Prosjektnummer
Utvikling og pilotering av syntetisk sensor for sanntidsovervåking av uorganisk karbon (TIC) i RAS-anlegg
God vannkvalitet er en forutsetning for en forutsigbar og lønnsom drift innen akvakultur. Dette omhandler enkle målinger som temperatur, pH, og salinitet, til bruk av avansert sensorteknologi for å overvåke både biologisk og tekniske prosesser i moderne landbaserte RAS-anlegg.
Manglende oversikt og kontroll over vannmiljøparameterne i landbasert oppdrett er en kjent utfordring, og har ført til plutselig dødelighet hos oppdrettsfisk i landbaserte RAS-anlegg. Havbrukssektoren står ovenfor et tydelig behov for mer treffsikre og driftssikre sensorer som kan måle sentrale vannkvalitetsparametere – blant annet ammoniak, turbiditet, lysforhold, ozonnivå og CO2. De fleste oppdrettselskapene måler i dag CO2 ved hjelp av sensorer, da oppløst CO2 er avgjørende for å vurdere vannkvalitet og metabolske prosesser i akvakultursystemer. Fisk skiller kontinuerlig ut CO2, og ved oppkonsentrering vil karbonforbindelsen kunne hemme vekst, osmoregulering og fiskens velferd (C. Vasco et al. 2019). CO2 (og andre karbonforbindelser) har sterk interaksjon med pH, som kompliserer både målingene og tolkningene av CO2 i et RAS-system. CO2-konsentrasjon alene er ikke en presis nok parameter for å måle karbonforbindelsene i vannet. Total uorganisk karbon (total inorganic carbon, TIC) er en mer relevant parameter da den tar for seg de tre karbonforbindelsene bikarbonat (HCO3-), karbonat (CO32-) og oppløst CO2. Disse tre står i kjemisk likevekt til hverandre, og likevekten avhenger av pH, temperatur og alkalinitet/bufferkapasitet. Ved typiske pH-verdier i akvakultur (pH 7-8) er det bikarbonat som dominerer, mens oppløst CO2 ugjør en mindre del av TIC (se vedlegg «pH grafer»). Fiskens metabolisme påvirker hovedsakelig oppløst CO2-fraksjonen direkte, mens ved å buffre vannet omdannes det meste av CO2 til bikarbonat, der små endringer i CO2-konsentrasjonen maskeres av store bakgrunnkonsentrasjoner av bikarbonat. Kontroll på TIC-verdier er spesielt viktig i sjøvann som har stor bufferevne, da det raskt kan føre til dødelige forhold dersom pH i vannet endrer seg og TIC nivåene øker over tid - eksempelvis gjennom økt heterotrof bakterieaktivitet, ved redusert kapasitet for degassing eller trege systemer for ventilering av overskudd av CO2.Heterotrof aktivitet fra bakterier og andre organismer i fisketanken kan utgjøre opp i mot 40 % av den heterotofe aktiviteten i karet. Degassing av vannet er derfor essensielt for å unngå at ikke bare CO2-gass i vannet blir høyt, men også for å holde TIC lavt (L. Jafari et al. 2024).
Høye TIC-nivåer kan frigjøre store mengder CO2 ved et dropp i pH, og TIC (og CO2) akkumuleres over tid dersom man ikke degasser tilstrekkelig. Ved å øke pH ved eksempelvis å tilsette kalk (bikarbonat) øker man karboninnholdet og TIC. Kalk er mye brukt fordi det er billig og virker langsomt. Lut derimot øker ikke karboninnholdet, men er dyrere og virker raskt og er derfor vanskeligere å dosere.Tilsetning av andre alkaloider med karboninnhold vil også øke mengden TIC i vannet (f.eks. CaCO₃, Na₂CO₃). Disse tiltakene kan bidra til å holde akseptable CO2-nivåer ved pH-økning. Stresset fisk gir økte mengder CO2 lokalt, som igjen vil føre til lavere pH. Dette har en selvforsterkende effekt, der CO2 frigjøres ytterligere, som kan føre til dødelige nivåer av CO2 for fisken. Svært lave pH-verdier vil også frigjøre H2S, som selv i lave doser kan ha letalt utfall for fisken (se vedlegg «pH grafer»). Å buffre vannet (eksempelvis ved tilsetning av kalk) øker bikarbonarkonsentrasjonen som ligger som bakgrunnskonsentrasjoner av CO2, og som i dag ikke måles, kan derfor føre til store og raske endringer i CO2-konsentrasjonen. Oppdrettere i dag har ingen gode, raske handlingstiltak mot slike plutselige fallende pH-nivåer og påfølgende stigende CO2 nivåer, som understreker ytterligere viktigheten av å ha kontroll på karbonforbindelsene i fisketankene.
