Studija slučaja primjene senzora otopljenog kisika u preciznoj aeraciji

I. Pozadina projekta: Izazovi i prilike indonezijske akvakulture

Indonezija je drugi najveći svjetski proizvođač akvakulture, a industrija je ključni stup nacionalnog gospodarstva i sigurnosti hrane. Međutim, tradicionalne metode poljoprivrede, posebno intenzivna poljoprivreda, suočavaju se sa značajnim izazovima:

• Rizik od hipoksije: U ribnjacima visoke gustoće, disanje riba i razgradnja organske tvari troše velike količine kisika. Nedovoljna količina otopljenog kisika (DO) dovodi do sporog rasta riba, smanjenog apetita, povećanog stresa i može uzrokovati gušenje i smrtnost velikih razmjera, što rezultira razornim ekonomskim gubicima za poljoprivrednike.
• Visoki troškovi energije: Tradicionalni aeratori često se napajaju dizelskim generatorima ili mrežom i zahtijevaju ručno upravljanje. Kako bi izbjegli noćnu hipoksiju, poljoprivrednici često kontinuirano koriste aeratore dulje vrijeme, što dovodi do ogromne potrošnje električne energije ili dizela i vrlo visokih operativnih troškova.
• Ekstenzivno upravljanje: Oslanjanje na ručno iskustvo za procjenu razine kisika u vodi - poput promatranja "dahću li ribe" na površini - vrlo je netočno. Do trenutka kada se primijeti dahtanje, ribe su već pod jakim stresom i često je prekasno započeti aeraciju u ovom trenutku.

Kako bi se riješili ovi problemi, u Indoneziji se promoviraju inteligentni sustavi za praćenje kvalitete vode temeljeni na tehnologiji Interneta stvari (IoT), pri čemu senzor otopljenog kisika igra ključnu ulogu.

II. Detaljna studija slučaja primjene tehnologije

Lokacija: Srednje do velike farme tilapije ili škampa u obalnim i kopnenim područjima otoka izvan Jave (npr. Sumatra, Kalimantan).

Tehničko rješenje: Implementacija inteligentnih sustava za praćenje kvalitete vode integriranih sa senzorima otopljenog kisika.

1. Senzor otopljenog kisika – „osjetni organ“ sustava

• Tehnologija i funkcija: Koristi optičke senzore temeljene na fluorescenciji. Princip uključuje sloj fluorescentne boje na vrhu senzora. Kada je pobuđena svjetlošću određene valne duljine, boja fluorescira. Koncentracija otopljenog kisika u vodi gasi (smanjuje) intenzitet i trajanje ove fluorescencije. Mjerenjem ove promjene precizno se izračunava koncentracija otopljenog kisika.
• Prednosti (u odnosu na tradicionalne elektrokemijske senzore):
  • Bez održavanja: Nema potrebe za zamjenom elektrolita ili membrana; intervali kalibracije su dugi, što zahtijeva minimalno održavanje.
  • Visoka otpornost na smetnje: Manje je osjetljiv na smetnje uzrokovane protokom vode, sumporovodikom i drugim kemikalijama, što ga čini idealnim za složena okruženja ribnjaka.
  • Visoka točnost i brz odziv: Pruža kontinuirane, točne podatke o oštećenom kisiku u stvarnom vremenu.

2. Integracija sustava i tijek rada

• Prikupljanje podataka: Senzor rastvorenog kisika (DO) trajno je instaliran na kritičnoj dubini u ribnjaku (često u području najudaljenijem od aeratora ili u srednjem sloju vode, gdje je DO obično najniži), prateći vrijednosti DO 24/7.
• Prijenos podataka: Senzor šalje podatke putem kabela ili bežično (npr. LoRaWAN, mobilna mreža) do solarnog uređaja za bilježenje podataka/pristupnika na rubu ribnjaka.
• Analiza podataka i inteligentno upravljanje: Pristupnik sadrži kontroler unaprijed programiran s gornjim i donjim graničnim vrijednostima rastvorenog kiseonika (npr. početak aeracije na 4 mg/L, zaustavljanje na 6 mg/L).
• Automatsko izvršavanje: Kada podaci o rastvorenom kisiku u stvarnom vremenu padnu ispod postavljene donje granice, kontroler automatski aktivira aerator. Isključuje aerator kada se rastvoreni kisik vrati na sigurnu gornju razinu. Cijeli proces ne zahtijeva ručnu intervenciju.
• Daljinsko praćenje: Svi se podaci istovremeno prenose na platformu u oblaku. Poljoprivrednici mogu daljinski pratiti status rastvorenog kisika i povijesne trendove svakog ribnjaka u stvarnom vremenu putem mobilne aplikacije ili računalne nadzorne ploče te primati SMS upozorenja za uvjete niske razine kisika.

