מערכות חקלאות מים חוזרות (RAS): פיתוח גלובלי, אתגרים ומגמות עתידיות

דגם חדש של חקלאות מים במחזור אינטנסיבי

1. מבוא:

המודל המודרני של מערכות חקלאות ימית מחזירות (RAS) מאופיין בטיהור ושימוש חוזר בשפכי חקלאות ימית באמצעות ציוד לטיפול במים. זוהי מערכת רב-תחומית המשלבת עקרונות מזואולוגיה, הנדסת מכונות, הנדסת סביבה, טכנולוגיית בקרת מחשבים והנדסה אזרחית. צורה חדשנית זו של חקלאות ימית אינטנסיבית מייצגת התכנסות של טכנולוגיה מתקדמת ופרקטיקות ברות קיימא.

2. סקירת פיתוח:

עליית ה-RAS במדינות זרות

הרעיון של חקלאות ימית חוזרת המבוססת-במפעל נוצר בשנות ה-60 של המאה ה-20 במדינות מפותחות באירופה. הטכנולוגיות הבסיסיות שלה נבעו מאקווריומים ימיים בפנים הארץ, מערכות אקווריום חכמות וזרימה גבוהה-בצפיפות-באמצעות מודלים של גידול דגים.

הפיתוח של RAS התקדם בשלושה שלבים עיקריים: חקלאות ימית טרום-תעשייתית,-מפעלית וחקלאות ימית מתועשת. כיום, מערכות רבות הגיעו להישגיםמיכון, אוטומציה, אינפורמטיזציה וניהול מושכל, מסמן מעבר לניהול דיג מדעי מודרני.

מונע על ידי יישום הוראת מסגרת המים של האיחוד האירופי, RAS הפך לעדיפות מדיניות לאומית במספר מדינות באירופה ובאמריקה, כמו גם מוקד מרכזי בפיתוח בר-קיימא של תעשיות החקלאות הימית שלהן.

תכונות טכניות ומגוון המינים באירופה

פיתוח RAS מוקדם באירופה היה חלוץ על ידיהולנד ודנמרק, התמקדות בעיקר במינים מתוקים כגון שפמנון אפריקאי, פורל וצלופחת:

♢מערכות RAS הולנדיות: בדרך כלל לולאה מקורה וסגורה-, מותאמת לייצור שפמנון אפריקאי וצלופחת.

♢מערכות RAS דניות: מערכות חיצוניות חצי-סגורות, המשמשות בעיקר לגידול פורל.

עם האבולוציה של טכנולוגיות RAS ותשומת הלב הגוברת מהתעשייה והממשלה,מגוון המינים החקלאייםהתרחב משמעותית. נכון לעכשיו, מינים נפוצים המטופחים ב-RAS כוללים:

סלמון אטלנטי, אמנון, צלופח, פורל, טורבוט, שפמנון אפריקאי, הליבוט ושרימפס - בסך הכל למעלה מתריסר זנים.
 

סולם פריסה ושילוב תעשייתי

נכון לשנת 2014, יותר מ360 RAS-מתקני חקלאות ימיתהוקמה ברחבי ה-ארצות הברית ואירופה. בין אלה,נורבגיה וקנדהמוכרים כמובילים עולמיים ב-RAS עבורגידול סלמון.

משנת 1985 עד 2000, כושר הייצור של דגי סלמון של חווה אירופאית טיפוסית (במונחים של ביומסה) גדל בכ20 פעמים. בסקוטלנד, ייצור דגי סלמוןהוכפל מ-1996 ל-2006, להגיע לתפוקה שנתית של מעל150,000 סלמון צעירים.

תאגידי חקלאות ימית רב לאומיים גדולים בצפון מערב אירופה, קנדה וצ'ילהרכשו ללא הרף מפעלים קטנים יותר, שנוצרוקבוצות מיוחדות ומשולבות אנכית. למשל, חברות בסקוטלנד, נורבגיה והולנדעכשיו חשבוןמעל 85%מתפוקת הסלמון העולמית.

בגרות תעשייתית ומפעלים ייצוגיים

באירופה, חברות נוספות מאמצות טכנולוגיית RAS סגורה לייצור שתילים וחקלאות- מלאה. מפעלים מייצגים כוללים:

♢ חוות Bluewater Flatfish (בריטניה)

♢ France Turbot SAS (צרפת)

♢Ecomares Marifarm GmbH (גרמניה)

חברות אלו נעות לקראת התמחות ופיתוח-בקנה מידה גדול, ויוצרות בהדרגה שרשרת תעשייתית מקיפה המכסה:

ייצור ציוד → שילוב מערכות → פריסה מסחרית.

