Podcast: Spårbarhet och transparens med blockkedja

Något som binder samman alla våra projekt är digitalisering av processerna. Nu kan vi berätta att vi har ett samarbete med IBM Accelerator Sweden och ATEA Sverige där vi jobbar med att bygga en integration av de data system som vi använder med IBM FoodTrust.

Lyssna på en podcast från Techradar om vårt samarbete med IBM Accelerator Sweden.

Techradar podcast: Från mikroekosystem till makrosamarbeten

Vi vill gärna välja ekologiskt och närproducerat – men hur kan vi veta vad det egentligen är vi har på tallriken, hur ska vi kunna följa varje råvara från producenten till affären och hur kan vi veta vad som har hänt på vägen?  Hör oss berätta om cirkulär odling, akvaponi, hållbarhet, miljö och om alla de utmaningar man kan ställas inför som en startup – och om hur IBM kan hjälpa till. Vi pratar också om hur en önskan att lämna planeten tillsammans med ett besök på en science fiction-mässa kan leda till att man börjar ägna sig åt kretsloppsbaserad odling.

Lyssna på podcasten från Techradar.

Build an aquaponic indoor farm – part 3 – build log

This is a description of how we at Johannas Stadsodlingar (urban farms) and Concinnity together have built Johanna’s aquaponic pilot facility. We want to share how we did it and our thinking behind it. There is quite a lot to think about, so there will be several posts to cover most things.

There are quite a few parts to the work of building a pilot plant for aquaponics. When we started, we thought it might take 9 months to do the job. We were wrong. It took almost two years. We worked mostly in the evenings and weekends during the first 9 months. After that, one of us started working full time in the company and during the past year we have also had additional help full time. We did not spend all the time building, but a large part of the time was spent on construction.

The building we are in a is an old farmhouse for cows, built in the eighties. It is 900 squremeters, and about 55 meters long and 16 meter wide internally.

IMG_7869

First we had to remove old equipment, such as the milk tank and the traverse for the feed wagon. Below, it is Micke who cuts the I-beam for the traverse where we would build the wall.

IMG_8650
IMG_7881

We chose not to use the entire building for the pilot plant, so needed to build a dividing wall. Here we see when Thomas, Micke and William are working on it.

IMG_8668 12 mikael thomas william wall building

The building had not been used (other than temporarily as a warehouse) for almost 15 years, see we needed to clean everything: walls, roof, cable ladders. It was a lot of work. Here Anke Johanna cleans the ceiling.

IMG_8684

We needed to inspect the drains to make sure they did not have any serious leaks. The drains are used to carry faeces from the fish to an external manure tank. Here Rasmus helps us to inspect the pipes.

IMG_9374

In the drain we found a toad that seem to live there during the winter.

IMG_E9376

We had decided to have an external sump tank. We needed to know that it could be dug at the location we chose and that it would not reach the bedrock, so we enlisted the help of a neighbor who dug a test hole with an excavator. The ”test hole” became large enough that we could improve it a bit by hand (William digs and Micke measures where to put the building) to later use as a hole for the sump tank. The hole was not really straight, as you can clearly see later.

IMG_9051

Work went a little slow so before we could work more on the sump tank and the building on top of it, the winter arrived and the hole was filled with groundwater and froze.

IMG_9557 We built a sump tank structure in wood, which Mikael was happy with, that we later dressed in a rubber lining. IMG_9339

The room that previously had the stall for the calves needed to be furnished to have a table for sowing and the small plants. We call it the cutting room or the calf room. First we needed a floor so we could install new drains.

image_from_ios

Here Mikael builds a table for the small plants, that will stand in water in trays.

IMG_9828

We thought for quite some time about how to hang the LED lights. In the end, it was a fairly simple construction in wood that actually works really well. Mikael came up with a good design in the end.

IMG_9866 IMG_9954 IMG_9960

The tables being covered by rubber lining.

IMG_0034

Building the large troughs for the plants was quite a lot of work, as the floor tilts quite a lot. We have a 10 cm difference between the highest and lowest point on the troughs at a distance of five to six meters. Each piece must be sawn perfectly and measured in place with a laser.

IMG_9898

We bought rainwater tanks with custom fitted rubber lining as fish tanks. Two tanks that hold approximately 9.5 cubic meters. We do not recommend that choice, but more on that later. Here Mikael cuts a hole for the outlet.

IMG_9924 IMG_9928

Piping with 110 mm PVC-U pipes from the fish tanks to the cultivation troughs. There you can also see the evacuation well that we created at the lowest point in the event of a flood. It turned out to be good to have in the future on several occasions.

IMG_0110

In parallel with this work, work was also underway to build our sensor system. Here, Stellan shows the first sensor hub, which measures slightly different things in the cutting room: light, temperature, humidity, carbon dioxide. We later added a sensor to the electricity meter. It also acts as a hub in the alarm system and has, among other things, an SMS modem.

IMG_0131

Here Gabriel is inspecting the first data packets that arrive to our data visualisation system which is based on Grafana and Graphite.

IMG_0136

Now we needed to connect the water system inside the building, fish tanks and cultivation troughs to the outside where the sump tank will be located. Mikael drills holes in the wall.

IMG_0237

Here you can see that our building is well insulated. We have about 15 cm of cellular plastic between the inner and outer wall.

IMG_0240

Then we started constructing the building where the sump tank is located. We needed to cast pillars on which the foundation will rest. It was really shitty weather when Mikael and William made the holes for them with a drill.

03 wet wet wet sump work

We prepare a stable and insulated base for the sump tank.

IMG_0257 IMG_0267

Then we lay the rubber lining that should be on the outside of the sump tank. (It’s made of wood, so it needs to be protected.) We got good help here from Stellan and Gabriel.

IMG_0271

The sump tank is put in place and then we put on the internal rubber lining.

IMG_0272 IMG_0277

The sump tank gets insulation. We also cover it up so that it doesn’t fill with rain until the roof gets built.

IMG_0296

Filling with gravel and soil around the sump tank. William drives his large back loader from Volvo, which we are very happy to have had access to.

