Генератор углекислого газа для организации фотосинтеза растений в теплицах
В закрытых герметично теплицах растения обеспечены достаточным освещением, запасами воды и питательных элементов, но темпы их развития ограничены уровнем CO2 в воздухе помещения.
Углекислота необходима растениям в химических реакциях (фотосинтезе) для биосинтеза углеводов как основы питательных и скелетных компонентов клеток и тканей растений с целью обеспечения роста и развития. Газообмен при дыхании растений происходит через небольшие регулируемые отверстия, называемые устьицами.
Устьице находится либо на верхнем, либо на нижнем слое эпидермиса листа растения.
В земной атмосфере уровень диоксида углерода — 250÷450 ppm, а потребность различных видов растений составляет 700–800 ppm. В новых тепличных комплексах с хорошей герметизацией уровень CO2 внутри помещения в 4 раза меньше, чем в наружном воздухе, а это отрицательно сказывается на росте и развитии культур.
Причём с увеличением длительности и мощности искусственного освещения помещения потребность растений в CO2 возрастает в 2-3 раза. С помощью насыщения воздуха теплицы углекислотой рост культур и их урожайность повышаются на 20–40%.
Знаете ли вы? Развалины теплиц, датируемые ещё 79 годом н. э., были найдены при раскопках Помпеи. Современные теплицы возникли в XIII веке в Италии.
Предотвращение попадания браги в аквариум
Следующее приспособление для предотвращения попадания дрожжей в аквариум — это механический газовый сепаратор. Это бутылка с водой и двумя фитингами. Идея заключается в отделении газа от твердых или жидких компонентов с помощью гравитации.
На схеме показан пример сепаратора, сделанного из 0.5 л бутылки от минералки. Эта бутылка присоединена нейлоновыми стяжками к двухлитровой бутылке генератора. В пробку вмонтированы два фитинга. К одному фитингу внутри бутылки присоединена трубочка длинной до дна бутылки. Это вход в сепаратор.
Бутылка заполняется на две трети водой. Концепция работы сепаратора следующая — смесь газа, жидкостей и твердых частичек попадает через длинную входную трубку на дно бутылки, заполненной водой. Жидкости и твердые частички остаются в воде, а газ поднимается через воду и уходит в направлении реактора. Для лучшей эффективности сепаратор нужно размещать как можно ближе к генератору, дабы газопроводы между двумя сосудами не забивались и не останавливали вашу систему.
Использование этих двух приспособлений сделает работу вашей самодельной системы безопасной, надёжной и высокоэффективной, и вы будете лишены проблем, связанных с забиванием газопроводных трубочек, этой общей беды всех самодельных систем генерации CO2.
Схема подведения CO2 в промышленных теплицах
Система подведения углекислого газа в коммерческих теплицах включает в себя газогенератор, вентилятор, устройство дозирования, газоанализатор и транспортные магистрали. Управление осуществляется с помощью компьютера.
Способы получения CO2:
- технический СО2 из баллонов;
- сжигание метана;
- отработанный газ отопительных установок;
- отработанный газ мини ТЭЦ.
Отходящий газ котельных
Наиболее распространённым методом обогащения CO2 тепличного помещения является сжигание ископаемого топлива. Используемые дымовые газы не должны содержать опасного количества вредных компонентов, поэтому чаще всего топливом для газогенераторов в теплицах является метан. При сжигании 1 м³ метана образуется приблизительно 1,8 кг CO2.
Важно! Измерительные устройства — газоанализаторы, которые постоянно контролируют состав отработанных газов, позволяют максимально обезопасить помещение.
При использовании дымовых отходов сжигания горячие отходящие газы улавливаются и очищаются. После очистки отработанного газа методом каталитического обезвреживания с помощью катализаторов или скрубберов газо-воздушная смесь охлаждается в теплообменнике до 50°С и подводится по газомагистрали в теплицу в виде удобрения.