אבולוציה תעשייתית זו הניחה בסיס איתן לגלובליזציה של חקלאות ימית חוזרתבר-קיימא,-היי-טק ויעילמודל גידול דגים.

מצב נוכחי של פיתוח ציוד מחודש למערכות חקלאות מים (RAS) בחו"ל

1. בסיס תעשייתי חזק המאפשר ציוד RAS מתקדם

בהסתמך על התשתיות התעשייתיות המפותחות שלהן, מדינות זרות עשו התקדמות משמעותית במחקר ופיתוח של ציוד מפתח למערכות חקלאות ימית חוזרת (RAS). הביצועים והאמינות של מתקני חקלאות הליבה במדינות אלה הם מהטובים בעולם, התומכים באוטומציה מלאה של תהליכים- ושילוב מערכות יעיל.

2. יצרני ציוד RAS בינלאומיים מובילים

מספר חברות גלובליות נמצאות בחזית ייצור מתקני RAS, כל אחת מתמקדת ברכיבים שונים בשרשרת הייצור של חקלאות ימית:

♢ קבוצת AKVA (נורווגיה):
מתמחה בפיתוח וייצור של ציוד מלא לחקלאות ימית לכל מחזור החיים - כולל גידול דגים, גידול-, קציר ועיבוד, כמו גם ספינות חקלאות גדולות בקנה מידה-.

♢VAKI Aquaculture Systems (איסלנד):
מתמקד בציוד תומך לפעילות חקלאית, כגון משאבות דגים, מכונות דירוג ומזינים אוטומטיים.

♢HYDROTECH (שבדיה):
ידוע בייצור-מסנני תוף מיקרו- באיכות גבוהה, קריטיים בטיהור מים ופינוי פסולת מוצקה בתוך הגדרות RAS.

3. מערכות הזנה חכמות בחזית העולמית

בתחום טכנולוגיית ההזנה האוטומטית, מספר חברות פיתחו מערכות מובילות בינלאומיות המשפרות את יעילות ההזנה ומפחיתות בזבוז:

♢Fishtalk-שליטה על ידי AKVA Group (נורווגיה):
פלטפורמת ניהול הזנה חכמה המשלבת ניטור נתונים, אופטימיזציה של אסטרטגיית הזנה וחישה סביבתית.

♢ Feedmaster מאת חברת ETI (ארה"ב):
מערכת בקרת האכלה מתקדמת המותאמת לחקלאות ימית מדויקת.

♢ רובוטי האכלה שפותחו על ידי ArvoTec (פינלנד):
רובוטים אלה מאפשרים הזנה אוטומטית, ניתנת לתכנות ו-מין ספציפי, תוך שיפור הדיוק ויעילות העבודה.

פיתוח דגמי RAS מגוונים לדגים, שרימפס, אצות, רכיכות ומלפפון ים

סין כבר הקימה טכנולוגיית RAS ומערכת ציוד בוגרת וניתנת להרחבה לחקלאות ימית של דגים ושרימפס.

בנוסף, בוצעו מחקרים ופרקטיקה תעשייתית משמעותיים בחקלאות מפעל של מיקרו אצות, רכיכות ומלפפונים ים:

• או גידול אצות חד-תאיות, כמו גם ייצור שתילי רכיכות ומלפפון ים, פותחה מערכת טכנולוגית RAS בוגרת.

• ההמכון לאוקיאנולוגיה, האקדמיה הסינית למדעיםפיתחה-פוטוביוריאקטורים צינוריים בלולאה סגורה לגידול-בקנה מידה גדול של Haematococcus pluvialis, והקימה מערכת תהליך שלמה להפקת אסטקסנטין מאצה זו.

• אוניברסיטת מזרח סין למדע וטכנולוגיהאימצה "תהליך טיפוח מתמשך הטרוטרופי-דילול-"עבור גידול כלורלה בצפיפות-בקנה מידה גבוה במפעל, טיפול בבעיות כגון צפיפות תאים נמוכה, קצב צמיחה נמוך, פרודוקטיביות נמוכה, עלויות קציר גבוהות ואיכות מוצר לא עקבית הנראית בשיטות פוטו-אוטוטרופיות מסורתיות.

לייצור שתילי רכיכות ומלפפון ים:

• הטכנולוגיות בוגרות יחסית והיושמו בקנה מידה.

• עם זאת, התעשייה עדיין מאמצת בעיקר זרימה-דרך מודלים של חקלאות במפעל, עם רמות נמוכות של מיכון ואוטומציה.

• נותר מקום ניכר לשיפור במונחים של מודרניזציה של מתקנים ושדרוגי מודל חקלאי.

סוגיות בינלאומיות בתעשיית ה-Recirculating Aquaculture System (RAS).

