¿Por qué los agricultores aman tanto el enriquecimiento de CO2?
El carbono constituye aproximadamente el 45% del peso seco de las plantas y es posiblemente el elemento más importante para la estructura de la planta. Las plantas fijan el carbono del CO2 en el aire, pero los niveles ambientales de CO2 (alrededor de 300 ppm en la mayoría de los lugares) no son suficientes para maximizar el crecimiento de las plantas. La mayoría de las plantas ven un mayor crecimiento entre 800 o 1200 ppm; 1200 es el nivel que la mayoría de los cultivadores intentan alcanzar.
Los agricultores de interior especialmente pueden utilizar métodos de enriquecimiento de CO2 para aumentar el rendimiento (generalmente en aproximadamente un 30%). Pero, ¿cuánto CO2 deberían agregar para alcanzar esa marca de 1200 ppm?
Esta publicación explicará cómo calcular el consumo de CO2 de la planta y la suplementación necesaria para aumentar los rendimientos. No olvide que, aunque es importante comprender las matemáticas detrás de estos números, existen herramientas fáciles de usar que los productores pueden usar para ahorrar algo de tiempo.
Lea más sobre los métodos de suplementación aquí.
Cálculo del consumo de CO2
No recomendamos hacer todos los cálculos usted mismo sobre los suplementos de CO2, porque existen herramientas confiables y fáciles que lo harán por usted en mucho menos tiempo. Sin embargo, Comprender la lógica detrás de estos cálculos puede ayudar a los productores a comprender cómo entra y se utiliza el CO2 en su granja.
Para comprender cómo calcular las cantidades de suplementos de CO2, Hay tres cosas que debe comprender sobre la física y la economía de complementar el CO2: densidad de carbono, costos directos, y costos indirectos.
Concepto # 1:Densidad de carbono
Los diferentes compuestos tienen diferentes densidades de carbono. Como verá a continuación, el propano tiene un porcentaje más alto de carbono en una molécula que el metano.
Esto significa que 1 libra de propano NO es lo mismo que 1 libra de gas natural o 1 libra de CO2. El carbono de cada materia prima debe calcularse de manera diferente.
Concepto # 2:Costos directos
Los costos directos son lo que paga, en este caso, para el CO2 en sí. Un costo directo del enriquecimiento de CO2 sería el costo del método de suplementación o el costo del quemador.
Si conoce el costo del método de suplementación y la densidad de carbono de ese método, puede obtener el costo del carbono.
Concepto # 3:Costos indirectos
El enriquecimiento de CO2 a menudo implica la quema. Esto resulta en CO2 además de vapor de agua y calor. En este caso, los costos indirectos son cosas como la deshumidificación, aire acondicionado, y enfriamiento:costos que resultan o están asociados con el proceso de suplementación.
Para comprender estos costos, necesita conocer las BTU (Unidades Térmicas Británicas) generadas y la cantidad de agua que se genera.
Pasos para calcular el enriquecimiento de CO2
Podemos dividir el proceso de cálculo de la cantidad de CO2 que necesita complementar en pasos:
1 - Calcula la densidad de carbono del cultivo.
Por ejemplo, un cultivo puede tener un contenido de carbono del 50% del peso seco. La mayoría de los cultivos tienen entre un 40% y un 50% de carbono (peso seco). Esto cambia entre cultivos y método de producción, y se pueden encontrar números más específicos en la literatura sobre el tema, pero suele estar muy cerca del 45%.
2 - Calcule el carbono eliminado.
Esto básicamente describe cuánto volumen de un cultivo se elimina de forma particular. Combinado con la densidad de carbono del cultivo, el volumen eliminado nos dice cuánto carbono necesitamos suplementar.
Probablemente medirá esto en libras por unidad de tiempo. Por ejemplo:
Farmer Joe cosecha 12 libras de albahaca y 40 libras de lechuga cada semana. Con 47% y 45% de carbono (respectivamente), Joe está eliminando [12 (.47)] + [40 (.45)] libras de carbono por semana. Eso equivale a 23,64 libras / semana.
3 - Calcule el contenido de carbono de una materia prima en particular.