IMG_0302 IMG_0358

A timelapse of pouring the concrete for the foundation of the sump house. The whole gang came out that day and helped.

Timelaps of pouring concrete for the sumptank building

Then we started to build the platform, or pier as we call it, around the fish tanks, on which the filter tank will also stand. We see William adding floor boards.

IMG_0332 IMG_0347 IMG_0400

The concrete floor that we have in the building is more or less in direct contact with the ground below, so we wanted to insulate the cultivation troughs. In addition, the rubber cloth becomes less sensitive if you have to walk on it if there is not a hard surface underneath. Here we have a timelapse of installing insulation, the rubber mat and the air hoses in one of the troughs.

Johannas Husby Farm Aquaponics, liner installation

We have installed air stones in the troughs to make sure that we do not get stagnant water and enough oxygen for both the bacterial culture and the plants’ roots. It is possible that we went a bit overboard with the amount of stones.

IMG_1277

We also had to replace all the doors, which we got second hand.

IMG_0775

We insulated the fish tanks at the bottom, so that they came at the right height for the outlets and pipes. After the rubber lining was installed in the tanks, we covered them to avoid getting building dust in them.

IMG_0766 IMG_0891

To reduce the humidity in the main growing room, we chose to install a dehumidifier. It will be more expensive in the long run than installing proper ventilation, but for now we can make do with a dehumidifier.

IMG_1457

The it was time to build the sump tank building. That turned into many a late night.

IMG_0825 IMG_0962 IMG_0977

Installation of the air pumps. It was good that we had a well-insulated sump tank building to install them in. They make a lot of noise.

IMG_1141 IMG_1207

The electricity network where our facility is located is not good. So a backup generator is necessary. But, since we work with live animals, we must have reserve power anyway. Here comes an insulated container for the backup generator.

IMG_1310 IMG_1565

To maintain the right temperature in the water, we have an air-to-water heat pump. For emergencies, there is also an electric heating cartridge installed, which the reserve generator is able to handle the load from.

IMG_1496 IMG_1500

When the weather got better, we were able to finish the roof of the sump tank building (Tomas working on it) and paint it (Anke).

IMG_1731 IMG_1586

We also installed a plexiglass lid on the sump tank so it is easy to see that the air pumps work and that the water level is where we expect it to be.

IMG_1665

Detail of water piping, air hoses, water meter, electric wiring etc.

IMG_1620

When we started filling the system with water, it turned out that we did not do the right thing when we glued the pipes. Many of the pipes needed additional gluing before we got rid of all the leaks. It took several weeks of work. Tip: When gluing PVC-U pipes, have plenty of glue on both pipes. Rubber lining bushings must have suitable glue properly applied.

IMG_1701

Our first attempt to feed the pump for the drum filter used a 120 litre barrel and automatic filling with well water. We had problems with the drum filter flushing at the wrong time or for too long. For that the barrel did not hold enough water. We redesigned this completely. At first we switched to taking water from an IBC tank, but in the end we did what we were supposed to do from the beginning: take water from the clean side of the drum filter.

IMG_1657

We had to install a max water level sensor on the drum filter to regulate the flushing pump.

IMG_1743

When we were satisfied that the leaks were fixed and that the filter flushing worked well, Lisa added bacterial media to the bacteria tank (Moving Bed Bio Reactor – MBBR).

IMG_1837 IMG_1812

We fed the bacterial culture with a little ground up fish food, but mainly with food grade ammonium chloride in powder form. The ammonia was added to a bucket of water the day before it was to be used and then bubbled with an aquarium pump for 24 hours to get rid of some of the chlorine. When the nutrient levels started to rise (ammonium converted to nitrite and nitrite to nitrate) we started to grow plants in the troughs.

IMG_1898

Even without fish in the system and very low nutrient levels, we saw surprisingly good growth, which was even better when the fish arrived.

IMG_1937

But eventually the fish came to our system. Here Tomas talks to Peter who delivers our smolt. We use rainbow in our system from 50 grams to 1.2 kg.

IMG_1928

The sensor system measures a number of different parameters every minute. Here you can see some.

Screenshot 2021-01-10 at 15.36.20

The sensor system delivers data locally to a small computer, but also to our cloud service, so that we can access the data on our mobile phones around the clock, without opening the internal system to the outside.

IMG_2469

The sensor box in the sump tank house also talks to a weather station that sits on the roof. (Even when it is zero degrees outside, we have 30 C in the sump tank house, it may have been a little too well insulated …, the heat comes from the air pumps.)

IMG_2481

Inductive water sensor on the outlet pipes to the fish tanks. It is one of the systems that can send alarms directly to our mobile phones if the water stops flowing in the pipes.

IMG_2468

Automatic water filling for the sump tank. We take system water to rinse the drum filter. That water goes to the manure tank. The fish feces and that water eventually becomes manure for the fields around the farm. Now water recovery in our system is about 99.5%, which we think we can improve to 99.9% or better when we start processing the fish feces for reuse in the system (remineralising it) instead of making manure for the fields.

IMG_2541

A picture of the system in production. We have faster and better growth of our plants than we expected!

Growth at Johannas Stadsodlingar

In the next post, we will discuss a our sensor and data system.

The text in this posted is licensed under Creative Commons BY-NC-SA International.

Build an aquaponic indoor farm – part 2 – design

This is a description of how we at Johannas Stadsodlingar (urban farms) and Concinnity together have built Johanna’s aquaponic pilot facility. We want to share how we did it and our thinking behind it. There is quite a lot to think about, so there will be several posts to cover most things. 

Part 1 – to start, prior knowledge
Part 2 – design (this post)
Part 3 – building log 
Part 4 – water quality and nutrients testing
Part 5 – Production management

Our pilot facility consists of 290 m2 in an insulated building that was previously a cow barn for about 140 cows. The farm was built in the mid 80’s and was then very modern. We have taken a third of the space available in the farm building. The pilot plant uses three rooms: the large cultivation room, of approximately 220 m2, the seeding/sappling room 24 m2 and the ”packaging room” 20m2. The rest are side surfaces. 

