Certifikáty CO2 existují již dlouho; můžete si je koupit a zaplatit tak za svou stopu CO2 nebo si koupit výjimku z povolení vypouštět určité množství CO2. Certifikáty CO2 pro vertikální zemědělství jsou tedy jen otázkou času. V tomto článku vysvětluji problematiku, uvádím, kde dochází ke ztrátám při přeměně energie, jak to ovlivňuje rentabilitu místa, a také svůj osobní názor na tuto problematiku.
Co je vertikální zemědělství?
Pro čtenáře tohoto blogu, kteří ještě nejsou obeznámeni s tématem vertikálního zemědělství, je zde uvedeno Vertikální zemědělství je zemědělské pěstování rostlin ve vertikále. Ve vyspělých zemích probíhá převážně v interiérech. To znamená, že na malé ploše lze vypěstovat mnohem více rostlin, přičemž při použití vertikály se plocha násobí počtem úrovní. Tuto pěstební plochu pak lze využít. Z hmotnostních důvodů se používá hydroponie a technika živného filmu, při níž jsou rostliny umístěny v malých držácích. Aby měly rostliny dostatek světla, používá se dnes LED osvětlení, které představuje většinu spotřeby elektrické energie.
Co jsou certifikáty CO2?
Certifikáty CO2 (Obchodování s emisemi) v certifikátech, které zaručují subjektu, tj. společnosti nebo i soukromé osobě, právo na určité množství emisí CO2. Pokud spotřebujete méně CO2, můžete tento certifikát naopak prodat ostatním, pokud mají vyšší emise CO2, než se očekávalo. Můžete tedy využít Obchodování s certifikáty CO2.
Vertikální zemědělství také způsobuje emise CO2
Jako téměř při každé činnosti na světě, na kterou má člověk vliv, dochází k uvolňování CO2. V konvenčním zemědělství je to prakticky případ zemědělských strojů, které jezdí například na zemědělskou naftu a při jejím spalování se uvolňuje CO2. U vertikálního zemědělství to vypadá trochu jinak. Vertikální farmy se z technických důvodů nacházejí v uzavřených prostorách, kde nejsou žádné zemědělské stroje, které jezdí na naftu, takže ty nejsou zdrojem CO2.
Zdroj CO2 je ve skutečnosti velmi zřejmý každému, kdo je obeznámen s technickou stránkou věci, protože je to spotřeba energie. A ve vertikální farmě spotřebujeme hodně elektřiny. To znamená, Vertikální zemědělství nemůže od roku 2023 z technického hlediska a na základě absolutních čísel ročně fungovat bez emisí CO2..
Protože i když se v závislosti na zemi a regionu využívá více či méně obnovitelné energie, stopa CO2 bude stále obrovská. Ale proč tomu tak je?
Abyste tomu porozuměli, musíte pochopit, jak funguje fotosyntéza a proč dochází ke ztrátám při přeměně, které mají za následek různou uhlíkovou stopu v závislosti na zemi a energetickém mixu.
Exkurze do fotosyntézy a RuBisCO
Na stránkách Fotosyntéza je důmyslný proces, který příroda navrhla, s RuBisCO a Calvinův cyklusbiochemický proces, který probíhá v rostlině. Chloroplasty Tento proces je také zodpovědný za náš život na Zemi; bez odpadního produktu kyslíku by lidský organismus neměl šanci přežít.
Nyní je RuBisCO s Calvinovým cyklem samo o sobě geniální, ale nijak zvlášť účinné, je to jakýsi zděděný produkt přírody, srovnatelný s technickým citátem: "když to funguje, tak na to nesahejte", takže když to funguje, tak byste na to už neměli sahat. A příroda to tak pravděpodobně zachovává už poslední miliardu let, od té doby, co existuje rostlinný život.
Jako Fotosyntéza není příliš účinná je, že ve vertikální farmě není zachycen každý foton slunečního světla nebo LED světla, což znamená, že můžeme pěstovat rostliny v interiéru, chráněné před okolním světem, v neuvěřitelně čistých a hygienických podmínkách, které jsou záviděníhodné, ale s relativně velkými energetickými ztrátami.
Exkurs při výpočtu účinnosti
Jeden příklad: Chceme zásobovat vertikální farmu solární energií, která se bude používat výhradně pro LED osvětlení v základním předpokladu. Nezkoumáme, kolik světla rostlina potřebuje, ale kolik světla se k rostlině dostane.
Rozdělení:
Solární články, fotovoltaické články, fotovoltaické moduly atd., mají u komerčně dostupných solárních článků účinnost mezi 15 a 22%. Vyšších hodnot lze dosáhnout u solárních článků v laboratorních podmínkách (Stav 2022 Fraunhofer ISE 47.6%).