Однако такой метод подведения газа для удобрения растений может привести к загрязнению воздуха теплицы вредными примесями продуктов сгорания, ведь газоочистительные устройства очищают газовые отходы только на 50–75%. Следовательно, концентрация вредных веществ в закрытом помещении теплицы может превысить предельно допустимые нормы для растений и человека.
Непрерывный режим горения горелок в отопительных котельных обеспечить не удаётся из-за меняющейся температуры окружающего воздуха, поэтому и поступление отходов газа неравномерно. К тому же палладиевые катализаторы и скрубберы экономически затратные и повышают расходную часть по содержанию теплицы.
Рекомендуем ознакомиться подробнее с особенностями обогрева теплиц газом.
Распределительные сети из полиэтиленовых рукавов
В качестве распределительной системы газа внутри теплицы используется транспортная магистраль из полиэтиленовых труб. В точках отбора газа над каждой грядкой к ней присоединяются гибкие полиэтиленовые рукава диаметром 50 мм с равномерно расположенными отверстиями. Рукава равны длине грядок и протянуты вдоль них или под стеллажами. Образование конденсата внутри системы устраняют наклоном труб.
CO2 значительно тяжелее воздуха, поэтому очень важно, чтобы газ отводился снизу. Циркуляция воздуха с помощью горизонтальных вентиляторов или системы струйной вентиляции обеспечивает равномерное распределение, перемещая большие объёмы воздуха в теплице, когда верхние вентиляционные отверстия закрыты или вытяжные вентиляторы не работают.
Питьевая газированная вода как источник углекислоты
Это настолько элементарно, что многие аквариумисты даже не рассматривают такой способ внесения СО2 в акву. И совершенно напрасно, кстати.
В обычной продаваемой повсюду газировке содержится значительная доза углекислоты (до 10000 миллиграмм на литр в сильно газированной воде).
После открывания бутылки достаточно много газа выходит моментально, но всё равно в напитке остаётся значительная его часть — до 1500 мг/литр.
Если по утрам вносить в аквариумную воду всего по 20 миллилитров газировки на 10 литров воды, то для водной флоры этого будет достаточно.
Система подведения и варианты подачи газа в небольших фермерских или домашних теплицах
Для частных и малых фермерских хозяйств существуют более простые и менее затратные методы подачи газа с учётом площади парников, вида и количества выращиваемых культур.
Знаете ли вы? Применение продуктов сгорания газа для повышения уровня CO2 в воздухе теплиц было предложено ещё в 1936 году на основании успешных опытов с овощными культурами специалистами Энергетического института и Тимирязевской Академии.
Газогенератор
Генератор газа для небольших помещений основан на получении необходимой углекислоты из атмосферного воздуха. Производительность такого устройства — 0,5 кг/ч. Устройство снабжено фильтрами, что позволяет получать очищенный газ, а дозаторы обеспечивают поступление необходимых объёмов. Микроклиматические показатели теплицы при этом не изменяются.
Газовые баллоны
Газ из баллонов используют для малых площадей при нагнетании 8–10 кг/ч на каждые 100 м². Баллон должен быть оснащён регулятором давления (редуктором) и автоматическим клапаном для отключения подачи газа (соленоидом) — эти приспособления обезопасят подачу газа.
Ёмкость 1 баллона — 25 кг газа. При существенных расходах рациональнее применять изотермические резервуары различной ёмкости для сжиженного газа, которые можно пополнять при необходимости.
Датчик и регулятор газа
Подачу газа нужно контролировать и регулировать, чтобы обеспечить оптимальный баланс и хорошие условия выращивания, избежать дорогостоящей передозировки и обеспечить безопасность людей, ухаживающих за культурами и собирающих урожай.
Для контроля и измерения уровня CO2 в теплице обычно используются датчики с установкой заданного значения, например, 800 ppm. Когда датчик обнаруживает пониженный уровень, он активирует систему дозирования. Когда требуемый уровень CO2 достигнут, система управления отключит подачу CO2.
