Prosjektnummer
Development of an Ammonium analyser for fresh and saline water quality in RAS aquaculture processes
Vannkvalitet er en av de viktigste faktorene for fiskehelse, ytelse og dødelighet i resirkulerende akvakultursystemer (RAS). Blant alle vannkvalitetsparametere er sanntidsovervåking av ammoniakk spesielt viktig på grunn av dens akutte toksisitet i sin ikke-ioniserte (NH3) form. I RAS-miljøer kan selv kortsiktige økninger i ikke-ionisert ammoniakk eller totalt ammoniakknitrogen (TAN) forstyrre cellulære prosesser, forårsake stress, undertrykke fôring og til slutt føre til dødelighet. Fordi RAS opererer med strenge vannkvalitetstoleranser og svært dynamisk nitrogensykling, tvinger fraværet av sanntids ammoniakkdata av høy kvalitet operatører til reaktiv biofilterhåndtering, noe som øker driftsrisikoen og bidrar til kostbare dødelighetshendelser, spesielt hos arter med høy verdi.
Til dags dato har måling av nitrogenforbindelser vært vanskelig for RAS-sluttbrukere, der høye kostnader møtes med upålitelige data på grunn av utfordringene noen teknologier står overfor fra interferens og biobegroing. Aquamonitrix har utviklet en ny metodikk for påvisning av ammoniakk gjennom integrering av en påvisningsmetode i den eksisterende, patenterte Nitrat/Nitritt-analysatoren. Enheten var i stand til å registrere ammoniakk-, nitritt- og nitratnivåer automatisk, er målet med dette prosjektet å forbedre designet og ytterligere forfine metoden/analysatoren til et pålitelig verktøy med lave vedlikeholdskrav (oppetid på ≥85 %), med en nøyaktighet mellom 90–110 % av den sanne verdien og en presisjon på ≥90 %, motstand mot biobegroing, evnen til å operere i både ferske og saltholdige RAS-anlegg uten noen handlinger på brukernivå, og lav miljøpåvirkning. Å levere alle tre nitrogenartene i ett enkelt analytisk trinn gir sluttbrukerne et kraftig datasett i verktøykassen for akvakulturstyring. Denne hypotesen vil bli testet og verifisert med prosjektpartnerne MOWI og Havlandet, operatører av flere RAS-anlegg over hele verden, som vil validere analysatoren under reell drift.
Overgang fra retrospektiv manuell prøvetaking til sanntids ammoniakkdeteksjon gir en rekke operative og strategiske fordeler.
1. Redusert fiskestress og dødelighet
Å utstyre RAS-operatører med muligheten til å oppdage ammoniakkfluktuasjoner når de oppstår i sanntid, samt muligheten til å overvåke trender med en overflod av data å trekke konklusjoner fra, muliggjør umiddelbar reduksjon av fôringsbølger, biofilterforstyrrelser og utstyrsfeil, og bør føre til en reduksjon av fiskedødelighet, fra vanligvis 5–15 % til potensielt så lavt som 1–3 %, med realiserte besparelser på omtrent 3 000 000 kroner per år (ved en produksjon på 1000 tonn).
2. Optimaliser fôring og maksimer vekst
En av de desidert viktigste kostnadene for et RAS-system er fôr. Ved å spore ammoniakktrender i sanntid kan produsenter finjustere fôringsstrategier for å unngå overbelastning av biofilteret samtidig som fisken holder sitt høyeste vekstpotensial. Et stabilt miljø med lavt ammoniakkinnhold kan forbedre både vekstraten, potensielt med 1–3 %, og fôrkonverteringsforholdet (FCR) med omtrent 0,1. Dette vil igjen resultere i flere kostnadsbesparelser, f.eks. for laksefôr til 20 kroner per kg resulterer i besparelser på 1 000 000–3 500 000 kroner per 1000 tonn produksjon.
3. Stabiliser og forbedre biofilterytelsen
Kontinuerlig, pålitelig logging av ammoniakkdata gir detaljert innsikt i hvor godt nitrifikasjonsprosessen fungerer. Disse målingene kan brukes proaktivt for biofilterhåndtering under oppstart, kalde perioder, desinfeksjonshendelser eller høybelastningssykluser, som alle bidrar til å redusere behovet for nødvannsskift og uplanlagt nedetid for biofilteret. Oppsummert, ved å stabilisere biofilterytelsen, vil RAS-operatører dra nytte av reduserte kostnader knyttet til vedlikehold og service, energiforbruk og relaterte elementer.