1. עלויות בנייה גבוהות וצריכת אנרגיה הם אתגרים מרכזיים בדגמי RAS

לפי מחקרים קשורים, מערכות חקלאות ימית המבוססות- במפעל צורכות יותר אנרגיה (חשמל ודלק) וגורמות לעלויות בנייה גבוהות יותר בהשוואה למודלים מסורתיים של חקלאות ימית. גורמים אלה מציבים את האתגרים הגדולים ביותר לפיתוח בר-קיימא של RAS. למרות ש- RAS מאמצת מערכות ייצור אינטנסיביות המפחיתות באופן משמעותי את השימוש במים ובקרקע, צריכת האנרגיה הגבוהה מגדילה את העלויות התפעוליות ותורמת להשפעות הסביבתיות והאנרגיה הפוטנציאליות הקשורות לשימוש בדלק מאובנים.

כדי להשיג קיימות כלכלית וסביבתית כאחד, חיוני למצוא איזון בין שימוש במים, פריקת פסולת, צריכת אנרגיה ויעילות הייצור.

לכן, מחקר על טכנולוגיות -חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות- במתקני RAS, יחד עם פיתוח של טכנולוגיות וציוד חדשים ירוקים ויעילים, יהוו אזור מיקוד מרכזי לקידום העתידי של תעשיית ה-RAS.

2. בעיות מחלות מעכבות התפתחות בריאה של RAS

התפרצויות מחלות הן אחד הגורמים הקריטיים ביותר המשפיעים על התפתחות בריאה של חקלאות ימית המבוססת- במפעלים. אנמיה מדבקת של סלמון (ISA), הנגרמת על ידי נגיף ISA, היא מחלה ויראלית קשה. השפעתו הובילה לירידה חדה בייצור הסלמון האטלנטי של צ'ילה במהלך 2009–2010. מחלה מרכזית נוספת בחקלאות סלמון עולמית היא תסמונת הטיגון טרוטה קשת (RTFS), הנגרמת על ידי חיידק המים הקרים- Flavobacterium psychrophilum.

חיידק גראם-שלילי זה גורם לנמק בטחול, בכבד ובכליות של פורל קשת נגוע, מה שמוביל לאנורקסיה והתנהגות שחייה לא תקינה. למחלה שיעור תמותה גבוה בדגיגי סלמון ומביא להפסדים משמעותיים מדי שנה.

בחקלאות ימית של שרימפס, בעיות מחלות חמורות אף יותר מאלו הפוגעות בדגים. מחלות שרימפס נפוצות כוללות מחלת כתמים לבנים (WSD), מחלת ראש צהוב (YHD) ועוד רבות אחרות. מחלות אלו ממשיכות להטריד את תעשיית גידול השרימפס RAS והפכו למחסומים עיקריים להתפתחותה הבריאה.

סיכויים: לקראת חקלאות מים יעילה, חכמה ומדויקת

חקלאות יעילה, חכמה ומדויקת מייצגת כיוון מפתח לפיתוח הירוק העתידי של תעשיית החקלאות הימית בסין. אבולוציה זו תהיה כרוכה בפריצות דרך במחקר ופיתוח של IoT לחקלאות ימית, מערכות בקרה חכמות, טכנולוגיות ביג דאטה, רובוטיקה וציוד חכם, המשולבות במערכות חקלאות ימית חוזרות (RAS) שתוכננו בהתאם למאפיינים הביולוגיים של מינים תרבותיים.

יחד, ההתקדמות הללו שואפת לבנות חוות דגים אינטליגנטיות-על בסיס-קרקע, בסגנון-מפעל.

עם ההתקדמות המהירה של חיישני ניטור איכות מים ביתיים, עיבוד מידע חכם ופלטפורמות IoT, היישום של טכנולוגיות חכמות בחקלאות ימית המבוססת- במפעל הופך לאפשרי יותר ויותר. עם זאת, יש להדגיש שחקלאות ימית אינטליגנטית אמיתית יכולה להתממש רק על ידי לימוד יסודי והבנה תחילה:

• התנאים הפיזיולוגיים והמאפיינים ההתנהגותיים של המין התרבותי;
• דפוסי הצמיחה ותקציבי האנרגיה שלהם;
• הדינמיקה של איכות המים בתהליך החקלאות;
• והמנגנונים לרגולציה סביבתית.

רק על בסיס זה נוכל לשלב ביעילות IoT-איסוף וניתוח ביג דאטה כדי לבנות מערכת ניהול מומחי חקלאות ימית-כזו המשלבת ניטור בריאות והערכה של אורגניזמים מתורבתים, ניהול תהליכי חקלאות, בקרת איכות מים ותפעול ציוד. זה יהיה חיוני להשגת המטרות של חקלאות ימית חכמה.