21.4 Avaliação de tipologias de gabinete e possíveis aplicações
O desempenho real das explorações aquapônicas depende de muitos fatores específicos de casos. Algumas conclusões preliminares sobre as vantagens, desafios e possíveis aplicações das tipologias de recinto podem ser tiradas a partir da comparação de um conjunto relativamente pequeno de estudos de caso. Será necessário um estudo empírico de um número mais significativo de estudos de caso existentes para estabelecer uma correlação entre tipo de recinto, localização geográfica e sucesso comercial.
As greenhouses_ oferecem uma opção comercialmente viável para operações aquapônicas apenas em climas temperados com invernos amenos e verões moderados, devido à sua limitada capacidade de controle ambiental. Em locais que não exigem muito aquecimento e resfriamento, as fazendas que usam essa tipologia de estufa podem operar de forma eficiente em termos de recursos, com menor investimento inicial para seu gabinete. Essas fazendas geralmente operam com um orçamento mais baixo e incluem os tanques de peixes na mesma estufa, o que limita sua seleção de espécies de peixes para aqueles com uma grande tolerância à temperatura e atrai seu foco comercial para a produção de alface, folhas verdes e ervas aromáticas.
As estufas solares passivas dependem de sistemas passivos, especificamente o uso de massa térmica, para controlar o clima interno. O uso desta tipologia para sistemas aquapônicos é vantajoso, uma vez que o grande volume de água nos tanques de peixes fornece massa térmica adicional. Devido à sua eficiência energética, eles são frequentemente usados em latitudes do norte, onde estufas convencionais exigiriam um alto nível de aquecimento suplementar. No entanto, operar qualquer estufa nessas regiões depende do uso de iluminação suplementar devido aos baixos níveis de luz e horários de luz do dia curtos durante a temporada de inverno. Embora as estufas solares passivas na Europa e América do Norte sejam atualmente usadas em pequena escala experimental, a aplicação mais geral bem sucedida dessas estufas de inclinação única e eficiente energia em 1,83 milhões de hectares de terras agrícolas na China mostra que esta tipologia pode ser implementado com sucesso em grande escala (Gao et al. 2010).
As estufas de alta tecnologia, especialmente os grandes sistemas ligados à calha do estilo Venlo, são o padrão da indústria para a produção hidropônica comercial. As maiores explorações aquapônicas comerciais bem financiadas usam essa tipologia para seus sistemas de cultivo hidropônico em conjunto com um compartimento separado para sua infraestrutura aquícola. Esta configuração garante o mais alto nível de controle ambiental, bem como produtividade de culturas e peixes. Tecnicamente, este tipo de estufa pode ser operado em qualquer lugar, desde que a receita produzida pague os altos custos de energia e operação em climas extremos. No entanto, este tipo de operação pode não ser ambientalmente sensível em algumas latitudes do norte devido à extensa necessidade de aquecimento e iluminação suplementar. A pegada ambiental exata de uma estufa de alta tecnologia só pode ser avaliada por projeto e depende principalmente da qualidade das fontes de energia utilizadas para o calor e a luz suplementares.
A maioria das estufas no telhado são estufas de alta tecnologia estilo Venlo construídas em telhados. Embora se apliquem benefícios e desafios semelhantes, a construção de estufas de cobertura é ainda mais dispendiosa do que a de estufas regulares de alta tecnologia, principalmente devido a códigos de construção e requisitos arquitetônicos. O sistema estrutural de estufas de telhado é muitas vezes superdimensionado para cumprir os códigos de construção para edifícios de escritórios comerciais, que são mais rigorosos do que os requisitos de código de construção para estruturas agrícolas. Além disso, as operações aquapônicas em telhados precisam de infraestrutura adicional para acessar o telhado e cumprir as normas de incêndio e saída, o que gerou uma estufa equipada com aspersores em um exemplo recente (Proksch 2017). A aplicação mais promissora de estufas de telhado está no topo de edifícios anfitriões em centros urbanos. Os telhados urbanos geralmente oferecem amplo acesso à luz solar, que as estufas exigem para funcionar de forma eficaz — um recurso que geralmente está faltando, ou pelo menos não é consistente devido à sombra, ao nível do solo em áreas urbanas densas (Ackerman 2012). Se projetado propositadamente, os edifícios hospedeiros podem oferecer outros recursos, como calor de exaustão e CoSub2/Sub, que podem tornar a operação de uma fazenda aquapônica no telhado mais viável. Este tipo de integração com o edifício anfitrião pode gerar sinergias energéticas e ambientais que melhoram o desempenho da estufa e do edifício anfitrião.
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Fig. 21.10 Caixa aquapônica INAPRO com duas seções, opaco para peixes e estufa para plantas (Murcia, Espanha)
Espaços de crescimento interior dependem inteiramente de iluminação artificial e sistemas de controle ativo para aquecimento, resfriamento e ventilação, o que resulta em um alto nível de consumo de energia, pegada ambiental e custo de operação. Esta tipologia é mais aplicável em áreas com invernos frios e curtos períodos de crescimento, onde a exposição natural à luz solar e ganho de calor é baixa e uma suplementação extensa é necessária para operar uma estufa aquapônica comercial. O uso de um invólucro opaco permite altos níveis de isolamento, o que reduz a perda de calor durante os meses de inverno e proporciona autonomia de oscilações externas de temperatura. Além de sua dependência da iluminação elétrica, o crescimento interno excede a produtividade de estufas medida em outros recursos, como água, Cosub2/Sub e área de terra (Graamans et al. 2018). Além disso, a produção por unidade de área terrestre pode ser muito maior através do uso de sistemas de crescimento empilhados. Em relação à integração urbana da aquapônica nas cidades, os espaços de cultivo interiores permitem a reutilização adaptativa de edifícios industriais e armazéns, o que pode reduzir o custo inicial para a construção do recinto e apoiar a integração de fazendas aquapônicas em bairros carentes.
A configuração do projeto Innovative Aquaponics for Professional Applications (INAPRO, 2018) incluiu a comparação do mesmo sistema aquapônico de última geração e tecnologia de estufa, em vários locais na Alemanha, Bélgica e Espanha. O sistema aquaponico localizado na China foi alojado em uma estufa solar passiva. As instalações aquapônicas da INAPRO na Europa utilizaram um tipo de estufa revestida de vidro para a produção de plantas e um componente industrial para tanques de peixes e unidades de filtração (Fig. 21.10). O projeto INAPRO demonstra que as tecnologias de efeito estufa precisam ser adaptadas e escolhidas para se adaptarem às condições climáticas locais. A equipe espanhola INAPRO descobriu, que o recinto selecionado foi bem adequado para as regiões mais frias do norte da Europa, mas não as mais quentes, regiões mediterrânicas no sul da Europa. Esta observação destaca a importância de mais pesquisas sobre o desempenho de tipologias de estufas para avançar no campo das operações aquaponicas comerciais.
Embora a comparação das diferentes tipologias revele certos padrões de desempenho entre a tipologia, a localização e o investimento (Quadro 21.3), para uma compreensão abrangente do desempenho das explorações agrícolas e do impacto ambiental, é necessário um sistema mais robusto para a análise e concepção dos compartimentos agrícolas.