4. Reduser driftsrisikoen i intensiv RAS
Nøyaktig ammoniakkkontroll reduserer sårbarheten for skjulte systemfeil og bidrar til å opprettholde produksjonsforutsigbarhet – viktig for investorer og forsikringsselskaper. Med kontinuerlig sanntidsovervåking av ammoniakknivåer vil RAS-anlegg kunne gripe inn raskere og mer effektivt ved høye ammoniakkbelastninger. Denne forsikringen mot tap av fiskebestander vil gjøre det mulig for RAS-operatører å garantere både oppdrettsproduksjon med større sikkerhet og forutsi investeringsavkastning mer nøyaktig.
5. Minimer arbeidskraft og eliminer gjetting
Automatisert, kontinuerlig overvåking erstatter arbeidskrevende manuell testing og fjerner avhengigheten av ustabile ISE-sonder som driver og krever hyppig kalibrering, og vil erstatte behovet for tidkrevende manuell kolorimetrisk testing. Videre gir sanntids ammoniakksynlighet driftsro og trygghet.
6. Muliggjør datadrevet produksjon med høy tetthet.
Med pålitelige ammoniakkdata kan RAS-operatører trygt øke bestandstettheten, forbedre og optimalisere FCR, redusere variasjon i slaktestørrelse og låse opp høyere systemgjennomstrømning uten å gå på kompromiss med produksjonskostnader eller effektivitet.
7. Forbedret operasjonell og teknisk kunnskapsbase
Bruk av sanntids ammoniakkovervåkingsteknologi vil forbedre driftskunnskapen om RAS-operasjoner ved å generere steds- og artsspesifikke ammoniakktrender. Videre kan autonom overvåking fange opp ammoniakkbelastningshendelser som ellers kunne ha blitt oversett ved manuell stikkprøvetaking. Denne informasjonen gir dermed RAS-operatører innsikt som kan informere beslutningstaking og optimalisering av akvakulturprosesser, ikke bare på kort sikt, men også på lang sikt. Fordelene med dette kan brukes til å redusere kostnader og forbedre anleggets design og arbeidsflyter.
Partnerskapet som er involvert i dette prosjektet sikrer at teknologien ikke utvikles isolert, men formes direkte av virkelige operasjoner, noe som fører til praktiske, anvendelige løsninger som styrker bærekraft og biosikkerhet i norsk havbruk. Aquamonitrix er teknologiledelsen og har som hovedansvar å designe, utvikle, teste og montere analysatoren(e). Prosjektpartneren MOWI er et selskap i frontlinjen av havbruksnæringen, og er en bransjeleder når det gjelder bærekraftig proteinproduksjon. Som en del av prosjektet vil de bidra med operasjonell kunnskap og teknisk ekspertise, som vil være avgjørende under “prototype til produkt”-fasen, og sikre at analysatoren møter eller overgår industrielle forventninger. Havlandet RAS er et selskap som, med 20 års erfaring innen havbruk og avansert bioteknologi, driver landbasert og lukket oppdrett av marine arter. De vil gi prosjektet ekspertise innen marin akvakultur og vil på samme måte bidra til å avgrense og påvirke den endelige utformingen, og sikre at analysatoren dekker behovene til den marine akvakulturnæringen sammen med de for ferskvann. Ved prosjektets slutt planlegger Aquamonitrix å kommersialisere den endelige validerte utformingen som en komplett pakke for akvakulturmarkedet.
Arbeidspakke: WP1. Prosjektadministrasjon (Dr Ross McGarry (Aquamonitrix))
WP1. Prosjektadministrasjon: Denne arbeidspakken styrer alle prosjektaktiviteter og omfatter planlegging, koordinering og kvalitetskontroll av oppgaver og resultater generert gjennom prosjektets varighet. Hovedmålet er å sikre effektiv koordinering slik at nødvendig innsats iverksettes og at alle aktiviteter går i henhold til planen.
WP2. Kommunikasjon og formidling: Denne arbeidspakken er dedikert til å engasjere relevante målgrupper for å promotere prosjektet, partnerne og den teknologiske løsningen som utvikles, med det primære målet å maksimere prosjektets effekt. Mer spesifikt sikrer den at prosjektets aktiviteter, fremdrift og resultater kommuniseres til relevante interessenter i den norske akvakultursektoren og utover. Dette inkluderer å promotere prosjektet blant RAS-operatører, sektorledere eller mer generelt alle potensielle kandidater til akvakulturanlegg. Denne arbeidspakken vil også formidle prosjektresultater der det er mulig (i henhold til åpenhet og planer for immaterielle rettigheter og med forbehold om partnernes godkjenning).
