Akvaponi, hvordan fungerer det?

Akvaponi lader fiskeopdræt og jordfri dyrkning leve sammen i det samme lukkede kredsløb. Fiskenes affaldsstoffer omsættes af bakterier og bliver til gødning for planterne, som renser vandet, inden det løber tilbage til bassinerne. Princippet kan forklares på tre linjer, men den daglige drift kræver reel faglig kunnen.

Her er, hvordan mekanismen fungerer, fra kvælstofkredsløbet til vandets vej gennem anlægget, og hvad det konkret betyder på et professionelt landbrug som det, vi bygger i Moselle.

Tre kulturer i det samme lukkede kredsløb

Et akvaponisk landbrug driver i virkeligheden tre kulturer i det samme lukkede kredsløb: fiskene, bakterierne og planterne. Ingen af dem kan fjernes, uden at balancen bryder sammen.

Fiskene bliver fodret og tilfører vandet ammoniak, både gennem deres affaldsstoffer og gennem vejrtrækningen. Nitrificerende bakterier, der sidder på biofilterets medier, omdanner ammoniakken til nitrat. Planterne optager nitraten præcis, som de ville optage gødning, og gør vandet rent igen. Kredsløbet danner dermed en reel positiv spiral.

Det, som konventionelt landbrug køber som syntetisk gødning, producerer vi selv i bassinerne gennem foderet til fiskene og deres affaldsstoffer.

Kvælstofkredsløbet, systemets motor

Et akvaponisk system hviler på kvælstofkredsløbet. Den ammoniak, fiskene udskiller, er giftig for dem i meget små mængder. På ikke-ioniseret form, den form der passerer gennem gællerne, ligger de sikkerhedsgrænser, man regner med for regnbueørred, på hundrededele af et milligram pr. liter, og det giver driftslederen en yderst smal fejlmargin.

To bakterielle trin følger efter hinanden. Det første omdanner ammoniakken til nitrit, som også er giftig. Det andet omdanner nitritten til nitrat, den kvælstofform planterne optager bedst, og som fiskene tåler i langt højere koncentrationer. Når planterne forbruger nitraten, renser de vandet og lukker kredsløbet.

Nitrat er uønsket i et opdrætsbassin, men det er netop den kvælstofform, planter bedst kan optage. Den enes affald bliver den andens ressource.

Hvad de genetiske analyser har ændret

Lærebøgerne har længe tilskrevet de to trin to bestemte bakterieslægter, Nitrosomonas og derefter Nitrobacter. De molekylære analyser, der de seneste ti år er lavet på rigtige biofiltre i akvakultur, fortæller en mere sammensat historie. Slægten Nitrospira dominerer oftest nitritoxidationen, mens Nitrobacter nogle gange er helt fraværende. Et arbejde offentliggjort i 2017 om et biofilter i et ørredopdræt fandt ikke en eneste sekvens af den.

De samme undersøgelser har påvist ammoniakoxiderende arkæer og desuden bakterier kaldet comammox, som alene kan klare begge omdannelser. Sammensætningen af dette konsortium varierer fra anlæg til anlæg afhængigt af temperatur, pH, kvælstofbelastning og saltindhold.

For driftslederen ændrer det ikke noget i praksis. Det afgørende er ikke at kunne navngive mikroorganismerne, men at give dem et medie, de kan kolonisere, iltet vand og tilstrækkelig alkalinitet.

Vandets vej, trin for trin

I et professionelt anlæg følger vandet en fast rute, der lukker sig om sig selv. Det forlader opdrætsbassinerne fyldt med suspenderet stof og løber derefter gennem en mekanisk filtrering, oftest et tromlefilter, der tilbageholder de faste partikler, før de når at nedbrydes og bruge af kredsløbets ilt.

Derefter når det biofilteret, hvor kvælstofomdannelsen ovenfor finder sted. Så fordeles det ud til dyrkningszonerne, flydende flåder til bladgrøntsager eller render alt efter sorten. Renset af rødderne vender det til sidst tilbage til bassinerne efter kontrol af temperatur, iltindhold og pH.

Kun tabet fra fordampning og planternes transpiration skal erstattes, i størrelsesordenen 1 til 3 % af det samlede volumen om dagen. Det lukkede kredsløb genbruger altså omkring 95 % af vandet, hvor en vandet frilandsafgrøde mister næsten alt. Denne vandbesparelse er den største fordel ved professionel akvaponi i et klima, hvor vanding bliver en begrænsning.

Cykling, eller hvorfor et anlæg starter langsomt

Bakterierne kommer ikke på bestilling. Alt efter forholdene tager det tre til otte uger at etablere en stabil bestand, den fase praktikerne kalder cykling. De organismer, der oxiderer ammoniak, koloniserer biofilteret fem til syv dage efter den første kvælstoftilførsel, dem der tager sig af nitrit følger efter en uge senere, og systemet regnes først for modent, når nitritten er tilbage på nul, og nitraten stiger jævnt.

Flere greb kan forkorte fasen. At pode biofilteret med medie hentet fra et anlæg, der allerede kører, er langt det mest effektive. En temperatur i den høje ende af bakteriernes interval, en høj alkalinitet og en regelmæssig ammoniaktilførsel hjælper også.

