Energia Geotermica nell'acquacoltura: una soluzione sostenibile per la produzione di pesce

La domanda globale di prodotti ittici continua a crescere, ponendo pressione sulle riserve di pesce selvatici e spingendo una rapida crescita dell’acquacoltura. Tuttavia, l’agricoltura tradizionale dei pesci si basa spesso su combustibili fossili per il riscaldamento, la pompa e il trattamento delle acque, contribuendo alle emissioni di gas serra e ai costi di esercizio elevati.

Comprendere le risorse energetiche geotermiche

L’energia geotermica proviene dal nucleo terrestre, dove le temperature raggiungono diversi mille gradi Celsius. Questo calore scorre verso l’esterno, riscaldando rocce e serbatoi di acqua sotterranea. Dove le condizioni geologiche permettono - tipicamente vicino ai confini di piastre tettoniche o regioni vulcaniche - il calore può essere raggiunto tramite pozzi perforati diverse centinaia di metri a più chilometri di profondità. La risorsa viene in tre forme principali: serbatoi idrotermali ad alta temperatura (so a bassa temperatura)

Per l'acquacoltura, le applicazioni più pratiche prevedono l'uso diretto di acqua calda geotermica o vapore, nonché pompe di calore a sorgente terra per impianti di piccole dimensioni. A differenza di solare o vento, geotermia fornisce energia costante e indipendente, rendendolo particolarmente prezioso per le operazioni di temperatura-sensibili come l'allevamento di pesci.

Tecnologie geotermiche chiave per l'acquacoltura

Due tecnologie primarie sono impiegate in ambienti dell'acquacoltura:

  • Riscaldamento geotermico diretto[[]: L'acqua calda viene pompata dai pozzi geotermici attraverso scambiatori di calore o direttamente nei serbatoi di pesce, piste o sistemi di stagno. Questo metodo è adatto per operazioni su larga scala con accesso a fluidi geotermici a bassa temperatura (40–90°C). L'acqua può essere utilizzata per il riscaldamento di acqua dolce o acqua di mare e può essere utilizzata per la prima volta in cascata.
  • Pompe di calore geotermiche (GSHPs): Questi sistemi circolano un fluido attraverso loop sotterranei per assorbire o dissipare il calore. I GSHP forniscono sia il riscaldamento che il raffreddamento, rendendoli ideali per ricircolo di sistemi di acquacoltura (RAS) che richiedono un controllo preciso della temperatura dell'acqua.

Applicazioni dell'energia geotermica nell'acquacoltura

Regolazione della temperatura dell'acqua nei sistemi aperti

Le fluttuazioni di temperatura dei pesci, la soppressione della funzione immunitaria e la crescita lenta. Il riscaldamento geotermico può mantenere temperature stabili in stagni aperti, piste e sistemi di flusso-through, in particolare nei climi freddi. In Islanda, dove le risorse geotermiche sono abbondanti, gli agricoltori usano acqua calda da boreholes per riscaldare l'acqua dolce in entrata per salmone e trote.

Sistemi di acquacoltura (RAS)

Le strutture RAS ricircolono l'acqua attraverso filtri, biofiltri e unità di aerazione, ma devono compensare le perdite di calore da pompe, aerazione e raffreddamento ambientale. Le pompe di calore geotermiche possono fornire in modo efficiente l'energia termica necessaria, mentre il raffreddamento del sistema durante i mesi estivi.

Operazioni di Hatchery e Nursery

I piccoli deviazioni possono influenzare drasticamente il successo di schiusa e la sopravvivenza precoce. I sistemi geotermici forniscono un controllo preciso e stabile della temperatura nei serbatoi di incubazione di acero. In Giappone, l'acqua turboriscaldata geotermica viene utilizzata per accelerare lo sviluppo del galleggiante giapponese e delle larve di rialzo rosso, accorciando la fase di cocleagulazione e aumentando i cicli di produzione annuali di vapore.

Sistemi integrati di acquacoltura multi-trofica (IMTA)

Il calore geotermico può anche sostenere l'IMTA, dove i pesci, i crostacei e le alghe sono cresciuti insieme in un ecosistema equilibrato. Le temperature dell'acqua stabile migliorano la crescita di tutte le specie, e l'uso a cascata di acqua geotermica - dal riscaldamento ad alta temperatura all'irrigazione a bassa temperatura per gli stagni di alghe - aumenta l'efficienza energetica complessiva.

Vantaggi ambientali ed economici

Riduzione delle emissioni di gas serra

Un'analisi delle emissioni di gas serra di un'azienda di tilapia con calore geotermico in Kenya ha rilevato che la sostituzione dei riscaldatori ad acqua con energia diesel con un sistema geotermico diretto ha ridotto le emissioni di CO2 annuali di 80 tonnellate.

Risparmio di costi energetici

L'elettricità rappresenta il 15-30% dei costi operativi in un tipico allevamento di acquacoltura ricircolo, con il riscaldamento spesso il più grande componente. I sistemi geotermici hanno maggiori costi di capitale anticipati, guidando un pozzo di produzione può costare $2-10 milioni a seconda della profondità e della geologia, ma offrono costi operativi estremamente bassi.

Produzione e redditività migliorate

Un studio sulla tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) in serbatoi geotermici ha rilevato che il pesce ha raggiunto il peso del mercato un mese prima che in serbatoi non riscaldati, con un 12% di più basso FCR. Il fatturato più veloce significa che gli agricoltori possono produrre più cicli di raccolta all'anno, aumentando significativamente i ricavi per area di stazza.

