إعادة تدوير أنظمة الاستزراع المائي

إعادة تدوير أنظمة الاستزراع المائي: تحسين أداء السلمون الأطلسي

كوكب مستدام

18 مايو 2022

تم تصميم مشروع RAS 4.0 ، الذي يقوده معهد أبحاث الغذاء النرويجي Nofima ، لتحسين أنظمة إعادة تدوير الأحياء المائية لتحسين رفاهية وأداء السلمون الأطلسي. هنا ، تشرح يلينا كولارفيتش ، قائدة المشروع والباحثة الأولى في Nofima ، المزيد.

جيلينا كولارفيتش ، باحثة أولى في نوفيما

تربية الأحياء المائية لديها إمكانات لا شك فيها للمساهمة في زيادة إمدادات البروتين لسكان العالم المتزايدين. في الآونة الأخيرة ، كانت الطريقة الأسرع نموًا والأكثر فاعلية لإنتاج البروتين للاستهلاك البشري. على مدى السنوات العشرين الماضية ، تضاعف الإنتاج العالمي من تربية الأحياء المائية ثلاث مرات من 34 إلى 112 مليون طن متري من الوزن الحي ، ويتزايد الطلب على منتجات تربية الأحياء المائية. كما زاد إنتاج وتصدير المأكولات البحرية في النرويج في السنوات الأخيرة. تعد النرويج اليوم ثاني أكبر دولة مصدرة للمأكولات البحرية ، حيث تم تصدير 3.1 مليون طن متري من المأكولات البحرية بقيمة 12.1 مليار يورو في عام 2021. السلمون الأطلسي هو أهم وأهم عنصر تصدير المأكولات البحرية ، حيث يمثل ما يقرب من 68 ٪ من إجمالي قيمة الصادرات في العام الماضي.

ومع ذلك ، فقد خضعت استدامة إنتاج السلمون الأطلسي وأدائه في تربية الأحياء المائية للتدقيق في العقود القليلة الماضية بسبب مساهمته المحتملة في انخفاض مخزون الأسماك البرية في جميع أنحاء العالم. على وجه التحديد ، يعتبر سمك السلمون الأطلسي من الأنواع آكلة اللحوم التي تتطلب استخدام زيت السمك ومسحوق السمك في نظامه الغذائي ، لإدارة أدائه ورفاهيته ، والتي تنشأ بشكل أساسي من الأنشوجة والرنجة والكريل. تم استهداف هذه الأنواع بشكل كبير من قبل مصايد الأسماك بسبب ارتفاع الطلب على مسحوق السمك والزيت.

لتلبية الطلب المتزايد على الأغذية المنتجة بشكل مستدام ، بُذلت جهود لاستبدال المنتجات القائمة على الأسماك في علف السلمون بمصادر بديلة للبروتين ، بما في ذلك البروتينات النباتية والمكونات الميكروبية والطحالب والحشرات. وقد تم ذلك بالتوازي مع البحث المكثف حول كفاءة الأعلاف وتغذية الأسماك. ونتيجة لذلك ، انخفضت كمية زيت السمك ومسحوق السمك في علف السلمون من 90٪ في التسعينيات إلى 25٪ الآن.

        

        

        

الابتكار في الاستزراع المائي النرويجي

كان التحدي الآخر الذي يواجه الاستدامة في صناعة السلمون النرويجي في السنوات الأخيرة هو إدارة مسببات الأمراض والطفيليات أثناء الإنتاج. منذ عام 2017 ، كان معدل وفيات السلمون الأطلسي المبلغ عنه بين 14.7-16.1 ٪ من إجمالي الإنتاج ، وهو ما يمثل 54 مليون فرد في عام 2021. كانت مكافحة قمل السلمون بمثابة كعب أخيل الذي يعيق أهداف الإنتاج المرغوبة ، ويزيد من تكاليف التشغيل ، ويؤثر على رفاهية الأسماك ويقلل من أرباح صناعة تربية الأحياء المائية السلمون.

وقد بذلت محاولات للحد من استخدام المواد الكيميائية في معالجة هذا الطفيل لمنع مقاومته المكتسبة والحد من التلوث البيئي. بدلاً من ذلك ، تم القيام باستثمارات ضخمة في تطوير تقنيات جديدة لإزالة الأسماك أو منع الاتصال بين السلمون وقملة البحر. تم تطوير واختبار تقنيات إنتاج جديدة ومبتكرة ، مثل أغطية قمل البحر للأقفاص البحرية أو أنظمة الاحتواء شبه المغلقة العائمة في البحر ، كطرق لمنع الإصابة بالقمل. إعادة تدوير أنظمة الاستزراع المائي (RAS) تم استخدامها في العقد الماضي كحل فعال لزيادة الأمن البيولوجي والسيطرة على الطفيليات ومسببات الأمراض. في الوقت نفسه ، يوفر RAS طريقة أكثر صداقة للبيئة لإنتاج سمك السلمون.