Puede utilizar estos números al calcular el contenido de carbono de los 3 tipos principales de materias primas utilizadas:
- Gas natural (metano), (CH4)
- Propano, (C3H8)
- Dióxido de carbono, (CO2)
Podría tener la tentación de decir:"Como tengo diez libras de CO2, Tengo diez libras de carbono ". Así no es cómo funciona; necesitamos mirar el peso de cada elemento y cuántos átomos hay en el compuesto de materia prima.
Para CH4 (metano):
El peso molecular del carbono es de aproximadamente 12, y el peso molecular del hidrógeno es cercano a 1. El peso molecular total del metano, luego, es 12 (1 carbono) +1 (4 hidrógeno) =16 .
Para calcular la densidad de carbono para CH4, Encuentre el porcentaje de carbono dividiendo el peso del carbono por el peso molecular total:
Peso de carbono / peso total =12/16 =0,75 o 75% de carbono
Para C3H8 (propano):
Tres átomos de carbono hacen un peso de 36, y 8 átomos de hidrógeno hacen que el peso molecular total sea 44.
La densidad de carbono es 36/44 o 82%.
Para CO2:
El peso atómico del oxígeno es cercano a 16, entonces la densidad de carbono es 12/44 o 27%.
Como se puede ver, obtiene la mejor densidad de carbono del propano y el gas natural. Si bien tienes que quemar ambos, son mucho más eficientes para introducir CO2 en su sistema.
Cada uno de los combustibles genera CO2 y otros productos.
Quemando un CH4, por ejemplo, da como resultado 1 CO2 y 2 H20, junto con el calor.
Ahora ya sabe la cantidad de materia prima que necesita quemar / liberar para complementar.
* Nota sobre unidades :El gas natural se mide en pies cúbicos, mientras que el CO2 se mide en libras, y el propano a menudo se mide en galones.
Desea que su estimación de la suplementación de CO2 (del paso 2, la cantidad de carbono eliminado) coincida con la suplementación real (del paso 3, la cantidad de carbono que está volviendo a introducir) en la unidad de medida utilizada.
Si está midiendo el volumen de cultivo eliminado por peso (libras), pero estás usando gas natural, querrá convertir el número de gas natural a libras. El número que puede usar para hacer eso es 0.06242796 libras por pie cúbico de gas natural a temperatura y presión ambiente.
Por ejemplo, si tiene 10 pies cúbicos de gas natural, multiplíquelo por 0.06242796 para obtener la medida en libras. Tendría 0.6242796 libras de gas natural.
Si usa propano, puede usar este número para convertir galones a libras: 4.24 libras por galón. De nuevo, si tiene 10 galones de propano, multiplique por 4,24 para convertir la medida en 42,4 libras de propano.
Recuerde calcular la cantidad real de carbono que obtiene de cualquier método de enriquecimiento de carbono dado:
Para 42,4 libras de propano, que tiene una densidad de carbono del 82%, multiplica 42,4 por 0,82 para obtener 34,77 libras de carbono.
4 - Considere la eficiencia de su instalación
Las plantas absorben CO2, pero existen formas adicionales de perder CO2 de un medio ambiente. Esta pérdida puede deberse a la ventilación, una habitación con goteras, o difusión desde la instalación.
Desafortunadamente, no hay una manera fácil de encontrar la eficiencia de sus instalaciones. Los productores pueden estimar la eficiencia en función de la rotación del aire, flujo de aire a través de ventanas abiertas, grietas debajo de las puertas, etc. En un entorno completamente sellado, un cultivador podría esperar un 20% de eficiencia (se está perdiendo el 20% de su volumen de aire).
* Recuerde que el aire ya tiene un nivel ambiental de CO2 de aproximadamente 300 ppm.
5 - Calcule el costo de la suplementación de CO2
Multiplique la cantidad bruta de enriquecimiento de CO2 por la eficiencia para obtener el costo.
Por ejemplo, Farmer Joe está pagando $ 21.91 / semana para suplementar. Él sabe, sin embargo, que aproximadamente el 20% de ese CO2 se pierde debido a la ventilación y las fugas de aire. Multiplica $ 21,91 por 0,2 (o 20%) para encontrar el costo adicional necesario para compensar la pérdida de CO2, cual es $ 4.38 . Agregue esto al costo original, y verá que el granjero Joe debería planear quemar $ 26.29 por semana .
