Rannsókn á notkun uppleystra súrefnisskynjara í nákvæmri loftræstingu

I. Bakgrunnur verkefnisins: Áskoranir og tækifæri í fiskeldi í Indónesíu

Indónesía er næststærsti fiskeldisframleiðandi heims og atvinnugreinin er mikilvægur þáttur í þjóðarbúskap og matvælaöryggi. Hins vegar standa hefðbundnar landbúnaðaraðferðir, sérstaklega öflugur landbúnaður, frammi fyrir verulegum áskorunum:

• Hætta á súrefnisskorti: Í tjörnum með mikilli þéttleika neyta fiskar öndun og niðurbrot lífræns efnis mikið magn af súrefni. Ónóg uppleyst súrefni (DO) leiðir til hægs vaxtar fiska, minnkaðrar matarlystar, aukinnar streitu og getur valdið köfnun og dánartíðni í stórum stíl, sem leiðir til gríðarlegs fjárhagstjóns fyrir bændur.
• Mikill orkukostnaður: Hefðbundnar loftvélar eru oft knúnar díselrafstöðvum eða raforkukerfinu og þurfa handvirka notkun. Til að forðast súrefnisskort á nóttunni keyra bændur loftvélar oft samfellt í langan tíma, sem leiðir til gríðarlegrar rafmagns- eða díselnotkunar og mjög mikils rekstrarkostnaðar.
• Víðtæk stjórnun: Að treysta á handvirka reynslu til að meta súrefnismagn í vatni — eins og að fylgjast með hvort fiskar séu að „gnýja“ við yfirborðið — er afar ónákvæmt. Þegar gnýjað er eftir er fiskurinn þegar orðinn mjög stressaður og það er oft of seint að hefja loftræstingu á þessum tímapunkti.

Til að takast á við þessi vandamál eru snjöll eftirlitskerfi með vatnsgæðum byggð á tækni hlutanna á netinu (IoT) kynnt í Indónesíu, þar sem skynjarar fyrir uppleyst súrefni gegna lykilhlutverki.

II. Ítarleg rannsókn á notkun tækni

Staðsetning: Meðalstór til stór tilapia- eða rækjueldisstöðvar á strand- og innlandssvæðum eyja utan Jövu (t.d. Súmötru, Kaliforníu).

Tæknileg lausn: Uppsetning á snjöllum eftirlitskerfum með vatnsgæðum sem eru samþætt skynjurum fyrir uppleyst súrefni.

1. Uppleyst súrefnisskynjari – „skynjunarlíffæri“ kerfisins

• Tækni og virkni: Notar ljósfræðilega flúrljómunarskynjara. Meginreglan felur í sér lag af flúrljómandi litarefni á oddi skynjarans. Þegar ljós með ákveðinni bylgjulengd örvar litarefnið flúrljómar það. Styrkur uppleysts súrefnis í vatninu dregur úr styrk og lengd þessarar flúrljómunar. Með því að mæla þessa breytingu er DO-styrkurinn reiknaður nákvæmlega.
• Kostir (umfram hefðbundna rafefnafræðilega skynjara):
  • Viðhaldsfrítt: Engin þörf á að skipta um rafvökva eða himnur; kvörðunartímabil eru löng og krefjast lágmarks viðhalds.
  • Mikil truflunarþol: Minni viðkvæm fyrir truflunum frá vatnsrennsli, vetnissúlfíði og öðrum efnum, sem gerir það tilvalið fyrir flókin tjarnarumhverfi.
  • Mikil nákvæmni og hröð svörun: Veitir samfelld, nákvæm DO gögn í rauntíma.

2. Kerfissamþætting og vinnuflæði

• Gagnasöfnun: DO skynjarinn er varanlega settur upp á afgerandi dýpi í tjörninni (oft á svæðinu fjærst loftræstikerfinu eða í miðju vatnslaginu, þar sem DO er yfirleitt lægst), og fylgist með DO gildum allan sólarhringinn.
• Gagnaflutningur: Skynjarinn sendir gögn með snúru eða þráðlaust (t.d. LoRaWAN, farsímakerfi) til sólarorku-gagnskráningartækis/gáttar við jaðar tjarnarinnar.
• Gagnagreining og snjöll stjórnun: Gáttin inniheldur stjórntæki sem er forforritað með efri og neðri DO þröskuldmörkum (t.d. hefja loftræstingu við 4 mg/L, stöðva við 6 mg/L).
• Sjálfvirk framkvæmd: Þegar rauntíma DO gögn falla niður fyrir stillt neðri mörk, virkjar stjórntækið sjálfkrafa loftara. Það slekkur á loftaranum þegar DO nær öruggu efri mörkum. Allt ferlið krefst engra handvirkra íhlutunar.
• Fjarvöktun: Öllum gögnum er hlaðið upp samtímis á skýjavettvang. Bændur geta fylgst með stöðu súrefnisskorts og þróun hverrar tjarnar í rauntíma í gegnum smáforrit eða tölvu og fengið SMS-viðvaranir ef súrefnisskortur er til staðar.