I landbaserte akvakulturanlegg i dag har det vært flere alvorlige tilfeller med høy dødelighet direkte eller indirekte knyttet til CO2-toksisitet, enten som hovedutløsende årsak eller som en forverrende faktor skapt av fiskens stress. Dette har vi fått bekreftet gjennom våre innledende analyser hos Baring Farsund (og andre RAS-anlegg). Hendelsene skjer som oftest nær slaktetidspunkt med høy biomasse der TIC har økt til et høyt nivå som følge av «buffring» av vannet gjennom produksjonssyklusen ved tilsetning av lut eller kalk i vannet, som øker alkaliniteten og TIC.
I dette prosjektet skal Searas i samarbeid med Baring Farsund utvikle og pilotere en syntetisk sensor for TIC i RAS-anlegg, med formål om å kunne forutsi og redusere risiko for forhøyede TIC-verdier basert på automatiske kalkulasjoner i sanntid. Dette vil gi økt kontroll og forutsigbarhet i vannmiljøet til fisken, mindre dødelighet og økt fiskehelse. Det finner per i dag ingen sensorer for å måle TIC, og andre teknologiselskaper konsentrerer seg i større grad om andre vannparametere – deriblant CO2 som eneste karbonforbindelse. Vi skal med dette prosjektet bekrefte vår hypotese om at TIC er et mer nøyaktig måltall for CO2 og vil gi økt innsikt og kontroll over CO2 på lang sikt i en produksjonssyklus.
Prosjektet bygger på dokumentert kunnskap om karbonkjemi i RAS‑anlegg, der CO2, pH, alkalinitet og TIC står i tett kjemisk likevekt. Eksisterende sensorer som benyttes i RAS-anlegg i dag gir målinger av enkeltparametere, men ikke av TIC direkte. Våre innledende analyser har avdekket at høye bakgrunnsnivåer av bikarbonat kan maskere kritiske CO2‑endringer, og at TIC derfor er en mer presis indikator for risiko (høye CO2-verdier og i verste fall mortalitet) ved stresshendelser og pH‑dropp. Arbeidet vi startet på i siste halvdel av 2025 viser at TIC‑nivåer kan beregnes, men teknologien krever videre raffinering av både sensorgrunnlag og programvare før robusthet og nøyaktighet kan dokumenteres gjennom storskala testing.
Prosjektets arbeidspakker er derfor utformet for å løfte teknologien fra TRL 3–4 mot TRL 5–6, gjennom utvikling av en syntetisk sensor, testing av høypresisjons pH‑sensorer, validering av maskinlæringsmodellen og pilotering i industrielt miljø. Dette vil gi nødvendig dokumentasjon på modenhet og operasjonell verdi.
Å utvikle og pilotere en syntetisk sensor for sanntidsovervåking av uorganisk karbon (TIC) i RAS-anlegg med presisjon på 0,1 ug/L. Prosjektet skal resultere i økt kontroll og forutsigbarhet på vannkvaliteten, som vil medføre redusert dødelighet med 50 % og økt fiskevelferd i landbaserte akvakulturanlegg med RAS-teknologi.
