Er is een modelstudie gedaan naar de effecten van CO2-dosering en de ventilatie op de CO2-concentratie en gewasfotosynthese in de kas. Immers in de (nabije) toekomst wordt CO2 schaars worden door het fossielvrij worden van de tuinbouw. Daardoor wordt CO2 steeds duurder, en zal er zuiniger moeten worden omgegaan met het doseren van CO2. Hoe kun je met zo min mogelijk doseren, toch een zo hoog mogelijke concentratie in de kas behalen? Dennis Medema deelt op Kas Als Energiebron de resultaten van de modelstudie.
Besparen op CO2 door kunstmatige verhoging van de ventilatievoud in de kas?
Kun je door meer te ventileren juist CO2 van buiten halen? En wat is precies het effect van de veranderende CO2-concentratie op de fotosynthese en dus de productie van een gewas? Een antwoord op deze vragen is verkregen door een modelstudie naar de effecten van CO2-dosering en de ventilatie op de CO2-concentratie en gewasfotosynthese in de kas.
Luchtuitwisseling met de buitenlucht (de ventilatie), de CO2-dosering en de CO2-opname door het gewas (voor fotosynthese) zijn de drie belangrijkste onderdelen waarmee gerekend moet worden. De kas moet geventileerd worden om de kas te koelen of vocht af te voeren. Hierdoor ontsnapt een groot deel van de gedoseerde CO2 naar de buitenlucht. Als er niet of weinig gedoseerd wordt, daalt de CO2-concentratie al snel onder de buitenwaarde en kan de ventilatie ook gebruikt worden om de CO2-concentratie te verhogen naar die van de buitenlucht (400-420ppm; er is gerekend met 400 ppm). Deels door ramen verder te openen, deels door mechanisch de ventilatie te verhogen.
Deze situaties van niet of weinig doseren hebben onderzoekers in een model gestopt met komkommer als voorbeeldgewas en verder gerekend om de bovenstaande vragen te beantwoorden. In eerste instantie bij een aantal vaste lichtintensiteiten zoals 200, en 500 en 1000 μmol/m2/s en vervolgens enige voorbeelddagen met variabel licht. Er is gerekend met een 6 meter hoge kas zodat de ventilatievoud (aantal volledige luchtverversingen per uur) factor 6 verschilt met de ventilatiesnelheid in m3/m2/uur. Lees hier de studie door Botany naar technieken om de ventilatievoud te verhogen om CO2 te besparen.
Misverstand
Allereerst moet een hardnekkig misverstand worden opgeruimd. De fotosynthese reageert niet op de kilo's dosering die in de kas worden gestopt maar op het effect van de kilo's dosering op de CO2-concentratie in de kas. Bij de meeste gewassen ligt het verzadigingsniveau rond de 800 ppm en voor komkommer eerder op de 700 ppm. Meer dan 800 ppm doseren heeft dus meestal geen zin. Dit levert voor de meeste gewassen ruwweg 30% meer gewasfotosynthese op.
Om de 800 ppm te bereiken, kunnen er echter afhankelijk van de ventilatiesnelheid en het lichtniveau weinig of veel kilo's dosering nodig zijn. Als er weinig gedoseerd en geventileerd wordt, zal de CO2-concentratie in de kas snel dalen richting de 300 ppm, wat voor een verlaging van 20% van de fotosynthese zorgt ten opzichte van een plant die bij 400 ppm staat. Door in die situatie meer te ventileren komt er meer CO2 van de buitenlucht de kas binnen, waardoor de CO2-concentratie zal stijgen. Vanwege de CO2-opname door de fotosynthese wordt echter de buitenwaarde nooit bereikt en moeten ze genoegen nemen met enig productieverlies. Als de CO2-concentratie in de kas via ventilatie verhoogd zou kunnen worden naar 380 ppm, dan blijft er een verlies aan fotosynthese over van 2.5% ten opzichte van bij 400ppm.