III. Rezultati i vrijednost primjene

Usvajanje ove tehnologije donijelo je revolucionarne promjene indonezijskim poljoprivrednicima:

1. Značajno smanjena smrtnost, povećan prinos i kvaliteta:
   • Precizno praćenje 24/7 u potpunosti sprječava hipoksične događaje uzrokovane noćnim satima ili naglim promjenama vremena (npr. vruća, mirna poslijepodneva), drastično smanjujući smrtnost riba.
   • Stabilno okruženje s rastvorenim kiseonikom smanjuje stres riba, poboljšava omjer konverzije hrane (FCR), potiče brži i zdraviji rast te u konačnici povećava prinos i kvalitetu proizvoda.
2. Značajne uštede na energiji i operativnim troškovima:
   • Prebacuje rad s "24/7 aeracije" na "aeraciju po potrebi", smanjujući vrijeme rada aeratora za 50%-70%.
   • To izravno dovodi do naglog pada troškova električne energije ili dizela, značajno smanjujući ukupne troškove proizvodnje i poboljšavajući povrat ulaganja (ROI).
3. Omogućuje preciznost i inteligentno upravljanje:
   • Poljoprivrednici su oslobođeni radno intenzivnog i netočnog zadatka stalnih provjera ribnjaka, posebno tijekom noći.
   • Odluke utemeljene na podacima omogućuju znanstvenije planiranje hranjenja, lijekova i izmjene vode, omogućujući moderan prijelaz s „poljoprivrede temeljene na iskustvu“ na „poljoprivredu utemeljenu na podacima“.
4. Poboljšane mogućnosti upravljanja rizicima:
   • Mobilna upozorenja omogućuju poljoprivrednicima da budu odmah svjesni abnormalnosti i reagiraju na daljinu, čak i kada nisu na licu mjesta, što uvelike poboljšava njihovu sposobnost upravljanja iznenadnim rizicima.

IV. Izazovi i budući izgledi

• Izazovi:
  • Početni trošak ulaganja: Početni trošak senzora i sustava automatizacije ostaje značajna prepreka za male, pojedinačne poljoprivrednike.
  • Tehnička obuka i usvajanje: Neophodna je obuka tradicionalnih poljoprivrednika za promjenu starih praksi i učenje korištenja i održavanja opreme.
  • Infrastruktura: Stabilna opskrba električnom energijom i mrežna pokrivenost na udaljenim otocima preduvjeti su za stabilan rad sustava.
• Budući izgledi:
  • Očekuje se da će troškovi opreme nastaviti padati kako tehnologija sazrijeva i postižu se ekonomije razmjera.
  • Vladine i nevladine (NVO) subvencije i promocijski programi ubrzat će usvajanje ove tehnologije.
  • Budući sustavi integrirat će ne samo otopljeni kisik, već i senzore pH, temperature, amonijaka, mutnoće i druge senzore, stvarajući sveobuhvatni „podvodni IoT“ za ribnjake. Algoritmi umjetne inteligencije omogućit će potpuno automatizirano, inteligentno upravljanje cijelim procesom akvakulture.

Zaključak

Primjena senzora otopljenog kisika u indonezijskoj akvakulturi vrlo je reprezentativna priča o uspjehu. Preciznim praćenjem podataka i inteligentnim upravljanjem učinkovito se rješavaju ključne bolne točke industrije: rizik od hipoksije i visoki troškovi energije. Ova tehnologija ne predstavlja samo nadogradnju alata već revoluciju u filozofiji poljoprivrede, vodeći indonezijsku i globalnu industriju akvakulture prema učinkovitijoj, održivijoj i inteligentnijoj budućnosti.