البيوت الزجاجية الأكثر خضرة تعد بقدرة زراعة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة
يمكن أن تصبح زراعة الفواكه والخضروات في البيوت الزجاجية صديقة للبيئة قريبًا بفضل البحث الممول من الاتحاد الأوروبي.
16 يوليو 2024، بقلم بربارة بينيو
في مقاطعة ألميريا في جنوب شرق إسبانيا، يزرع المزارعون ما يقدر بـ 2.5 إلى 3.5 مليون طن من الفواكه والخضروات كل عام في ما أصبح يُعرف بـ "بحر البيوت الزجاجية" في ألميريا. في هذه المنطقة، تمتد البيوت الزجاجية إلى مدى البصر، تغطي مساحة تزيد عن 40,000 هكتار (400 كيلومتر مربع).
ويرجع الفضل جزئيًا إلى هذا الإنتاج في أن المستهلكين في جميع أنحاء القارة يمكنهم الاستمتاع بمنتجات مثل الخيار والطماطم والبطيخ على مدار السنة. لكن هناك مشكلة، هذه البيوت الزجاجية ليست دائمًا مستدامة جدًا من حيث استخدام الطاقة أو المياه.
سرينا دانيسي هي باحثة مشاركة في معهد نظم الطاقة وهندسة الموائع (IEFE) في زيورخ، سويسرا. تتخصص في الهندسة الحرارية واستعادة الحرارة، وعلى مدار السنوات الأربع الماضية، قادت مشروع TheGreefa الذي حصل على تمويل من الاتحاد الأوروبي لتطوير نظام جديد أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وصديق للبيئة للتحكم في كل من درجة الحرارة والرطوبة في البيوت الزجاجية.
إذا أرادت أوروبا تحقيق أهدافها المناخية ووضع المعيار للإنتاج الغذائي المستدام - وهو هدف حددته استراتيجية الاتحاد الأوروبي "من المزرعة إلى الشوكة" التي تم اعتمادها في عام 2020 - فإن تحسين استدامة الزراعة في البيوت الزجاجية سيكون مصدر قلق رئيسي.
قالت دانيسي: "إذا أردنا تناول الخيار والطماطم والبطيخ طوال العام، فعلينا أن ندرك أن زراعتها تستهلك الكثير من الطاقة والمياه".
التحكم في المناخ
أدت التغيرات في الظروف المناخية والحاجة إلى مزيد من التحكم في بيئة نمو المحاصيل إلى توسع سريع في زراعة البيوت الزجاجية التجارية في جميع أنحاء أوروبا.
في عام 2018، قدرت أوروبا أن لديها حوالي 210,000 هكتار (2,100 كيلومتر مربع) من البيوت الزجاجية، مع تركيزات عالية بشكل خاص في إسبانيا (70,000 هكتار)، إيطاليا (42,800 هكتار)، فرنسا، هولندا، وفي أوروبا الوسطى والشرقية.
تختلف احتياجات الطاقة للبيوت الزجاجية، ومع ذلك، حسب موقعها. يجمع TheGreefa باحثين من إيطاليا، فرنسا، ألمانيا، إسبانيا، سويسرا، بولندا، وتونس للتحقيق في كيفية أداء نظامهم المقترح في مناطق مناخية مختلفة.
قالت دانيسي: "البيوت الزجاجية في أوروبا الوسطى تحتاج إلى حرارة لأنها باردة هناك. من ناحية أخرى، تحتاج في إسبانيا إلى تبريد في الصيف". "لذا هناك مشاكل مختلفة لأجزاء مختلفة من أوروبا."
بالإضافة إلى درجة الحرارة، يعد التحكم في الرطوبة أيضًا مشكلة. عندما يتبخر الماء من النباتات في عملية تُعرف باسم "النتح"، ترتفع مستويات الرطوبة ويمكن أن تصبح مرتفعة بشكل خطير. يمكن أن تسبب الرطوبة العالية أمراضًا فطرية، يمكن أن تنتشر بسهولة وتدمر المحصول. علاوة على ذلك، إذا كانت الرطوبة عالية جدًا، لن تتمكن النبات من النتح بشكل طبيعي وستموت.
الحرارة من الرطوبة
الحل الذكي الذي اقترحه الباحثون في TheGreefa يسمح لأصحاب البيوت الزجاجية باستخدام الرطوبة المنبعثة بشكل طبيعي من النباتات لتوليد الحرارة. كما أنه يتيح استعادة الماء النقي من الرطوبة الزائدة، وبالتالي توفير المياه والطاقة.
يتم امتصاص الرطوبة المتزايدة في البيت الزجاجي بواسطة محلول ملحي، يطلق الحرارة في العملية من خلال تفاعل كيميائي حراري.
قالت دانيسي: "يمكننا إزالة الرطوبة من الهواء وتوليد الحرارة في نفس الوقت".
ميزة إضافية هي أن هذه العملية الامتصاصية تلغي الحاجة إلى التهوية، مما يقلل بشكل كبير من كمية الحرارة المفقودة عندما يكون من الضروري فتح النوافذ للتخلص من الرطوبة الزائدة.
بمجرد أن يمتص المحلول الملحي أكبر قدر ممكن من الماء، يمكن إعادة تجديده باستخدام حرارة منخفضة المستوى التي يتم إنتاجها بواسطة الطاقة الشمسية الفائضة. هذا يفصل الملح والماء، تاركًا المحلول الملحي جاهزًا للتخزين وإعادة الاستخدام عند الحاجة.