In the pilot plant, we will grow leafy greens, spices and rainbow trout (yes, nitrification bacteria of course). 

The first design was based around IBC tanks and three cultivation troughs with 60 x 120 cm rafts. Outside the building there is an area reserved for the sump tank. The fish would be in IBC tanks. We thought of using a radial flow separator to remove the coarsest solid particles and a filter box for the finer particles. Just as described in The Aquaponic Farmer (see part 1).

One of the first designs of the Johannas aquaponic pilot facility (version 3).
2D drawing of one of the first designs (version 4).

In the floor plan above, you can see that we have already rethought using two cultivation troughs instead of three. A narrower trough for rafts from Meteor Systems and one with more traditional rafts from Royal Brinkman (120 x 60 cm). In the Meteor rafts, we use a smaller substrate plug with significantly less material consumption. In the Brinkman rafts we use plastic pots. We were not sure what would work best in the Swedish market, so we wanted to try both.

Since we have a concrete floor, we can not have part of the filter system below the throughs easily, so we investigated other options for the filters. We chose to have a small drum filter instead. At the same time, we began to wonder if the fish we had decided on, the rainbow, would not feel much better in round tanks. In addition, we realized that the sump tank would need proper protection, so we started planning a building over the tank. Eventually, that building became our engine room as well. It turned out that this was very good, but it was a lot of work.

To have better access to the room where we ship out vegetables, we turned the design so that the fish tanks are furthest from the packing room, while it also has less people moving around the fish tanks (the doors are not there) which reduces stress for the fish. The round fish tanks are also more volume efficient.

Round fish tanks and the design flipped 180 degrees (version 8).

In the final design (below) you can see that we added a ”pier” around the fish tanks. The tanks were so high that it would be better to be able to get up a little when working there, without having to stand on a footstool. At the same time, we wanted to get the filter tank (Moving Bed Bio Reactor, MBBR) up from the floor, as the water level in our design is determined by the outlet on the filter tank as well as avoid pipes on the floor so you do not have to step over them all the time. Despite a lot of thinking around this, some of it came out less than optimal. We have a higher water level than we think is good and it would be quite a lot of work to rebuild it to lower the level. But, as I said, the goal of a pilot plant is to learn.

Final design of the pilot facility (version 12).

The facility has 3782 growing places in the two troughs, approximately 3200 growing places (depending on which trays you use) in the tables in the sampling room. We can have a total of about 7000 plants in the system at the same time. 

The water tanks are 9.5 m3 each. We have an IBC tank as MMBR (1m3). The sump tank holds approximately 4 m2, but we normally use 2 m2 of the space. The cultivation troughs together hold approximately 23-25 m3 (depending on how high the water level we set). Together, the total system uses approximately 35 m3 of water. We also have an IBC tank that will be used as a quarantine for incoming fish and preparation tank before slaughter. 

On the far side of the building you can see the sump tank building (beyond the round fish tanks) and the blue cube is a three meter container that contains a diesel powered generator.

In the next blog post we will document our building process in a build logg.

The text in these posts are licensed under Creative Commons BY-NC-SA International.

Build an aquaponic indoor farm – part 1 – start and prior knowledge

This is a description of how we at Johannas Stadsodlingar (urban farms) and Concinnity together have built Johanna’s aquaponic pilot facility. We want to share how we did it and our thinking behind it. There is quite a lot to think about, so there will be several posts to cover most things.

Part 1 – to start, prior knowledge (this post)
Part 2 – design
Part 3 – building log
Part 4 – water quality and nutrients testing
Part 5 – Production management

Three years ago, we at Johannas decided to start a company that produces food in circular production systems on a large scale. We started with fish and vegetables. The method we are going to use for this is called aquaponics. We have experience from cultivation and to start and run companies up to 100 employees. We have been studying circular cultivation systems for many years. However, we have not run an aquaponics operation before and we know that one of the problems people encounter when they start with aquaponics is that they often build a large-scale facility too early. You have to learn how to run an system which contains a mini-ecosystem with fish, bacterial cultures and vegetables. We decided to build a pilot plant at Husby farm in Vallentuna, north of Stockholm. Husby farm is owned by William, who is a partner in Johannas. We chose to use a third (290 m2) of a former dairy farm, which is about 900 m2.

William and Mikael in the old dairy farm at Husby.

If you are going to build an aquaponic facility, large or small, you should study first. We have three sources of information and inspiration that we can recommend. 

The ”basic course” in aquaponics is obtained from the UN’s agricultural agency FAO..It is a book in PDF format that you can download: Small-scale aquaponic food production, FAO 2014.

Small-scale aquaponic food production, FAO 2014.

Our aquaponics design is partly based on a description from the book The Aquaponics Farmer: A Complete Guide to Building and Operating an Aquaponic System, by Adrian Southern and Whelm King.

The Aquaponic farmer, Southern & King.

If you want to run an aquaponic facility on a smaller scale, say 1000 m2 of cultivation area. Then you might be able to cope with what you learn from the books. But we strongly recommend that you participate in some formal training, and example of this is the one-year course Fish and shellfish farming, which is a distance learning course in Sweden. Fish farming is the most sensitive part in aquaponics, and it can be very problematic if the fish dies. In addition, there are legal requirements in Sweden (and probably other countries) to have appropriate training in commercial animal husbandry.

Picture from the Swedish fish and shellfish long distance learning course.

We have also learned a lot from study visits, including at:

There are many more aspects of running an aquaponics facility that you need to have knowledge of. We decided to buid our pilot plant all by ourselves (with a few exceptions), primarily as we think you learn a lot from it. It is a lesson that is well worth it in our eyes, as we intend to scale up what we do much larger, and then we need to understand why things are designed as they are. In your team, you should have at least basic knowledge of the following:

  • Aquaculture
  • Vegetable growing
  • Water chemistry
  • Ecosystems
  • Sales and marketing
  • Business economics, such as accounting etc.
  • Food safety
  • Technical systems, such as pumps, oxygen meters, cooling, heating, etc.
  • Information Technology (IT) system

In our next blog post we will look at the design we picked and the changes we made along the way in our design.

