EFREE-Green-prosjektet har som mål å utvikle et utslippsfritt, smart veksthussystem for tomatproduksjon i Norge, der energibehovet reduseres og CO2-utslippene minimeres gjennom bruk av avanserte klimastyringssystemer (ECS). Prosjektet svarer på nasjonale utfordringer knyttet til selvforsyning av grønnsaker, høye energikostnader og behovet for bærekraftig matproduksjon.
Etter planen ble det gjennomført forsøk med tomat i to semikommersielle eksperimentelle veksthusavdelinger tilkoblet ECS systemet ved NIBIO Særheim. Det ble undersøkt hvordan ulike lysbehandlinger påvirket plantevekst, produksjon, fotosyntese, fruktutvikling og kvalitet. De første resultatene viser at optimal bruk av LED-lys og høye CO2-nivåer med ECS systemet kan gi tomatavlinger opp mot 160 kg/m²/år, som utgjør en økning på 33% sammenlignet med produksjon i et veksthus med naturlig ventilering. Tilsetning av mørke-rødt lys øker bladareal, assimilering til fruktene, gir høyere avling og bedre smak og påvirker også fotosyntetisk kapasitet og effektivitet. Høye CO2- nivåer (1200 ppm) gir økt fotosyntese, men kan føre til mer vekst i stengler og blader enn i fruktene -dette undersøkes videre. Måling av fotosyntese, mørkerespirasjon og lysutnyttelse viser at planter uten mellombelysning med rødt/blått lys kan gi lavere lysutnyttelse under visse forhold. ECS-systemet gir mulighet for full kontroll over temperatur, luftfuktighet og CO2, gjenvinner varme og vann fra veksthuset og reduserer CO2 tap. Varme og vann lagres og resirkuleres, og overskuddsvarme kan brukes til å øke veksthustemperaturen og planteveksten. Bruk av LED-lys reduserer energiforbruket til belysning med opptil 40 % sammenlignet med tradisjonelle HPS-lamper. Men overgang fra tradisjonelle HPS- lamper, som gir mer varme enn LED lamper, gir også ekstra utfordringer for energiregulering og energiforbruk. Det ble gjennomført et forsøk på å redusere kjølekapasiteten med 50 % i semi-lukkede veksthus for å avklare mulighet for energibesparelser, med kompromiss på CO2-nivå og temperaturstyring. Resultatene viser at energiforbruket kan reduseres ytterligere ved å halvere kjølekapasiteten, men at dette gir lavere CO2-nivå og høyere temperatur – effekten på avling og kvalitet undersøkes nå.
På grunnlag av det samlede tallmaterialet ble det utviklet og validert modeller for veksthusklima, energibruk og avling, tilpasset norske forhold. Scenarioanalyser viser at lukkede veksthus med ECS gir lavere energiforbruk og høyere avling sammenlignet med tradisjonelle systemer, særlig når systemet optimaliseres for norske forhold, men krever avansert styring av temperatur, luftfuktighet og CO2. Vi har tatt i bruk kontinuerlig overvåking og styring via digitale dashboards (Grafana), som gir rask respons på feil og optimaliserer driften fra uke til uke.
Modellene vil bli brukt videre for å beregne den teknisk- økonomisk ytelse av systemet under ulike betingelser. Livsløpsanalyser (LCA og S-LCA) tyder på at smart farming-systemet har lavere miljø- og sosial belastning enn tradisjonell veksthusdrift. Bruk av hydroelektrisk energi og CO2-fangst kan redusere utslippene med opptil 95 %. Arbeidsmiljøet i veksthusene forbedres, men det er fortsatt utfordringer med rekruttering, arbeidsforhold og kompetanse – særlig blant utenlandske arbeidere.
Prosjektet har presentert resultater på nasjonale og internasjonale konferanser, og samarbeider med aktører i Norge og utlandet for å spre kunnskap og teknologi.
De fleste data med hensyn til produksjon og energiforbruk er nå samlet. Muligheter for økning av produksjon og kvalitet av tomat ble kartlagt. Virkningen av ECS-systemet med hensyn til varme- og kjølekapasitet samt optimalisere styringsparametere og varmegjenvinning skal evalueres. Prosjektet fortsetter med modellutvikling, scenarioanalyser og tekno-økonomiske analyser. Modellene skal brukes til å simulere ulike driftsregimer og teknologivalg, og vurdere økonomisk bærekraft i Norge og andre land. Det skal også gjennomføres en livsløpsanalyse av relevante løsninger. Vi har startet kartlegging av sosiale "hotspots" og planlegger videre intervjuer og spørreundersøkelser for å se på forbedringsmuligheter. Vi fortsetter med formidling av resultater til næring, myndigheter og offentligheten gjennom publikasjoner, fagartikler, foredrag, mediebidrag og konferansedeltakelser.
Så langt viser EFREE-Green-prosjektet at det er mulig å produsere tomater i Norge året rundt med lavere energiforbruk og utslipp, ved å ta i bruk smart teknologi og avanserte styringssystemer. Prosjektet har allerede gitt viktige forskningsresultater og bidrar til å forme framtidens bærekraftige matproduksjon. Samtidig gjenstår det utfordringer, både teknologisk og sosialt, som må løses for å sikre at løsningen blir både lønnsom og rettferdig for alle involverte.
Greenhouses can be a solution to increase Norway’s self-sufficiency rate by growing popular warm season fruits and vegetables, increasing production of per unit of area and extending the growing season. However, this comes in expenses of high energy needs covered by electricity and fossil fuels, thus not CO2 neutral. In a closed greenhouse system, heat energy and water is captured from the inside air and adding CO2 captured from the atmosphere, thus excluding the need for fossil fuel. EFREE-Green will enhance crop production of tomatoes all year-long with minimal energy requirements and enhanced CO2 sequestration by correlating the parameters used in environmental control systems (ECS) from greenhouses to plant growth, enabling full heat, water and CO2 recovery. EFREE-Green will enable to make the greenhouse industry 100% emission-free by 2030 and increase 50% Norwegian production by 2035. A successful introduction of ECS in the greenhouse industry, however, depends on the profitability of the system for the farmer. Achieving our goal requires an interdisciplinary approach to 1) increase the growth and yield of the crop 2) reduce energy consumption; and 3) reduce CO2 emissions. We will use 1) plant physiological knowledge to increase and secure production in a closed greenhouse system using supplemental LED light 3) physics and technological competence on process integration to reduce the energy need for the ECS 4) a modified bio-economical model to optimize the economic performance of a new system, including greenhouse design and 5) use the outcomes for smart farming, i.e. dynamically controlled crop production while reducing energy needs. The economic impact of the present smart farming will be linked to the product and power price. A techno-economic assessment will reveal the viability of this type of smart farming in Norway and other countries. Environmental and social sustainability will be documented using relevant sustainability indicators.