في النرويج ، كان استخدام RAS مدفوعًا بنقص المياه العذبة التي من شأنها أن تسمح بزيادة الإنتاج في مفرخات السلمون قبل مرحلة التسمين في الأقفاص البحرية. ومع ذلك ، أدت المشكلات المتعلقة بقمل السلمون والهاربين وزيادة الوفيات إلى تغيير اللوائح التي سمحت بالإنتاج المطول للسلمون على الأرض في المياه العذبة والمياه المالحة ومياه البحر. حاليًا ، يقوم عدد من منتجي السلمون في النرويج بإنتاج أسماك أكبر على اليابسة في RAS ، تليها مرحلة إنتاج مياه البحر الأقصر. وبهذه الطريقة ، يمكن تقليل الإنتاج في البحر إلى سبعة أشهر فقط ، وبالتالي يمكن تقليل الحاجة إلى استخدام المواد الكيميائية والطرق الأخرى لمحاربة القملة. ومع ذلك ، فإن RAS هي أغلى طريقة لإنتاج السلمون في النرويج وهي قابلة للتطبيق ، وذلك بسبب الزيادة المستمرة في تكاليف تشغيل الإنتاج في قفص البحر. © 1 iStock / slowmotiongli-122

ما هي أنظمة الاستزراع المائي المعاد تدويرها (RAS)؟

RAS هي أنظمة إنتاج أرضية تسمح بتقليل استخدام المياه العذبة الجديدة من خلال معالجة وإعادة استخدام مياه المعالجة من أحواض الأسماك. من الشائع إعادة استخدام أكثر من 90٪ من المياه في RAS ، بينما يتم معالجة الكميات الصغيرة من المياه الجديدة المضافة يوميًا بدرجات مختلفة لمنع دخول الطفيليات مثل القمل ومسببات الأمراض المحتملة. تسمح المعالجة المكثفة لمياه الصرف من مرافق RAS بجمع المغذيات غير المستخدمة وإعادة تقييمها ، مما يخلق قيمة ويقلل من التلوث البيئي المحتمل. يمكن وضع إنتاج RAS بالقرب من السوق ، مما يقلل من البصمة البيئية المرتبطة بالنقل والخدمات اللوجستية ، وهو سبب آخر وراء اعتبار هذه التكنولوجيا أكثر استدامة من الناحية البيئية. ومع ذلك ، من المهم الإشارة إلى أن ارتفاع الطلب على الطاقة لتشغيل RAS يقوض إمكانات الاستدامة.

في إطار معالجة RAS ، يتم إزالة العلف غير المأكول والفضلات من الأسماك ميكانيكيًا ، بينما يتم استخدام الترشيح البيولوجي لإزالة المستقلبات السامة التي تنتجها الأسماك ، مثل الأمونيا والنتريت. تعتبر عمليات تبادل الغازات ضرورية لإثراء الماء بالأكسجين ولإزالة ثاني أكسيد الكربون ، مما يوفر للأسماك الظروف اللازمة للنمو الأمثل.

غالبًا ما يُذكر أن RAS توفر ظروف إنتاج محكومة بالكامل يمكن تكييفها مع احتياجات الحيوانات المستزرعة. يمكن تحديد ذلك للتحكم في درجة الحرارة والأكسجين ودرجة الحموضة داخل الأنظمة ، جنبًا إلى جنب مع تدفق المياه وسرعة المياه وإضافة مياه جديدة. ومع ذلك ، فإن التحكم الآلي بالكامل في معايير جودة المياه الرئيسية ، مثل الأمونيا وثاني أكسيد الكربون والعكارة ، ثم إدارة التغذية واستخدام الطاقة ، لا تزال غائبة.

حاليًا ، يتم قياس معلمات جودة المياه الرئيسية يدويًا كقياسات نقطية تعمل كأساس لاتخاذ القرار أثناء العمليات اليومية. يتم تغذية الأسماك على أساس الكتلة الحيوية المقدرة في النظم ، والتي يمكن أن تؤدي في كثير من الأحيان إلى الإفراط في التغذية وتفجير نوعية المياه أو نقص التغذية ، مما يؤدي إلى انخفاض رفاهية الأسماك المنتجة. تم تصميم العديد من عمليات معالجة المياه لتحقيق أقصى قدرة إنتاجية ولا يمكن تحسينها لتقليل استخدام الطاقة عندما تكون الكتلة الحيوية أقل.

تتمثل العوائق الرئيسية للوصول إلى المستوى المطلوب من الأتمتة في الافتقار إلى أجهزة استشعار موثوقة لقياس هذه المعلمات الرئيسية ونقص النماذج التي تصف العلاقات الديناميكية فيما بينها. تتفاعل كل هذه العناصر من خلال آليات بيولوجية / كيميائية / فيزيائية معقدة غير مفهومة تمامًا. لذلك ، لا يكفي التحكم في معلمة واحدة أو تحسينها في كل مرة - يلزم وجود نموذج شامل للنظام بأكمله لتحقيق هذا المستوى من التحكم في RAS.