يمكن أيضًا استخدام تأثير التجفيف الذي يخلقه المحلول الملحي لتجفيف المنتجات الطازجة مثل الأعشاب والفواكه لتمديد عمرها الافتراضي. نظرًا لأنه يعمل في درجات حرارة منخفضة، تبقى خصائص مثل الرائحة والطعم سليمة.
تم اختبار هذه التقنية في البيوت الزجاجية في سويسرا وتونس. في سويسرا، كان التركيز على التدفئة والتخزين الموسمي، بينما في الدول الجنوبية كان التركيز على كفاءة الطاقة واستعادة المياه.
قالت دانيسي: "نحن نقيم النتائج الآن وقد رأينا بعض توفير الطاقة". "في البيت الزجاجي السويسري، قلل نظامنا من احتياجات الطاقة الحرارية بنسبة 50%."
على الرغم من أنها واعدة، إلا أن التطبيق الواسع لهذه التقنية في البيوت الزجاجية التجارية لا يزال بعيدًا. ستستمر الاختبارات التجريبية في البيئات الصغيرة النطاق في الوقت الحالي قبل الانتقال إلى نطاق أوسع.
الزراعة تتحول إلى الطاقة الشمسية
طريقة أخرى يمكن أن تجعل البيوت الزجاجية أكثر استدامة هي الاستفادة من حقيقة أن هذه الهياكل تحتل مساحات كبيرة مضاءة بالشمس. هذا يضع البيوت الزجاجية في وضع فريد لاستخدام ضوء الشمس لتوليد الكهرباء النظيفة.
لكن التحدي هو أن الألواح الشمسية عادة ما تكون معتمة، لذا لا يمكن وضعها فوق المحاصيل، وإلا لن تنمو هذه المحاصيل. كان هذا هو التحدي الذي قرر المهندس الكهربائي نيك كانوبولوس معالجته في مشروع ممول من الاتحاد الأوروبي استمر لمدة ثلاث سنوات يُدعى PanePowerSW، والذي انتهى في عام 2021.
نيك كانوبولوس هو الرئيس التنفيذي لشركة Brite Solar الناشئة ومقرها في ثيسالونيكي، اليونان، والمتخصصة في تكنولوجيا الطاقة الشمسية من الجيل التالي.
قال كانوبولوس: "أردنا بناء لوحة شمسية مناسبة للزراعة بحيث نتمكن من إنتاج المحاصيل والطاقة على نفس الأرض دون أن يعيق أحدهما الآخر".
طور كانوبولوس وفريقه لوحة شمسية مطلية بمواد نانوية تمتص جسيمات الضوء في نطاق الأشعة فوق البنفسجية من ضوء الشمس، والتي ليست مفيدة لا للألواح الكهروضوئية ولا لنمو النباتات. ثم تعيد نقلها في نطاقي الأحمر والأزرق من الطيف المرئي، وهي مفيدة لكليهما.
يمكن للضوء المرئي أن يمر عبر الألواح بينما يزيد من إنتاج الكهرباء والتمثيل الضوئي في الوقت نفسه، مما يجعل هذه التقنية مثالية للاستخدام في البيوت الزجاجية.
فوائد الطاقة النظيفة
اختبر الفريق الألواح في البيوت الزجاجية في اليونان وإسبانيا والولايات المتحدة وسنغافورة، وفي الزراعة الحقلية المفتوحة في ألمانيا وفرنسا وهولندا ورومانيا. تم إجراء اختبارات على محاصيل مختلفة، بما في ذلك الطماطم والتوت الأزرق والزهور الزخرفية وأشجار الكمثرى. أظهرت نتائجهم أن المزارعين يمكنهم تقليل بصمتهم الكربونية بشكل كبير عن طريق توليد الطاقة النظيفة أثناء زراعة المحاصيل.
بالإضافة إلى أن المزارعين يمكنهم إنتاج طاقاتهم الخاصة، فإن هيكل البيوت الزجاجية المبتكر يوفر مزايا أخرى. يجمع مياه الأمطار لاستخدامها في المحاصيل ويوفر الحماية ضد الطقس القاسي. كما يقلل من تبخر المياه، مما يؤدي إلى انخفاض كبير - حوالي 20-40% - في المياه اللازمة للري.
يقوم فريق كانوبولوس الآن بالتوسع وبناء مصنع في اليونان لأتمتة وتسريع إنتاج الزجاج الشمسي. وقال إن هذا المصنع سيمكن الشركة من دمج تطبيق الطلاء النانوي مع تجميع الألواح الشمسية، كلها في خط إنتاج واحد.
سيساعدهم ذلك في الوصول إلى المزيد من العملاء، سواء كانوا مزارعين صغار أو كبار، في محاولة لجعل القطاع الزراعي أكثر استدامة.
قال كانوبولوس: "نعتقد أن الاستخدام الواسع لهذه التقنية سيزيل الكربون من الزراعة إلى حد كبير ويساهم في إنتاج غذاء مستدام".
https://projects.research-and-...
تم تمويل البحث في هذا المقال من قبل برنامج Horizon التابع للاتحاد الأوروبي. الآراء الواردة في المقال لا تعكس بالضرورة آراء المفوضية الأوروبية. إذا أعجبك هذا المقال، يرجى التفكير في مشاركته على وسائل التواصل الاجتماعي.
