Spillvärme. | 27 feb

Han räddar tomatskörden

Med svensk nyutvecklad teknik går det att använda lågtempererad industriell spillvärme för att värma växthus. Olika parametrar för optimerad energianvändning och ökad produktivitet regleras i ett enda system. Växthusodling kan med hjälp av lösningen bli en ny basindustri för Sverige, spår en av forskarna bakom tekniken.

Höga energikostnader för att upprätthålla ett gynnsamt odlingsklimat är en flaskhals för växthusodling i Sverige. I växthus finns stora transparenta ytor där värme försvinner snabbt under kalla årstider, vilket innebär stora uppvärmningskostnader.

Med tekniken går det att värma upp kalla ytor lokalt, som tak och ytterväggar i växthus, på ett effektivt sätt.

Bahram Moshfegh, professor i energisystem vid högskolan i Gävle och Linköpings universitet, har tidigare utvecklat en teknik för att ventilera
och kyla stora lokaler. Tekniken använder confluent jetprincipen som innebär att jetstrålar samverkar för att minska energiåtgången. Bahram Moshfegh såg möjligheten att använda tekniken även i växthus.

– Med tekniken går det att värma upp kalla ytor lokalt, som tak och ytterväggar i växthus, på ett effektivt sätt. Detta löser inte bara värmeproblemen utan tar också bort strålningsutbytet och eliminerar obehaget från kallras, säger Bahram Moshfegh, som har utvecklat tekniken tillsammans med sin forskargrupp.

Tekniken kallad Wall Confluent Jet (WCJ) har testats i temperaturer ner till minus 20 °C. Värmesystemet fungerade med temperaturer på endast 45 °C istället för 80 °C som används i konventionella växthus. Tekniken möjliggör användning av spillvärme från industrier, exempelvis stålverk, pappersbruk eller datacenter.

– På så vis går det att minska kostnaderna för uppvärmning och samtidigt
hjälpa industrier att återanvända värme som annars skulle gå förlorad, säger Bahram Moshfegh.

WCJ-tekniken använder små jetstrålar som skapar ett isolerande luftskikt nära växthusets tak och väggar. Det bidrar till att skydda odlingen från utomhusklimatet.

– Primärenergianvändningen blir avsevärt lägre och det går att hålla ett stabilt klimat inomhus även vid temperaturväxlingar utomhus.

WCJ optimerar odlingsförhållandena i växthus genom att styra temperatur, fukthalt, koldioxidkoncentration och luftflöde i ett enda system med hjälp av sensorer.

– Systemet kan därmed ersätta flera separata lösningar för ventilation, avfuktning, befuktning, uppvärmning och kylning med en allt i ettlösning, säger Bahram Moshfegh.

I systemet ingår även ett egenutvecklat ventilationsdon. Med systemet går det att skapa optimala tillväxtförhållanden för alla möjliga typer av grödor som tomater och gurkor men även exotiska frukter. Det kan hantera både torra och fuktiga miljöer. Tekniken gör det möjligt för kommersiella odlare att odla året runt oavsett var i världen de befinner sig.

En förlängd odlingssäsong gör att lokal tillgång av färska grönsaker ökar och importbehovet minskar. Därmed minskar även behovet av långa transporter.

Filter behöver rengöras och ventilationssystem underhållas, men
det kräver ingen stor arbetsinsats.

Tekniken gör det möjligt att höja koldioxidkoncentrationen till önskad
nivå, över 1 000 ppm, för att öka tillväxten för olika sorters grödor. Systemet anpassas efter var växthuset är placerat geografiskt.

Driften och skötseln av systemet liknar det som används i större fastigheter.

– Filter behöver rengöras och ventilationssystem underhållas, men
det kräver ingen stor arbetsinsats. Själva växthuset kräver mindre skötsel än ett konventionellt eftersom systemet är slutet och automatiserat, säger Bahram Moshfegh.

Växthuset är välisolerat och lufttätt. Luften filtreras och återcirkuleras och det leder till stora besparingar för både kyla och värme. Genom att inte omgivningsluften används minskar också risken för att skadedjur kommer in i växthuset och behovet av bekämpningsmedel.

– Enligt våra preliminära beräkningar når man högre produktivitet jämfört med konventionella växthussystem, säger Bahram Moshfegh.

– Att bygga en anläggning på vårt sätt innebär initialt högre kostnader,
men det sparar förutom energi även vatten. Vattnet som avdunstar från växterna samlas upp och återanvänds i luften, vilket minskar vattenförbrukningen betydligt.

Växthus i exempelvis Spanien har en mycket enklare konstruktion och är billigare att bygga. De täcks ofta med plast, som byts ut vart tredje år, och saknar väggar. Vid de kraftiga regnen i Spanien nyligen förstördes en stor del av dessa växthusodlingar.

Sverige har tillgång till mycket spillvärme på grund av sina många
energiintensiva industrier och det är unikt i Europa.

Ett testväxthus på cirka 20 kvadratmeter med WCJ-tekniken har byggts i Hofors i västra Gästrikland. Växthuset är placerat inne i ett stort befintligt växthus. Där har kylning, uppvärmning och inomhusklimat testats men ingen odling. Syftet har varit att studera själva vvs-tekniken.

Nästa steg blir en 200 kvadratmeter stor demoanläggning i samma växthus där tekniken ska skalas upp och resultaten verifieras. Det treåriga projektet startade 1 januari. Under det första året ska anläggningen färdigställas för att kunna visa systemet för besökare.

Systemet kommer att vara digitaliserat och presentera värden för inomhusklimat, energianvändning och effektbehov. Inledningsvis kommer tomater att odlas där och Sveriges näst största tomatproducent, Elleholms tomatodlingar, är involverad i projektet.

I innovationsgruppen ingår förutom framtida användare av tekniken även de som är med i teknikutvecklingen. Gruppen kommer att studera
olika områden som konstruktion, själva odlingen, ventilationssystem,
belysning och avskärmning för att minska solinstrålningen. Forskare från Norge bidrar med expertis om växthusodlingar för att skapa optimala förhållanden för växternas tillväxt. Företaget Agroclimate Sweden arbetar med utveckling och kommersialisering av tekniken.

Bahram Moshfegh ser en stor utvecklingspotential för tekniken.

– Sverige har tillgång till mycket spillvärme på grund av sina många
energiintensiva industrier och det är unikt i Europa. Spillvärmen skulle kunna användas i synergier med växthus som placeras nära dessa
anläggningar.

Det blir allt mer relevant i en framtid där livsmedelsproduktionen störs av klimatförändringar som orsakar torka i södra Europa och Afrika eller kraftiga skyfall som i Spanien nyligen.

Enligt våra preliminära beräkningar når man högre produktivitet jämfört med konventionella växthussystem.

– Sverige skulle kunna utveckla en ny industri kring matproduktion med tanke på kunnandet inom industriella system, resurserna som finns och klimatet här. Vi skulle kunna bli en av de största matproducenterna i Europa.

– Gävleborgs spillvärmeunderlag är enormt tack vare många energiintensiva industrier. Det skulle gå att hålla igång nästan två mil av växthus året runt enbart med industriell spillvärme från industrierna i Gävle och Sandviken. Man skulle kunna bygga växthus parallellt med motorvägen mellan städerna.