Por que os fazendeiros amam tanto o enriquecimento com CO2?
O carbono representa cerca de 45% do peso seco das plantas e é possivelmente o elemento mais importante para a estrutura da planta. As plantas fixam o carbono do CO2 no ar, mas os níveis ambientais de CO2 (cerca de 300 ppm na maioria dos lugares) não são suficientes para maximizar o crescimento das plantas. A maioria das plantas aumenta o crescimento entre 800 ou 1200 ppm; 1200 é o nível que a maioria dos produtores tenta atingir.
Os agricultores internos, especialmente, podem utilizar métodos de enriquecimento de CO2 para aumentar a produtividade (geralmente em cerca de 30%). Mas quanto CO2 eles deveriam adicionar para atingir a marca de 1200 ppm?
Este post irá explicar como calcular o consumo de CO2 da planta e a suplementação necessária para aumentar a produtividade. Não se esqueça de que, embora compreender a matemática por trás desses números seja importante, existem ferramentas fáceis de usar que os produtores podem usar para economizar algum tempo.
Leia mais sobre os métodos de suplementação aqui.
Calculando o consumo de CO2
Não recomendamos fazer todas as contas sozinho sobre a suplementação de CO2, porque existem ferramentas confiáveis e fáceis que farão isso por você em muito menos tempo. Contudo, entender a lógica por trás desses cálculos pode ajudar os produtores a entender como o CO2 entra e é usado em sua fazenda.
Para entender como calcular as quantidades de suplemento de CO2, há três coisas que você precisa entender sobre a física e a economia da suplementação de CO2: densidade de carbono, custos diretos, e custos indiretos.
Conceito # 1:densidade de carbono
Diferentes compostos têm diferentes densidades de carbono. Como você verá abaixo, o propano tem uma porcentagem maior de carbono em uma molécula do que o metano.
Isso significa que 1 lb de propano NÃO é o mesmo que 1 lb de gás natural ou 1 lb de CO2. O carbono de cada matéria-prima deve ser calculado de forma diferente.
Conceito # 2:custos diretos
Custos diretos são o que você paga, nesse caso, para o próprio CO2. Um custo direto do enriquecimento de CO2 seria o custo do método de suplementação ou o custo do queimador.
Se você conhece o custo do método de suplementação e a densidade de carbono desse método, você pode obter o custo do carbono.
Conceito # 3:custos indiretos
O enriquecimento de CO2 frequentemente envolve a queima. Isso resulta em CO2 além de vapor de água e calor. Nesse caso, os custos indiretos são coisas como desumidificação, ar condicionado, e resfriamento - custos resultantes ou associados ao processo de suplementação.
Para entender esses custos, você precisa saber os BTUs (unidades térmicas britânicas) gerados e a quantidade de água que está sendo gerada.
Etapas para calcular o enriquecimento de CO2
Podemos dividir o processo de cálculo da quantidade de CO2 que você precisa complementar em etapas:
1 - Calcule a densidade de carbono da cultura.
Por exemplo, uma cultura pode ter um teor de carbono de 50% do peso seco. A maioria das safras contém 40–50% de carbono (peso seco). Isso muda entre as culturas e o método de produção, e números mais específicos podem ser encontrados na literatura sobre o assunto, mas geralmente é muito próximo a 45%.
2 - Calcule o carbono removido.
Isso basicamente descreve quanto volume de uma colheita é removido em uma base específica. Combinado com a densidade de carbono da safra, o volume removido nos diz quanto carbono precisamos suplementar.
Você provavelmente vai medir isso em libras por unidade de tempo. Por exemplo:
O fazendeiro Joe colhe 5,5 quilos de manjericão e 18 quilos de alface todas as semanas. Com 47% e 45% de carbono (respectivamente), Joe está removendo [12 (0,47)] + [40 (0,45)] libras de carbono por semana. Isso resulta em 23,64 libras / sem.
3 - Calcule o teor de carbono de uma determinada matéria-prima.
