13 Μαρτίου, 2023 | 14:54

Ο μηδενισμός των εκπομπών άνθρακα στη χώρα και στην Ευρωπαϊκή Ένωση με ορίζοντα το 2050 αποτελεί ένα διακηρυγμένο και φιλόδοξο στόχο. Το αναθεωρημένο Εθνικό σχέδιο για την ενέργεια και το κλίμα στοχεύει στην “αύξηση της χρήσης της φωτοβολταϊκής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα από 4.5 TWh το 2020 σε 11.8 TWh το 2030”. Επιπρόσθετα στοχεύει στην αύξηση της χρήσης της βιομάζας στη παραγωγή ενέργειας καθώς και στην “αύξηση της χρήσης των γεωργικών προϊόντων και υπολειμμάτων στη παραγωγή ενέργειας”. Στοχεύει επίσης στη “μείωση των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων το 2030 κατά 43% σε σχέση με το 1990”. Έξ’ άλλου ένας από τους τρείς περιβαλλοντικούς στόχους της Κοινής Αγροτικής Πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης τη περίοδο 2023-2030 είναι η αύξηση της συμβολής της στην άμβλυνση της κλιματικής αλλαγής.

Οι κλιματικές συνθήκες της χώρας ευνοούν τη καλλιέργεια λαχανικών καθώς και άλλων γεωργικών προϊόντων στα θερμοκήπια ενώ σήμερα στη Κρήτη είναι εγκατεστημένο περίπου το 40% των θερμοκηπίων της χώρας. Τα σύγχρονα θερμοκήπια – σε αντιδιαστολή με τα απλά θερμοκήπια χαμηλής τεχνολογίας τα περισσότερα των οποίων δεν διαθέτουν συστήματα θέρμανσης και ψύξης – αποτελούν εγκαταστάσεις όπου τα φυτά αναπτύσσονται σε ένα καλά ελεγχόμενο περιβάλλον όπου η θερμοκρασία, η υγρασία, ο αερισμός  καθώς και άλλες παράμετροι που επηρεάζουν την ανάπτυξη τους ελέγχονται επακριβώς για να ανταποκρίνονται στις ανάγκες των φυτών. Κατά τη λειτουργία τους τα θερμοκήπια καταναλώνουν ενέργεια για τη θέρμανση και τη ψύξη του χώρου  καλλιέργειας, το φωτισμό και τη λειτουργία διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών και μηχανημάτων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ανάγκες για θέρμανση και ψύξη των θερμοκηπίων της χώρας είναι πολύ μεγαλύτερες από τις ανάγκες τους σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα καύσιμα και η ενέργεια που χρησιμοποιούνται σήμερα κατά κύριο λόγο στα θερμοκήπια είναι:

Α) Ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου (παραγόμενη κυρίως από ορυκτά καύσιμα),

Β) Φυσικό αέριο,

Γ) Πετρέλαιο, και

Δ) Στερεά βιομάζα σε σχετικά μικρή κλίμακα.

Συνεπώς η χρήση ορυκτών καυσίμων και ηλεκτρικής ενέργειας του δικτύου στα θερμοκήπια έχει σαν συνέπεια τις εκπομπές θερμοκηπιακών αερίων στην ατμόσφαιρα και στην επίταση της κλιματικής αλλαγής. Εναλλακτικά η κάλυψη σημαντικού μέρους ή και όλων των ενεργειακών αναγκών των σύγχρονων θερμοκηπίων θα μπορούσε να επιτευχθεί με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας καθώς και ενεργειακών τεχνολογιών υψηλής ενεργειακής απόδοσης και χαμηλών εκπομπών άνθρακα όπως:

1. Ηλιακής ενέργειας για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας,
2. Στερεάς βιομάζας για τη παραγωγή θερμότητας,
3. Χρήση γεωθερμίας χαμηλής ενθαλπίας για τη παραγωγή θερμότητας,
4. Διάχυτης θερμότητας του περιβάλλοντος με τη χρήση αντλιών θερμότητας υψηλής απόδοσης για τη παραγωγή θερμότητας και ψύξης, και
5. Συστημάτων συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού.

Χρήση ηλιακής ενέργειας

Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με φωτοβολταϊκά συστήματα. Αυτά μπορούν να τοποθετηθούν επί της στέγης των θερμοκηπίων ή σε παρακείμενο χώρο. Ημιδιαφανή Φ/Β πανέλα μπορούν να καλύψουν μέρος της στέγης των θερμοκηπίων μειώνοντας τη προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε βαθμό που δεν θα επηρεάζει την ανάπτυξη των φυτών. Στη περίπτωση αυτή το αγροτικό θερμοκήπιο μετατρέπεται σε ένα υβριδικό σύστημα παραγωγής τροφίμων και ενέργειας. Η υπάρχουσα σήμερα νομοθεσία στη χώρα επιτρέπει την εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων στα θερμοκήπια. Σε περιοχές με έντονη ανάπτυξη θερμοκηπιακών καλλιεργειών – όπου υπάρχει πλούσιο ηλιακό δυναμικό – θα μπορούσαν να δημιουργηθούν ενεργειακοί συνεταιρισμοί για τη συλλογική αξιοποίηση του ηλιακού δυναμικού για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το κόστος της ηλιακής ενέργειας είναι μηδενικό ενώ η χρήση της σε φωτοβολταϊκά συστήματα δεν παράγει αέριους ρύπους.

Χρήση της στερεάς βιομάζας

Η στερεά βιομάζα και κυρίως τα γεωργικά παραπροϊόντα και υπολείμματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν με καύση για τη παραγωγή θερμότητας. Συνήθως σαν καύσιμο χρησιμοποιείται το ελαιοπυρηνόξυλο, παραπροϊόν της βιομηχανίας επεξεργασίας του ελαιοκάρπου, αλλά και τα κουκούτσια πυρηνόκαρπων φρούτων, όπως τα ροδάκινα, βερίκοκα κ.α. Τα συστήματα καύσης τους είναι απλά, οικονομικά και αποτελεσματικά.  Το κόστος των γεωργικών παραπροϊόντων είναι σχετικά χαμηλό σε σχέση με το ενεργειακό τους περιεχόμενο. Κατά τη καύση της στερεάς βιομάζας εκλύονται καυσαέρια που εμπεριέχουν αέρια σωματίδια και CO₂. Η χρήση φίλτρων κατακράτησης αέριων σωματιδίων από τα συστήματα καύσης στερεάς βιομάζας όμως δεν είναι συνηθισμένη στα θερμοκήπια της χώρας. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η χρήση της βιομάζας για παραγωγή ενέργειας θεωρείται ότι έχει σχεδόν μηδενική συμβολή στις εκπομπές ανθρακούχων αερίων στην ατμόσφαιρα και στην επίταση της κλιματικής αλλαγής.

Χρήση γεωθερμίας χαμηλής ενθαλπίας γεωθερμικών ρευστών θερμοκρασίας 50-90^oC

Γεωθερμικά ρευστά χαμηλής ενθαλπίας, κυρίως γεωθερμικό νερό θερμοκρασιών περίπου 50-90^οC, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη κάλυψη των αναγκών θέρμανσης των θερμοκηπίων. Τα γεωθερμικά ρευστά χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση νερού (με εναλλάκτες θερμότητας) το οποίο κυκλοφορεί μέσα σε πλαστικούς σωλήνες τοποθετημένους στο δάπεδο των θερμοκηπίων θερμαίνοντας το χώρο καλλιέργειας των φυτών. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται ήδη σε πολλές χώρες καθώς και στην Ελλάδα. Ευνόητο είναι ότι πλησίον του χώρου του θερμοκηπίου θα πρέπει να βρίσκεται μία πηγή γεωθερμικού ρευστού. Προσοχή χρειάζεται όταν το γεωθερμικό ρευστό εμπεριέχει κάποιους ρύπους οι οποίοι μπορεί να ρυπάνουν το περιβάλλον και στη περίπτωση αυτή χρειάζεται προσεκτική απομάκρυνση τους. Το κόστος θέρμανσης στις περιπτώσεις αυτές περιλαμβάνει το κόστος χρήσης του γεωθερμικού πεδίου, μεταφοράς του ρευστού στο θερμοκήπιο και επιστροφής του στο γεωθερμικό πεδίο, της θέρμανσης του νερού με εναλλάκτες θερμότητας καθώς και τυχόν δαπάνες αντιμετώπισης των ρύπων.