Датчики и регуляторы могут обеспечить срабатывание сигнализации при превышении допустимого уровня концентрации и включать аварийную систему проветривания. Сейчас на рынке популярны ИК-датчики CO2, разработанные по принципу двойного ИК-луча.
Рукава и трубы ПВХ для подачи CO2
Вопрос подачи газа в помещение сложности не представляет, и каждый решает его самостоятельно. Обычно система распределения состоит из магистрального газопровода из труб (ПВХ или полипропиленовых), пластиковых перфорированных рукавов малого диаметра (50 мм) и подключённых датчиков и контроллера климатических показателей.
Непосредственно к растениям газ поступает через отверстия в рукавах. Рукава за верёвку можно подвесить на любом уровне — на грядках для удобрения корневой системы, на стеллажах и шпалерах для подачи к листьям и точкам роста.
Это даёт возможность точно и экономично дозировать газ практически 100% концентрации в течение дня в нужную область выращивания. Нормы подачи регулируются в зависимости от климатических показателей и суточной, и сезонной динамики фотосинтеза.
Биологические источники
Ознакомьтесь
Как выбрать лучшую теплицу Безвредным и доступным выбором подачи газа могут стать биологические источники углекислоты.
Если в хозяйстве есть животные, то, расположив теплицу через стенку от хлева и оборудовав приточно-вытяжной вентиляцией оба помещения, можно организовать обеспечение растений углекислым газом от дыхания животных, которые, в свою очередь, получат кислород от растений.
При этом баланс и объёмы газов, а также регулирование придётся определять опытным путём. Такой же способ доставки CO2 можно обеспечить от пивоваренных и винокуренных предприятий.
Углекислый газ для огурцов из навоза
Навоз и другие органические вещества не только обеспечивают растения питательными элементами, но и выделяют при ферментации углекислый газ, количество которого способно улучшить рост овощных культур. Это создаёт благоприятные условия воздушного питания как корневой системы, так и надземной части растений.
Навоз следует разводить водой в пропорции 1:3.
Наглядным примером служит история, произошедшая на рубеже ХIХ–ХХ веков в Тимирязевской академии, где в течение нескольких лет пытались вырастить в теплицах огурцы, но, несмотря на научный подход, успеха не добились. Тогда учёные решили обратиться к клинским огородникам, выращивающим завидные урожаи огурцов в своих теплицах.
Пригласили огородника из Клина и предложили вырастить огурцы для себя в теплице академии, но позволить использовать его технологию в дальнейшем. Хитрость состояла в том, что внутри помещения устанавливались ёмкости с разведённым навозом, а выделяемый углекислый газ при брожении удобрял огуречные растения.
Экспериментально было установлено, что при непрерывном удобрении углекислотой в течение дневных часов достигается максимальная (54%) величина прироста веса огурцов.
Рекомендуем ознакомиться: специализированное оборудование для теплиц.
Спиртовое брожение
Спиртовое брожение, как и микробиологическое разложение, является способом получения углекислоты. Разместив среди растений бидоны с забродившим суслом, можно обеспечить насыщение воздуха углекислотой. Для брожения используют воду, сахар и дрожжи или падалицу и непригодные к употреблению фрукты и ягоды, зерно (пшеница, рожь).
Ещё один способ — применить брожение крапивы.
Для этого ёмкость на треть наполняют травой (свежей или сушёной) и заливают водой. Брожение длится две недели. Смесь ежедневно перемешивают для выхода CO2. Чтобы устранить неприятный запах, в смесь можно добавить валериану (1-2 ветки) или присыпать сверху пылью.
Перебродившую смесь используют в качестве жидкой прикормки. Для регулирования подачи используют специальные крышки (CО2Pro), которые легко прикручиваются на стандартные пластиковые бутылки.
Важно! Запахи брожения можно уменьшить, если поставить ёмкости с суслом на водяной затвор, как это делают при производстве вина в домашних условиях.
Питьевая газированная вода как источник углекислоты
Обычная бутылка газированной воды — доступный, хотя и малоэффективный источник углекислоты. В 1 л газированной воды растворено примерно 6–8 г углекислого газа в зависимости от степени газованности.
