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Energieeffizienz beim Anbau und der Verarbeitung von medizinischem Cannabis
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Energieeffizienz beim Anbau und der Verarbeitung von medizinischem Cannabis
Der Anbau und die Verarbeitung von Cannabis zu medizinischen Zwecken erfordert große Mengen an Energie, da während des Wachstums und der Umwandlung eine stabile Umgebung erforderlich ist, um die Konstanz der Zusammensetzung der verschiedenen Cannabinoide zu gewährleisten. Auf diese Weise kann das Endprodukt als eine Droge mit spezifischen Eigenschaften betrachtet werden.
Die Energiekosten für die Produktion von medizinischem Cannabis sind in den meisten Fällen die wichtigsten Kosten und entscheiden darüber, ob die industrielle Nutzung rentabel ist oder nicht.
Ein effizientes Anlagendesign erhöht die unmittelbare Rentabilität des Betriebs und verringert den CO²-Fußabdruck, wodurch ein Mehrwert für diese pflanzlichen Produkte geschaffen wird.
KONTEXT
Die meisten Maßnahmen, die es uns ermöglichen, die Kontrolle und Stabilität der Umweltbedingungen sowie die Energieeffizienz zu optimieren, erfordern eine höhere Anfangsinvestition. Da diese Investition lange vor der Erteilung der Genehmigung beschlossen und getätigt wird, erschwert sie den Entscheidungsprozess für Kosten, deren Amortisierung sich über mehrere Jahre erstreckt.
Auf der einen Seite gibt es das Szenario der hohen Energiekosten, das dazu veranlasst, auf der Grundlage von Effizienz und Einsparungen zu planen, und auf der anderen Seite die Ungewissheit des medizinischen Cannabismarktes (Mengen, Preise usw.) und seine Schwierigkeit als Produkt und Verfahren, die zur Vorsicht mahnt.
Es ist nicht möglich, von einer optimalen „Standard“-Lösung für die Anlagengestaltung zu sprechen, da diese von vielen Faktoren abhängt und „maßgeschneidert“ entwickelt werden muss:
- Standort: Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Tageslichtstunden.
- Betriebsgröße, Bestandsgröße und mögliches Wachstum.
- Endprodukt, das für den direkten Verbrauch oder die Extraktion bestimmt ist.
Aus all diesen Gründen sollen in diesem Artikel die verschiedenen Punkte aufgezeigt werden, die analysiert werden müssen, um technische Lösungen in der Anlage umzusetzen, die zu einer Verbesserung der Energieeffizienz führen. Das Ergebnis der Analyse sollte bei der Berechnung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses in jedem spezifischen Fall unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Verbesserungsmöglichkeiten angewendet werden.
ANGEWANDTE EFFIZIENZ BEIM ANBAU
Die Anbaubedingungen müssen optimal sein und wenn es eine Sache gibt, über die man sich in diesem Sektor einig ist, dann ist es die, dass jede Verbesserung der Stabilität und Sicherheit der Umweltbedingungen des Anbaus zu einem besseren Ertrag und einer besseren Qualität des Produkts und damit zu einer höheren Rentabilität führt.
Der Standort
Dies ist eine der wichtigsten Bedingungen, denn sie hat große wirtschaftliche Auswirkungen. Man muss eine gute Parzelle suchen in einem Gebiet mit einem für die Bedürfnisse der Pflanze geeigneten Klima und ausreichenden Tageslichtstunden. Außerdem muss der Zugang zu qualitativ hochwertigem Wasser und Strom gewährleistet sein, was einen großen Einfluss auf die Planung, die Investitionen und die Kosten des Betriebs hat.
DieBeleuchtung
Die Beleuchtung der Kulturen kann durch Sonnenlicht, Kunstlicht oder eine Kombination aus beidem erfolgen.
Mit Sonnenlicht lässt sich Energie einsparen, aber um es nutzen zu können, ist auf die Art der Überdachung zu achten.