Helaas blijkt het halen van deze concentratie (20 ppm minder dan de buitenluchtconcentratie) erg moeilijk te zijn. Afhankelijk van het lichtniveau is hier namelijk een ventilatievoud van 15 tot 25 /uur voor nodig (ventilatiesnelheid van 90-150 m3/m2/uur, zie Figuur 1). Dit is erg veel. De natuurlijke ventilatievoud ligt namelijk eerder rond de 9 /uur (ramen volledig open en windsnelheid van 3-4m/s) en daalt door gebruik van insectengaas. Als je een verlies van fotosynthese van 5% accepteert ten opzichte van de fotosynthese bij buitenluchtconcentratie, dan is er nog steeds een ventilatievoud van 14 /uur nodig, onafhankelijk van PAR-niveau. Dat betekent dat er een extra mechanische ventilatie van 6-8 /uur (36-48 m3/m2/uur) boven op de natuurlijke ventilatie nodig is om de productieverliezen binnen de perken te houden. Ter referentie: het debiet van ontvochtigingsinstallaties ligt zo rond de 10-15m3/m2/uur.
Aangezien deze verhoging in ventilatievoud vrij fors is en ook enige productie kost, zijn onderzoekers verder gaan rekenen aan het effect van hele lage doseringen. Als er toch een klein beetje CO2 gedoseerd wordt (bijvoorbeeld 30 kg/ha/uur), dan is er al veel minder ventilatie nodig om dicht bij de 400 ppm te komen. Bij een CO2 dosering van 60 kg/ha/uur is de CO2-concentratie in de kas altijd hoger dan in de buitenlucht omdat de dosering hoger is dan de gewasfotosynthese van komkommer bij 1000 μmol/m2/s PAR, waardoor er CO2 verloren gaat aan de buitenlucht. Als er gestuurd wordt op een CO2-concentratie van 400 ppm heeft de ventilatie geen effect meer op de concentratie in de kas omdat er geen concentratieverschil met de buitenlucht meer is. De dosering die hiervoor nodig is, staat gelijk aan de CO2-opname (fotosynthese) van het gewas. Deze dosering ligt tussen de 0 en 60 kg/ha/uur en is afhankelijk van de lichtintensiteit.
Vanuit duurzaamheidsoogpunt lijkt het optimaal als de CO2-dosering en opname gelijk is en er geen CO2 aan de buitenlucht verloren gaat. Maar omdat bij een hogere CO2-concentratie tot 30% meer gewasfotosynthese plaatsvindt, zal vanuit economisch oogpunt een hogere dosering toch gewenster zijn zolang de prijs van CO2 dit toestaat.
Gratis CO2
Kortom, bezuinigen op CO2 gaat volgens het onderzoek al snel productie kosten. De effectiviteit van de gedoseerde kilo's hangt sterk af van de ventilatievoud en de lichtintensiteit. Theoretisch is het mechanisch verhogen van de ventilatievoud een optie om gratis CO2 uit de buitenlucht te benutten maar er is wel een forse luchtverplaatsingscapaciteit nodig om de productieverliezen binnen de perken te houden. Op dit moment is sturen op eenzelfde concentratie CO2 als in de buitenlucht de eenvoudigste manier om (heel) veel CO2 te besparen. Maar ook dit gaat niet zonder productieverlies ten opzichte van de optimale concentratie. Inmiddels wordt er ook al onderzoek gedaan naar onder andere 'direct air capture'. De prijs van CO2 en die van het product zal uiteindelijk de doorslag geven welke methode in de toekomst gehanteerd gaat worden.
Deze consultancy is uitgevoerd door Plant Lighting en gefinancierd en gecoördineerd door Kas als Energiebron, een innovatieprogramma van LVVN en Glastuinbouw Nederland. Mede mogelijk gemaakt door Kennis in je Kas (KijK).
Klik hier voor het volledige eindrapport.
Bron: Kas als Energiebron