WaterSense

The Norwegian fish farming industry are asking for new tools that can provide better control of the water quality in land-based and closed fish farms, motivated by the possibility to improve fish health and wellbeing, and operate more environmentally friendly. In Norway, land-based and closed fish farms are today in large limited to about 190 hatcheries, where farmed fish spend the first part of their lifecycle before they are transported to facilities offshore. Future trends point towards farmed fish being kept for a longer period of their life cycle at land-based sites and a transition to closed offshore facilities. This trend is motivated by a desire to limit the environmental impact of offshore fish farming (e.g. challenges with lice, escapes, and food and medicines pollution). Water quality in this context is measured by large set of parameters. One of the key parameter is the concentration of CO2 in the fish tanks. The CO2-concentration should neither be too high or too low. Elevated concentrations of CO2 can lead to reduced fish health, which in practice means increased mortality and reduced product quality and yield. On the other hand, keeping the concentrations unnecessarily low is both inefficient with respect to production costs and the use of energy and resources. In the WaterSense project, a CO2 sensor is developed that will be stable, maintenance free, and will give reliable measurements of the CO2-concentration in closed systems. The technology is based on silicon micro-optical components that can be produced at a price that allow extensive use and is economically viable. During the project, microchips have been manufactured at SINTEF MiNaLab that have been packaged and calibrated by Tunable. Control electronics has been developed, and sensor demonstrators have been built and mounted in a watertight housing. In the latest phase of the project, a sensor was installed in a fish tank of one of the project partners. The sensor has been logging data that have been transmitted to the cloud via a 4G modem. The measurement values correspond well to expectations. Day and night variations of the CO2 concentration can be clearly seen, corresponding to the activity level and feeding cycles of the fish. The project has shown that this new technology is well suited for measuring CO2 dissolved in water, and that this sensor can become smaller, cheaper and more accurate than competing technology. The sensor is reliable and stable over long time, and there will be no need for recalibration.

Prosjektet har tatt fram en ny type sensorteknologi for måling av CO2 i oppdrettskar. Den nye sensoren er mer nøyaktig og har bedre langtidsstabilitet enn eksisterende sensorer. Sensoren er også mindre og mer kompakt, og har svært lang levetid, da den ikke inneholder bevegelige deler som kan bli utsatt for slittasje. I første omgang gir dette mulighet for mer nøyaktig kontroll av vannkvalitet og en generell bedring av fiskevelferd. På sikt vil sensorene kobles opp til styring av vannforsyning og lufteanlegg, og dermed muliggjøre automatisering/effektivisering av driften og bedre utnyttelse av kapasiteten per kar.

Oppdrettsnæringen etterspør et verktøy som gir bedre kontroll av CO2-konsentrasjon i sine landbaserte oppdrettsanlegg. For høy CO2-konsentrasjon gir dårlig fiskehelse, mens for lav CO2-konsentrasjon medfører unødvendig ressursbruk. Dagens sensorer er for dyre eller ikke pålitelige nok. I WaterSense er målet derfor å utvikle en CO2-sensor skreddersydd for oppdrettsnæringens behov. For å nå dette målet skal vi lage en ny sensor, basert på nyvinninger innen fotoakustisk gassdeteksjon, og har samlet leverandørindustri, et norsk FoU institutt med verdensledende kompetanse innen det relevante området, samt en av de største oppdrettsselskapene i verden. Sammen har vi den nødvendige kompetansen som skal til for å løse forskningsutfordringene, og realisere en liten, pålitelig og rimelig sensor for overvåkning av CO2-konsentrasjon i oppdrettskar. Forskningsutfordringene ligger hovedsakelig i utviklingen av en ny og lovende fotoakustisk detektor, og integrasjon av denne i en undervannssensor. Markedet for sensoren som her skal utvikles er betydelig, og vil danne grunnlag for nye norske arbeidsplasser. For oppdrettsnæringen kan sensoren være avgjørende for videre vekst innen fiskeoppdrettsmarkedet (hovedsakelig laks, men også andre arter), et marked som er forventet å vokse fra ca. 60 milliarder i dag til rundt 350 milliarder i 2050. Økonomiske sett vil følgelig prosjektet ha stor betydning, spesielt for Norge. Sensoren har også åpenbare positive miljøkonsekvenser ved å kunne bidra til bedre fiskehelse, muliggjøre mer miljøvennlig oppdrett og bidra til effektiv drift med tanke på utnyttelse av naturressurser.