Folienüberdachungen bieten die höchste Sonnenlichtdurchlässigkeit, aber gleichzeitig eine geringere Luftdichtigkeit und Isolierung für kalte Gebiete oder Nächte, so dass es notwendig ist, Verdunkelungsschirme zu installieren, um die Wärmedämmung zu verbessern.
Andere Oberflächen wie Polycarbonat oder Glas verbessern die Wärmedämmung, verringern die Sonnendurchlässigkeit, erhöhen aber die Inversion.
In Äquatornähe existieren das ganze Jahr über die besten natürlichen Lichtverhältnisse, aber je weiter vom Äquator entfernt, desto mehr ist für einen stabilen Lichtfluss die Installation von zusätzlichen Leuchten oder sogar von Leuchten erforderlich, die den gesamten erforderlichen Lichtbedarf decken können. In diesen Fällen sollten die zu installierenden Leuchten vom Typ LED und dimmbar sein, um sicherzustellen, dass nur so viel Licht geliefert wird, wie für die Ergänzung des Sonnenlichts erforderlich ist, und um den Energieverbrauch zu begrenzen.
Bei Installationen mit lichtundurchlässigem Aufbau (Sandwichpanel) ist die Beleuchtung vollständig künstlich und unabhängig von der Jahreszeit konstant. Um den Verbrauch zu kontrollieren und die Kosten zu senken, ist es eine interessante Maßnahme, wenn man ans Stromnetz angeschlossen sind, die Beleuchtung nachts einzuschalten. Wenn kein Anschluss an das Stromnetz besteht, sollten Photovoltaikanlagen und Batterien zur Energiespeicherung installiert werden, die es ermöglichen, die Beleuchtung tagsüber einzuschalten und die Photoperiode auf bis zu 12 Stunden zu verlängern, bei Vegetations- und Mutterpflanzen sogar noch länger.
Externe Isolierung
Da die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit in den Kulturen reguliert und kontrolliert werden müssen, ermöglicht eine optimale Isolierung eine Senkung des Energieverbrauchs.
Die Isolierung von Dächern bzw. Decken und Wänden kann im Gegenzug die Durchlässigkeit für das Sonnenlicht verringern und damit den Verbrauch für die Beleuchtung erhöhen. Daher muss jeder Fall einzeln untersucht werden, um das richtige Gleichgewicht zu finden.
Die Isolierung des Fußbodens ist, außer in Gebieten mit ausgezeichnetem Klima, immer eine gute Investition. Eine Betonplatte, die auf einer Dämmschicht und einer Dampfsperre (zur Gewährleistung der Haltbarkeit und Qualität der Oberflächen) liegt, sorgt für Isolierung und Wärmeträgheit in kalten Nächten, denn gerade im unteren Teil der Pflanze (Wurzeln) sollte eine etwas höhere Temperatur sichergestellt werden.
Umgebungsbedingungen(innen)
Die Aufrechterhaltung konstanter Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen tagsüber, nachts und das ganze Jahr über ist ein weiterer Faktor des Energieverbrauchs. Einige Standorte und technische Lösungen können während der Projektstudie aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit oder der thermischen Bedingungen ausgeschlossen werden.
Das Hauptproblem besteht darin, die von den Pflanzen erzeugte Feuchtigkeit zu bekämpfen. Während der Tagesphase verdunstet die Pflanze praktisch dasgesamte von den Wurzeln aufgenommene Wasser. Der wirtschaftlichste Weg, diese Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus zu reduzieren, ist die Erneuerung der Luft mit trockenerer Außenluft. Je nach Trockenheit der Luft kann sogar eine adiabatische Kühlung möglich sein, was zweifellos die effizienteste Methode ist.
Da die Umgebungsbedingungen im Freien nicht garantiert werden können, müssen in jedem Fall Entfeuchtungs- und Kühlanlagen vorgesehen werden, um die von den Pflanzen erzeugte Feuchtigkeit sowie die interne (Beleuchtung) und externe Wärmebelastung zu bekämpfen. Die Energieeffizienz hängt von einem guten Kontrollsystem ab, um die Betriebskosten zu senken, wenn die Außenbedingungen günstig sind.
