Centre for Closed-containment Aquaculture (CtrlAQUA)

CtrlAQUA har som mål å utvikle teknologiske og biologiske innovasjoner som vil gjøre lukkede oppdrettsanlegg til en pålitelig og økonomisk levedyktig teknologi. Vi har jobbet med post-smolt opptil 1 kg, da dette er en fase i fisken sitt liv der mye er i endring og fisken er sårbar. Vi ønsker å bidra til at fisken blir mer robust slik at de bedre tåler utfordringene de blir stilt ovenfor. Felles for lukkede anlegg er at de har en fysisk barriere mellom fisk og ytre miljø som forhindrer at lus møter fisk og at fisk rømmer. CtrlAQUA har fokusert på to typer lukkede anlegg. Den ene er landbaserte resirkuleringsanlegg, såkalt RAS, hvor mulighet for kontroll på oppdrettsmiljøet er høy. Den andre hovedtyper er flytende semilukkede anlegg i sjø, der vann pumpes inn i anlegget fra vanndybder under lusesjiktet. CtrlAQUA har jobbet i flere ulike prototyper av semilukkede anlegg, og det varierer hvor kommersielt tilgjengelige de er. Forskningsområdene har vært fokusert på velferd, forebyggende fiskehelse og teknologiutvikling på fisken sine premisser. For å sikre helse og velferd i hele livssyklusen, er det viktig å sikre at fisken er robust. CtrlAQUA har jobbet med å gjøre fisken robust ved å definere faktorer som påvirker robustheten og anbefale optimaliseringer. Vi jobber med genmarkører for stressmestring og fiskevelferd. Vi har dokumentert at immungener er på et lavnivå når fisken befinner seg mellom smolt og postsmolt, men at dette genutrykket, sammen med beskyttende slimlag styrkes etter måneder i sjø. Vi har også bidratt med å jobbe fram en helsetest, som består av 44 gener som er viktige for immunsystemet. Optimale smoltifiseringsprotokoller er viktig for å få robust smolt. Ved å gjennomføre kontrollerte forsøk der fisken følges hele veien til slakt får vi muligheten til å se det endelige resultatet av effekten av ulike industrirelevante protokoller der innsatsfaktorene for to livsløpsstudier har vært ulik varighet på og tid for innsett av fotoperioder, salinitet og fiskestørrelse for utsett. Fra tidligere vet vi at laks har en helsefordel av å trene og vi har vist at svømmehastighet hos post-smolt på 1-1,5 BL/sek gir optimal vekst og minimale velferdsutfordringer som dårlig skinnhelse som kan observeres ved høye vannhastigheter. Partnere i CtrlAQUA har etterlyst forskning på effektivitet av desinfisering av biofilter og effekt på fisk. En publisert brukerundersøkelse viste at pereddiksyre er et vanlig desinfeksjonsmiddel i Norge og Nord-Amerika. Forsøk med fisk viste at periodevis bruk av pereddiksyre resulterer i stress hos fisken, men at fisken viser tegn til adaptasjon. Dermed kan periodevis bruk av pereddiksyre anbefales. Videre viste vi at oppstartstid av biofilter etter desinfisering avhenger av midler og metoder. De mest effektive metodene er klor og pH oppjustering. Videre forskning viser at biofilter i brakkvann er mer motstandsdyktige mot økning i salinitet enn biofilter i ferskvann. CtrlAQUA har tidligere omtalt at bruk av ozon har fordeler i ferskvann, da det gir klarere og bedre vannkvalitet, mens det kan gi utfordringer for fisken i sjøvann på grunn av giftige bromider. CtrlAQUA forsøk har vist at anbefalt ozon nivå i brakkvann RAS på 330 - 350 mV kan gi bedre gjellehelse over tid. Behandling av store mengder inntaksvann kan gjøres med UV. Vi har undersøkt hvor mye UV som skal til for å eliminere 99,9% av flere mikroorganismer som er en reell trussel både i RAS og i SCCS. Mye av forskningen i semilukkede anlegg har foregått i tidsserier, i mangel av gjentak og gode kontroller. Etter flere generasjoner med registreringer i to av prototypene ser vi at ytelsen er veldig god i SCCS og også etter at fisken er overført til åpen not. I tillegg ga den økte veksten mer biomasse over samme tid i SCCS sammenlignet med åpen not. Med stadig større og komplekse systemer er god hydrodynamikk avgjørende for selvrensing og optimal fordeling av vann og fisk. I CtrlAQUA har vi jobbet med empirisk beskrivelse og modellering for optimal design både i RAS og SCCS. Vi har også modellert med bevegelser av ulike partikler og hvordan disse påvirker karhydraulikken. I midtveisevalueringen innførte vi tre nye fokusområder som vi har implementert i arbeidsplanene siden 2020. Disse var dannelse og analyse av hydrogensulfid (H2S), faktorer som fører til tidlig kjønnsmodning, og mer kunnskap til hva som forårsaker nefrokalsinose (nyrestein) og hvordan vi kan detektere og forhindre denne tilstanden. For sistnevnte har vi sammenlignet hvor tidlig man kan se nefrokalsinose ved hjelp av histologi og røntgen, opp mot visuell vurdering, og vi optimaliserer bruk av røntgen ved å validere mot histologi. Optimal vannkvalitet i RAS og SCCS har vært sentralt i CtrlAQUA og vi har laget en oversikt over grenseverdier for RAS med egne og andres resultater. Vi har også jobbet også med gode målemetoder for vannkvalitet med utvikling av sensorer og hvordan disse kan beskyttes mot begroing ved bruk av membraner.