The text in these posts are licensed under Creative Commons BY-NC-SA International.

Projektrapport: Matsvinn som resurs… med fokus på regelverk och digitala verktyg

Projektrapport: Matsvinn som resurs i ett cirkulärt system för livsmedel med fokus på regelverk och digitala verktyg

RAPPORT: VINNOVA 2019-02461 2020-09-09

Här kan man ladda ner projektrapporten från detta projekt (PDF 792 kbyte).

Sammanfattning

Ett övergripande mål för projektet är att i detalj förstå vilka krav som ställs idag på användning av restflöden och insekter i livsmedelskedjan. Det betyder
att projektet har levererat en fördjupad kartläggning som är överskådlig. Kartläggningen i sin tur ligger som grund för en framtagen lista på parametrar och processer för kvalitetssäkring av både foder och resursflöden. En rapport finns som visar fördjupning av regelverken och problemställningen kring tillämpningen. Där har myndigheterna en stor roll och idag saknas tydlighet. Det betyder att projektet har kommit en bit men arbetet behöver fortgå. Kontakten med myndigheterna är ännu i sin linda och behöver utvecklas.

Ett viktigt mål för projektet är att sammankoppla de olika delarna i
värdekedjan till en helhet för att öka möjligheten till cirkularitet. Leveransen
är en analys av regelverket, inkluderande möjliga hinder för cirkulära system och rekommendationer för förbättringar. Projektet levererar också en ökad förståelse för hur en fördjupad användning av digitala verktyg, som blockchain, kan ge förbättrad spårbarhet i hela kedjan och därmed ökar kunskapen kring kvalitet och ursprung, vilket stärker underlaget till myndigheter leder till ökad tydlighet kring regelverken.

Regelverken är mycket mer komplicerade än vi hade förutsett. Myndighetens bedömning av regelverkens tolkning har viss tendens till personlig bedömning vilket innebär stor risk att starta en insektsodling idag där investeringarna
är stora för både anläggning och osäkra kontrollprogram. Det betyder att samarbeta över branschgränserna blir än viktigare, även på EU nivå, för att kunna påverka systemet genom gemensam kunskap. Vägen framåt behöver leda till ett gemensamt förhållningssätt kring regelverk. Projektets angreppssätt har varit helt rätt men behöver intensifieras och exemplifieras genom pilotprojekt för ökad förståelse för matsvinns enorma potential och inneboende värden. Initiala studier från branschaktörer visar att cirkulär användning av matsvinn har ekonomisk bärighet. Verifiering innan uppskalning är möjlig.

Ett av projektets fokus var digitala system för spårbarhet: Inom det fältet diskuterar vi utmaningar och möjligheter runt uppskalningen av moderna digitala verktyg för kvalitetssäkring av hela matkedjan. Digitalt baserade spårbarhetssystem kan ge den transparens som är nödvändig för att uppnå
den ökade trygghet och förståelse som behövs hos myndigheter, företag samt slutkund, för att kunna fullt utnyttja insekter och matsvinn i ett kretsloppsbaserat matproduktionssystem. Projektet har påbörjat definitionen av en databas som kan ligga till grund för blockchain och spårbarhet. Ägandet av data blir en viktig aspekt som behöver utvecklas.

Att bygga en akvaponi – del 3 – bygglogg

Detta är en beskrivning av hur vi på Johannas Stadsodlingar och Concinnity tillsammans har byggt Johannas Akvaponi Pilotanläggning. Vi vill dela med oss hur vi har gjort och tänkt. Det är ganska mycket att tänka på, så det blir flera inlägg för att täcka det mesta.

Det är ganska många delar i arbetet att bygga vår pilotanläggning för akvaponi. När vi började så trodde vi att det kanske skulle ta 9 månader att göra jobbet. Vi hade fel. Det tog närmare två år. Vi jobbade mest på kvällar och helgerna under det första 9 månaderna. Efter det så började en av oss att jobba heltid i företaget och under det senaste året har vi också haft ytterligare hjälp på heltid. Vi spenderade inte hela tiden på att bygga, men en stor del av tiden gick åt till bygget.

Also available in ENGLISH.

Byggnaden som vi är i är en ladugård från mitten på 80-talet, på 900 kvadratmeter. Ungefär 55 meter lång och 16 meter bred invändigt.

IMG_7869

Först så behövde vi ta bort gammal utrustning, som mjölktanken och traversen för fodervagnen. Nedan är det Micke som kapar I-balken för traversen där vi skulle bygga väggen.

IMG_8650 IMG_7881

Vi valde att inte använda hela byggnaden för pilotanläggningen, så behövde bygga en avskiljande vägg. Här ser vi när Thomas, Micke och William arbetar på det.

IMG_8668 12 mikael thomas william wall building

Byggnaden hade inte används (annat än temporärt som ett lager) på nästan 15 år, se vi behövde rengöra allt: väggar, tak, kabelstegar. Det var mycket jobb. Här rengör Anke Johanna taket.

IMG_8684

Vi behövde inspektera avloppen för att vara säkra på att de inte hade några alvarliga läckor. Avloppen används till att föra ut avföring från fisken till en extern gödseltank. Här hjälper Rasmus oss med att inspektera rören.

IMG_9374

I avloppet hittade vi en padda som bodde där under vintern.

IMG_E9376

Vi hade bestämt oss för att ha en extern sumptank. Vi behövde veta att den skulle kunna grävas på den platsen vi valt och att den inte skulle nå berggrunden, så vi tog hjälp från en granne som grävde ett testhål med en grävmaskin. ”Testhålet” blev stort nog att vi kunde förbättra det lite för hand (William gräver och Micke mäter in byggnaden) för att senare använda som hål för sumptanken. Hålet blev inte riktigt rakt, som man ser tydligt senare.