Studi di casi da tutto il mondo

Islanda: un modello per l'acquacoltura geotermica-dipendente

L’Islanda è posizionata in modo unico con abbondanti risorse geotermiche ad alta e bassa temperatura. Il settore dell’acquacoltura del paese, che produce salmone atlantico, carbone artico e trota arcobaleno, si basa sul riscaldamento geotermico per quasi tutte le strutture interne.

America Centrale: Geotermale per la coltivazione di gamberetti in El Salvador

In El Salvador, gli agricoltori di gamberetti devono affrontare temperature elevate che possono portare a focolai di malattia. Invece di utilizzare chiller convenzionali, una cooperativa vicino al campo geotermico di Ahuachapán ha attirato acqua calda per pastorizzazione e acqua fredda da un fiume vicino per il raffreddamento, ottenendo l'equilibrio termico in stagni di gamberetti. Il progetto ha ridotto i costi energetici del 40% e ha ridotto i tassi di mortalità.

Gli Stati Uniti: Pompe di calore geotermiche nei sistemi di ricircolo

Nel Pacifico nord-ovest, diversi fattori di acquacoltura ricircolo per trote e testa di acciaio hanno adottato sistemi GSHP. In un'azienda agricola dello Stato di Washington, un sistema GSHP a ciclo chiuso verticale mantiene le temperature dell'acqua a 12-14°C, nonostante le temperature dell'aria esterna che vanno da -5°C a 30°C. Il sistema utilizza solo 1,2 kWh di energia elettrica per milione di BTU di calore prodotto, circa un terzo del consumo di acquacoltura.

Sfide e considerazioni

Limitazioni geologiche e geografiche

Non tutte le regioni hanno risorse geotermiche accessibili. I sistemi idrotermali ad alta temperatura sono concentrati nelle zone vulcaniche: l'anello del Pacifico del Fuoco, la Rift dell'Africa orientale, l'Islanda e parti del Mediterraneo. Le risorse a bassa temperatura possono essere trovate nei bacini sedimentari (ad esempio, il bacino di Parigi, le Prairie canadesi) ma richiedono una perforazione profonda (1-3 km) che può essere conveniente per le piccole fattorie.

Chimica dell'acqua e scala

I fluidi geotermici contengono spesso minerali disciolti, silice, carbonato di calcio, ferro e arsenico, che possono precipitare e farli, scambiatori di calore e serbatoi di pesce.

Capitale di fronte e ostacoli regolamentari

Per un'azienda di medie dimensioni, questo può rappresentare il 30-50% del costo totale delle costruzioni. Inoltre, ottenere permessi di perforazione, diritti dell'acqua e approvazioni ambientali possono richiedere mesi a anni. Molti governi ora offrono sovvenzioni, prestiti a basso interesse, o crediti fiscali per lo sviluppo geotermico (ad esempio, il Dipartimento dell'energia dell'UE delle tecnologie agricole).

Tendenze e innovazioni future

Sistemi geotermici ibridi

La combinazione geotermia con collettori solari termici può ridurre la profondità e i costi di perforazione aumentando la flessibilità del sistema. Gli array solari forniscono calore durante i periodi di sole e la temperatura geotermia stabilizza durante il clima nuvoloso o freddo. I progetti pilota in Cile e Messico stanno testando tali ibridi per la produzione di capperi e pesci giovanili, con risultati iniziali che mostrano il 20-30% di costo di calore più basso rispetto ai progetti geotermici.

Dealazione geotermica-forestata per l'acquacoltura interna

L'agricoltura ittica interna spesso affronta problemi di scarsità o salinità dell'acqua. L'energia geotermica può alimentare la distillazione a bassa temperatura o la disalizione a membrana (ad esempio, osmosi inversa con preriscaldamento) per produrre acqua dolce da acque reflue brackish. La ricerca in Australia indica che la desalizzazione geotermica-driven potrebbe ridurre i costi dell'acqua per le fattorie interne delle fattorie vegetali nelle regioni aride, fornendo anche una fornitura costante di acqua dolce.

Integrazione dell'economia circolare

L'energia geotermica consente alle strutture di acquacoltura di recuperare il calore dai flussi di rifiuti, come l'acqua di lavorazione del pesce, e di riutilizzarla per il riscaldamento edilizio o per preriscaldare l'acqua in entrata. I sistemi integrati possono anche catturare il metano dalla digestione anaerobica dei fanghi di pesce per generare energia elettrica per le pompe di calore, creando un sistema energetico quasi chiuso.

Imparare la macchina per il controllo ottimale della temperatura

I sistemi di controllo avanzati che utilizzano l'intelligenza artificiale sono in fase di implementazione per regolare l'uscita di riscaldamento geotermico in base al comportamento del pesce in tempo reale, ai sensori di qualità dell'acqua e alle previsioni meteorologiche. Questi sistemi possono anticipare le gocce di temperatura prima che si verifichino, minimizzando il riscaldamento compensativo e riducendo i rifiuti energetici.

Conclusioni

L’energia geotermica non è una panacea universale per l’acquacoltura, ma è uno strumento potente per le regioni con risorse accessibili. La sua capacità di fornire calore stabile, a basso costo e a basso tenore di carbonio si rivolge direttamente alle sfide più pressanti della sostenibilità del settore: dipendenza energetica e impronta di carbonio.

Risorse esterne ulteriormente esplorando questo argomento: