Un ejemplo de economía circular mediante el uso de calor geotérmico, RAS y horticultura para producir peces y vegetales.

A medida que el mundo se aleja de los combustibles fósiles, buscamos formas alternativas de suministrar electricidad y calor a nuestros países. La energía geotérmica sigue siendo un recurso renovable en gran parte sin explotar y ofrece un gran potencial. Por ejemplo, el proyecto europeo ERANET GeoThermal estimó que Europa produce 1,5 GW de electricidad a partir de fuentes geotérmicas. Sin embargo, estiman que la capacidad de Europa podría ser equivalente a 80-100GW de electricidad.

Diferentes países ofrecen diferentes posibilidades. Las áreas con volcanismo activo como Islandia e Italia tienen fuentes de calor poco profundas y de alta temperatura que pueden usarse para crear vapor y, con él, electricidad. Otros países, como los Países Bajos, se sientan sobre regiones profundas de temperaturas más bajas, que se pueden usar directamente para la calefacción urbana y la industria. En los Países Bajos, algunas empresas de invernaderos hortícolas se han planteado el objetivo de operar sus instalaciones con un uso mínimo de combustibles fósiles, tanto para calentar como para proporcionar CO2 para sus cultivos.

Los productores geotérmicos holandeses, sin embargo, enfrentan un desafío sustancial. Los pozos geotérmicos profundos son grandes inversiones del orden de varios millones de euros y. una vez que se ejecutan, no pueden utilizarse a su máxima capacidad. Al igual que otras empresas de servicios públicos, los pozos geotérmicos tienen grandes costos fijos que deben extenderse a tantos usuarios como sea posible para garantizar la rentabilidad.

Este es un problema cuando la mayoría de los usuarios prefieren el calor a temperaturas más altas y cuando la demanda desaparece durante los veranos. Hoy en día, los pozos geotérmicos siguen siendo elegibles para subsidios que apuntan a apoyar la transición hacia fuentes de energía sostenibles.

Nosotros, en el proyecto GeoFood, presentamos la idea de las granjas de cultivos con tecnología RAS como disipadores de calor para el calor geotérmico y el calor residual; es decir, las temperaturas más bajas generalmente no desean los usuarios. Nuestra razón era que las granjas RAS 1) requieren un aporte constante de agua y, si producen una especie de agua cálida, calor, 2) tienden a utilizar fuentes de agua subterráneas que son más frías que la temperatura de cultivoy 3) sus emisiones de agua y lodos pueden ser utilizado para fertilizar invernaderos.

Algunos modelos preliminares, en los que se considera un RAS de invernadero de tomate y lucioperca, nos mostraron que, si las granjas de RAS pueden usarse como un disipador de calor para invernaderos geotérmicos, la extracción de calor puede aumentarse en un 31 por ciento.

Para encontrar respuestas más detalladas, nos embarcamos en la construcción de un RAS semi-comercial en las instalaciones de Wageningen Greenhouse Horticulture en los Países Bajos. Este RAS, conectado al sistema de calefacción central de la estación de investigación, puede simular con precisión lo que podría estar sucediendo dentro de un invernadero geotérmico: la estación de investigación está construida como un típico invernadero holandés y funciona utilizando la misma tecnología que utilizan los productores industriales.

 

 

Aunque el sistema de calefacción central todavía funciona con gas, puede simular el calor residual controlando con precisión la temperatura que entra en el intercambiador de calor del RAS. El RAS está equipado con sensores de temperatura y flujo en todas las corrientes de agua entrantes y salientes, así como sensores de humedad relativa, temperatura y CO2 instalados en el escape del desgasificador del sistema hacia el exterior.

Hemos estado simulando un ciclo completo de producción de pescado desde julio de 2019, que también incluye el uso de agua RAS y lodos para fertilizar los cultivos de lechuga, extendiendo la circularización de la configuración. El agua del compartimento del invernadero, donde se cultiva la lechuga, no regresa al RAS.

Mantener el sistema "desacoplado" permite una mayor flexibilidad en el control ambiental y del sistema al cambiar las relaciones entre la cantidad de peces cultivados y la cantidad de plantas disponibles.

Los datos recopilados por los sensores se utilizarán para validar un modelo de flujo de energía que simule un pozo geotérmico, invernadero y RAS como si estuviese conectado a una red de tratamiento térmico. Dentro de esta red, la granja RAS está modelada para funcionar como un sumidero para el calor residual proveniente del invernadero o el calor excedente del pozo geotérmico. El pozo geotérmico puede suministrar calor al sistema acuaponico de tres maneras distintas: (1) directamente al invernadero, (2) a la instalación RAS directamente o (3) a la instalación RAS como un flujo mixto con el calor residual del invernadero. La Figura 1 muestra una descripción esquemática del sistema geotérmico modelado de acuaponia

El modelo central consta de dos partes para calcular los valores horarios de los flujos de energía y masa: (1) el modelo de invernadero KASPRO de De Zwart (1996) y (2) un modelo RAS desarrollado dentro del proyecto GeoFood. Las salidas combinadas se utilizan para calcular cuándo y cuánto calor se extrae del pozo geotérmico.

Además de los datos sobre los flujos de energía, las concentraciones de CO2 se miden dentro de la granja RAS y en el escape del desgasificador de los sistemas. El CO2 es un insumo importante para la producción en invernadero porque los productores enriquecen el aire dentro de un invernadero hasta un nivel de 600–1000 ppm. Esto aumenta la productividad de la planta y, por lo tanto, el rendimiento.

Los productores de invernaderos que cambiarían hacia la calefacción geotérmica en lugar de utilizar un cogenerador a gas pierden su fuente de CO2. En el contexto de la circularidad, el CO2 producido por las granjas RAS puede ofrecer una pequeña fracción de la solución para reemplazar el enriquecimiento de CO2 a base de combustibles fósiles. La Figura 2 muestra el aumento en la producción de CO2 atmosférico de los peces en la configuración experimental de GeoFood a medida que aumenta la carga de alimento del RAS.

Antes de que el aire rico en CO2 de una granja RAS pueda ser utilizado por un invernadero, lo más probable es que tenga que ser deshumidificado y concentrado para que tenga algún valor. Aún así, sigue siendo una oportunidad que merece mayor atención en el marco de GeoFood. La cantidad de CO2 que podría suministrarse a un invernadero desde una granja RAS se estimará hacia el final del proyecto cuando se hayan analizado todos los datos.

El proyecto GeoFood presenta un concepto interesante para que los productores geotérmicos y piscicultores trabajen juntos. También proporcionará datos e ideas valiosas sobre el diseño acuaponico para ayudar a los ingenieros a estudiar la viabilidad de construir invernaderos acuaponicos comerciales utilizando calor residual y calor geotérmico, así como también permitirá a los ingenieros acuícolas estudiar casos de negocios donde los invernaderos pueden funcionar como sitios de RAS cerrados.

Autor: LandIng Aquaculture, Países bajos

Fuente: International Aquafeed 

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