Landbruk

Aquaponics – Alt du trenger å vite

mm
Publisert
Oppdatert
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Hva er akvaponikk

Akvaponikk er en dyrkningsmetode som dyrker planter i kombinasjon med akvakultur, eller oppdrett av vannlevende dyr som fisk og eventuelt kreps, snegler, skjell eller reker. Det er en del av de bredere «jordløse» dyrkningsmetodene, inkludert hydroponikk og aeroponikk.

I sin moderne form kombineres akvaponikk ofte med relativt høyteknologisk hydroponisk dyrkning – dyrking av planter uten jord – ved å bruke vann til å levere næringsstoffene. Det kan ofte være en del av et vertikalt gårds- eller innendørs dyrkningssystem.

Vi diskuterte i detalj de ulike systemene som er mulige for hydroponisk dyrkning og deres fordeler og ulemper i vår artikkel “Hydroponics – Alt du trenger å vite”.

Blandingen av jordbruk og akvakultur er imidlertid svært gammel. Aztekerne dyrket på jordbruksplatåer kalt chinampas over innsjøer, kinesiske bønder dyrket ris med fisk i rismarkene i årtusener, og det samme gjaldt de innfødte kulturene i Sørøst-Asia, inkludert den bemerkelsesverdige byen Angkor Wat.

Akvaponikkmarkedets størrelse er på nesten 1,2 milliarder dollar i 2024 og forventes å vokse med 9,6 % CAGR frem til 2029. De største markedene ligger i Nord-Amerika og Asia.

Vitenskapen bak akvaponikk

Hydroponikk gir svært tett kontroll over dyrkningsforholdene, noe som hjelper til med å dyrke pålitelig høykvalitetsavlinger. Det er også svært vann- og plassbesparende. Men hva om det også kunne dyrke tett, sunt kjøtt med det samme vannet? Dette blir mulig ved å koble vannet som hydroponikksystemet bruker til veksttanker for akvakultur.

Det sterkeste argumentet for akvaponikk er å danne en sirkel der hver komponent løser et problem som finnes i hydroponikk og akvakultur når de er adskilt.

Hydroponikk er et svært effektivt dyrkningssystem, men krever konstant tilsetning av gjødsel i vannet for å holde plantene sunne og i vekst.

Samtidig krever akvakultur store mengder ferskvann og filtrering, da fiskeavfall (eller andre vannlevende dyr) vil samle seg og forurense vannet.

I et akvaponisk system blir begge “løst”. Fiskens avføring er ikke lenger forurensning, men nitrogenrik gjødsel for plantene. Deretter renser og filtrerer plantenes røtter vannet “gratis” ved å absorbere det.

Typer av akvaponiske systemer

Mediebasert akvaponisk system

Et inert medium som grus, lavastein eller leireperler forankrer plantenes røtter. Plantens vekstbed blir periodisk oversvømt med vann fra fisketanken gjennom en bell-sifon. Dette bringer næringsstoffene til plantene.

Vannet sendes deretter tilbake til fisketanken for å lukke kretsløpet når vannet er blitt filtrert av plantene. Noen ganger legges det til ormer i det inerte mediet for å hjelpe til med å bryte ned fiskens avføring.

Siden dette systemet bruker ingen filter og har færrest komponenter, er det det enkleste.

Flåtesystem

Plantene plasseres på flytende flåter, med røttene hengende i vannet. Det næringsrike vannet fra akvakulturtanken strømmer kontinuerlig inn i et filtersystem, og deretter til plantens flåter.

Filteret inneholder bakterier som hjelper med å gjøre næringsstoffene mer «fordøyelige» for plantene.

Dette systemet er mer komplekst, men kan skaleres opp mye lettere, uten begrensning på antall flåter eller størrelsen på fisketanken, så lenge vannrørene og filteret passer.

Næringsfilmteknikk (NFT)

Dette systemet ligner på de mediebaserte akvaponiske systemene, men med en tynn film av kontinuerlig flytende vann fra fisketanken. Det er ingen mellomliggende filter som i flåtesystemet.

Systemet gir noen fordeler, men også begrensninger.

Det flytende vannet og det tynne vannlaget gir rik oksygenering, som er gunstig både for plantenes røtter og fisken, ettersom vannet deretter går tilbake til tanken. Det er også svært plassbesparende og kan brukes i trange rom eller høye vertikale gårdsystemer. Til slutt øker den kontinuerlige strømmen av næringsstoffer og vann plantens vekst bedre enn et mediebasert system, men uten behovet for filteret i flåtesystemet.

