Planteproduksjon i veksthus kan i stor grad forbedre arealutnyttelsen og muliggjøre helårs produksjon av vekster, selv i klima som ikke er naturlig gunstige. For å oppnå optimale vekstforhold kreves det imidlertid oppvarmings-, kjøle- og ventilasjonssystemer. I Norge leveres oppvarming vanligvis av gassfyrte kjeler koblet til vannbårne systemer, mens kjøling hovedsakelig oppnås gjennom naturlig ventilasjon. Denne konvensjonelle tilnærmingen har klare ulemper. Fossilbasert oppvarming bidrar betydelig til utslipp av klimagasser (GHG). Å åpne takluker for å slippe ut varm luft fører til opptil 25 % varmetap, reduserer effekten av CO2-tilførsel og øker risikoen for skadedyrangrep. Naturlig ventilasjon blir også ineffektiv i varmere sesonger, siden veksthuset ikke kan kjøles under utetemperaturen. Disse begrensningene hemmer produktivitet, effektivitet og bærekraft.
Samtidig har den norske regjeringen satt ambisiøse mål for perioden 2020–2035: en 50 % økning i grønnsaksproduksjonen og en full overgang til utslippsfri drift av veksthus. For å nå disse målene kreves nye tilnærminger.
Prosjektet “EFREE-Green” utviklet og testet et “lukket veksthus”-konsept med et klimakontrollsystem (ECS). I stedet for åpne ventiler blir luften behandlet, renset og resirkulert, med overskuddsvarme som fanges opp og lagres for senere bruk. Forsøk ved NIBIO Særheim viste helårs tomatavlinger på 168 kg/m², sammenlignet med 42 kg/m² i tradisjonelle veksthus. Disse gevinstene kom imidlertid med høyere energibehov, noe som understreker behovet for optimalisering av designet.
Prosjektmål
Dette PhD-prosjektet bruker data fra NRC-prosjektet EFREE-Green med det felles målet å designe et optimalt, utslippsfritt lukket veksthus med ECS som balanserer energibruk og høy produktivitet. Siden det er upraktisk å teste alle produksjonsscenarier eksperimentelt under ulike klimatiske og sosioøkonomiske forhold, er det her valgt en modellbasert og optimaliseringsbasert tilnærming. De fleste tidligere optimaliseringsstudier har fokusert på enkeltmål, som å minimere kostnader eller maksimere profitt, uten å ta hensyn til bredere bærekraftige avveininger. Dette prosjektet adresserer dette gapet ved å bruke en multifaktoriell, flerobjektiv optimaliseringstilnærming.
Hovedmålene er å:
• Utvikle og anvende en multifaktoriell flerobjektiv modellerings- og optimaliseringsramme for lukkede veksthus med ECS.
• Sammenligne energi-, klima- og avlingsytelse mellom lukkede og tradisjonelle veksthus under norske forhold.
• Optimalisere systemdesign og kontrollstrategier for å redusere energibruk og klimagassutslipp, samtidig som avling og lønnsomhet opprettholdes.
• Vurdere den teknisk-økonomiske gjennomførbarheten av overgangen fra tradisjonelle til utslippsfrie lukkede veksthus.
• Utforske alternative strategier for sesongbasert energifangst og -lagring for å støtte bærekraftig helårsproduksjon i Norge.
Fremdrift så langt i forhold til prosjektplanen
Så langt har det blitt:
• Gjennomført en litteraturgjennomgang av moderne energieffektive teknologier i veksthus, med fokus på konseptet lukket veksthus.
• Fullført 10 studiepoeng med obligatoriske kurs for PhD-programmet ved Universitetet i Stavanger.
• Utviklet og validert et klima–produksjonsmodell for et lukket veksthus med ECS, basert på eksperimentelle data fra 2023.
• Gjennomført foreløpige simuleringer av energisparende klimastrategier for forsøkene i 2025.
• Forberedt utkast til manuskripter om litteraturgjennomgangen og ECS-veksthusmodellen.
• Presentert foreløpige valideringsresultater på en poster under SPPS PhD Conference 2025 i Tromsø.
Oppsummert er prosjektet i rute, med økonomiske og miljømessige moduler under utvikling, og data fra 2024/2025 blir systematisert for å validere modellen for flere år og sikre robusthet.
Konklusjoner og neste steg:
Klima- og avlingsmodulene i optimaliseringsrammeverket for veksthus er utviklet og validert med eksperimentelle data. Foreløpige resultater er presentert på konferanse, og utkast til manuskripter er under utarbeidelse. Neste steg er å ferdigstille modellen med ytterligere eksperimentelle data, og anvende optimaliseringsrammeverket for å identifisere avveininger og optimale konfigurasjoner for utslippsfri veksthusproduksjon i Norge.