V závislosti na zeměpisné poloze k nám slunce vysílá v průměru 1000 wattů. Solární výkon na metr čtvereční k zemi. Při účinnosti 20% to odpovídá výkonu 200 wattů elektricky využitelné energie na metr čtvereční.
Pro zjednodušení přeskočíme ztráty v baterii a regulátoru nabíjení a přejdeme rovnou ke spínanému zdroji.
Spínaný napájecí zdrojVysoce účinný měnič energie, který dokáže ze stejnosměrného napětí generovat regulované stejnosměrné napětí, ale také střídavé napětí, které může být v závislosti na typu nižší nebo vyšší než vstupní napětí. Z technického hlediska hovoříme o SMPS (Spínané napájecí zdroje), přičemž lineární měniče přebytečná energie by se uvolnila ve formě tepla. Nicméně ani SMPS nemají při konverzi účinnost 100% a po odečtení vlastní spotřeby se musí spokojit s 85-90%.
Při výkonu 200 W, který získáme ze solárního modulu, můžeme pro osvětlení LED využít 180 W s účinností SMPS 90%.
LED diodaTa se používá pro osvětlení, ale ne jen jedno, protože rostliny jsou také poněkud vybíravé, co se týče světla, podle toho, v jaké růstové fázi se rostliny nacházejí, potřebují jinou světelnou směs, červené a modré LED diody jsou většinou považovány za relevantní pro fotosyntézu, v posledních letech tyto diody také udělaly velký pokrok, podle OSRAM zvyšuje účinnost na 61% stát se takovým modrá LED alespoň u 45% (od roku 2007) (Existují i další studie, které uvádějí vyšší účinnost, ale ty jsou spíše součástí výzkumu a nejsou komerčně dostupné, pokud ano, opravte mě prosím prostřednictvím kontaktního formuláře).
Do roku 2023 se budou stále více používat LED diody s plným spektrem, které mají vlnové délky slunečního světla, ale jsou potřebné pro rostliny.
Proto můžeme hovořit o účinnosti 50% pro LED diody, pokud je dobře realizováno i jejich chlazení, protože Teplo ovlivňuje výkon LED.
Ze 180 wattů elektrického výkonu se musíme rozloučit s 90 watty odpadního tepla a 90 watty světelného výkonu, které jsou následně vyzařovány na elektrárnu.
A pak je tu samotná fotosyntéza, která, jak již bylo zmíněno v exkurzu o fotosyntéze a RuBisCO, je velmi neúčinná, což znamená, že při normálním slunečním světle bychom se museli spokojit s účinností 2%. Protože však nepracujeme se slunečním světlem, ale s LED diodami, které vyzařují světlo v rozsahu 400-700 nanometrů, a pracují tedy v rozsahu, který je pro rostliny a fotosyntézu relevantní.
K výpočtu ztrát, k nimž dochází během fotosyntézy, jsem použil ChatGPT (GPT 4) pomocí interpretu ChatGPT Python s tím, že přeměna na glukózu a buněčné dýchání, které jsou pro rostlinu nezbytné, nejsou považovány za ztráty:
Upravený výpočet fotosyntetické účinnosti při použití světla LED v rozsahu 400-700 nm poskytuje následující výsledky:
Ztráty způsobené nedostupnými fotonyTato ztráta je zcela eliminována světlem LED v rozsahu 400-700 nm.
- Ztráta: 0%
- Zbývající světlo po tomto kroku: 100%
Ztráty způsobené neúplnou absorpcíNěkteré fotony nejsou zcela pohlceny.
- Ztráta: 30% (z 100%)
- Zbývající světlo po tomto kroku: 70%
Ztráty způsobené přeměnou energie vlnových délekZtráta energie při nastavení vlnových délek.
- Ztráta: 24% (z 70%)
- Zbývající světlo po tomto kroku: 53.2%
Vzhledem k tomu, že přeměnu na glukózu a buněčné dýchání již nepovažujeme za ztráty, protože jsou nezbytné pro růst rostliny, je Efektivní využití světla pro fotosyntézu 53.2%. Tato hodnota představuje podíl světla LED, který rostlina efektivně využívá k fotosyntéze.
Z 1000 wattů na 1 metr čtvereční dosahuje rostlina po odečtení všech přímých ztrát při vertikálním pěstování pouze 47,88 wattů, a to na základě výpočtu fotosyntetické účinnosti pro vertikální pěstování. To by nám dalo účinnost systému 4,78%.
Myslím, že nyní byste měli být schopni pochopit fakta o tom, jak velké jsou ztráty. Ale vraťme se k otázce CO2, co mají ztráty společného s CO2? Podle mého názoru je problém, proč je téma CO2 a vertikálního zemědělství obtížné, v tom, že se lidé snaží řešit problém na nesprávném místě.
Proč má vertikální farma ve Francii menší emisní stopu CO2 než vertikální farma v Německu?