Arbeidspakke: WP3. Ingeniørfag og produktutvikling (Alan Staunton (Aquamonitrix))WP3. Ingeniørfag og produktutvikling: Denne arbeidspakken består av alle aktiviteter som vil bygge, utvikle og oppgradere ammoniakkanalysatoren for bruk i RAS-anlegg. Denne designen vil innlemme designprinsippene for deløkonomi (dvs. minimere antall bevegelige deler), delers robusthet, tilgjengelighet av deler osv., med hovedmålet å designe en robust og økonomisk ammoniakkanalysator. Denne prosessen vil bli ledet av et tverrfaglig team, bestående av kjemikere, mekatronikk-, elektronikk- og serviceingeniører, med kontinuerlig innspill fra industrielle partnere. Dette arbeidet vil involvere både den fysiske konstruksjonen av selve enheten, men også utvikling av test- og kvalitetskontrollprosedyrer for å sikre at ammoniakkanalysatoren(e) samsvarer med et standardisert, pålitelig og nøyaktig sett med parametere.
WP4. Analysatorvalidering: testing i relevante og operative miljøer: Før fullskala implementering ved partneranlegg, vil denne arbeidspakken bli gjennomført for å evaluere analysatoren under pilotutplasseringer, ved et Aquamonitrix-teststed, for å verifisere analysatorens ytelse. WP4 vil evaluere analysatorens evne til å måle ammoniakk innenfor ønskede områder, i henhold til kravene fastsatt i WP2. I tillegg vil WP4-aktiviteter gi en vurdering av stabilitet og egnethet for de aktuelle forholdene. Resultatene fra WP4 vil brukes til å gjøre nødvendige justeringer og forbedringer før fullskala testing ved partnersteder.
WP5. Fullskala distribusjon på partnerlokasjoner: Denne arbeidsenheten fokuserer på å gjennomføre og støtte fullskala utplasseringer av prototypene for ammoniakkanalysator ved MOWI og Havlandet RAS-anlegg, slik at prosjektteamet kan samle inn langsiktige ytelsesdata. Dette arbeidet inkluderer forberedelse, installasjon og igangkjøring av prototypen ved de valgte RAS-lokalitetene, samt støtte, opplæring og vedlikehold. Videre vil erfaringene som samles inn i denne arbeidsenheten, gitt av både prosjektpartnerne MOWI og Havlandet, bli brukt til å optimalisere ammoniakkanalysatoren.
WP6. Instrumenttilkobling, dataanalyse og rapportering: Dette arbeidspakken vil fokusere på utvikling av de nødvendige programvaregrensesnittene for at analysatoren skal kunne plasseres eksternt i felten. Dette vil innebære utvikling av IoT-plattformen, deteksjonsalgoritmen og prognoseprogramvaren, samt de tilknyttede GUI-ene. Likeledes vil denne arbeidspakken fokusere på utvikling av den nødvendige algoritmen for automatisk dataanalyse, noe som betyr at analysatoren automatisk vil rapportere nøyaktige ammoniakkonsentrasjonsverdier til operatør(er).
Spredningsstrategien er utformet for å overføre den nye analysatoren fra en bevist prototype til en vedtatt industriløsning med maksimal hastighet. Hver interessentgruppe vil bli engasjert med målrettede formater som viser tydelig verdi og reduserer barrierer for implementering. I tillegg, for prosjektets industripartnere, er det en mulighet til å vise sitt lederskap innen innovasjon, samt å dele effektene prosjektet kan levere for forbedring av deres prosesser, effektivitet, produktkvalitet og generell taksonomi. For Aquamonitrix er de målrettede kanalene for spredningsaktivitet: Industripartnere og tidlige brukere, vannbehandlingsoperatører og anleggsledere, forsknings- og konsulentmiljøet, regulatorer og standardiseringsorganer, samt allmennheten og media. Bevissthet om teknologiens rolle i å beskytte vannressurser vil bli utviklet. Tilnærmingen vil bruke tydelig visuell historiefortelling, som infografikker som viser hvordan analysatoren oppdager ammoniakk og fremhever dens nyskapende og unike tilbud til akvakultursektoren. Formidlingsaktivitetene til industripartnere, MOWI og Havland, overlapper delvis, samtidig som de også når ut til distinkte tilleggspublikummere. Når målretting rettes mot publikum innen konsulentmiljøet, regulatorer og standardiseringsorganer, samt allmennheten og media, vil budskapet fokusere på forbedringene analysatoren kan gi innen vannkvalitetsstyring, biomassehelse, gjenbruk av vann og overholdelse, ettersom prosjektet søker å forbedre sektoren sitt image. I tillegg kan målgrupper som investorer og kunder få kjennskap til de operasjonelle forbedringene som er oppnådd, noe som resulterer i bedre produkter på en mer effektiv måte. Metodikken for kommunikasjon vil bestå av presentasjoner og innleveringer på tekniske konferanser og utstillinger, demonstrasjonsaktiviteter hos sluttbrukere, og utvikling av white papers om verdiforslaget til ammoniakkanalysatoren, sett gjennom linsen til hver partner.