Überwachung des CO-Anteils bei CO2-Supplementierung Einleitung
Supplementierung von CO2 ist zunehmend beliebt, um die landwirtschaftlichen Erträge von Gewächshäusern zu steigem. Vorteilhaft ist nicht nur, dass die Pflanzen mehr und größere Früchte tragen, sondern auch schneller wachsen. Somit kann man als Erster einheimische Produkte auf den Markt bringen, was einen Preisvorteil bringen kann. Konventionelle Supplementierungsanlagen sind auch in Ländern beliebt, wo Heizung von Gewächshäusern entweder nicht notwendig oder nicht üblich ist. In unseren Breiten geht es einfach nicht ohne einen gewissen Grad an Heizung, um die zarteren Pflanzen über den Winter zu helfen. Noch dazu werden ausländischen Obst und Gemüse immer früher und billiger angeboten, also müssen die einheimischen Betriebe Möglichkeiten finden, ihre Produkte auch früher und billiger auf den Markt zu bringen.
Konventionelle Supplementierungsanlagen verwenden meistens Flüssiggas mit einer fixen Düse, um tagsüber eine erhöhte CO2-Konzentration zu erzeugen. Einige Anlagen verwenden atmosphärische Propanbrenner, um die CO2-Konzentration zu erhöhen. Hier ist dann die Heizwirkung ein nützlicher Nebeneffekt. Natürlich wäre ein Butanbrenner etwas effizienter, aber Butan ist schon bei -1°C flüssig, was sein Einsatzgebiet etwas einschränkt! Erdgas hingegen produziert mehr Wasserdmpf und weniger CO2, somit ist es für reine Supplementierung schlecht geeignet, obwohl es fdr Heizzwecke natürlich als umweltfreundlich gilt.
Besonders in Kanada ist diese Technologie beliebt, mit ungefähr 40%ige Steigerung des Ertrags in den meisten Fällen. Wegen den geringeren Investitionskosten wird hauptsächlich eine Supplementierung Mit CO2 von Flüssiggastankanlagen verwendet, obwohl die Möglichkeit, einen Propanbrenner zu verwenden auch propagiert und genutzt wird. Zum Teil liegt es an den Kosten, aber es liegt auch daran, dass man von Klein auf eingetrichtert bekommt, dass Abgase giftig und gefährlich sind. Niemand will wegen eine möglich Ertragssteigerung sterben, also wird solche Technologie mit einem gewissen Unmut begutachtet. Und tatsächlich ist diese Einstellung nicht unbedingt von der Hand zu weisen, da die existierende Systeme einfach auf Daumregeln basieren. Die Anlage wird bei Tageslicht eingeschaltet und nach einer geschätzte Zeit wieder ausgeschaltet. Tabellenwerte geben Auskunft darüber, wie Viel CO2 oder Brennstoff pro Quadratmeter Gewächshaus notwendig sind, und der Brenner wird tagsüber einfach zeitweise eingeschaltet, oder die CO2-Düse wird geöffnet für einige Zeit, bis die gewünschte Menge Brennstoff oder CO2 verbraucht sind.
In unseren Breiten, wo die Versorgung mit Erdgas ziemlich flächendeckend ist, und eine Heizung von Gewächshäusern üblich ist, wäre es natürlich nahe liegend, die Abgase vom Brenner zu verwenden. Wegen der vorher besprochenen Ablehnung von Verbrennungsabgasen in der Atemluft, die nicht als grundlos gesehen werden kann, sollten solche Anlagen jedoch nicht einfach entstehen und ohne Kontrolle einfach rennen. Ein Erdgasbrenner ist heutzutage ziemlich effizient, aber kein Brenner kann Luft und Brennstoff mit hundertprozentigem Wirkungsgrad in Wasser und Kohlendioxid verwandeln.
Solche Brenner werden auch länger eingeschaltet, und Pannen oder Defekte können nie ausgeschlossen werden. Daher sollten die Abgase ständig überprüft werden, um sicher zu gehen, dass keine gefährlichen Stoffe am Arbeitsplatz der Landwirtschaft freigesetzt werden. Die Daumenregeln bei der Supplementierung sind kaum zeitgemäß für eine Gesellschaft im Schatten der KyotoProtokolle, also sollte hier auch langsam genauere Methoden Einzug halten.