Německo má tolik obnovitelných zdrojů energie, ale problém spočívá v tom, že Počet hodin plného zatížení není v průběhu roku tak vysoký jsou. V Německu činí doba plného zatížení pro solární energii 10% (v USA 20%), pro větrnou energii 16-57%. To znamená, že vyrábějí energii pouze tehdy, když svítí slunce nebo fouká vítr, a ty jsou nestálé, nikoli neustále k dispozici. Např. Jaderná elektrárna Grundremmingenpřed odstavením na konci roku 2021 činil počet hodin plného zatížení 85%.
Poslední jaderné elektrárny byly odstaveny v dubnu 2023, což znamenalo, že se ztratila stabilita základního zatížení a elektřina se nyní musí vyrábět z plynu a uhlí, které existovaly již dříve, ale nyní jsou stále více zodpovědné za uhlíkovou stopu a v konečném důsledku mají dopad i na výrobky, protože ty pak mají vyšší uhlíkovou stopu, měřeno příslušným množstvím energie pro množství výrobku X.
Francie využívá jadernou energii ve velké míře, ale je také vystavena většímu riziku vzniku clusterů, což dokazují výpadky v minulosti. Vzhledem k vysokému podílu elektřiny s nízkým obsahem CO2 ve Francii je však z klimatického hlediska vertikální farma nebo produkty vypěstované na francouzské vertikální farmě výrazně lepší než produkty z německé vertikální farmy.
V jednom z příspěvků zde na blogu jsem již napsal své myšlenky a výpočty o tom. Spotřeba elektrické energie při vertikálním zemědělství na. Na 100 kg salátu je potřeba 1800 kWh. V závislosti na tom, která společnost testuje a počítá (iFarm (bez reklamy), má dobrý seznam), získáte různé hodnoty, a proto můžete/musíte vždy počítat s vlastními LED a parametry.
Podle mého výpočtu z předchozího článku byla spotřeba elektřiny na 1 kg salátu 18 kWh. Pokud vám při výpočtu vyjde vyšší spotřeba elektřiny na 1 kg salátu, budou tyto hodnoty samozřejmě také vyšší.
Takže 1 kg salátu potřebuje 18 kWh.
na kWh vyrobenou v Německu v roce 2022, 434 g CO2/kWh.
Ve stejném období byla Francie při 73 g CO2/kWh.
Co to znamená?
18 kilowatthodin x {CO2 na kWh} = CO2 stopa salátu z vertikální farmy
Německý vertikální salát by tak vyprodukoval 7,81 kg CO2.
Naproti tomu francouzský salát z vertikálního zemědělství vyprodukuje pouze 1,31 kg CO2.
Tato množství se vztahují k podílu CO2, který je zodpovědný pouze za spotřebu elektrické energie LED osvětlení. Nezahrnuje chlazení, logistiku, skladování a další řídicí systémy.
Myslím si však, že je zřejmé, že z hlediska výroby šetrné ke klimatu a získávání potravin by byl vhodnější francouzský salát.
A tak čtenář tohoto článku bude mít pravděpodobně již blíže k mému názoru na certifikáty CO2. A tím se dostáváme k mému osobnímu názoru.
Můj názor
- Tyto certifikáty CO2 jsou jako obchod s odpustky, neexistuje žádný kontrolní orgán, který by mohl říci, kolik CO2 bylo skutečně vypuštěno. Není možné pochopit jejich cenu, ani nelze vyvodit závěr, že peníze za ně zaplacené jsou také investovány do klimatických opatření a množství CO2 je kompenzováno.
- S rostoucími cenami CO2 rostou i náklady pro zákazníky a spotřebitele. Vertikální zemědělství již dnes není levné, a proto by ještě více omezilo zákaznickou základnu, protože podniky musí fungovat hospodárně a náklady na certifikáty CO2 pro podnik musí určitou formou přenést na zákazníky. V důsledku toho, pokud by zákazníci chtěli nakupovat výrobky vertikálního zemědělství, museli by je dovážet prostřednictvím jiných společností ze zahraničí.
- Země s menší uhlíkovou stopou z toho zase těží a mohou se lépe prosadit, jednat skutečně konkurenceschopně, hospodárně a šetrně ke klimatu a díky nízkému obsahu CO2 také levněji prodávat své výrobky a oslovit více zákazníků. To paralyzuje vlastní hospodářský rozvoj, zatímco země s menší emisí CO2 mohou lépe růst.
Doufám, že se mi podařilo zainteresovanému čtenáři poskytnout zajímavý pohled na tento systém a vysvětlit, proč se domnívám, že certifikáty CO2 nejsou součástí řešení.
Máte-li jakékoli dotazy, návrhy nebo nápady na zlepšení, použijte prosím kontaktní formulář nebo funkci komentáře.
Czech 
German 
English 
French