CtrlAQUA has contributed to the development of technological and biological innovations to make closed-containment aquaculture systems a reliable and economically viable technology, for use in strategic parts of the Atlantic salmon production cycle, thus contributing to solving the challenges limiting the envisioned growth in aquaculture. From our perspective, we have achieved the goals of the centre. Through 15 innovations representing technology development and securing health and welfare in the systems, we have contributed to the development of RAS and semi-closed systems. There are still developmental needs to complete the systems to become “off-the-shelf” ready, especially for the semi-closed systems. Many of the challenges are on the regulatory side as the regulations prevent the systems to perform as intended. Also, there is need for further closing the systems with the development of treatment of inlet water and discharge to prevent pathogens and pollution. This will make the systems even more expensive, so to enable the full potential to prevent lice and escapees of these promising solutions, and thus to serve as sustainable solutions to the planned growth, appropriate regulations and conditions are required. The global impact of CtrlAQUA have been described by one of the industry partners: “RAS technology have become a more "of the shelf technology" in the SFI life span. RAS is now proven to work for smolt production, even though the cost issues for investment needed in systems and an energy cost remains to be improved. In the beginning of the SFI period, RAS technology had a lot more questions and uncertainties. Most of these issues have been addressed in the centre or in associated projects, leaving us in a much better position today when it comes to understanding and the use of the technology. On the other hand, the S-CCS technology for post-smolt have gone through much of the same journey, leaving us with a better insight now of what remains to be solved. The different speed of development for RAS and S-CCS reflects the regulatory regime that have been applied in Norway in the centre lifetime and is not only limited by the SFI's efforts to bring S-CCS up to the same insights as RAS”. CtrlAQUA has achieved the goals through 21 dedicated R&D and industry partners, 16 PhD and close to 60 MSc students. This has led to close to 100 peer-review publications and 42 factsheets. The knowledge transfer has also been done through internal and external meetings. Most students have graduated and are well situated in relevant positions in the industry or academia. The international collaboration including partners from USA and Sweden, and an international scientific advisory board has also contributed to the international impact. An important outcome for the partners is the long-lasting networking activities between partners and have resulted in partner visits for project work, but also for developing new ideas that has resulted in new projects.

The Norwegian Government and Atlantic salmon industry have a vision to increase the aquaculture production volume five-fold within 2050. However, there are increasing concerns related to the challenges in salmon aquaculture, with sea lice, infectious diseases, escapees, and the loss of 16% of all fish transferred to open sea-cages. To reach the envisioned goal of growth, a strong research-driven innovation effort is required to ensure minimal environmental impact and fish mortality, challenges that are limiting large-scale increases in production. The CtrlAQUA Centre will contribute solutions by innovating tomorrow's technology and knowledge necessary for using closed-containment systems (CCS), during strategic parts of the salmon production cycle. Our main innovation will be reliable, controllable and efficient production of post-smolts in CCS on land and at sea, thereby providing a realistic option for the aquaculture industry. The Centre will provide the industry with several technological or biological supportive innovations and educate 15 PhDs. CtrlAQUA will be a light-house for the industry and research community by providing solutions for production of healthy seafood with a low carbon footprint. The Centre will ensure improved fish welfare and sustainability through strongly reducing environmental impact by enabling reuse of waste nutrients, and minimize the risk for escapes or exchange of pathogens with wild salmonids. The willingness to invest in CCS will be assured by innovation of profitable systems by increasing feed efficiency, and substantial improvements in fish survival and welfare. Finally, CtrlAQUA will strongly contribute to economic and social sustainability for the Norwegian society, since CCS technology will contribute to making the vision of an eight-fold increase in value creation from aquaculture possible. Thus, CtrlAQUA will lead to a research-driven paradigm shift in the Norwegian aquaculture industry.