Χρήση αντλιών θερμότητας

Οι αντλίες θερμότητας είναι συσκευές οι οποίες αξιοποιώντας τη διάχυτη θερμότητα του περιβάλλοντος παράγουν θερμική και ψυκτική ενέργεια καταναλώνοντας ηλεκτρική ενέργεια. Έχουν πολύ υψηλό βαθμό απόδοσης της τάξης του 300-400% δηλαδή για κάθε μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνουν παράγουν πολλαπλάσια θερμική ή ψυκτική ενέργεια και γι’ αυτό χρησιμοποιούνται ευρύτατα σήμερα. Οι Αντλίες θερμότητας μπορούν να καλύψουν όλες τις ανάγκες του θερμοκηπίου για θέρμανση και ψύξη. Κατά τη λειτουργία τους δεν παράγονται αέριοι ρύποι όμως το κόστος εγκατάστασης τους στα θερμοκήπια είναι υψηλό. Η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτούν μπορεί να παραχθεί με Φ/Β πλαίσια. Συνεπώς η συνδυασμένη χρήση Φ/Β πλαισίων  και αντλιών θερμότητας στα θερμοκήπια μπορεί να καλύψει όλες τις ενεργειακές ανάγκες τους και σε αυτή τη περίπτωση οι εκπομπές ανθρακούχων ρύπων στην ατμόσφαιρα είναι μηδενικές. 

Χρήση συστημάτων συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού

Τα συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού έχουν τη δυνατότητα να παράξουν ταυτόχρονα θερμική και ηλεκτρική ενέργεια. Η χρήση τους ενδείκνυται σε μεγάλους καταναλωτές ενέργειας μεταξύ των οποίων και μεγάλες θερμοκηπιακές εγκαταστάσεις. Είναι ενεργειακά συστήματα με μεγάλο βαθμό απόδοσης και χρησιμοποιούνται ευρύτατα σήμερα ιδιαίτερα εκεί όπου χρειάζεται ταυτόχρονα ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Χρησιμοποιούν κυρίως το φυσικό αέριο σαν καύσιμο και εκλύουν σχετικά μικρές ποσότητες ανθρακούχων αερίων στην ατμόσφαιρα. Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται σε “σύγχρονα βιομηχανικά θερμοκήπια” εμβαδού συνήθως άνω των 50 στρεμμάτων. Το χειμώνα η παραγόμενη θερμότητα καλύπτει τις ανάγκες θέρμανσης τους ενώ η συμπαραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για τη κάλυψη των αναγκών του θερμοκηπίου και η τυχόν περίσσεια διατίθεται στο ηλεκτρικό δίκτυο σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονισμούς. Το καλοκαίρι η παραγόμενη θερμότητα που δεν χρειάζεται στο θερμοκήπιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη ψύξη του χώρου καλλιέργειας με τη χρήση συστημάτων ψύξης με θερμική απορρόφηση.

Στο πίνακα 1 παρουσιάζονται διάφορα χαρακτηριστικά των συστημάτων παραγωγής ενέργειας στα θερμοκήπια με χαμηλές ή μηδενικές εκπομπές άνθρακα.

Πίνακας 1. Συστήματα παραγωγής ενέργειας στα θερμοκήπια με χαμηλές ή μηδενικές εκπομπές άνθρακα.

Ενεργειακή πηγή/καύσιμο	Τεχνολογία	Παραγόμενη ενέργεια	Βαθμός απόδοσης ενεργειακού συστήματος	Χρήση στη χώρα	Εκπομπές ανθρακούχων ρύπων	Κόστος καυσίμου
Ηλιακή ενέργεια	Φωτοβολταϊκά πλαίσια	Ηλεκτρική	16-18%	Ναι	Όχι	Όχι
Στερεά βιομάζα	Συστήματα καύσης	Θερμική	70-80%	Ναι	Ναι	Ναι
Διάχυτη θερμότητα του περιβάλλοντος και ηλεκτρική ενέργεια	Αντλίες θερμότητας υψηλής απόδοσης	Θερμική και ψυκτική	250-300%	Ναι	Όχι στο χώρο του θερμοκηπίου	Ναι
Φυσικό αέριο, πετρέλαιο, βιομάζα	Συστήματα καύσης και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας	Ηλεκτρική και θερμική	80-90%	Ναι	Ναι	Ναι
Γεωθερμικά ρευστά  χαμηλών θερμοκρασιών (50-90 οC)	Εναλλάκτες θερμότητας	Θερμική	60-85%	Ναι	Όχι	Όχι

Άλλες φιλικές στο περιβάλλον ενεργειακές τεχνολογίες

Άλλες φιλικές στο περιβάλλον ενεργειακές τεχνολογίες έχουν χρησιμοποιηθεί για τη κάλυψη των ενεργειακών αναγκών στα θερμοκήπια. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται οι κυψέλες καυσίμου, οι μικρές ανεμογεννήτριες εφόσον υπάρχει πλούσιο αιολικό δυναμικό στη περιοχή των θερμοκηπίων αλλά και η τεχνολογία  αξιοποίησης της απορριπτόμενης θερμότητας από βιομηχανίες εφόσον υπάρχουν τέτοιες βιομηχανίες πλησίον των θερμοκηπίων.

