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Agricoltura moderna
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Il carbonio costituisce circa il 45% del peso secco delle piante ed è forse l'elemento più importante per la struttura della pianta. Le piante fissano il carbonio dalla CO2 nell'aria, ma i livelli ambientali di CO2 (circa 300 ppm nella maggior parte dei luoghi) non sono sufficienti per massimizzare la crescita delle piante. La maggior parte delle piante vede un aumento della crescita tra 800 o 1200 ppm; 1200 è il livello che la maggior parte dei coltivatori cerca di raggiungere.
Gli agricoltori indoor, in particolare, possono utilizzare metodi di arricchimento di CO2 per aumentare la resa (di solito di circa il 30%). Ma quanta CO2 dovrebbero aggiungere per raggiungere quella soglia di 1200 ppm?
Questo post spiegherà come calcolare il consumo di CO2 dell'impianto e l'integrazione necessaria per aumentare i raccolti. Non dimenticare che anche se è importante capire la matematica dietro questi numeri, ci sono strumenti facili da usare che i coltivatori possono usare per risparmiare un po' di tempo.
Leggi di più sui metodi di integrazione qui.
Non consigliamo di fare tutti i conti da soli sull'integrazione di CO2, perché esistono strumenti semplici e affidabili che lo faranno per te in molto meno tempo. Però, comprendere la logica alla base di questi calcoli può aiutare i coltivatori a capire come la CO2 entra e viene utilizzata nella tua azienda.
Per capire come calcolare le quantità di supplemento di CO2, ci sono tre cose che devi capire sulla fisica e l'economia dell'integrazione di CO2: densità di carbonio, costi diretti, e costi indiretti.
Diversi composti hanno diverse densità di carbonio. Come vedrai di seguito, il propano ha una maggiore percentuale di carbonio in una molecola rispetto al metano.
Ciò significa che 1 libbra di propano NON è uguale a 1 libbra di gas naturale o 1 libbra di CO2. Il carbonio di ciascuna materia prima deve essere calcolato in modo diverso.
I costi diretti sono quelli che paghi, in questo caso, per la CO2 stessa. Un costo diretto dell'arricchimento con CO2 sarebbe il costo del metodo di integrazione o il costo del bruciatore.
Se conosci il costo del metodo di integrazione e la densità di carbonio di quel metodo, puoi ottenere il costo del carbonio.
L'arricchimento di CO2 spesso comporta la combustione. Ciò si traduce in CO2 inoltre vapore acqueo e calore. In questo caso, i costi indiretti sono cose come la deumidificazione, aria condizionata, e raffreddamento:costi che risultano o sono associati al processo di integrazione.
Per comprendere questi costi, è necessario conoscere i BTU (British Thermal Unit) generati e la quantità di acqua generata.
Possiamo suddividere il processo di calcolo della quantità di CO2 da integrare in passaggi:
Per esempio, una coltura potrebbe avere un contenuto di carbonio pari al 50% del peso secco. La maggior parte delle colture contiene il 40-50% di carbonio (peso secco). Questo cambia tra colture e metodo di produzione, e numeri più specifici possono essere trovati nella letteratura sull'argomento, ma di solito è molto vicino al 45%.
Questo descrive fondamentalmente quanto volume di un raccolto viene rimosso su una base particolare. In combinazione con la densità di carbonio della coltura, il volume rimosso ci dice quanto carbonio dobbiamo integrare.
Probabilmente lo misurerai in libbre per unità di tempo. Per esempio:
Il contadino Joe raccoglie 12 libbre di basilico e 40 libbre di lattuga ogni settimana. Al 47% e al 45% di carbonio (rispettivamente), Joe sta rimuovendo [12(.47)] + [40(.45)] libbre di carbonio a settimana. Viene a 23,64 libbre/settimana.
È possibile utilizzare questi numeri per calcolare il contenuto di carbonio dei primi 3 tipi di materie prime utilizzate:
Potresti essere tentato di dire, “Dato che ho dieci libbre di CO2, Ho dieci libbre di carbonio". Non è così che funziona; dobbiamo guardare il peso di ciascun elemento e quanti atomi ci sono nel composto di materia prima.