III. Niðurstöður og gildi umsóknar

Innleiðing þessarar tækni hefur leitt til byltingarkenndra breytinga fyrir indónesíska bændur:

1. Verulega minnkuð dánartíðni, aukin uppskera og gæði:
   • Nákvæm eftirlit allan sólarhringinn kemur algerlega í veg fyrir súrefnisskort af völdum nætur eða skyndilegra veðurbreytinga (t.d. heitra, kyrrlátra síðdegis) og dregur verulega úr fiskadauða.
   • Stöðugt DO umhverfi dregur úr streitu hjá fiskum, bætir fóðurbreytingarhlutfall (FCR), stuðlar að hraðari og heilbrigðari vexti og eykur að lokum uppskeru og gæði afurða.
2. Mikilvægur sparnaður í orku- og rekstrarkostnaði:
   • Færir notkun úr „loftun allan sólarhringinn“ yfir í „loftun eftir þörfum“ og styttir þannig keyrslutíma loftarans um 50%-70%.
   • Þetta leiðir beint til mikillar lækkunar á rafmagns- eða dísilkostnaði, sem lækkar verulega heildarframleiðslukostnað og bætir arðsemi fjárfestingarinnar.
3. Gerir kleift nákvæma og snjalla stjórnun:
   • Bændur losna við vinnuaflsfreka og ónákvæma vinnu við stöðugar tjarnareftirlit, sérstaklega á nóttunni.
   • Gagnadrifin ákvarðanir gera kleift að skipuleggja fóðrun, lyfjagjöf og vatnsskipti á vísindalegri hátt, sem gerir kleift að breyta nútímalega starfsemi frá „reynslumiðaðri búskap“ yfir í „gagnadrifin búskap“.
4. Aukin áhættustýringargeta:
   • Farsímaviðvaranir gera bændum kleift að vera strax meðvitaðir um frávik og bregðast við úr fjarlægð, jafnvel þegar þeir eru ekki á staðnum, sem bætir verulega getu þeirra til að takast á við skyndilegar áhættur.

IV. Áskoranir og framtíðarhorfur

• Áskoranir:
  • Upphafleg fjárfestingarkostnaður: Upphafskostnaður skynjara og sjálfvirknikerfa er enn veruleg hindrun fyrir smábændur.
  • Tækniþjálfun og innleiðing: Nauðsynlegt er að þjálfa hefðbundna bændur til að breyta gömlum starfsháttum og læra hvernig á að nota og viðhalda búnaði.
  • Innviðir: Stöðug aflgjafa og netþjónusta á afskekktum eyjum eru forsendur fyrir stöðugum kerfisrekstri.
• Framtíðarhorfur:
  • Gert er ráð fyrir að kostnaður við búnað haldi áfram að lækka eftir því sem tæknin þróast og stærðarhagkvæmni næst.
  • Styrkir og kynningaráætlanir frá stjórnvöldum og félagasamtökum (NGO) munu flýta fyrir innleiðingu þessarar tækni.
  • Kerfi framtíðarinnar munu ekki aðeins samþætta sýrustig (DO) heldur einnig sýrustig, hitastig, ammóníak, grugg og aðra skynjara, sem skapar alhliða „neðansjávar IoT“ fyrir tjarnir. Reiknirit gervigreindar munu gera kleift að stjórna öllu fiskeldisferlinu fullkomlega sjálfvirkt og greint.

Niðurstaða

Notkun súrefnisskynjara í indónesísku fiskeldi er dæmigerð velgengnissaga. Með nákvæmri gagnaeftirliti og snjallri stjórnun tekst þetta á við helstu vandamál greinarinnar: súrefnisskortshættu og mikinn orkukostnað. Þessi tækni er ekki aðeins uppfærsla á tólum heldur bylting í búskaparheimspeki, sem knýr indónesískan og alþjóðlegan fiskeldisgeira stöðugt í átt að skilvirkari, sjálfbærari og snjallari framtíð.