Jeotermal ve Pasif Seralar – Tarım Karbon Emisyonlarını Azaltma

Sürdürülemez Bolluk

Modern yaşamın büyük bir konforu, taze ürünleri istediğimiz zaman doğrudan süpermarketten alabilme imkânıdır. Taze ürünler süpermarkette doğrudan bizi bekliyor. Dışarısı dondurucu soğuk ve karla kaplı olabilir, ancak yine de bol miktarda domates, marul ve taze meyve buluruz.

Bu, büyük karbon emisyonları maliyetiyle gelir. Bu ürünler ya dünyanın diğer ucundan, çoğu zaman uçakla taşınır. Ya da doğal gaz veya propanla ısıtılan seralarda üretilir.

Bir seçenek, bu lüksü terk etmektir. Bu, özellikle soğuk iklimlerde atalarımızın yaptığı şeydi; kışın soğan, patates, havuç, peynir, turşu ve tuzlu ya da tütsülenmiş et gibi bir diyete dayanırlardı. Ancak gerçekçi olarak, ortalama tüketicinin bunu yapmaya istekli olması pek mümkün değildir.

Neyse ki, hem Dünya hem de Güneş’ten daha akıllı enerji kullanımı üzerine kurulu yeni sera tasarımları, kışlık gıda üretimimiz için fosil yakıtlara olan ihtiyacı azaltmaya yardımcı olabilir.

Pasif Seralar

Sera tasarımının temel amacı, güneşin termal enerjisini yakalamak ve depolamaktır. Güneş ışınlarının içeri girmesine izin vererek, bitkileri rüzgârdan koruyup ısıyı tutar. Bu, büyüme sezonunu uzatarak ve daha sıcak sıcaklıklar sağlayarak bitki verimliliğini artırır. Bu, ABD, Kanada ve Avrupa’nın birçok bölgesinde domates veya paprika gibi “temel” gıdaların üretilmesi için şarttır.

Seranın güneş radyasyonu ile ısıtılması – Kaynak: Hydroponics simplified

Pasif seralar, bu temel kavramı her olası bileşenin verimliliğini artırarak daha da ileriye taşır.

Termal Kütle

İlk fikir, sistemin ataletini artırmaktır. Seracılıkta en büyük risk, domates gibi hassas bitkileri öldürebilecek kısa süreli donlardır. Seranın termal ataletini artırmak, maksimum ve minimum sıcaklık dalgalanmalarını azaltır.

Bunun bir yolu, seranın kuzey tarafını plastik veya cam yerine tuğla ya da taşla inşa etmektir. Katı duvar daha fazla ısı tutar ve gün içinde doğrudan güneş ısısını emer. Gece ise bu ısıyı seranın içine yeniden yayar, böylece don riskini azaltır.

Bu tasarım, Çin’de büyük ölçekte uygulanmış ve şu anda bilimsel literatürde incelenmektedir.

Çin Pasif Seraları – Kaynak: Research Gate

Duvardaki etkiyi daha da artırmak için, genellikle polistiren olan bir yalıtım tabakası duvarın dışına uygulanır, böylece yeniden yayılan ısı seranın içinde kalır.

Diğer tasarımlar da su varilleri ve çok güçlü bir ısı emicisi ekleyebilir; bu, kuzey duvarına temas ederek termal ataleti daha da artırır. Bitkilerin etrafındaki taşlar ve seranın ortasındaki beton/taş zemin de yardımcı olabilir.

Kayıpları Azaltma

Seraları gece daha sıcak tutmanın bir diğer seçeneği, termal kayıpları azaltmaktır. Bunun için Çin pasif seraları her gece seranın üzerine bir battaniye serer. Başlangıçta elle yapılan bu işlem, şimdi daha çok otomatik sistemlerle yapılmaktadır.

Kaynak: Research Gate

Ventilasyon gibi konularda daha fazla ilerleme kaydedilebilir, ancak her durumda bu tasarım zaten fosil yakıt kullanmadan çalışabilir ve Çin’in 1,4 milyar nüfusunu beslemesinde büyük bir bileşen oluşturur.

Kaynak: Research Gate

Jeotermal Seralar

Yer Sıcaklıkları

Pasif seralar, özellikle ABD veya Hollanda’da yaygın olan fosil yakıtla ısıtılan tasarımlara kıyasla radikal bir iyileşmedir. Ancak en zorlu iklimlerde, özellikle çok bulutlu ve karlı kışlarda, bir sera hiç doğrudan güneş ışığı almayan haftalar geçirebilir; bu durumda yeterli olmayabilir.

Jeotermal enerji, yer altı ısı pompalarıyla evleri ısıtmak için zaten kullanılmaktadır. Fikir, yıl boyunca sabit bir sıcaklığın bulunduğu derin bir seviyede bir boru ağı dökmektir. Ardından, bir ısı pompası kullanılarak bu ısı çekilir ve ev ısıtılır.

Kaynak: energy.gov

Yer ısı pompasını, özellikle soğuk iklimlerde, bir hava ısı pompasına göre üstün kılan, yerin sürekli donma noktasının üzerinde bir sıcaklığa sahip olmasıdır. Kesin sıcaklık bölgeye ve potansiyel jeotermal aktiviteye bağlı olarak değişir.

