Greenhouse Geotermal dan Pasif – Mengurangi Emisi Karbon Pertanian

Kelebihan yang Tidak Berkelanjutan

Salah satu kenyamanan besar dalam kehidupan modern adalah kemampuan untuk mendapatkan produk segar langsung dari supermarket kapan saja. Produk segar menunggu kita langsung di supermarket. Di luar, mungkin suhu beku dan tertutup salju, namun kita masih menemukan kelimpahan tomat, selada, dan buah segar.

Namun, hal ini datang dengan biaya emisi karbon yang besar. Produk-produk ini dikirim, kebanyakan dengan pesawat, dari belahan dunia lain. Atau mereka diproduksi di greenhouse yang dipanaskan, kebanyakan dipanaskan dengan gas alam atau propana.

Salah satu pilihan adalah menghindari kemewahan tersebut. Ini adalah apa yang dilakukan nenek moyang kita, terutama di iklim dingin, dengan mengandalkan diet bawang, kentang, wortel, keju, acar, dan daging asin atau asap selama musim dingin. Namun secara realistis, ini bukan sesuatu yang bersedia dilakukan konsumen rata-rata.

Untungnya, desain greenhouse baru yang memanfaatkan energi secara lebih cerdas dari Bumi dan Matahari dapat membantu mengurangi kebutuhan bahan bakar fosil untuk menumbuhkan pasokan makanan musim dingin kita.

Greenhouse Pasif

Desain dasar greenhouse adalah menangkap dan menyimpan energi termal matahari. Dengan membiarkan sinar matahari masuk, melindungi tanaman dari angin, dan menjaga panas tetap di dalam. Hal ini meningkatkan produktivitas tanaman dengan memperpanjang musim tanam dan menyediakan suhu yang lebih hangat, meningkatkan pertumbuhan tanaman. Ini menjadi keharusan untuk memproduksi bahkan makanan “dasar” seperti tomat atau paprika di banyak wilayah AS, Kanada, dan Eropa.

Pemanasan greenhouse oleh radiasi matahari – Sumber: Hydroponics simplified

Greenhouse pasif mengembangkan konsep dasar ini lebih jauh dengan meningkatkan efisiensi setiap komponen yang mungkin.

Massa Termal

Ide pertama adalah meningkatkan inersia sistem. Risiko terbesar bagi budidaya greenhouse adalah embun beku singkat yang dapat membunuh tanaman rapuh seperti tomat. Meningkatkan inersia termal greenhouse mengurangi puncak suhu maksimum dan minimum.

Salah satu cara melakukannya adalah dengan membuat sisi utara greenhouse tidak terbuat dari plastik atau kaca, melainkan dari bata atau batu. Dinding padat akan menahan lebih banyak panas dan langsung menyerap panas matahari selama siang. Kemudian akan memancarkannya kembali ke dalam greenhouse pada malam hari, sehingga lebih mungkin tetap bebas dari embun beku.

Desain ini telah diterapkan secara masif di China dan kini sedang dipelajari dalam literatur ilmiah.

Greenhouse Pasif China – Sumber: Research Gate

Untuk meningkatkan efek dinding lebih jauh, lapisan isolasi, biasanya polistirena, diterapkan di luar dinding sehingga panas yang dipancarkan kembali tetap berada di dalam greenhouse.

Desain lain juga dapat menambahkan drum air dan penukar panas yang sangat kuat, menyentuh dinding utara untuk inersia termal yang lebih besar. Batu di sekitar tanaman dan lantai beton/batu di tengah greenhouse juga dapat membantu.

Mengurangi Kehilangan

Opsi lain untuk menjaga greenhouse tetap hangat di malam hari adalah mengurangi kehilangan termal. Untuk itu, greenhouse pasif China membuka selimut di atas greenhouse setiap malam. Awalnya dilakukan secara manual, kini lebih umum dilakukan dengan sistem otomatis.

Sumber: Research Gate

Beberapa kemajuan lebih lanjut dapat dicapai, terutama pada ventilasi, tetapi bagaimanapun, desain ini sudah dapat beroperasi tanpa bahan bakar fosil dan menjadi komponen besar bagaimana China dapat memberi makan populasi 1,4 miliar orangnya.

Peta distribusi spasial greenhouse di China

Greenhouse Geotermal

Suhu Tanah

Greenhouse pasif merupakan peningkatan radikal dibandingkan desain yang dipanaskan dengan bahan bakar fosil yang umum di Barat, terutama di AS atau Belanda. Namun di iklim paling keras, hal ini mungkin tidak cukup, terutama pada musim dingin yang sangat berawan dan bersalju, di mana bisa terjadi minggu-minggu penuh tanpa sinar matahari langsung pada greenhouse.

Energi geotermal sudah digunakan untuk menghangatkan rumah melalui pompa panas tanah. Ideanya adalah memasang jaringan pipa yang dalam di tanah, pada kedalaman di mana suhu tetap konstan sepanjang tahun. Kemudian, menggunakan pompa panas untuk mengekstrak panas tersebut dan menjaga rumah tetap hangat.