Метод не позволяет точно определить концентрацию газа и рассчитать оптимальную дозировку, поэтому его можно рассматривать как экстренную меру повышения уровня CO2 в малых объёмах помещения. Ещё один способ использования газированной воды в качестве удобрения — насыщение углекислотой из баллонов воды для поливов.
Естественные источники углекислого газа: воздух и почва
Если теплица не оборудована системой подачи CO2, то атмосферный воздух является естественным источником CO2 для растений при регулярном проветривании помещения и открытых фрамугах. Но это обеспечивает только третью часть от суточной потребности.
Ознакомьтесь
Как сделать форточку для теплицы из поликарбоната своими руками Ночное дыхание растений и почвенные процессы разложения, дыхание корней растений, бактерий, грибков и почвенных микроорганизмов тоже пополняют теплицу углекислотой.
Другой низко технологичный метод добавления CO2 — компостирование растительного материала и органики в теплице, что приводит не только к обогащению почвы макро- и микроэлементами, но и пополнению CO2 (до 20 кг/ч с 1 га).
Процесс компостирования производит углекислоту, но при этом выделяются и вредные газы, а также создаются условия размножения болезнетворных микроорганизмов и насекомых. Концентрацию CO2, генерируемого этим способом, трудно контролировать, и метод ненадёжен.
Создание аппарата
Берут две одинаковые литровые пластиковые бутылки. В крышечках необходимо аккуратно просверлить сверлом по дереву по 2 отверстия для последующей установки трубочек (шлангов). Одна трубка с обратным клапаном соединяет ёмкость №1 с ёмкостью №2.
Во вторые отверстия крышечек вставляется трубка-тройник, одно ответвление которой тоже имеет обратный клапан. Шланги с обратными клапанами должны быть вставлены в ёмкость №2, а на центральное ответвление тройника устанавливается небольшой краник для регулировки потока.
Система подачи углекислого газа и генератор для теплиц своими руками: оправдано или нет
Целесообразность изготовления газового генератора самостоятельно следует оценить исходя из своих финансовых и материальных возможностей и трудозатрат.
Кроме установки газогенератора в виде котла с большим выделением тепла, понадобится система доставки газа в помещение теплицы (газопровод), измерительная и контрольная аппаратура. Таким образом, изготовление системы самостоятельно возможно, но оценить её рациональность для малых площадей парников можно лишь с помощью математических расчётов.
Намного проще и дешевле изучить альтернативные источники углекислоты и способы их применения в условиях закрытого грунта. Например, система на сжиженном газе стоит около 2 млн руб., а если использовать газ из баллонов, то стоимость уменьшается в 10 раз.
Важно! Высокая концентрация углекислого газа токсична для живых организмов, поэтому повышение уровня до 10000 ppm (1%) и выше в течение нескольких часов устранит вредителей (белокрылка, паутинный клещ) в теплице.
Зачем он нужен?
Кроме подкормки минеральными и органическими удобрениями, регулярных поливов и поддержания необходимой температуры, растения нуждаются в углекислоте. Многие фермеры расценивают её как удобрение. Углекислый газ принимает активное участие в фотосинтезе. Поэтому многие огородники устанавливают в теплицах систему подачи СО2. Присутствие углекислоты в теплице жизневажно, чтобы растения правильно развивались и давали большой урожай. Польза СО2:
- Способствует активизации раннего и наиболее активного цветения, увеличению плодоношения;
- Принимает участие в синтезе сухого вещества на 94%;
- Помогает повысить стойкость растений к болезням и вредителям.
Основные правила подачи
Дозировка и временные периоды насыщения воздуха теплицы CO2 зависят от сезона и времени суток, степени герметизации помещения, интенсивности освещённости и вида выращиваемых культур.