Basitleştirilmiş Jeotermal Tasarım

Seralar için, yer enerjisini insan için konforlu bir sıcaklığa “yoğunlaştırmak” amacıyla bir ısı pompasına ihtiyaç yoktur.

Gece birkaç derece donun üzerinde kalmak yeterlidir; güneş ışığı geldiğinde ise bitki büyümesinin devamı için gereken ekstra dereceler sağlanır. Bu basit gerçeklerden jeotermal sera kavramı ortaya çıktı.

Fikir, çevredeki toprağın yıl boyunca sıcak kalacağı kadar derine bir boru gömmektir. Seradan alınan hava bu boruda dolaştırılarak ısıtılır ve ardından seraya geri enjekte edilerek iç havanın donma noktasının üzerinde kalması sağlanır.

Bu strateji, Nebraska, Nebraska, yerel narenciye, incir veya üzüm yetiştirmek içins gibi soğuk kışları olan ABD eyaletlerinde yerel olarak narenciye, incir veya üzüm yetiştirmek için uygulanmıştır.

Basit Güzeldir

Bu tasarımın avantajı, çok enerji verimli olmasıdır. Hava dolaşımına ihtiyaç duyulması, ventilasyon sisteminin biraz elektrik gücü gerektirmesi nedeniyle tamamen pasif olmamasını sağlar. Ancak, seralar için diğer ısıtma yöntemlerine kıyasla çok düşük enerji tüketimine sahiptir.

Ayrıca, görece düşük teknoloji bir çözümdür; gerekli kazı bir kişi tarafından kepçe veya ekskavatörle yapılabilir ve sadece birkaç on yıl boyunca bir kez gereklidir.

Son olarak, yer altındaki istikrarlı ortalama sıcaklık, aynı sistemin yazın seraları soğutmak için de kullanılabileceği anlamına gelir; bu da yaz aylarında bitki verimliliğini artırabilir ve/veya su tüketimini azaltabilir.

Diğer Jeotermal Isıtma

Temel jeotermal sera, büyüme sezonunu uzatmak veya soğuğa duyarlı mahsuller ve ağaçları Kuzey bölgelerinde yaşanabilir kılmak için iyi bir çözümdür. Yıl boyunca optimum verimliliğe ulaşmak için daha güçlü jeotermal ısı kaynaklarına ihtiyaç duyulabilir.

Bir seçenek, sıcak kaynaklar ve diğer yerel yer ısı kaynakları (60-150°C / 140-300°F)’dır. Her yerde ölçeklendirmek zor olsa da, “Orta sıcaklıkta jeotermal enerjiyle ısıtılan Rocky Mountain ve Batı Kıyısı eyaletlerinde onlarca sera işletmesi” vardır. ABD, ayrıca Japonya, Kanada, Şili ve sıcak kaynaklar ile volkanik aktiviteye sahip diğer bölgeler, bu tip seraları genişletmek için iyi adaylar olabilir.

Başka bir seçenek, Dünya’nın jeotermal aktivitesiyle sürekli ısınmış kayalarlara ulaşmak için yeterince derine sondaj yaparak derin jeotermal delikler açmak olabilir. Ne yazık ki, bu derin kuyular şu anda çok pahalıdır. Eavor gibi bazı şirketler bu sorunu enerji üretimi için çözmeye çalışsa da, yakın gelecekte gıda üretiminde kullanılma ihtimali düşük.

Sonuç

Jeotermal seralar hâlâ çok yeni bir kavramdır ve pasif sera konseptiyle birleştirildiğinde en iyi şekilde çalışır. Pasif seralar, Çin’deki yaygın benimsenmelerinin ardından artık küresel ölçekte daha yaygın hâle gelmektedir.

Dolayısıyla, jeotermal seraların, gıda zincirini daha yerelleştirilmiş ve dayanıklı hâle getirirken fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmanın bir sonraki adımı olması muhtemeldir.

Bu makaleyi yazarken, pasif veya jeotermal seralar inşa etmeye uzmanlaşmış halka açık bir şirket bulamadık. Bu teknolojinin “düşük teknoloji” yönü, çok az tescilli fikri mülkiyet geliştirilebildiği için “girişim dostu” olmamasına neden olmuş olabilir.

Yine de, bazı kitler aşağıdaki özel şirketlerden temin edilebilir:

• Ceres Greenhouse Solutions (yüksek verimli seralar).
• SunCatcher (Güneş enerjili pasif sera).
• Atmos Greenhouse Systems(Jeotermal “iklim bataryası”).

Yine de, bu, Hollanda sera üretimini 2022’de etkileyen krizin gösterdiği gibi, fosil yakıt tüketimini azaltmanın ve daha dayanıklı bir ekonomi inşa etmenin anahtarıdır.

Ülke, yılda 106 petajoule yıllık, Avrupa’da yetiştirilen biberlerin %21, salatalıkların %20 ve domateslerin %17’sini sağlayan 24.000 dönüm seraya sahiptir ve bu seralar Avrupa’da yetiştirilen biberlerin %21, salatalıkların %20 ve domateslerin %17’sini sağlamaktadır.

Dolayısıyla, bu, maliyetleri azaltmak ve verimlilik ile güvenilirliği artırmak için standartlaştırılmış sistemlerle ölçekli olarak geliştirilebilecek yeni bir yeşil sektör haline gelebilir.