IMG_9051

Arbete gick lite långsamt så innan vi han göra mer på sumptanken och byggnaden som kom att ligga över den så blev det vinter och hålet fylldes med grundvatten och frös.

IMG_9557

Vi byggde en sumptank i trä, som Micke blev nöjd med, som vi senare klädde med en gummimatta.

IMG_9339

Det rummet som tidigare hade haft båset för kalvarna skall inredas för att ha bord för sådd och sticklingar. Vi kallar det för sticklingrummet eller kalvrummet. Först behövde vi ett golv så vi kan dra nya avlopp.

image_from_ios

Här bygger Micke bord för att ha sticklingar stående i vatten.

IMG_9828

VI funderade ganska länge på hur vi skulle hänga upp LED-lamporna. Till slut blev den en ganska enkel konstruktion i trä som faktiskt fungerar riktigt bra. Micke kom fram till en bra design till slut.

IMG_9866 IMG_9954 IMG_9960

Borden täcks med gummidukar.

IMG_0034

Att bygga de stora trågen för plantorna var ganska mycket jobb, då golvet lutar ganska mycket. Vi har 10 cm skillnad mellan den högsta och lägsta punkten på trågen på ett avstånd av fem-sex meter. Varje bit måste sågas perfekt och mätas in med laser.

IMG_9898

Vi köpte regnvattentankar med formskuren gummiduk som fisktankar. Två stycken som rymmer ungefär 9.5 kubikmeter. Vi rekommenderar inte det valet, men mer om det senare. Här kapar Micke ett hål för utloppet.

IMG_9924 IMG_9928

Rördragning med 110 mm PVC-U rör från fisktankarna till odlingstrågen. Där ser man också evakueringsbrunnen som vi anlade på lägsta punkten i händelse av översvämning. Den visade sig vara bra att ha framöver vid flera tillfällen.

IMG_0110

Parallellt med detta arbete så pågick också arbetet med att bygga vårt sensorsystem. Här visar Stellan den första sensor hubben, som mäter lite olika saker i sticklingrummet: ljus, temperatur, luftfuktighet, koldioxid. Vi lade senare till en sensor till elmätaren. Den agerar ochså som hubb i larmsystemet och har bland annat ett SMS-modem.

IMG_0131

Här ser Gabriel när de första datapaketen anländer till vårt datavisualiseringssystem som är baserat på Grafana och Graphite.

IMG_0136

Nu behövde vi förbinda vattensystemet inne i byggnaden, fisktankar och odlingstrågen med utsidan där sumptanken kommer finnas. Micke borrar hål i väggen.

IMG_0237

Här ser man att vår byggnad är väl isolerad. Vi har ungefär 15 cm cellplast mellan inner- och yttervägg.

IMG_0240

Sen började vi bygga på själva byggnaden som sumptanken ligger i. Vi behövde gjuta pelare som grunden skall vila på. Det var riktigt skitväder när Micke och William gjorde hålen för dessa med jordborr.

03 wet wet wet sump work

Vi förbereder ett stabilt och isolerat underlag för sumptanken.

IMG_0257 IMG_0267

Sedan lägger vi gummiduken som skall vara på utsidan av sumptanken. (Den är i trä, so den behöver skyddas.) Vi fick bra hjälp av Stellan och Gabriel.

IMG_0271

Sumptanken ställs dit, och sen lägger vi i den interna gummiduken.

IMG_0272 IMG_0277

Sumptanken isoleras. Vi täckte dessutom över den så att den inte skulle vattenfyllas av regn.

IMG_0296

Påfyllning av grus och jord runt sumptanken. William kör sin stora backlastare från Volvo som vi är jätteglada att vi har haft tillgång till.

IMG_0302 IMG_0358

En timelaps av gjutningen av grunden till sumphuset. Hela vår gäng kom ut den dagen och hjälpte till.

Timelaps of pouring concrete for the sumptank building

Sedan började vi bygga platformen, eller bryggan som vi kallar den, runt fisktankarna, som också filtertanken skall stå på. Vi ser William skruva fast brädor.

IMG_0332 IMG_0347 IMG_0400

Betonggolvet som vi har i byggnaden ligger mer eller mindre i direkt kontakt med marken under, så vi ville isolera odlingstrågen. Dessutom så blir gummiduken mindre känslig om man måste gå på den om det inte ligger en hård yta under. Här har vi en timelapse av installation av isolering, gummimattan och luftstenarna i ett av trågen.

Johannas Husby Farm Aquaponics, liner installation

Vi har installerat luftstenar i trågen för att vara säkra på att vi inte får stillastående vatten och tillräckligt med syre för både bakterieodlingen och växternas rötter. Det är möjligt att det blev lite ”overkill”.

IMG_1277

Vi behövde också byta alla dörrarna, som vi köpte begagnat.

IMG_0775

Vi isolerade fisktankarna i botten, så att de kom i rätt höjd för utloppen och rören. När gummiduken var installerad i tankarna så blev de övertäckta, för att undvika att få byggdamm i dem, tills vi började fylla vatten.

IMG_0766 IMG_0891

För att dra ned luftfuktigheten i lokalen så valde vi att installera en luftavfuktare. Det blir dyrare i längden än att installera ordentlig ventilation, men tillsvidare så fick det bli en avfuktare.

IMG_1457

Sen var det dags att bygga klar sumpboden. Det blev många sena kvällar.

IMG_0825 IMG_0962 IMG_0977

Installation av luftpumparna. Det var bra att vi hade en välisolerad sumpbod att installera dem i. De för ett väldans oväsen.

IMG_1141 IMG_1207

Elnätverket där vår anläggning ligger är inte bra. Så en reservgenerator är nödvändig. Men, då vi jobbar med levande djur så måste vi ha reservkraft hur som helst. Här kommer en isolerad container för reservgeneratorn.

IMG_1310 IMG_1565

För att hålla rätt temperatur i vattnet så har vi en luft-vatten-värmepump. För nödfall så finns det också en värmepatron på den ledningen, som elverket klarar att driva.

IMG_1496 IMG_1500

När vädret blev bättre så kunde vi slutföra taket på sumpboden (Tomas lägger läkt) och måla den.