Imidlertid passer NFT-systemer kun for planter med små røtter, som bladgrønnsaker; større rotsystemer vil ikke fungere godt. Det er også mulig at røttene tetter de grunne kanalene, noe som kan forårsake næringsmangel. Vannets temperatur kan svinge raskt, spesielt hvis plantene er utsatt for direkte sol, noe som kan skape problemer både for plantene og fisken.

Hva kan dyrkes med akvaponikk

Plantesiden

De fleste planter som kan dyrkes med hydroponikk kan også dyrkes med akvaponikk. Hydroponikkmarkedet domineres hovedsakelig av høyverdige avlinger med konstant etterspørsel og behov for et høykvalitets og kontrollert vekstmiljø:

  • Tomater.
  • Urter.
  • Salat.
  • Agurk.
  • Paprika.

Andre høyverdige avlinger kan dyrkes med hydroponikk og akvaponikk, for eksempel cannabis eller humle. I dette tilfellet gir hydroponikk/akvaponikk et høyt nivå av konsistens i vekstforholdene, noe som resulterer i en jevn smak og kjemisk sammensetning.

Akvakultursiden

Fiskedyrking

Den mest populære oppdrettet av vannlevende dyr er fisk.

Ferskvann er obligatorisk for akvaponiske systemer, da salt sjøvann ville være giftig for plantedelen av systemet.

Noen forskningsprosjekter arbeider med å utvikle saltvanns-akvaponikk, og leter etter planter med tilstrekkelig saltbestandighet. De utforskede alternativene inkluderer den vanlige isplanten (en populær hydroponisk avling i Japan), saltbestandige GMO-risvarianter, eller tang.

Blant populære fiskearter for akvaponikk er:

  • Tilapia (ved langt den mest vanlige fisken i akvaponikk).
  • Bluegill/brim/solfisk/crappie.
  • Kattefisk.
  • Abbor.
  • Karpe.
  • Koi.
  • Pacu.
  • Ulike prydfisker som englefisk, guppy, tetra, sverdfisk, molly, gullfisk.

Generelt vil de beste fiskene ha følgende egenskaper, som også er gunstige for akvakultur generelt:

  • Trives godt sammen i små, lukkede tanker, med en voksen maksimal størrelse som er liten nok.
    • God avl i fangenskap er en annen verdifull egenskap.
  • Rask vekst, spesielt for kjøttfisk, og ideelt en god fôreffektivitet (hvor mange pund mat som kreves for å vokse ett pund fisk).
  • God motstand mot sykdommer.
  • God toleranse for kaldt vann (reduserer behovet for dyr og energikrevende oppvarming) og temperaturvariasjoner (vanskelig å kontrollere med sesongendringer).
    • Fisketankens temperatur og fiskearter bør tilpasses lokasjonen.
  • Sterk markedsetterspørsel etter denne arten.

Andre vannlevende dyr

Fisk er ikke de eneste dyrene som kan oppdrettes med akvaponikk, alternativer finnes, som:

  • Kreps/kreps (yabbies), en liten ferskvannsnært art til hummeren.
  • Reker og kreps, så lenge de er av ferskvannstype. De krever relativt høye vanntemperaturer.
  • Mussler, østers & andre skjell
    • Skjell vil bidra til å holde vannet rent og gi et høyverdig produkt for salg.
    • De kan imidlertid forårsake problemer hvis de sprer seg og legger seg i systemrørene, og skaper blokkeringer.
    • Ettersom skjell hovedsakelig spiser mikroalger og plankton, kan hydroponisk dyrkning av alger lage et originalt akvaponisk system uten hverken planter eller fisk.
  • Skilpadder og vannreptiler. Vannreptiler blir noen ganger oppdrettet som kjæledyr, eller til og med som mat i noen land. Så de kan spille samme rolle som fisk i et akvaponisk system, spesielt i et varmt miljø.
  • Ormer (“vermiponics”).
    • Ormene kan mates med landbruksavfall, kjøkkenrester, kaningjødsel og andre produkter som ikke ville fungere som fiskefôr.
    • De krever mindre oksygen og er generelt mer robuste enn mer komplekse dyr.

Bakteriefilter

Selv om ikke alle akvaponiske systemer bruker et filter, er det ofte nødvendig for store installasjoner.