Sumber: energy.gov

Apa yang membuat pompa panas tanah lebih unggul dibandingkan pompa panas udara, setidaknya di iklim dingin, adalah bahwa tanah memiliki suhu yang terus-menerus di atas titik beku. Suhu tepatnya bervariasi tergantung pada wilayah, serta potensi aktivitas geotermal.

Desain Geotermal Sederhana

Untuk greenhouse, tidak diperlukan pompa panas untuk “memusatkan” energi tanah hingga suhu yang nyaman bagi manusia.

Menjaga suhu beberapa derajat di atas beku pada malam hari sudah cukup, dengan momen ketika matahari bersinar menambah derajat ekstra yang dibutuhkan untuk melanjutkan pertumbuhan tanaman. Dari fakta sederhana ini muncul konsep greenhouse geotermal.

Idenya adalah menanam pipa cukup dalam sehingga tanah di sekitarnya tetap hangat sepanjang tahun. Udara dari greenhouse kemudian disirkulasikan melalui pipa, menghangatkannya, dan kemudian disuntikkan kembali ke dalam greenhouse untuk menjaga suhu udara di dalam tetap di atas titik beku.

Strategi ini telah diterapkan di negara bagian AS dengan musim dingin yang keras, seperti Nebraska, untuk menanam jeruk, ara, atau anggur secara lokals.

Sederhana Itu Indah

Keuntungan desain ini adalah sangat efisien energi. Kebutuhan sirkulasi udara membuatnya tidak sepenuhnya pasif, karena sistem ventilasi memerlukan sedikit tenaga listrik. Namun konsumsi energinya sangat rendah dibandingkan bentuk pemanasan lain untuk greenhouse.

Ini juga merupakan solusi yang relatif rendah teknologi, dengan penggalian yang dapat dilakukan oleh satu orang menggunakan backhoe atau ekskavator dan hanya diperlukan sekali untuk beberapa dekade.

Terakhir, suhu rata-rata yang stabil di bawah tanah berarti sistem yang sama dapat digunakan untuk mendinginkan greenhouse di musim panas, berpotensi meningkatkan produktivitas tanaman pada bulan-bulan musim panas, dan/atau mengurangi konsumsi air.

Pemanasan Geotermal Lainnya

Greenhouse geotermal dasar merupakan solusi yang baik untuk memperpanjang musim pertumbuhan atau membuat tanaman dan pohon sensitif beku dapat tumbuh di wilayah Nordik. Sumber panas geotermal dengan daya lebih mungkin diperlukan untuk mencapai produktivitas optimal sepanjang tahun.

Salah satu opsi adalah mata air panas dan sumber panas tanah terlokalisasi lainnya (60-150°C / 140-300°F). Meskipun sulit untuk diterapkan secara luas, ada “puluhan operasi greenhouse di negara bagian Pegunungan Rocky dan Pantai Barat yang dipanaskan oleh energi geotermal suhu menengah.” AS, namun juga Jepang, Kanada, Chili, dan wilayah lain dengan mata air panas serta aktivitas vulkanik dapat menjadi kandidat yang baik untuk memperluas tipe greenhouse ini.

Opsi lain dapat berupa pengeboran geotermal dalam, menggali cukup dalam untuk mengakses batuan yang terus-menerus dipanaskan oleh aktivitas geotermal Bumi. Sayangnya, sumur dalam seperti itu saat ini sangat mahal. Meskipun beberapa perusahaan, seperti Eavor, berusaha menyelesaikan masalah ini untuk pembangkit listrik, tidak mungkin teknologi ini akan diterapkan untuk produksi makanan dalam waktu dekat.

Kesimpulan

Greenhouse geotermal masih merupakan konsep yang sangat baru dan paling efektif bila dikombinasikan dengan konsep greenhouse pasif. Greenhouse pasif kini semakin menjadi arus utama secara global, setelah adopsi massal di China.

Jadi, kemungkinan besar greenhouse geotermal akan menjadi langkah selanjutnya dalam membuat rantai makanan lebih terlokalisasi dan tangguh sekaligus mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.

Pada saat menulis artikel ini, kami tidak menemukan perusahaan publik yang mengkhususkan diri dalam membangun greenhouse pasif atau geotermal. Aspek “low-tech” teknologi ini mungkin membuatnya tidak “ramah startup,” karena sangat sedikit IP proprietari yang dapat dikembangkan.

Namun, beberapa kit tersedia dari perusahaan swasta seperti:

• Ceres Greenhouse Solutions (greenhouse hasil tinggi).
• SunCatcher (greenhouse pasif surya).
• Atmos Greenhouse Systems(Geotermal “baterai iklim”).

Namun, ini tetap menjadi kunci untuk mengurangi konsumsi bahan bakar fosil, serta membangun ekonomi yang lebih tangguh, sebagaimana krisis yang melanda produksi greenhouse Belanda pada 2022 menunjukkan. Negara tersebut memiliki 24.000 hektar greenhouse yang mengonsumsi  106 petajoule per tahun, menyediakan  21% paprika, 20% mentimun, dan 17% tomat yang ditanam di Eropa.

Jadi, ini dapat menjadi sektor hijau baru yang belum dikembangkan secara skala, dengan sistem standar untuk mengurangi biaya serta meningkatkan efisiensi dan keandalan.