IMG_1731 IMG_1586

Vi installerade också ett plexiglaslock på sumptanken så det har lätt att se att luftpumparna fungerar och att vattennivån ligger där vi förväntar oss.

IMG_1665

Detaljbild på vattenrör, luft, vattenmätare, eldragning mm.

IMG_1620

När vi började fylla vatten i systemet så visade det sig att vi inte gjort rätt när vi limmade rören. Många utav rören behövdes limningen förbättras på innan vi blev av med alla läckorna. Det tog flera veckors arbete. Tips: När du limmar PVC-U rör, ha ymnigt med lim på båda rören. Genomföringar av gummiduk måste ha ordentligt med lämpligt lim.

IMG_1701

Vårt första försök med att mata pumpen för trumfiltret använde en tunna och automatisk påfyllning med brunnsvatten. Vi hade problem med att trumfiltret spolade vid fel tillfälle eller för länge. Tunnan räckte inte till. Vi designade om detta helt. Först så bytte vi till att ta vatten från en IBC tank, men till slut så gjorde vi det vi skulle gjort från början: ta vatten från den rena sidan på trumfiltret.

IMG_1657

Vi satte en maxnivåsensor som fick driva spolpumpen.

IMG_1743

När vi var nöjda med att läckorna var fixade och att filterspolningen fungerade bra så tillsatte Lisa bakteriemedia i bakterietanken (Moving Bed Bio Reactor – MBBR).

IMG_1837 IMG_1812

Vi matade bakterieodlingen med lite malen fiskmat, men främst med salmiak (ammoniumklorid). Salmiaken tillsattes till en vattenhink dagen innan den skulle användas och sen bubblades den med en akvariepump i 24 timmar för att bli av med en del av kloret. När näringsnivåerna började komma upp (ammonium konverterat till nitrit och nitrit till nitrat) så började vi odla i trågen.

IMG_1898

Även utan fisk i systemet och väldigt låga näringsnivåer fick vi igång förvånandsvärt bra tillväxt, som blev ännu bättre när fisken kom.

IMG_1937

Men så småningom så kom fisken till vårt system med. Här pratar Tomas med Peter som leverar vår smolt. Vi använder regnbåge i vårt system från 50 gram till 1.2 kg.

IMG_1928

Sensorsystemet mäter en rad olika parametrar varje minut. Här kan man se några.

Screenshot 2021-01-10 at 15.36.20

Sensorsystemet levererar data lokalt till en liten dator, men även till vår molntjänst, så att vi kan komma åt den datan på våra mobiltelefoner dygnet runt, utan att öppna det interna systemet mot utsidan.

IMG_2469 Sensorlådan i sumpboden pratar också med en väderstation som sitter på taket. (Även när det är nollgradigt ute så har vi 30 C i sumpboden, den kanske blev lite väl välisolerad…, värmen kommer från luftpumparna.) IMG_2481

Induktiv vattensensor på utloppsrören till fisktankarna. Det är ett av systemet som kan skicka larm direkt till våra mobiltelefoner om vattnet slutar att flöda i rören.

IMG_2468

Automatisk vattenpåfyllning till sumptanken. Vi tar systemvatten att spola rent trumfiltret med. Det vattnet går till gödseltanken och fiskavföringen och det vattnet blir så småningom gödsel för åkrarna runt gården. Nu ligger vattenåtervinningen i vårt system på ungefär 99.5%, vilket vi tror vi kan förbättra till 99.9% eller bättre när vi börjar processa fiskavföringen för återanvändning i systemet istället för att göra gödsel för åkern av det.

IMG_2541

En bild på vår produktion. Det växter fortare och bättre än vad vi hade förväntat oss!

Growth at Johannas Stadsodlingar

I nästa inlägg så ska vi diskutera lite om våra sensor system i posten – Del 4 – vattenkvalitet och näringstester

Texten i detta inlägg är licensierad under Creative Commons BY-NC-SA International.

Att bygga en akvaponi – del 2 – design

Detta är en beskrivning av hur vi på Johannas Stadsodlingar och Concinnity tillsammans har byggt Johannas Akvaponi Pilotanläggning. Vi vill dela med oss hur vi har gjort och tänkt. Det är ganska mycket att tänka på, så det blir flera inlägg för att täcka det mesta.

Also available in ENGLISH.

Vår pilotanläggning består av 290 m2 i en isolerad byggnad som tidigare var en lagård för kor. Gården byggdes i mitten på 80-talet och var då mycket modern. Vi har tagit en tredjedel av ytan tillgänglig i gårdsbyggnaden. Pilotanläggningen använder tre rum: stora odlingsrummet, på ungefär 220 m2, sticklingrummet 24 m2 och ”packrummet” 20m2. Resten är biytor.

I pilotanläggningen ska vi odla bladgrönsaker, kryddor och regnbåge (ja, nitrifikationsbakterier förstås).

Den första designen var baserad runt IBC tankar och tre odlingstråg med 60 x 120 cm flottar. Utanför byggnaden finns ett område reserverat för sumptanken. Fiskarna skulle vara i IBC tankar. Vi tänkte använda en radial flow separator för att ta bort de grövsta fasta partiklarna och en filterbox för de finare partiklarna. Precis som beskrivet i The Aquaponic Farmer (se del 1).

En av de första designerna av Johannas akvaponik pilotanläggning (version 3).
Planskiss på en av de första designerna. (version 4)

I planskissen ovan ser man att vi redan tänkt om med två odlingstråg istället för tre. Ett smalare tråg för flottar från Meteor Systems och ett med mer traditionella flottar från Royal Brinkman (120 x 60 cm). I Meteor flottarna använder vi en mindre substratplugg med betydligt mindre materialåtgång. I Brinkman flottarna använder vi plastkrukor. Vi var inte säkra vad som skulle fungera bäst på den svenska marknaden, så vi ville prova båda.