Formålet med et slikt filter er å huse bakterier som kan omdanne det vannlevende dyret, rik på ammoniakk, til nitritter og nitrater («nitrifisering»), som er mer gunstig for planter.

Hvis det ikke blir omdannet til nitrater og brukt av plantene, kan høye konsentrasjoner av ammoniakk (og i mindre grad nitritt) også drepe fiskene og andre vannlevende dyr. Ettersom planter absorberer ammoniakk dårligere, gjør dette nitrifisering til et krav i mange design.

Ammoniakk omdannes til nitritt av Nitrosomonas-bakterier, og nitritt til nitrater av Nitrobacter-bakterier. Prosessen kan ta tid, så dette må tas i betraktning ved design og drift av et akvakultursystem, med potensielt flere tanker med bakteriefiltre som frigjør det behandlede vannet sekvensielt.

Fordeler med akvaponikk

Akvaponikk deler mange av hydroponikkens fordeler (og begrensninger). Dette inkluderer 1/6th til 1/10th av vannforbruket sammenlignet med tradisjonelt jordbruk, svært konsistente og produktive vekstforhold, lavere pesticidforbruk og ingen herbicider, samt eliminering av jordbårne sykdommer.

Akvaponikk har også unike fordeler utover hydroponikk eller akvakultur alene:

  • Alle naturlige gjødselmidler, som helt kommer fra fiskeavfall.
    • Fiskefôret, som uansett trengs i akvakultur, gjenbrukes nå «to ganger», noe som sparer på kostnadene for gjødsel.
    • Det kan tillate mer naturlig og organisk hydroponisk dyrkning, uten kjemiske gjødselmidler i systemet.
  • Fiskens vann blir naturlig filtrert. Dette erstatter behovet for å slippe ut 5–30 % av vannet daglig.
  • Produsere både proteinrik mat og sunne planteprodukter samtidig.
  • Diversifisert inntektskilde.
    • Prisene på grønnsaker og fisk kan svinge mye, men uten å korrelere med hverandre.
    • Fiskefangst er mindre jevn, men kan gi en stor kontantinnstrømning i tillegg til den mer regelmessige inntekten fra hydroponisk dyrkning.

Ulemper med akvaponikk

Selv om den generelt er mer effektiv enn både hydroponikk og akvakultur hver for seg, kan akvaponikk ha sine egne utfordringer.

Kompleksitet og kostnader

Mens kostnad allerede var den største begrensningen for hydroponikk, er akvaponikk enda mer kompleks og dermed kostbar å sette opp. Akvakultursystemer har nå blitt lagt til hydroponikksystemene.

Hver må dimensjoneres slik at de passer nøyaktig sammen, slik at det er nok planter til å filtrere vannet, samt nok fisk til å gi nok gjødsel.

Dette mer komplekse systemet må også håndtere temperatur godt, både lufttemperatur og vanntemperatur, med fordampning og gjennomsnittlig luftfuktighet som også må tas i betraktning. Både planter og dyr kan endre vannets pH, noe som kan redusere veksten eller til og med drepe dem hvis den er ubalansert.

Kontroll og ferdigheter

På grunn av sammenkoblingen av alle parametrene som skal overvåkes, kreves konstant tilsyn og sensorer for å sjekke disse målingene.

Tilsvarende må overvåking av sykdomsutbrudd nå gjøres for både fisk og planter. Å behandle dem kan være vanskeligere, for eksempel kan bruk av antibiotika på fisk føre til forurensning av plantene, eller soppmiddel for planten kan forurense fiske kjøttet.

Overvåking og pleie av et slikt komplekst system krever god kunnskap og opplæring, enda mer enn det som kreves for «enklere» hydroponikk eller akvakultur alene, som allerede er ganske komplekse felt innen jordbruk.

Energibehov

Temperaturvariasjoner kan være dødelige for vannlevende dyr, enda raskere enn for planter med mindre toleranse for store eller raske endringer.

Et akvaponisk system vil sannsynligvis kreve et oppvarmings- og/eller kjølesystem for å holde vannet innenfor et akseptabelt område.

Dette kan gjøre akvaponikk svært energikrevende, spesielt i noen klima. Det kan også komplisere bruken av naturlig lys og drivhus for plantedelen av systemet. Mens dette reduserer behovet for kunstig belysning og oppvarming av plantene, kan det også føre til overoppheting av vannet i sommermånedene, noe som lett kan bli et problem for vannlevende dyr.