         

         

         

RAS 4.0

في عام 2021 ، قام مجلس الأبحاث في النرويج بتمويل مشروع بحثي مدته أربع سنوات ، يُعرف باسم RAS 4.0 ، بهدف توفير أتمتة الاستجابة السريعة المدفوعة بيولوجيًا لظروف الإنتاج في RAS. سيتحقق ذلك من خلال دمج تقنية المستشعرات الجديدة وتكامل البيانات والخوارزميات الذكية للتحكم الأمثل في معايير جودة المياه الرئيسية وإدارة التغذية واستخدام الطاقة. سيؤدي الابتكار الرئيسي إلى إنشاء حلقات تحكم جديدة داخل RAS ، تتناول جميع الجوانب الثلاثة قيد التركيز: التحكم في الأوزون ، والتحكم في الأمونيا ، والتحكم في التغذية ، والتحكم في استخدام الطاقة في التشغيل اليومي. بحلول نهاية المشروع ، نأمل في دمج حلقات التغذية الراجعة الجديدة في عملية RAS والتحقق من صحة تشغيلها باستخدام RAS الرقمي المزدوج والاختبار التجريبي.

RAS 4.0 هو تعاون بين Nofima ، مالك المشروع ، وشركاء البحث NORCE ، UiT-the Arctic University of Norway ، وشركاء الصناعة ، وموردي التكنولوجيا Searis ، و CreateView ، و Pure Salmon Kaldnes ، و OxyGuard ، ومجموعة Lerøy للمأكولات البحرية النرويجية.

يستخدم المشروع خبرة التقنيات الراسخة لدى شركاء الصناعة والمعرفة من أجهزة الاستشعار ومعايير البيانات والتكامل. جنبًا إلى جنب مع شركاء البحث الرائدين في تكنولوجيا RAS ، وعلم وظائف الأعضاء السمكية ، والسلوك ، والرفاهية ، والتعلم الآلي ، وتحليلات البيانات ، والكاميرات الذكية ، ورؤية الكمبيوتر ، نحن نعمل على تطوير مناهج رقمية ذكية للاتصال وتحسين بعض الجوانب المادية والرقمية والبيولوجية جوانب النظام.

الهدف من RAS 4.0 مدفوع بالفرضية القائلة بأن تحسين ظروف الإنتاج والتحكم فيها بناءً على العوامل البيولوجية في RAS سيؤدي إلى تحسين رفاهية وأداء سمك السلمون الأطلسي. تضمن التغذية الذكية للأسماك وفقًا للكتلة الحيوية الفعلية والشهية نموًا مثاليًا للأسماك وتقليل نفايات العلف. ستضمن مراقبة جودة المياه الذكية ظروفًا بيئية مستقرة أثناء الإنتاج ، مما يقلل من احتمالية حدوث حلقات غير متوقعة يمكن أن تؤدي إلى تقليل رفاهية الأسماك ونفوقها. سيسمح للمنتجين باستخدام مصادر الطاقة بكفاءة وفقًا لاحتياجات الإنتاج. ستزيد هذه التحسينات من الاستدامة البيئية والاقتصادية لإنتاج RAS وستقلل من المخاطر التشغيلية والاستثمارية.

نتائج إعلامية

سيخلق مشروع RAS 4.0 معرفة قيمة للغاية يمكن استخدامها من قبل تربية الأحياء المائية وموردي الصناعة الذين يعملون لتحقيق أقصى قدر من استدامة هذه العمليات. يقدم موردو التكنولوجيا في هذا المشروع المنتجات المتاحة تجاريًا لرصد الأسماك أو العمليات في تربية الأحياء المائية و RAS أو موردي RAS. سيحفز هذا المشروع جهودهم الحالية الهادفة إلى رقمنة وأتمتة RAS وتكامل منتجاتهم بأفضل طريقة ممكنة في عمليات RAS الحالية.

بالنسبة لمنتجي السلمون الأطلسي ، يعتبر أداء النمو الأمثل ورفاهية الأسماك والإنتاج الفعال شرطًا أساسيًا للإنتاج المستدام. الأتمتة هي الخطوة المنطقية التالية في تطوير RAS التي ستسمح لهم بتعظيم الخبرة الحالية والتعلم منها. تعد القدرة على التنبؤ بالأحداث أثناء الإنتاج بناءً على تحليل البيانات جانبًا آخر يحتل مكانة عالية في قائمة رغبات المنتجين. سيؤدي تحقيق إمكانات RAS إلى تقليل الضغط لزيادة الإنتاج في البحر وتأمين زيادة الاستثمار في هذا الحل المهم والمستدام بيئيًا لإنتاج الأسماك.

جيلينا كولارفيتش
باحث أول
نوفيما

• سنة التأسيس
  --
• نوع العمل
  --
• البلد / المنطقة
  --
• الصناعة الرئيسية
  --
• المنتجات الرئيسية
  --
• الشخص الاعتباري
  --
• عدد الموظفي
  --
• قيمة الإخراج السنوي
  --
• سوق التصدير
  --
• تعاون العملاء
  --