Освещение
В результате фотосинтеза растения получают углеводы для роста и развития, перерабатывая углекислый газ и воду при помощи энергии света. Эти 3 компонента важны для механизма открытия устьиц на поверхности листа и начала газообмена растений с внешней средой. При интенсивном освещении растения активнее потребляют CO2, и скорость фотосинтеза возрастает.
Концентрацию CO2 в помещении необходимо поддерживать на уровне 600–800 ppm. При интенсивном освещении температура в теплице повышается, и приходится открывать фрамуги для проветривания, поэтому концентрацию увеличивают до 1000–1500 ppm.
Расход CO2 при солнечном освещении составляет около 250 кг/га за световой день при закрытых форточках. При открытых форточках и ветреной погоде — 500–1000 кг/га. Зимой нормы удобрения газом снижают до 600 ppm, так как искусственный свет способствует ускорению фотосинтеза.
Время подачи
Добавка CO2 наиболее эффективна в период активного роста растения в течение светлого периода. Генерацию CO2 следует начинать утром через два часа после начала освещения и до достижения желаемого уровня концентрации (1 час). Затем генератор должен быть выключен. Уровень CO2 вернётся к уровню окружающей среды до наступления темноты.
Важно! Повышение уровня CO2 происходит только в герметично закрытой теплице, поскольку инфильтрация наружной атмосферы будет разбавлять концентрацию углекислого газа в помещении.
Вторую добавку следует проводить за 2 часа до окончания светового дня и перехода растений в состояние сна — полученный углекислый газ будет эффективно усваиваться и перерабатываться ночью.
Руководство по смесям
Дрожжи — основной компонент вашего самодельного генератора CO2. Обычных пекарских дрожжей достаточно для CO2-генераторов. Но эффективность работы разных сортов дрожжей на разной питательной основе может отличаться.
Важно понять, что смеси дрожжей, сахара и воды — это не точная наука. Вы должны экспериментально подобрать лучшие составы для ваших условий.
Простая формула смеси
Для двухлитровой бутылки:
- 2 чашки воды
- 2 чашки тростникового сахара
- чайная ложка сухих дрожжей
- чашка не очень тёплой воды (в идеале около 40 °C)
Сначала дрожжи растворяются в чашке тёплой воды, потом вся смесь смешивается в реакторе.
Это простейшая смесь, которая может работать до 16 дней.
Усовершенствованная формула смеси
- 1 чашка воды
- 2 чашки сахара
- чайная ложка винных дрожжей
Это более дорогая смесь. Тут используются жидкие живые дрожжи. Их нет необходимости растворять. Эти дрожжи более устойчивы к уровню спирта в смеси, такая смесь может работать 22 дня и больше.
Замечания по смесям
Вы должны экспериментировать со своими смесями. У всех разная вода, со своей уникальной химией. Это существенно влияет на производительность смеси. Пробуйте слегка модифицировать соотношения дрожжи/сахар/вода, пока вы не найдёте самый долго работающий вариант.
Доказано, что смесь дрожжей будет дольше работать, если вы уменьшите количество дрожжей. Меньшее количество дрожжей значит, что вы получите меньше CO2 в минуту, но производиться он будет дольше и более равномерно. Больше дрожжей значит более интенсивное выделение CO2 сначала с постепенным снижением производительности.
На аэробной фазе не производится спирт. Можно было бы продлевать эту фазу, но для этого пришлось бы вводить воздух в камеру генератора, продувая смесь. В таком случае вместо CO2 в аквариум начала бы поступать его смесь с воздухом, а CO2 в таком случае гораздо хуже растворяется, что лишает аэробную систему смысла.
Необходимые реактивы
В бутылку №1 заливается водный раствор соды (60 г соды на 100 г воды), а бутылку №2 — раствор лимонной кислоты (50 г кислоты на 100 г воды). Крышечки с трубками должны быть плотно навинчены на бутылки.
Все стыки и отверстия необходимо надёжно загерметизировать смолой или силиконом во избежание утечки газа. Концы первого шланга должны быть опущены в растворы, а левую и правую трубочки тройника необходимо установить выше уровня растворов — через них будет проходить СО2.
