Pourquoi les agriculteurs aiment-ils tant l'enrichissement en CO2 ?
Le carbone représente environ 45% du poids sec des plantes et est probablement l'élément le plus important de la structure des plantes. Les plantes fixent le carbone du CO2 dans l'air, mais les niveaux ambiants de CO2 (environ 300 ppm la plupart du temps) sont loin d'être suffisants pour maximiser la croissance des plantes. La plupart des plantes voient une croissance accrue entre 800 ou 1200 ppm; 1200 est le niveau que la plupart des cultivateurs essaient d'atteindre.
Les agriculteurs d'intérieur en particulier peuvent utiliser des méthodes d'enrichissement en CO2 pour augmenter le rendement (généralement d'environ 30%). Mais combien de CO2 doivent-ils ajouter pour atteindre cette barre des 1200 ppm ?
Cet article expliquera comment calculer la consommation de CO2 des plantes et la supplémentation nécessaire pour augmenter les rendements. N'oubliez pas que même s'il est important de comprendre les mathématiques derrière ces chiffres, il existe des outils faciles à utiliser que les producteurs peuvent utiliser pour gagner du temps.
En savoir plus sur les méthodes de supplémentation ici.
Calcul de la consommation de CO2
Nous ne recommandons pas de faire tous les calculs vous-même sur la supplémentation en CO2, car il existe des outils fiables et simples qui le feront pour vous en beaucoup moins de temps. Cependant, comprendre la logique derrière ces calculs peut aider les producteurs à comprendre comment le CO2 entre et est utilisé dans votre ferme.
Pour comprendre comment calculer les montants des suppléments de CO2, il y a trois choses que vous devez comprendre sur la physique et l'économie de la supplémentation en CO2 : densité de carbone, coûts directs, et les coûts indirects.
Concept #1 :Densité du carbone
Différents composés ont des densités de carbone différentes. Comme vous le verrez ci-dessous, le propane a un pourcentage plus élevé de carbone dans une molécule que le méthane.
Cela signifie que 1 lb de propane n'est PAS la même chose que 1 lb de gaz naturel ou 1 lb de CO2. Le carbone de chaque matière première doit être calculé différemment.
Concept #2 :Coûts directs
Les coûts directs sont ce que vous payez, dans ce cas, pour le CO2 lui-même. Un coût direct de l'enrichissement en CO2 serait le coût de la méthode de supplémentation ou le coût du brûleur.
Si vous connaissez le coût de la méthode de supplémentation et la densité de carbone de cette méthode, vous pouvez obtenir le coût du carbone.
Concept #3 :Coûts indirects
L'enrichissement en CO2 implique souvent la combustion. Il en résulte du CO2 en plus de vapeur d'eau et chaleur. Dans ce cas, les coûts indirects sont des choses comme la déshumidification, climatisation, et refroidissement—coûts qui résultent ou sont associés au processus de supplémentation.
Pour comprendre ces coûts, vous devez connaître les BTU (British Thermal Units) générés et la quantité d'eau générée.
Étapes de calcul de l'enrichissement en CO2
Nous pouvons diviser le processus de calcul de la quantité de CO2 que vous devez compléter en étapes :
1 – Calculer la densité de carbone de la culture.
Par exemple, une culture peut avoir une teneur en carbone de 50 % du poids sec. La plupart des cultures contiennent 40 à 50 % de carbone (poids sec). Cela change entre les cultures et la méthode de production, et des chiffres plus précis peuvent être trouvés dans la littérature sur le sujet, mais il est généralement très proche de 45%.
2 - Calculez le carbone enlevé.
Cela décrit essentiellement la quantité de volume d'une culture supprimée sur une base particulière. Combiné avec la densité de carbone de la culture, le volume retiré nous indique la quantité de carbone dont nous avons besoin pour compléter.
Vous mesurerez probablement cela en livres par unité de temps. Par exemple:
Le fermier Joe récolte 12 livres de basilic et 40 livres de laitue chaque semaine. A 47% et 45% de carbone (respectivement), Joe élimine [12(.47)] + [40(.45)] lb de carbone par semaine. Cela revient à 23,64 lb/semaine.
3 – Calculer la teneur en carbone d'une matière première particulière.
Vous pouvez utiliser ces chiffres pour calculer la teneur en carbone des 3 principaux types de matières premières utilisées :
- Gaz naturel (méthane), (CH4)
- Propane, (C3H8)
- Gaz carbonique, (CO2)
Vous pourriez être tenté de dire, « Comme j'ai dix livres de CO2, J'ai dix livres de carbone. Ce n'est pas comme ça que ça marche; nous devons examiner le poids de chaque élément et le nombre d'atomes contenus dans la matière première.
