Geotermiske og passive drivhuse – Reduktion af landbrugs CO₂-udledninger

Uholdbar overflod

En stor bekvemmelighed ved det moderne liv er muligheden for at få friske råvarer direkte fra supermarkedet når som helst. Friske råvarer venter direkte på os i supermarkedet. Udenfor kan det være frostkoldt og dækket af sne, men vi finder stadig en overflod af tomater, salat og friske frugter.

Dette kommer dog med en pris i form af massive CO₂-udledninger. Enten bliver disse produkter fragtet, for det meste med fly, fra den anden side af verden. Eller de produceres i opvarmede drivhuse, som hovedsageligt holdes varme med naturgas eller propan.

Et alternativ kunne være at undvære sådan en luksus. Det er, hvad vores forfædre gjorde, især i kolde klimaer, hvor de levede af løg, kartofler, gulerødder, ost, syltede agurker og saltet eller røget kød om vinteren. Men realistisk set er dette ikke noget, den gennemsnitlige forbruger er villig til at gøre.

Heldigvis kan nye drivhusdesign, der udnytter energi fra både Jorden og Solen på en smartere måde, hjælpe med at reducere behovet for fossile brændstoffer til at dyrke vores vinterfødevarer.

Passive drivhuse

Den grundlæggende drivhusdesign er at indfange og lagre solens termiske energi. Ved at lade solstrålerne trænge ind, beskytte planterne mod vinden og holde på varmen. Dette øger plantens produktivitet ved at forlænge vækstsæsonen og give varmere temperaturer, hvilket fremmer plantens vækst. Dette er nødvendigt for at producere selv “basale” fødevarer som tomater eller paprika i mange dele af USA, Canada og Europa.

Opvarmning af drivhus ved solstråling – Kilde: Hydroponics simplified

Passive drivhuse tager dette grundlæggende koncept videre ved at øge effektiviteten af hver eneste komponent.

Termisk masse

Den første idé er at øge systemets inertialitet. Den største risiko for drivhusdyrkning er kortvarige frostperioder, som kan dræbe skrøbelige planter som tomater. Øget termisk inertialitet i drivhuset reducerer de maksimale og minimale temperaturspidser.

En måde at gøre dette på er at have den nordlige side af drivhuset fremstillet af mursten eller sten i stedet for plast eller glas. Den solide væg vil holde på mere varme og direkte absorbere solens varme i løbet af dagen. Den vil derefter genudsende den mod drivhusets inderside om natten, hvilket gør det mere sandsynligt, at det forbliver frostfrit.

Dette design er blevet implementeret i massiv skala i Kina og studeres nu i videnskabelig litteratur.

Kinesiske passive drivhuse – Kilde: Research Gate

For at forstærke væggens effekt yderligere påføres et lag isolering, ofte polystyren, på væggens yderside, så den genudsendte varme forbliver inde i drivhuset.

Andre design kan også tilføje vandtønder og en meget kraftig varmesænke, der rører den nordlige væg for endnu større termisk inertialitet. Sten omkring planterne og et beton-/stenet gulv i drivhusets centrum kan også hjælpe.

Reducering af tab

En anden mulighed for at holde drivhusene varmere om natten er at reducere termiske tab. Til dette udfolder de kinesiske passive drivhuse et tæppe over drivhuset hver nat. Oprindeligt gjort i hånden, men dette gøres nu oftere med automatiske systemer.

Kilde: Research Gate

Nogle yderligere fremskridt kunne gøres, især inden for ventilation, men under alle omstændigheder kan dette design allerede fungere uden fossile brændstoffer og udgør en stor del af, hvordan Kina kan brødføde sin befolkning på 1,4 milliarder mennesker.

Kilde: Research Gate

Geotermiske drivhuse

Jordtemperaturer

Passive drivhuse er en radikal forbedring i forhold til de fossile brændstofopvarmede designs, der er almindelige i Vesten, især i USA eller Holland. Men i de hårdeste klimaer kan de være utilstrækkelige, især i meget skyede og sneklædte vintre, hvor der kan gå hele uger uden direkte sollys i drivhuset.

Geotermisk energi bruges allerede til at opvarme huse via jordvarmepumper. Ideen er at lægge et netværk af rør dybt i jorden, på et niveau hvor temperaturen er konstant året rundt. Derefter bruges en varmepumpe til at udtrække varmen og holde huset varmt.

Kilde: energy.gov

Det, der gør en jordvarmepumpe overlegen i forhold til en luftvarmepumpe, mindst i kolde klimaer, er at den har en konstant over frysepunktet temperatur. Den præcise temperatur varierer afhængigt af regionen samt den potentielle geotermiske aktivitet.