Nachts, in kalten Gebieten, ist Folgendes wichtig:
- Reduzierung der Lufterneuerung auf ein Minimum (nur um die notwendige Sauerstoffzufuhr zu gewährleisten).
- Erhöhung der Wärmedämmung durch Verdunkelungsschirme, Vorhänge mit Luftkammern usw.
- Beheizen der wurzelnahen Bereiche, auch wenn die oberen Bereiche des Gewächshauses abkühlen.
Kohlendioxid CO2
Um den Ertrag der Nutzpflanzen zu steigern, ist es gängige Praxis, die CO2-Konzentration tagsüber über die Umgebungskonzentration hinaus zu erhöhen, aber diese Praxis verursacht Kosten und einen CO2-Fußabdruck, der analysiert werden muss, um die Rentabilität zu gewährleisten.
Die Arbeit mit höheren CO2-Konzentrationen erfordert ein perfektes Gleichgewicht zwischen der Nährstoffzufuhr und der Lichtmenge, da sonst nicht der gewünschte Ertrag erzielt wird, sondern die Kosten steigen und die Qualität des Endprodukts sogar sinkt.
Die Erhöhung der CO2-Rate bei hoher Frischluftzufuhr ist nicht kosteneffizient und wird daher nur für luftdichte Innenbereiche oder Gewächshäuser empfohlen.
In großen Betrieben, in denen ein Verbrennungsprozess zur Energie- oder Warmwassererzeugung stattfindet, könnten die Verbrennungsgase durch eine Filter-, Speicher- und Kühlanlage zur Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration genutzt werden.
EFFIZIENZ BEI DER WÄRME- UND KÄLTEERZEUGUNG
Die Prozesse der Klimatisierung, Entfeuchtung und Trocknung erfordern die Installation von Anlagen zur Wärme- und Kälteerzeugung. Der Vorschlag ist, sich für zentralisierte Produktionssysteme zu entscheiden, da diese trotz höherer Investitionskosten die folgenden Vorteile bieten:
- Da es sich um große Geräte handelt, verfügen sie über eine bessere Steuerung (Kondensation, Inverter usw.), bessere Kompressoren und damit eine höhere Energieeffizienz.
- Sie können gleichzeitig Wärme und Kälte erzeugen, was die Effizienz erhöht, da normalerweise zwischen dem Prozess- und dem Anbaubereich ein gleichzeitigerWärme- und Kältebedarf besteht.
- Die Menge der Kühlgase wird geringer sein, die Wartung wird besser kontrolliert, und es handelt sich um Industriemaschinen, die für den Dauerbetrieb ausgelegt sind.
Für die Verteilung dieser Kälte und Wärme wird der Einsatz von Kreisläufen von heißem und kaltem Wasser empfohlen. Bei dieser Art von Anlagen ist es aufgrund der großen Unterschiede zwischen dem Kühl- und Heizbedarf während des Tages oder der Nacht bzw. zwischen den verschiedenen Jahreszeiten sehr empfehlenswert, Verteilerkreise mit variablem Wasserdurchfluss zu verwenden.
Jedes Verfahren zur Erzeugung von Wärme und Kälte mit Hilfe von Solarenergie, Kraft-Wärme-Kopplung, adiabatischer oder Verdunstungskälte, Biogas usw. ist anwendbar und willkommen.
EFFIZIENZ IN GMP-PROZESSRÄUMEN
Effizienzlösungen in diesen Räumen sind Standard bei Klimaanlagen. Hier werden einige Leitlinien gegeben, um sie auf die Besonderheiten der Cannabisverarbeitung anzuwenden.
Zoneneinteilung von Klimaanlagen
Es ist wichtig, die verschiedenen Zonen je nach ihren Umgebungs- und Arbeitsplananforderungen zu unterscheiden.
Eine feuchtigkeitskontrollierte Umgebung ist nur in Räumen erforderlich, in denen das Produkt bereits trocken und der Umwelt ausgesetzt ist (Trockenbeschnitt, Reifung und Verpackung).