Robusthet

Akvaponiske systemer er av natur svært kunstige. De krever mye rørlegging, pumper, sensorer, filtre osv. Dette betyr at de er avhengige av at alt fungerer jevnt:

  • Leverandørkjede for deler og komponenter.
  • Elektrisk strømforsyning.
  • Elektronisk tilkoblet system for høyt automatiserte og avanserte operasjoner.
  • Dyktig arbeidskraft som kan utføre nødvendig overvåking og vedlikehold effektivt.

Disse problemene er enda mer uttalte enn med hydroponikk, da fiskene vil trenge en konstant tilførsel av fôr, filtrert vann og oksygen.

Så et akvaponisk system som går offline i bare 24 timer kan bety døden for alle fiskene, noe som sannsynligvis kunne blitt tolerert av plantene alene.

Selv om det finnes måter å dempe disse risikoene på, for eksempel med systemredundans eller større lager (som øker oppsettkostnadene), eller lokalisert energiforsyning gjennom fornybar kraftproduksjon, vil akvaponikk aldri være like robust som hydroponikk, og langt mindre enn en regnvannsvannet avling i et åpent felt.

Innovasjon innen akvaponikk

Akvaponisk innovasjon

Siden akvaponikk kombinerer både hydroponikk og akvakultur, kan innovasjoner innen begge feltene forbedre produktiviteten.

Hydroponiske innovasjoner

LED-belysning

LED-lys er en annen viktig teknologisk intervensjon i hydroponikk og akvaponikk. Disse lysene bruker langt mindre energi, avgir mindre varme og varer lenger enn andre lyskilder.

I tillegg er ikke hele det synlige lysspekteret nyttig for planter i fotosyntesen, så dedikerte LED-lys uten grønt lys kan brukes for ytterligere å redusere strømforbruket fra kunstig belysning.

eSoil

Hydroponisk dyrkning tillater direkte kontroll over planter på en måte som er umulig i tradisjonelt jordbruk. Dette åpner døren for eksperimentering med nye måter å øke avlingsproduktiviteten på, utover å øke tilgangen til lys eller næringsstoffer.

For eksempel utforsker vi et slikt alternativ i vår artikkel “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Forskere brukte et tilpasset kunstig substrat, eller «ledende jord / eSoil» laget av cellulose (hovedkomponenten i papir) blandet med en ledende polymer kalt PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene). På denne måten kunne de eksponere frøplanter for kontinuerlig lav spenning, noe som resulterte i en 50 % økning i veksthastigheten.

Dette er bare ett eksempel på hvordan hydroponiske systemer kan gi betydelig produktivitetsgevinst takket være det økte kontrollnivået de tilbyr.

Akvakulturinnovasjon

Et av de største problemene i akvakultur er skadedyr- og sykdomshåndtering. Bioteknologisk fremgang gjør ideen om å bruke RNAi-behandlinger for å redusere virkningen av virus som for eksempel white spot syndrome virus (WSSV), et virus som har betydelig negativ innvirkning på oppdrettet reke mulig.

Vaksiner kan også leveres med fiskens mat, enten gjennom spesial mikro-innkapsling eller ved å bruke genetisk modifiserte alger som danner en spiselig, selvreplikerende vaksine.

Til slutt, med ville fiskebestander som raskt blir uttømt, kan svært pålitelige innkjøpsmetoder ved bruk av blokkjede-løsninger som Fishcoin brukes for å sikre at fiske kjøttet som når forbrukerne er produsert på den mest etiske måten og med lavest energikostnad.

Andre høyteknologiske løsninger kan også brukes, som individuelle fiskemonitoreringssensorer, som iFarm, som ble utviklet i samarbeid mellom laksefarm Cermaq i Norge og sensorselskapet BioSort.

Innovasjon for både hydroponikk og akvakultur

IoT og sensorbasert automatisering

De fallende kostnadene for sensorer og elektronikk har gjort kontinuerlig overvåking av temperatur, luftfuktighet, lys, pH-nivåer og næringsvolum mulig. Dette overvåkingsnivået er enda viktigere enn med hydroponikk, da tilstedeværelsen av dyr gjør uønsket variasjon mer sannsynlig og har mer alvorlige konsekvenser.

Denne sensorbaserte metoden hjelper med å spore og justere i sanntid slik at forholdene forblir konstant optimale.

AI-baserte teknologier

Som nevnt krever akvaponikk et ekstremt intensivt nivå av overvåking av vannsystemet, sykdommer, næringsnivåer, temperatur, pH, kvaliteten på filtreringen osv.