Delmål
- Å analysere og tolke historiske produksjonsdata i RAS-anlegget til Baring Farsund AS med hensyn til CO2. (Arbeidspakke 2 «Analyse av produksjonsdata»)
- Å utvikle syntetisk sensor for sanntidsovervåking av TIC med presisjon på 0,1 ug/L (Arbeidspakke 3 «Utvikling av syntetisk sensor for TIC»)
- Å verifisere matematisk modell og tilhørende sensor gjennom pilotforsøk i reelt industrielt miljø (Arbeidspakke 4 «Pilotering av syntetisk sensor i industrielt miljø»
- Å utvikle produksjonsprotokoller og tilhørende brukervennlig styringssystem for automatisk og kontinuerlig innhenting av TIC-data for tidsserie og analyse (Arbeidspakke 4 «Pilotering av syntetisk sensor i industrielt miljø»)
- Å utvikle en evidensbasert strategi og tilhørende protokoll for optimal degassing, som sikrer stabile vannparametere og reduserer risiko for CO2-indusert stress (Arbeidspakke 4 «Pilotering av syntetisk sensor i industrielt miljø»)
En forutsetning for vekst innen havbruksnæringen er bedre resultat på fiskevelferd i form av redusert dødelighet og forbedret produktkvalitet. Et vellykket prosjekt vil gi nytteverdi for næringen (se hvem i parentes) i form av:
- Økt kunnskap om hvilken betydning TIC har i forhold til CO2-parameteren i vannet gjennom en produksjonssyklus (alle)
- Mindre dødelighet, flere fisk til slakt og økt fiskevelferd som effekt av økt kontroll over CO2 i vannet (oppdrettere)
- Økt produksjonskapasitet ved at det blir bedre fiskevelferd og biomassetetthet (oppdrettere)
- Økt miljøeffekt i form av bedre og mer kontroll på vannkvalitet (utslippsvann og fiskens miljø), mindre dødelighet og dermed flere fisk til slakt, og mindre «svinn» av både fisk og fôr
- Tilrettelegging for økt autonomi i landbasert havbruk ved pålitelige data. Langsiktig datainnsamling fra TIC-sensorer muliggjør AI-basert styring av vannkvalitet, optimal driftsplanlegging og prediktive analyser av kritiske situasjoner
Kvantifisering av nytteverdi: Hypotesen er at dagens dødelighet kan reduseres med 50 % dersom TIC kan kontrolleres i produksjonssyklusen gjennom protokoller som spesifiserer hvordan styre degassing og CO2-nivåer som prosjektet skal komme frem til. Prosjektet vil også bidra til at Searas kan kommersialisere TIC-sensoren, som igjen gir økt inntjening og bredere kundemasse.
For næringen vil prosjektet gi økt innsikt i effekten av TIC på vannkvalitet, samt hvilke egenskaper en sensor må ha for å gi troverdige og sanne målinger av karbonforbindelser i vannet. Dette gir oppdrettere bedre grunnlag for å predikere økte TIC-verdier og regulere CO2-dannelse før kritiske terskelverdier nås. En slik effekt vil bidra til redusert stress hos fisken og unngåelse av H2S-dannelse og pH-dropp som følge av forhøyede CO2-verdier. Prosjektet vil dermed gi økte inntekter ved at flere fisk kan gå til slakt. Ved å unngå høye CO2-verdier vil man indirekte få økt produktkvalitet, ved å unngå å stresse fisken. Stresset fisk forbruker mer fôr og O2 enn avbalansert fisk, og i et anlegg med biomasse på 220 000 fisk i tetthet 70 kg/m3 eller høyere, vil resultatet bli betydelig. Produksjonskapasiteten vil øke ved bedre kontroll og kvalitet på vannet, som er en forbedret miljøeffekt sammen med redusert dødelighet og flere fisk til optimal slaktevekt.
De forventede effektene i prosjektet er basert på kjente sammenhenger i RAS-drift, men målet er ikke direkte å redusere dødelighet, men å forhindre situasjoner som kan føre til akutte tap. Våre analyser viser at TIC kan akkumuleres til nivåer som skaper uforutsigbare og risikable vannmiljøer, særlig ved høy biomasse eller stress. Ved slike hendelser frigjøres store mengder CO2, bufferen i vannet brukes opp, pH synker og TIC-nivåene kan nå potensielt dødelige nivåer. Dette er forhold oppdrettere i dag ikke har verktøy for å oppdage tidlig.