Κλιματικά ουδέτερα θερμοκήπια λόγω της  χρήσης ενέργειας

Η σημερινή πρόοδος στις ενεργειακές τεχνολογίες χαμηλών και μηδενικών εκπομπών άνθρακα επιτρέπει τη χρήση τους για τη κάλυψη όλων των ενεργειακών αναγκών των θερμοκηπίων της χώρας. Η ηλιακή ενέργεια και η βιομάζα αφθονούν στη χώρα σε αντίθεση με τα υγρά και αέρια ορυκτά καύσιμα τα οποία εισάγονται σήμερα. Η προαναφερθείσες ενεργειακές τεχνολογίες είναι ώριμες, αξιόπιστες και οικονομικές ενώ η πολιτεία προωθεί θεσμικά και επιδοτεί τη χρήση τους (και) στα θερμοκήπια. Λαμβάνοντας υπ’ όψη τις Εθνικές και Ευρωπαϊκές πολιτικές για το μετριασμό της κλιματικής αλλαγής, την ανάπτυξη της αειφόρου γεωργίας και την αύξηση της ενεργειακής επάρκειας και ασφάλειας η δημιουργία κλιματικά ουδέτερων θερμοκηπίων στη χώρα είναι τεχνικά εφικτή, οικονομικά ελκυστική και περιβαλλοντικά επιβεβλημένη.

Στο πίνακα 2 παρουσιάζεται η συνδυαστική χρήση φιλικών στο περιβάλλον ενεργειακών τεχνολογιών για το μηδενισμό των ανθρακούχων εκπομπών στα θερμοκήπια λόγω της χρήσης ενέργειας.

Πίνακας 2. Συνδυαστική χρήση ενεργειακών τεχνολογιών για το μηδενισμό των ανθρακούχων εκπομπών στα θερμοκήπια λόγω της χρήσης ενέργειας

Ενεργειακές πηγές	Παραγωγή θερμότητας	Παραγωγή ψυκτικής ενέργειας	Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας	Εκπομπές CO2
Ηλιακή ενέργεια και στερεά βιομάζα	Καύση στερεάς βιομάζας	Συστήματα ψύξης με ηλεκτρική ενέργεια	Φ/Β συστήματα	Ναι λόγω της χρήσης της βιομάζας
Ηλιακή ενέργεια, διάχυτη θερμότητα του περιβάλλοντος και ηλεκτρική ενέργεια	Αντλίες θερμότητας	Αντλίες θερμότητας	Φ/Β συστήματα	Όχι εφόσον η απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια  για την αντλία θερμότητας παράγεται με Φ/Β συστήματα
Ηλιακή ενέργεια και συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας	Συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας	Συστήματα ψύξης με ηλεκτρική ενέργεια ή συστήματα ψύξης με θερμική απορρόφηση	Συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας	Ναι εφόσον το καύσιμο είναι το φυσικό αέριο ή βιομάζα
Ηλιακή ενέργεια και γεωθερμία	Θερμική αξιοποίηση του γεωθερμικού ρευστού	Συστήματα ψύξης με ηλεκτρική ενέργεια	Φ/Β συστήματα	Όχι, πιθανή έκλυση αερίων που εμπεριέχονται στο γεωθερμικό ρευστό

Φωτό 1. Άποψη γεωργικού θερμοκηπίου με καλλιέργεια λαχανικών όπου στην οροφή του έχουν τοποθετηθεί φωτοβολταϊκά πλαίσια που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Φωτό 2. Η θέρμανση των θερμοκηπίων μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση στερεάς βιομάζας κυρίως γεωργικών και δασικών υποπροϊόντων και υπολειμμάτων τα οποία καίγονται σε κατάλληλους καυστήρες και το παραγόμενο ζεστό νερό θερμαίνει το χώρο του θερμοκηπίου.

Φωτό 3. Άποψη μεγάλου θερμοκηπίου στο Οντάριο του Καναδά το οποίο καλύπτει τις ενεργειακές του ανάγκες με σύστημα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού και καύσιμο φυσικό αέριο ισχύος 2.65 MW ενώ η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας πωλείται στο ηλεκτρικό δίκτυο.

Φωτό 4. Γεωθερμικά πεδία και περιοχές γεωθερμικού ενδιαφέροντος με τις  θερμοκρασίες των γεωθερμικών ρευστών στη χώρα. (Ο χάρτης προέρχεται από εργασία του καθηγητή Μιχάλη Φυτίκα).