In den Bereichen, in denen sich das Material in feuchter Form befindet („Blattentfernung“, „Grünbeschnitt“), ist die Temperatur niedriger, so dass es eine interessante Option ist, dass die Klimaanlage, die diese Bereiche bedient, unabhängig ist.
Innerhalb derselben Anlage werden die meisten Räume mit einer oder zwei Schichten arbeiten, und bis der Betrieb über viele Tage hinweg voll ausgelastet ist, werden einige Räume ungenutzt sein, während andere, wie z. B. die Trocknungstunnel, rund um die Uhr in Betrieb sein werden. Daher ist es wichtig, dass die Klimageräte nach Sektoren eingeteilt, abgeschaltet oder mit reduzierten Temperaturen und Volumenströmen betrieben werden können.
Das Gleiche gilt für örtliche Abzugsvorgänge (Staub, Dämpfe usw.), so dass es sehr wichtig ist, dass sie unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden können, da die Anzahl der Betriebsstunden relativ gering ist.
Luftfilterung
Es ist die Filterstufe (F9… H14) an die Erneuerungsmaßnahmen anzupassen, um die Partikelqualität ISO 8 zu erreichen. Eine Überspezifizierung bei der Auslegung führt zu hohen Betriebskosten.
EFFIZIENZ BEI DER WASSERBEWIRTSCHAFTUNG
Wasser ist eine Ressource, die gut kontrolliert werden muss. Wasser von guter Qualität (niedrige Leitfähigkeit) kann mit einer einfachen Vorbehandlung verwendet werden, während Wasser von schlechter Qualität eineUmkehrosmosebehandlung erfordert, die mit entsprechenden Betriebskosten, Verbrauch durch Wasserzurückweisung und Investitionen verbunden ist.
Die Qualität und Quantität des verfügbaren Wassers ist einer der entscheidenden Faktoren für die Wahl des Standorts, aber nicht immer der ausschlaggebende Faktor, weshalb hier auf einige Punkte hingewiesen wird, die zu berücksichtigen sind:
- Das Bewässerungssystem wird in der Regel hydroponisch sein, vorzugsweise mit kontrollierter Drainage und Leitungen für eine mögliche Wiederverwendung in anderen Anbauformen, die weniger empfindlich auf hohe Leitfähigkeit, Gartenbau usw. reagieren.
- Regenwasser und Kondenswasser aus den Entfeuchtungssystemen sollten verwendet und in die Bewässerungswasserreservoirs zurückgeführt werden. Diese Sicherheitsreservoirs sind in allen Anlagen vorhanden, und die Investition für die Wasserrückführung ist gering, liefert aber eine gute Versorgung mit Wasser von hervorragender Qualität.
- Verwenden sollte man das Osmoseabwasser für nicht-GMP-konforme Reinigungsarbeiten, Toilettenspülungen usw.
SCHLUSSFOLGERUNGEN
Technische Lösungen für Energieeffizienz sind vorhanden und bekannt. Die Schwierigkeit bei medizinischem Cannabis besteht vielleicht darin, aufgrund fehlender Daten die Auswirkungen einer kontrollierteren und präziseren Umgebung (höherer Energieaufwand) im Vergleich zu einer Umgebung mit größeren Margen auf die Menge und Qualität des Produkts zu bewerten.
Aufgrund unserer Erfahrung sind wir der Meinung, dass man mit einem robusten Design zur Gewährleistung der Qualität beginnen sollte, und dass man, sobald ein stabiler Betrieb aufgenommen wurde, überwachen und testen sollte, um Daten zu sammeln, die es ermöglichen, die Effizienz durch zukünftige Erweiterungen oder Investitionen zu verbessern.
Diese kontinuierliche Überwachung und Analyse muss von fachkundigem Personal geplant und durchgeführt werden, das sich auf die Erreichung dieser Ziele in Bezug auf Energieeffizienz und Kostenwirksamkeit konzentriert.
Eudald Bogatell
Projektingenieur bei VALTRIA