
Door de activiteiten te stroomlijnen met behulp van AI om het energieverbruik te verminderen, worden teeltbedrijven levensvatbaar, aldus Decardi-Nelson, zelfs in regio's met beperkte mogelijkheden voor energiebesparing.
"Door de technologie van omgevingscontrolesystemen strategisch af te stemmen op de biologie van planten," zei Decardi-Nelson, "kan energie worden bespaard door ventilatie, terwijl CO2-verspilling wordt geminimaliseerd en ideale groeicondities worden behouden."
Financiële steun voor dit onderzoek werd verleend door het Amerikaanse ministerie van Landbouw (National Institute of Food and Agriculture); de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada; en de Eric en Wendy Schmidt AI in Science Postdoctoral Fellowship (Cornell). You is senior faculty fellow bij het Cornell Atkinson Center for Sustainability.
Bron: Cornell University