Då vi har ett betonggolv kan vi inte sänka ned utrustning på ett lätt sätt, så vi undersökte andra alternativ för filtrena. Vi valde att ha ett litet trumfilter istället. Samtidigt började vi fundera på om den fisk vi hade bestämt oss för, regnbåge, inte skulle må mycket bättre i runda tankar. Dessutom så insåg vi att sumptanken skulle behöva ordentligt skydd, så vi började planera en byggnad över tanken. Så småningom vart den byggnaden vårt maskinrum också. Det vart väldigt bra, men det var mycket jobb.

För att ha bättre tillgång till rummet där vi skeppar ut grönsaker så vände vi på designen så att fisktankarna är längst bort från packrummet, samtidigt som det gör att det blir mindre spring runt tankarna (dörrarna är inte där) vilket minskar stressen för fisken. De runda fisktankarna är dessutom mer volymeffektiva.

Runda fisktankar och en omvänd design. (version 8).

Den slutgiltiga designen (nedan) så kan man se att vi la till en ”brygga” runt fisktankarna. Tankarna var så höga att det vore bättre att kunna komma upp lite när man arbetar där, utan att behöva stå på en pall. Samtidigt ville vi få upp bakteriefiltertanken (Moving Bed Bio Reactor, MBBR) från golvet, då vattenhöjden i vår design bestäms av utloppet på filtertanken och få undan rören så man inte behöver kliva över dem hela tiden. Det blev trots allt funderande och tänkande lite fel. Vi har en högre vattennivå än vi tycker är optimalt och det vore ganska mycket arbete att bygga om det för att sänka nivån. Men, som sagt, målet med en pilotanläggning är att lära sig.

Slutgiltig design för pilotanläggningen (version 12).

Anläggningen har 3782 växtplatser i de två trågen, ungefär 3200 växtplatser (beroende på vilka brickor man använder) i borden i sticklingrummet. Vi kan totalt ha ungefär 7000 plantor i systemet samtidigt.

Vattentankarna är på 9.5 m3 var. Vi har en IBC tank som MMBR (1m3). Sumptanken rymmer ungefär 4 m3, men vi använder normalt 2 m3 av utrymmet. Odlingstrågen rymmer tillsammans ungefär 23-25 m3 (beroende på hur hög vattennivå vi sätter). Tillsammans så använder det totala systemet ungefär 35 m3 vatten. Vi har också en IBC tank som kommer att användas som karantän för inkommande fisk och klargöringstank innan slakt.

På den bortre sidan av byggnaden kan man se sumptanksbyggnaden (bortanför de runda fisktankarna) och den blåa kuben är en tremeters container som innehåller ett reservelverk.

I nästa inlägg så tittar vi närmare på byggprocessen i vår bygglogg.

Texten i detta inlägg är licensierad under Creative Commons BY-NC-SA International.

Att bygga en akvaponi – del 1 – att starta, förkunskaper

Detta är en beskrivning av hur vi på Johannas Stadsodlingar och Concinnity tillsammans har byggt Johannas Akvaponi Pilotanläggning. Vi vill dela med oss hur vi har gjort och tänkt. Det är ganska mycket att tänka på, så det blir flera inlägg för att täcka det mesta.

Also available in ENGLISH.

För tre år sedan bestämde vi oss på Johannas för att starta ett företag som bedriver kretslopsbaserad odling av fisk och grönsaker i stor skala. Metoden vi skall använda kallas för akvaponi. Vi har erfarenhet från odling samt att starta och driva företag upp till 100 anställda. Vi har studerat kretsloppsbaserade odlingssystem under många år. Men, vi har inte drivit en akvaponi tidigare och vi vet att en av problemen folk stöter på när de börjar med akvaponi är att det ofta bygger en storskalig anläggning för tidigt. Man måste lära sig att driva en akvaponi, som innehåller ett mini-ekosystem med fisk, bakteriekulturer och grönsaker.

Vi bestämde oss för att bygga en pilotanläggning på Husby Gård i Vallentuna, norr om Stockholm. Husby Gård ägs av William, som är delägare i Johannas. Vi valde att använda en tredjedel (290 m2) av en före detta mjölkgård, som är på ungefär 900 m2.

Micke och William in ladugården
William och Micke i ladugården på Husby Gård.

Om man skall bygga en akvaponi, liten eller stor, så bör man studera först. Vi har tre källor av information och inspiration som vi kan rekommendera.

”Grundkursen” i akvaponi får man från FNs jordbruksorgan FAO. Det är en bok i PDF format som man kan ladda ner: Small-scale aquaponic food production, FAO 2014.

FAO Small-scale aquaponic food production

Vår akvaponi är delvis baserad på en beskrivning av en akvaponi från boken The Aquaponics Farmer: A complete Guide to Building and Operating an Aquaponic System, av Adrian Southern och Whelm King.

The Aquaponics Farmer, Southern & King.

Ska man driva en akvaponi i en mindre skala, säg på 1000 m2 odlingsyta. Då kan man kanske klara sig med det man lär sig från böckerna. Men vi rekommenderar starkt att man går på ettåriga kursen Fisk- och skaldjursodling som går på distans i Lysekil. Fiskodlingen är den känsligaste delen i en akvaponi, och det kan vara mycket problematisk om fisken dör. Dessutom är det lagkrav i Sverige på att ha lämplig utbildning vid kommersiell djurhållning.

YH Fisk- och skaldursodling på distans 210 YH poäng.

Vi har också lärt oss mycket från studiebesök, hos bland annat:

Ouroboros Farms, Half Moon Bay, California
Sundrop Farms, Port Augusta, Australien
Seawater Greenhouse, London, UK
Duurzame Kost, Eindhoven, Nederländerna
De Kruidenaer, Etten-Leu, Nederländerna
Rijk Zwaan, De Lier, Nederländerna
Dry Hydroponics, Schipluiden, Nederländerna
GrowUp Box, London, UK
Gårdsfisk, Skåne, Sverige
Ljusgårda, Tibro, Sverige
Svensk Aquaponik, Haninge, Sverige, och
Peckas Naturodlingar, Härnösand, Sverige.