Pour le CH4 (méthane) :
Le poids moléculaire du carbone est d'environ 12, et le poids moléculaire de l'hydrogène est proche de 1. Le poids moléculaire total du méthane, alors, est 12(1 carbone)+1(4 hydrogène)=16 .
Pour calculer la densité de carbone pour CH4, trouver le pourcentage de carbone en divisant le poids du carbone par le poids moléculaire total :
Poids de carbone/poids total =12/16 =0,75 ou 75 % de carbone
Pour le C3H8 (propane) :
Trois atomes de carbone font un poids de 36, et 8 atomes d'hydrogène font le poids moléculaire total de 44.
La densité de carbone est 36/44 ou 82 %.
Pour le CO2 :
Le poids atomique de l'oxygène est proche de 16, donc la densité de carbone est 12/44 ou 27%.
Comme tu peux le voir, vous obtenez la meilleure densité de carbone du propane et du gaz naturel. Bien que vous deviez brûler les deux, ils sont beaucoup plus efficaces pour introduire du CO2 dans votre système.
Chacun des carburants génère du CO2 et d'autres produits.
Brûler un CH4, par exemple, donne 1 CO2 et 2 H20, avec la chaleur.
Vous savez maintenant quelle quantité de matière première vous devez brûler/libérer pour compléter.
*Remarque sur les unités :Le gaz naturel est mesuré en pieds cubes, tandis que le CO2 est mesuré en livres, et le propane est souvent mesuré en gallons.
Vous voulez que votre estimation de la supplémentation en CO2 (à partir de l'étape 2—la quantité de carbone retiré) corresponde à la supplémentation réelle (à partir de l'étape 3—la quantité de carbone que vous réinjectez) dans l'unité de mesure utilisée.
Si vous mesurez le volume de récolte enlevé en poids (livres), mais vous utilisez du gaz naturel, vous voudrez convertir le nombre de gaz naturel en livres. Le numéro que vous pouvez utiliser pour le faire est 0,06242796 livres par pied cube de gaz naturel à température et pression ambiantes.
Par exemple, si vous avez 10 pieds cubes de gaz naturel, multipliez-le par 0,06242796 pour obtenir la mesure en livres. Vous auriez 0,6242796 lb de gaz naturel.
Si vous utilisez du propane, vous pouvez utiliser ce nombre pour convertir des gallons en livres : 4,24 lb par gallon. De nouveau, si vous avez 10 gallons de propane, multiplier par 4,24 pour convertir la mesure en 42,4 lb de propane.
N'oubliez pas de calculer la quantité de carbone réelle que vous obtenez de toute méthode d'enrichissement en carbone donnée :
Pour 42,4 lb de propane, qui a une densité de carbone de 82%, multipliez 42,4 par 0,82 pour obtenir 34,77 livres de carbone.
4 – Tenez compte de l'efficacité de votre installation
Les plantes absorbent du CO2, mais il existe d'autres façons dont le CO2 peut être perdu dans un environnement. Cette perte pourrait être due à la ventilation, une pièce qui fuit, ou diffusion à partir de l'installation.
Malheureusement, il n'y a pas de moyen facile de trouver l'efficacité de votre installation. Les producteurs peuvent estimer l'efficacité en fonction du renouvellement de l'air, flux d'air à travers les fenêtres ouvertes, fissures sous les portes, etc. Dans un environnement complètement scellé, un cultivateur peut s'attendre à une efficacité de 20 % (20 % de votre volume d'air est perdu).
*Rappelez-vous que l'air a déjà un niveau ambiant de CO2 d'environ 300 ppm.
5 – Calculer le coût de la supplémentation en CO2
Multipliez la quantité brute d'enrichissement en CO2 par l'efficacité pour obtenir le coût.
Par exemple, Le fermier Joe paie 21,91 $/semaine à compléter. Il sait, cependant, qu'environ 20 % de ce CO2 est perdu en raison de la ventilation et des fuites d'air. Multipliez 21,91 $ par 0,2 (ou 20 %) pour trouver le surcoût nécessaire pour compenser la perte de CO2, lequel est 4,38 $ . Ajoutez ceci au coût d'origine, et vous verrez que Farmer Joe devrait prévoir de brûler 26,29 $ par semaine .