Vorgestellt wird eine Anlage, die sowohl die Kohlenmonoxid-Konzentration in den Abgasen überwacht, als auch die Kohlendioxid-Konzentration im Gewächshaus misst. Diese Anlage wird dann sicherstellen, dass gefährlich gewordene Abgase sicher in die Außenluft transportiert werden, und zusätzlich dafür sorgen, dass jederzeit eine förderliche Konzentration von Kohlenmonoxid in Gewächshaus herrscht, auch zu Zeiten, wann der Brenner nicht in Betrieb ist. Diese Messung von CO2 kann natürlich auch dafür verwendet werden, extreme Konzentrationen von CO2 zu vermeiden, die sowohl für das Personal gefährlich werden könnten, als auch das Wachstum hindern. Ab eine gewisse Konzentration können nämlich Probleme auftreten, die den Stoffwechsel der Pflanzen aus dem Gleichgewichtig bringen.
Moderne Umweltschutzgedanken kommen auch dabei nicht zu kurz. Kohlendioxid, der vom Brenner erzeugt wird, wird normalerweise direkt in die Atmosphäre ausgestoßen, und somit wird er wenigstens zum Teil in den Pflanzen gebunden, was eine Reduzierung der CO2-Emissionen gleichkommt. Die Obergrenze für Kohlenmonoxid in den Abgasen wird so gewählt, dass die Umschaltung bei einer Konzentration erfolgt, die noch weit innerhalb der gesetzlichen Grenze für solche Brenneranlagen liegt. Somit ist gewährleistet, dass eine Störung des Brenners auch rechtzeitig erkannt wird und gleich behoben werden kann, ohne unnötige Umweltbelastungen zu erzeugen.
Die Überwachung wird auch noch wichtiger, wenn Alternativbrennstoffe verwendet werden. Ins Besondere ist es denkbar, dass ein Gewächshaus mit Biogas beheizt wird. Biogas kann sehr leicht und effizient von einer Kompostanlage, die die Abfälle aus den Gewächshäusern aufnimmt, erzeugt werden. Idealerweise braucht man auch tierische Abfallprodukte, um die Biogasanlage zusätzlich Stickstoff zu liefern, aber mit nur Grünabfall können auch sehr gute Erfolge erzielt werden. Die Zusammensetzung von Biogas ist nicht sicher voraussagbar, also sind die Produkte der Verbrennung auch nicht berechenbar, sondern müssen gemessen werden. Eine gute Biogasanlage erzeugt Biogas mit zirka 80 % Methan und 20 % Kohlendioxid, aber das operative Wort ist "zirka".
Hier wird aus wirtschaftlichen Gründen davon ausgegangen, dass das System aus einem Hauptbrenner, der Erd- oder Biogas (oder eine Mischung) als Brennstoff verwendet, mit einem Zusatzbrenner, der hauptsächlich Biogas verwendet, besteht. Normalerweise ist in der Kalten Jahreszeit weniger Biogas verfügbar, aber gerade zu solchen Zeiten brauchen die Pflanzen zusätzliche Wärrnezufuhr, also muss eben Erdgas verbrannt werden. Natürlich ist eine Beimengung von Biogas jederzeit möglich und wünschenswert, nicht nur aus Gründen der Kosteneinsparung sondern auch, weil somit eine Freisetzung von Kohlendioxid aus der Dekomposition vermieden wird. Das Heizen eines Gewächshauses ist natürlich in der Nacht auch notwendig, aber eine Supplementierung mit CO2 ist zu dieser Zeit nicht wirtschaftlich sinnvoll, da Photosynthese bekanntlich nur bei Tageslicht stattfindet, und die Pflanzen brauchen bei Dunkelheit Sauerstoff, wobei Kohlendioxid erzeugt wird. Somit ist es ganz normal, dass in der Früh erhöhte CO2-Werte vorherrschen. Da wir nur von kleineren Erhöhungen reden bei der CO2-Supplementierung, stellt es in der Nacht auch kein Problem dar, aber der Einsatz eines Zusatzbrenners ist zu dieser Zeit nicht sinnvoll. Umgebungsluft enthält ungefähr 450 ppm CO2, abhängig von den Umweltbedingungen. In einem Gewächshaus in Bodenhöhe kann die Konzentration sehr rapide auf 200 ppm abfallen, was eine deutliche Verlangsamung des Wachstums mit sich bringt. Geplant ist eine Erhöhung zu einem Maximalwert von 4000 ppm. Diese Erhöhung sollte eine merkbare Beschleunigung des Wachstums bringen ohne unerwünschte Nebenwirkungen oder Gefahr flir das Personal zu erzeugen. Die Abgase von dem Brenner werden überwacht, damit keine Möglichkeit von einer Vergiftung besteht, auch bei längerem Aufenthalt in dem Gewächshaus. Obwohl die gesetzte Obergrenze von 60 ppm in den Abgasen durchaus gefährlich klingt, wird dieses Gas sehr stark verdünnt in dem Gewächshaus, somit kann die Erhöhung der CO-Konzentration nie über einstellige ppm-Werte steigen.