Prosjektets nytte ligger derfor i tidlig varsling og risikoforebygging, ikke nødvendigvis behandling. Ved å gi oppdretter sanntidsinnsikt i både absolutt TIC og trender i TIC-utviklingen kan man identifisere situasjoner som bygger opp risiko tidlig, men som ikke gir utslag i CO2-målinger eller alkalinitet alene. Dette muliggjør tiltak som stabiliserer vannmiljøet og reduserer sannsynligheten for hendelser som kan føre til store tap.
Denne typen risiko- og beslutningsstøtte forventes å gi betydelig nytteverdi for næringen gjennom:
• Redusert forekomst av akutte CO2-hendelser, særlig nær slakt med høy biomasse, trenging og forflytning
• Bedre kontroll med degassing og vannkvalitet, som gir mer stabil drift og bedre fiskevelferd
• Økt produksjonssikkerhet, der TIC fungerer som et reservoar som holdes lavt for å unngå store utslag ved stress
• Indirekte reduksjon i dødelighet ved å forhindre risikosituasjoner før de eskalerer
Prosjektet bidrar dermed til økt robusthet, bedre beslutningsgrunnlag og høyere driftssikkerhet i RAS-anlegg.
AP1: Prosjektledelse og administrasjon (Eldar Lien, Searas AS og Baring Farsund)
AP1 omfatter koordinering av prosjektets aktiviteter, ressursplanlegging og oppfølging av framdrift. Det gjennomføres jevnlige møter med prosjektgruppe og referansegruppe, og kvalitetssikring av metode, tidslinjer og leveranser. Arbeidspakken inkluderer administrativ rapportering til FHF, økonomioppfølging og risikostyring gjennom hele prosjektperioden.
AP 2: Dataanalyse og TIC-formulering (Eldar Lien, Searas AS og Baring Farsund AS)
Innhenting, rensing og systematisering av historiske dataserier fra RAS‑anlegg. Basert på disse datasettene analyseres CO2, vannkjemi og faktorer som påvirker TIC‑utvikling. Resultatene brukes til å utvikle første versjon av matematisk TIC‑modell som skal ligge til grunn for senere sanntidsberegninger.
AP3 omfatter utvikling av TIC‑modellen og testing av ulike sensortyper og datakilder. Modellen valideres mot sanntidsdata og forbedres gjennom statistiske analyser for å sikre nøyaktighet og stabilitet. AP3 skal resultere i en prototype for syntetisk TIC‑sensor, som skal testes i et reelt RAS‑miljø i AP4, med fokus er på robusthet, presisjon og skalerbarhet.
AP4 omhandler fullskalatesting av sensorprototypen i kommersielt RAS‑anlegg. TIC‑modellen evalueres under varierende biomasse, vannkjemi og driftsforhold for å vurdere praktisk anvendelse. Arbeidspakken inkluderer utvikling av driftsprotokoller, terskelverdier og anbefalinger for implementering av TIC som styringsparameter. Resultatene dokumenteres i en rapport og gir grunnlag for formidlingsplanen.
Prosjektet vil formidle resultater løpende gjennom prosjektperioden for å sikre at næringen får nytte av kunnskapen. Det planlegges utarbeidelse av minst èn rapport fra piloteringsfasen hos Baring Farsund AS for å validere og konkludere med vår hypotese om behovet for TIC-overvåking relatert til CO2-økning og komplikasjoner. I tillegg vil formidling sikres gjennom faglig sluttrapport til interessenter i næringen.
Resultatene tenkes i tillegg å formidles blant annet på utvalgte konferanser i 2026 og 2027, fortrinnsvis Tekset 2027, Tekmar 2027 og Aqkva-konferansen. I tillegg vil prosjektet og tilhørende resultater deles via nyhetsartikler på vår (og partners) hjemmeside, i tillegg til nettavis(er).