Et forenklet geotermisk design

For drivhuse er der ingen grund til at bruge en varmepumpe til at “koncentrere” jordens energi til en temperatur, der er behagelig for mennesker.

Det er tilstrækkeligt at holde sig flere grader over frost om natten, med de perioder hvor solen skinner, som tilfører de ekstra grader, der er nødvendige for at genoptage plantens vækst. Ud fra disse simple fakta opstod konceptet med et geotermisk drivhus.

Ideen er at begrave et rør dybt nok, så den omgivende jord forbliver varm året rundt. Luft fra drivhuset cirkuleres derefter i røret, varmes op, og injiceres tilbage i drivhuset for at holde luften inde over frysepunktet.

Dette strategi er blevet anvendt i amerikanske stater med kolde vintre, som Nebraska, for at dyrke lokalt citrus, figner eller druer.

Enkelhed er smukt

Fordelen ved dette design er, at det er meget energieffektivt. Behovet for luftcirkulation gør, at det ikke er fuldstændig passivt, da ventilationssystemet kræver noget elektrisk strøm. Men det er et meget lavt energiforbrug sammenlignet med enhver anden form for opvarmning af drivhuse.

Det er også en relativt lav‑teknologisk løsning, hvor udgravningen kan udføres af én person med en gravemaskine eller en minigraver og kun behøves én gang i flere årtier.

Endelig betyder den stabile gennemsnitstemperatur under jorden, at det samme system kan bruges til at køle drivhusene om sommeren, potentielt med til at øge plantens produktivitet i sommermånederne samt/eller reducere vandforbruget.

Anden geotermisk opvarmning

Det grundlæggende geotermiske drivhus er en god løsning til at forlænge vækstsæsonen eller gøre frost‑følsomme afgrøder og træer levedygtige i de nordiske regioner. Større geotermiske varmekilder kan være nødvendige for at opnå optimal produktivitet året rundt.

En mulighed er varme kilder og andre lokaliserede jordvarmekilder (60‑150 °C / 140‑300 °F). Selvom det er svært at skalere overalt, findes der “døds af drivhusdrift i Rocky Mountain- og vestkyststaterne, der opvarmes af geotermisk energi med medium temperatur.” USA, men også Japan, Canada, Chile og andre regioner med varme kilder og vulkansk aktivitet kunne være gode kandidater til at udvide denne type drivhus.

En anden mulighed kunne være dyb geotermisk boring, hvor man graver dybt nok til at nå klipper, der permanent er opvarmet af Jordens geotermiske aktivitet. Desværre er sådanne dybe brønde i øjeblikket meget dyre. Selvom nogle virksomheder, som Eavor, arbejder på at løse dette problem for elproduktion, er det usandsynligt, at det vil blive anvendt til fødevareproduktion inden for den nærmeste fremtid.

Konklusion

Geotermiske drivhuse er stadig et meget nyt koncept og fungerer bedst i kombination med passive drivhuse. Passive drivhuse bliver nu mere udbredt globalt efter deres massive adoption i Kina.

Derfor er det sandsynligt, at geotermiske drivhuse vil blive det næste skridt i at gøre fødevareforsyningen mere lokaliseret og robust, samtidig med at afhængigheden af fossile brændstoffer reduceres.

På tidspunktet for denne artikels skrivning kunne vi ikke finde et offentligt noteret firma, der specialiserer sig i at bygge passive eller geotermiske drivhuse. Teknologiens “lav‑teknologi” aspekt kan have gjort den mindre “startup‑venlig”, da der kun kan udvikles meget lidt proprietær IP.

Alligevel er nogle kits tilgængelige fra private virksomheder som:

• Ceres Greenhouse Solutions (højtudbytte drivhuse).
• SunCatcher (Solpassivt drivhus).
• Atmos Greenhouse Systems(Geotermisk “klimabatteri”).

Det er dog en nøgle til at reducere forbruget af fossile brændstoffer samt opbygge en mere robust økonomi, som krisen, der ramte den hollandske drivhusproduktion i 2022, illustrerede. Landet har 24.000 acres drivhuse, der forbruger 106 petajoule om året, der leverer 21 % af peberfrugterne, 20 % af agurkerne og 17 % af tomaterne dyrket i Europa.

Således kan dette blive en ny grøn sektor, der endnu ikke er udviklet i stor skala, med standardiserede systemer til at reducere omkostninger og øge effektivitet og pålidelighed.