Il peso molecolare del carbonio è di circa 12, e il peso molecolare dell'idrogeno è vicino a 1. Il peso molecolare totale del metano, poi, è 12(1 carbonio)+1(4 idrogeno)=16 .
Per calcolare la densità del carbonio per CH4, trovare la percentuale di carbonio dividendo il peso del carbonio per il peso molecolare totale:
Peso del carbonio/peso totale =12/16 =0,75 o 75% carbonio
Tre atomi di carbonio fanno un peso di 36, e 8 atomi di idrogeno formano il peso molecolare totale 44.
La densità del carbonio è 36/44 o 82%.
Il peso atomico dell'ossigeno è vicino a 16, quindi la densità del carbonio è 12/44 o 27%.
Come potete vedere, ottieni la migliore densità di carbonio da propano e gas naturale. Anche se devi bruciare entrambi, sono molto più efficienti nell'introdurre CO2 nel tuo sistema.
Ciascuno dei carburanti si traduce in CO2 e altri prodotti.
Bruciare un CH4, Per esempio, si traduce in 1 CO2 e 2 H20, insieme al calore.
Ora sai quanta materia prima devi bruciare/rilasciare per integrare.
*Nota sulle unità :Il gas naturale si misura in piedi cubi, mentre la CO2 viene misurata in libbre, e il propano è spesso misurato in galloni.
Vuoi che la tua stima per l'integrazione di CO2 (dal passaggio 2, la quantità di carbonio rimossa) corrisponda all'integrazione effettiva (dal passaggio 3, la quantità di carbonio che stai reinserendo) nell'unità di misura utilizzata.
Se stai misurando il volume del raccolto rimosso in base al peso (libbre), ma stai usando il gas naturale, ti consigliamo di convertire il numero di gas naturale in libbre. Il numero che puoi usare per farlo è 0,06242796 libbre per piede cubo di gas naturale a temperatura e pressione ambiente.
Per esempio, se hai 10 piedi cubi di gas naturale, moltiplicalo per 0,06242796 per ottenere la misura in libbre. Avresti 0,6242796 libbre di gas naturale.
Se stai usando il propano, puoi usare questo numero per convertire i galloni in libbre: 4,24 libbre per gallone. Ancora, se hai 10 galloni di propano, moltiplicare per 4,24 per convertire la misura in 42,4 libbre di propano.
Ricorda di calcolare la quantità di carbonio effettivo che stai ottenendo da un dato metodo di arricchimento del carbonio:
Per 42,4 libbre di propano, che ha una densità di carbonio dell'82%, moltiplica 42,4 per 0,82 per ottenere 34,77 libbre di carbonio.
Le piante assorbono CO2, ma ci sono altri modi in cui la CO2 può essere persa da un ambiente. Questa perdita potrebbe essere dovuta alla ventilazione, una stanza che perde, o diffusione dalla struttura.
Sfortunatamente, non c'è un modo semplice per trovare l'efficienza della tua struttura. I coltivatori possono stimare l'efficienza in base al ricambio dell'aria, flusso d'aria attraverso le finestre aperte, crepe sotto le porte, ecc. In un ambiente completamente sigillato, un coltivatore potrebbe aspettarsi un'efficienza del 20% (il 20% del volume d'aria viene perso).
*Ricorda che l'aria ha già un livello ambientale di CO2 di circa 300 ppm.
Moltiplica la quantità lorda di arricchimento di CO2 per l'efficienza per ottenere il costo.
Per esempio, Il contadino Joe sta pagando 21,91 $/settimana integrare. Lui sa, però, che circa il 20% di tale CO2 viene perso a causa della ventilazione e delle perdite d'aria. Moltiplica $ 21,91 per 0,2 (o 20%) per trovare il costo aggiuntivo necessario per compensare la perdita di CO2, che è $4.38 . Aggiungi questo al costo originale, e vedrai che il contadino Joe dovrebbe pianificare di bruciare $ 26,29 a settimana .
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