Växter använder ljusvågor från endast en del av spektrumet för fotosyntes - resten kan återvinnas och användas för att generera solenergi. Det är tanken bakom solcellsmodulerna som utvecklats av EPFLs startup Voltiris. Efter uppmuntrande preliminära resultat installerades nyligen en ny pilotinstallation i Graubünden.

I Schweiz kräver odling av tomater, gurkor, paprika och andra ljus- och värmeintensiva grönsaker att bygga ett växthus - men att driva ett förbrukar enormt mycket energi. Jordbrukare måste noggrant balansera skördar och ekonomi med miljöhänsyn. "Det kostar mer än 1,5 miljoner CHF per år att värma ett 5 hektar stort växthus", säger Nicolas Weber, VD för Voltiris. "Och ett växthus av den storleken släpper ut ungefär samma mängd CO₂ per år som 2 000 personer."

Den schweiziska federationen av frukt- och grönsaksodlare, som odlar flera tusen hektar över hela landet, har satt som mål att eliminera all fossilbränslebaserad energi från sina jordbruksprocesser till 2040. Systemet som utvecklats av Voltiris kan gå långt mot att nå det målet. Dess teknologi är baserad på det faktum att växter inte använder alla vågor som finns i solljus; de återstående kan koncentreras till fotovoltaiska (PV) celler för att generera solenergi. Voltiris system är lätt och designat för att spåra solens rörelse över himlen, och har en daglig avkastning i nivå med konventionella solpaneler. De första grönsakerna som odlades under Voltiris system skördades i somras genom pilottester som utfördes i två växthus, i kantonerna Valais och Graubünden.

Solljus är viktigt för att odla grödor, eftersom växter behöver det för inte bara fotosyntes utan också för fototropism (det som får växter att växa i ljusets riktning) och fotoperiodism (hur organismer reagerar på säsongsmässiga förändringar i längden på dagen). Men växter är selektiva om vilka delar av spektrumet de använder och förlitar sig på rött och blått ljus. Voltiris filter låter därför dessa våglängder passera, samtidigt som de styr de andra våglängderna (grönt och nära-infrarött) mot PV-celler där de omvandlas till solenergi. Dessutom genererar systemet denna förnybara energi utan att minska skördarna, eftersom växter fortfarande får allt solljus de behöver.

Systemet består av dikroiska speglar, som visar olika färger, beroende på observationsförhållandena. Färgen på glaset – som påminner om den antireflexbeläggning som används på glasögon – ger speglarna en nästan dekorativ känsla när de ändrar färger baserat på ljuset som passerar genom dem. Två patenterade uppfinningar är det som gör Voltiris system unikt och kan prestera så bra. Det första är ett optimerat optiskt system som effektivt koncentrerar solljus, och det andra är en solfångaranordning designad för användning under tak, som förlänger den tid som systemet kan producera solenergi med 40 %.

Tack vare dessa genombrott kan systemet uppnå avkastning som liknar de för konventionella solpaneler men med bara hälften av ljusvågorna – dvs grönt och nära-infrarött ljus. "Vi planerar att tillämpa olika behandlingar på det reflekterande glaset baserat på specifika grödors behov, för att förbättra våra skördar ytterligare", säger Weber. Den lätta installationen passar in i det tomma utrymmet mellan taket på växthuset och toppen av växterna.

Tillgodose 60–100 % av ett växthus energibehov

Pilottester av det nya systemet har visat att de borde kunna skära växthusens CO₂ utsläpp till hälften samtidigt som de tillgodoser mellan 60 % och 100 % av deras energibehov beroende på vilket värmesystem som finns på plats:"utsläppen reduceras inte till noll eftersom vårt system kommer att börja ersätta el, som i allmänhet är "renare" än gas. "Detta översätts till en miljövinst men också en ekonomisk sådan, när kostnaderna för systemet har återvunnits, vilket bör ta mellan fyra och sju år, säger Weber.

Voltiris innovation kommer vid en läglig tidpunkt, eftersom den schweiziska federala regeringen har rullat ut incitament under de senaste åren för att uppmuntra växthusoperatörer att minska sitt beroende av fossila bränslen för uppvärmning. Dessa incitament inkluderar subventioner för system för ren energi. Men befintliga alternativ, som ved, biobränsle och geotermisk kraft, räcker förmodligen inte. Tekniken som utvecklats av Voltiris lovar därför att bli en attraktiv lösning. Företaget planerar nu att köra fler pilottester i Nederländerna och Genève innan de introducerar sin produkt på marknaden under andra halvan av 2023. + Utforska vidare

Nästa generation av växthus kan vara helt solenergidrivna