Det är många fler aspekter av att driva en akvaponi att ha kunskap om dock. Vi har byggt vår pilotanläggning helt själva (med några få undantag). Man lär sig väldigt mycket på det. Det är lärdom som är väl värt det i våra ögon, då vi ämnar skala upp det vi gör mycket större, och då behöver vi förstå varför saker och ting är designade som de är.

I sitt team så bör man ha minst grundläggande kunskap om det följande:

  • Fiskodling
  • Grönsaksodling
  • Vattenkemi
  • Ekosystem
  • Försäljning
  • Marknadsföring
  • Företagsekonomi, som bokföring mm.
  • Livsmedelssäkerhet
  • Tekniska system, som pumpar, syremätare, kylning, värme, mm
  • Informations Teknologi (IT) system

I nästa blog så skall vi titta på den design som vi valde och de ändringar som vi gjorde i designen längs vägen.

Texten i detta inlägg är licensierad under Creative Commons BY-NC-SA International.

Energiflöden inom akvaponi – Klimatskalets påverkan på energibalansen

En studie av klimatskalets påverkan på energibalansen i en akvaponi, av Axel Arlesten.

Del av VINNOVA projektet, 2018-0356, 2019-07-01Akvaponi i en digital värld.

Sammanfattning

Studiens syfte är att skapa en förståelse för hur energibalansen för akvaponi ser ut och hur klimatskalet kan påverka energiflödena inom systemet. Detta med bakgrunden av att det finns ett behov av ny teknik och lösningar på matproduktion för att möta den hållbara utvecklingen, där akvaponi kan vara en lösning. Akvaponi är en odlingsteknik som kombinerar fisk- och växtodling i samma system. Detta för att dra nytta av varandras styrkor och svagheter samt för att skapa ett mer cirkulärt system. En av de bidragande faktorerna till en akvaponisk odling klimatpåverkan är dess energianvändning. Därför har rapporten kartlagt energiflödena hos en akvaponisk odling, Johannas stadsodlingar, och jämfört hur dessa energiflöden ser ut om samma anläggning hade använt sig av ett växthus istället för en inomhusodling. På så sätt kommer två olika klimatskal för odlingen att utvärderas. Utöver jämförelsen kommer de två byggnadernas förbättringspotential att undersökas. I jämförelsen mellan de två byggnaderna kom det fram att växthuset har ett två gånger större totalt energibehov än den isolerade byggnaden. Där uppvärmningsbehovet för växthuset är den största bidragande orsaken och större än det totala energibehovet för den isolerade byggnaden. För den isolerade byggnaden bestod uppvärmningsbehovet och elförbrukning till utrustningen för ungefär lika stort bidrag till dess totala energibehov. En förklaring till att behovet av el till utrustningen är nästan lika stort som uppvärmningsbehovet är växtbelysningen som behövs för att kompensera för avsaknaden av solljus. Det uppstod skillnader i hur energibehovet såg ut beroende på vilken årstid det var, där vintern stod för merparten, 35 % för den isolerade byggnaden och 39 % för växthuset av det totala energibehovet för respektive byggnad. I kombination med att sommaren står för nästan allt kylbehov visar det på att det finns ett överskott på värme under sommaren och ett underskott av värme under vintern. Den byggnad med mest potential att sänka sitt totala energibehov är växthuset genom att installera 2-skiktglas och skuggväv. Vilket skulle innebära en möjlig sänkning upp till 80 % av uppvärmnings- och kylbehovet. Den isolerade byggnaden har möjlighet till en produktion av elektricitet på ca 13 – 16 % med hjälp av att installera solceller. Om båda klimatskalens förbättringspotential tas med i beräkningarna är växthuset det med minst totalt energibehov.

Ladda ner hela rapporten. (PDF, 1.2 Mbyte)

Projektrapport: Matsvinn som resurs… insekter som fiskfoder och blockchain

Projektrapport: Matsvinn som resurs i ett cirkulärt system med insekter som fiskfoder och blockchain för kvalitetssäkring

RAPPORT, STEG 1 VINNOVA 2019-02461, 2019-12-15

Här kan man ladda ner projektrapporten från detta projekt (PDF 2.6 Mbyte).

Sammanfattning

Vad blir viktigt för att nå de långsiktiga effektmålen?

  • Det finns mycket svinn / matavfall. Om vi använder en del av detta kan det räcka till mycket fiskfoder.
  • Det finns en osäkerhet om hur lagar och regler hänger ihop, gråzoner och ingen vägledning.
  • Dagens regelverk är inte avsedda för cirkulära system
  • Resultaten från SOAn visar att flertalet nyckelaktörer har identifierat följande kritiska punkter för implementering och uppskalning av innovationskonceptet:
    • Lagar & Regelverk för matsvinn och foder
    • Kvalitetssäkring genom spårbarhet i hela kedjan
    • Samverkan mellan nyckelaktörernas kompetenser

Enstaka nyckelaktörer identifierade även följande viktiga punkter

  • Lokal förankring
  • Samverkan med andra projekt
  • Pengar för investeringar

Digitalisering blir ett viktigt verktyg för att nå målen

  • Ett stortantal processer som ingår i ett cirkulärt matproduktionssystem och många av dessa behöver dokumenteras om man vill uppnå god spårning och transparens. Vi tror det är mycket svårt att producera ett säkert cirkulärt matproduktionssystem utan att spårning och transparens baseras på digitala lösningar.
  • Digitalisering av spårbarhet, transparens är ingen svår teknisk utmaning i sig. En av det främsta identifierade utmaningarna består av att uppnå ett brett upptag av ett digitaliserat system. Ett annan utmaning är hur man uppnår kvalitet på data och urval på vilken data som skall samlas in och vem data delas med. Datautvinning via indirekta metoder i ett större gemensamt system kan uppfattas som en risk för deltagarna och deras affärshemligheter runt deras försörjningskedja. Slutligen så är, baserat på tidigare erfarenhet, befintliga processer och deras förankring inom matproduktionsindustrin troligen en stor utmaning att ändra.