Você pode usar esses números ao calcular o conteúdo de carbono dos 3 principais tipos de matéria-prima usados:
- Gás natural (metano), (CH4)
- Propano, (C3H8)
- Dióxido de carbono, (CO2)
Você pode ficar tentado a dizer, “Como tenho cinco quilos de CO2, Eu tenho cinco quilos de carbono. ” Não é assim que funciona; precisamos olhar para o peso de cada elemento e quantos átomos existem no composto da matéria-prima.
Para CH4 (metano):
O peso molecular do carbono é cerca de 12, e o peso molecular do hidrogênio é próximo a 1. O peso molecular total do metano, então, é 12 (1 carbono) +1 (4 hidrogênio) =16 .
Para calcular a densidade de carbono para CH4, encontre a porcentagem de carbono dividindo o peso do carbono pelo peso molecular total:
Peso do carbono / peso total =12/16 =0,75 ou 75% de carbono
Para C3H8 (propano):
Três átomos de carbono têm um peso de 36, e 8 átomos de hidrogênio perfazem o peso molecular total de 44.
A densidade do carbono é 36/44 ou 82%.
Para CO2:
O peso atômico do oxigênio é próximo a 16, então a densidade do carbono é 12/44 ou 27%.
Como você pode ver, você obtém a melhor densidade de carbono do propano e do gás natural. Embora você tenha que queimar ambos, eles são muito mais eficientes em obter CO2 em seu sistema.
Cada um dos combustíveis resulta em CO2 e outros produtos.
Queimando um CH4, por exemplo, resulta em 1 CO2 e 2 H20, junto com o calor.
Agora você sabe quanto de matéria-prima precisa queimar / liberar para suplementar.
* Nota sobre unidades :O gás natural é medido em pés cúbicos, enquanto o CO2 é medido em libras, e o propano geralmente é medido em galões.
Você deseja que sua estimativa de suplementação de CO2 (da etapa 2 - a quantidade de carbono removida) corresponda à suplementação real (da etapa 3 - a quantidade de carbono que você está colocando de volta) na unidade de medida usada.
Se você estiver medindo o volume da colheita removido por peso (libras), mas você está usando gás natural, você vai querer converter o número do gás natural em libras. O número que você pode usar para fazer isso é 0,06242796 libras por pé cúbico de gás natural à temperatura e pressão ambiente.
Por exemplo, se você tiver 10 pés cúbicos de gás natural, multiplique-o por 0,06242796 para obter a medida em libras. Você teria 0,6242796 libras de gás natural.
Se você estiver usando propano, você pode usar este número para converter galões em libras: 4,24 libras por galão. Novamente, se você tem 10 galões de propano, multiplique por 4,24 para converter a medição em 42,4 libras de propano.
Lembre-se de calcular a quantidade real de carbono que você está obtendo com qualquer método de enriquecimento de carbono:
Para 42,4 libras de propano, que tem uma densidade de carbono de 82%, multiplique 42,4 por 0,82 para obter 34,77 libras de carbono.
4 - Fatore a eficiência de sua instalação
As plantas absorvem CO2, mas existem outras maneiras pelas quais o CO2 pode ser perdido de um ambiente. Essa perda pode ser devido à ventilação, uma sala com vazamentos, ou difusão a partir da instalação.
Infelizmente, não há maneira fácil de encontrar a eficiência de suas instalações. Os produtores podem estimar a eficiência com base no volume de ar, fluxo de ar através das janelas abertas, rachaduras sob as portas, etc. Em um ambiente totalmente vedado, um produtor pode esperar uma eficiência de 20% (20% do seu volume de ar está sendo perdido).
* Lembre-se de que o ar já tem um nível ambiente de CO2 em torno de 300 ppm.
5 - Calcular o custo da suplementação de CO2
Multiplique a quantidade bruta de enriquecimento de CO2 pela eficiência para obter o custo.
Por exemplo, O fazendeiro Joe está pagando $ 21,91 / semana para complementar. Ele sabe, Contudo, que cerca de 20% desse CO2 é perdido devido à ventilação e vazamentos de ar. Multiplique $ 21,91 por 0,2 (ou 20%) para encontrar o custo adicional necessário para compensar o CO2 perdido, qual é $ 4,38 . Adicione isso ao custo original, e você verá que o fazendeiro Joe deve planejar queimar $ 26,29 por semana .