AI kan hjelpe med å optimalisere eksisterende miljøforhold, inkludert lysnivåer, luftfuktighet og næringsnivåer. AI hjelper også med å optimalisere investeringer og redusere kostnader ved å lage tilpassede løsninger for spesifikke forhold. Over tid kan dette redusere behovet for at menneskelige operatører må være høyt utdannede og kunnskapsrike om akvaponikk.

AI kan også bruke maskinsyn eller vanlige automatiserte biokjemiske tester for å advare om tilstedeværelse av sykdommer før et menneske kan.

Til slutt, med fremveksten av autonome gårdsroboter, kan vi forestille oss et akvaponisk system hvor planting, beskjæring, høsting og utskifting av planter, samt fôring, avl og høsting av fisk, kan gjøres autonomt av AI som kontrollerer akvaponikksystemet.

Starte en akvaponisk installasjon

Den vil også trenge en langsom oppstartsfase, som er nødvendig for å oppnå en balansert og stabil nitrogenkretsløp. Før fisk legges til, er det best å etablere nitrogenkretsløpet ved å introdusere ammoniakk i systemet og la bakteriebiofilmen vokse inne i filteret slik at ammoniakk effektivt omdannes til nitritter og nitrater.

Det samme gjelder for å legge til fisk og planter, med progressive introduksjoner som gjør det mulig å justere vannkvalitetsparametere, fiskefôring og plantevekst. Først når systemet fungerer jevnt med planter og dyr i ulike vekststadier og kontinuerlig høsting, kan akvakultursystemet anses som fullt oppsatt.

Størrelsesberegning

På grunn av kompleksiteten i akvaponikk, har de fleste av disse systemene en tendens til å bli bygget i kommersiell skala med en presis forventet avkastning på investeringen. De vil også ha en tendens til å integrere høy grad av automatisering og sensorteknologi.

Dette betyr ikke at mer manuelt kontrollerte eller mindre systemer ikke kan bygges, men de kan være vanskeligere å holde i balanse med hensyn til surhet, temperatur, ammoniakknivåer osv., og kreve mer punktvise justeringer.

Sektoren er fortsatt i sine tidlige stadier, uten en standardisert mal og med mye eksperimentering. Det er imidlertid ikke lenger bare et konsept under utvikling, med noen bemerkelsesverdige store installasjoner:

  • Superior Fresh i Wisconsin, siden 2017, har årlig dyrket 1,8 millioner pund salat og bladgrønnsaker – og 40 000 pund fisk – innen 123 000 kvadratfot produksjonsområde (11 000+ kvadratmeter).
  • Les Nouvelles Fermes i Frankrike, som hentet 2 M$ i 2020 for å produsere 60 tonn ferske produkter og 12 tonn regnbueørret årlig.
  • Jabber Al Mazroui’s 4 000 kvadratmeter med akvaponisk installasjon i De forente arabiske emirater.

Konklusjon

Akvaponikk er et bemerkelsesverdig effektivt design, som løser mange av begrensningene ved både nåværende hydroponiske og akvakulturmetoder. Det kan redusere både avhengigheten av hydroponikk på kjemiske gjødselmidler og vannforurensning og avfall forårsaket av akvakultur.

Det er imidlertid mye mer teknisk, og de fleste personer og selskaper vil sannsynligvis ha nytte av først å utvikle omfattende erfaring med å jobbe i minst enten hydroponikk eller akvakultur før de kombinerer dem sammen med akvaponikk.

På denne måten vil de ha større sannsynlighet for å lykkes med å håndtere de mange utfordringene som systemets kompleksitet medfører, som sykdoms- og skadedyrhåndtering, kjemisk ubalanse (pH, ammoniakknivåer osv.), artsvalg, temperaturvariasjoner osv.

Likevel, med tanke på den globale befolkningsveksten kombinert med uttømmende ville fiskebestander og nedgang i dyrkbar jord, kan akvaponikk være en kraftig løsning for å produsere høykvalitets planteprodukter og høyt proteinrikt sunt kjøtt. Og gjøre dette med lavere bruk av land og vann, samtidig som det slipper ut mye mindre forurensning.

mm

Jonathan er en tidligere biochemistforsker som arbeidet med genetisk analyse og kliniske forsøk. Han er nå en aksjeanalytiker og finansforfatter med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon The Eurasian Century.