Det er denne opstartsfase, der forklarer, hvorfor et akvaponisk landbrug kommer senere i produktion end et hydroponisk væksthus, som giver udbytte allerede fra den første kultur.

pH og jern, et permanent kompromis

pH er den parameter, hvor de tre dele trækker mest i hver sin retning. Planterne foretrækker klart surt vand, omkring 5,5 til 6,5. De nitrificerende bakterier arbejder bedst over 7. Fiskene accepterer et bredere interval. Driften i akvaponi lægger sig derfor i et kompromis mellem 6 og 7, hvor ingen når sit optimum, men hvor alle fungerer ordentligt.

Den pH holder sig ikke af sig selv. Nitrifikation er en syredannende reaktion, og den kuldioxid, fiskene udskiller, danner en svag syre, så systemet driver naturligt nedad. Driftslederen bufrer ved at skifte mellem calcium- og kaliumkarbonat, hvilket retter surheden op og i samme greb dækker akvaponiens to strukturelle mangler, kalium og calcium, som fiskefoderet ikke leverer.

Så er der jernet. Over pH 7 udfældes det på en form, roden ikke længere kan optage, og der opstår klorose på de unge blade. Der tilføres derfor kelateret jern, i størrelsesordenen 1 til 2 milligram pr. liter, i de første måneder og siden efter behov. Tilskuddene er opløselige og ufarlige for fiskene, og udgiften er marginal sammenlignet med den fulde gødning, som hydroponisk drift kræver.

Hvad et anlæg producerer, og hvordan det dimensioneres

Et akvaponisk landbrug samler to fag, fiskeopdræt og jordfri grøntsagsdyrkning. Valget af arter styres først og fremmest af temperaturen, for fisk i samme kredsløb skal dele det samme temperaturinterval. I tempereret klima mødes regnbueørred og kildeørred omkring 13 til 16 °C og kan uden problemer holdes sammen. Sandart, der kræver væsentligt varmere vand, hører til i en selvstændig afdeling, og derfor adskiller et anlæg med flere arter sine opdrætshaller.

På plantesiden udnytter afgrøder med kort cyklus og stort kvælstofbehov systemet bedst, det gælder salat og krydderurter. Af sommerfrugter kan man også producere tomat, peberfrugt, aubergine, courgette eller jordbær, selv om afkoblet akvaponi ofte passer bedre til netop disse afgrøder.

Dimensioneringen regnes til sidst ikke i kilo fisk, men i mængden af foder, der gives hver dag. FAO regner med 40 til 50 gram foder pr. kvadratmeter dyrkningsareal om dagen til bladgrøntsager og 50 til 80 gram til frugtgrøntsager. Fiskeproduktionen udledes derefter af denne mængde og af foderkvotienten, der ligger omkring 1 hos ørred i moderne opdræt. At balancere et akvaponisk system handler altså om at tænke i flow og ikke i lager.

Hvad systemet bruger, og hvad det gør umuligt

Vand er den post, hvor fordelen er tydeligst, af de grunde der er nævnt ovenfor. Energien er til gengæld den reelle udfordring. Et akvaponisk landbrug er meget energikrævende, især på el, fordi pumper, beluftning og filtrering kører uafbrudt, og dertil kommer varme eller køling efter behov. Der findes løsninger, der letter posten, fra solceller til eget forbrug over varmepumper til genindvinding af overskudsvarme fra en nabovirksomhed. Det er den vej, vi går i vores projekt.

Jorden bliver til gengæld sekundær. Dyrkningen kræver ingen muld, så et brakareal, en mager jord eller en grund i udkanten af en by fungerer fint, og det gør det muligt at placere anlægget tæt på forbrugerne.

Et sidste punkt adskiller akvaponi markant fra anden jordfri dyrkning. I et kredsløb, hvor fisk, bakterier og planter afhænger af hinanden, er ingen syntetisk behandling mulig. Antibiotika til fiskene ville sterilisere biofilteret og straks udløse en ammoniakspids. Et insektmiddel sprøjtet på afgrøderne ville ende nede i bassinerne. Plantebeskyttelsen bygger derfor på udsætning af nytteorganismer, styring af klimaet under dækket og daglig overvågning af bestandene. En akvaponisk produktion er dermed uden pesticider og antibiotika af konstruktion, og det placerer den uden diskussion inden for bæredygtigt landbrug.

Vores tilgang i Vic-sur-Seille

Vi anvender disse principper i vores projekt med et akvaponisk landbrug i stor skala i Vic-sur-Seille i Moselle. Tre fiskehaller, fire produktionsvæksthuse, et forskningsvæksthus og et forarbejdningsværksted bliver organiseret omkring ét fælles vandkredsløb.

Produktionsmålet ligger på omkring tres tons fisk og femogtredive tons grøntsager om året, altså tæt på femoghalvfjerds tons nettofødevarer. Den skala er valgt som en fornuftig balance. Vores model er ikke megagårdenes, men et landbrug i menneskelig målestok, stort nok til at betyde noget for forsyningen i et lokalområde, og afmålt nok til, at hver enkelt kender sine planter og sine fisk og passer dem hver dag. Produktionen bliver solgt inden for en radius af hundrede kilometer fra gården, og de fagfolk i området, vi har mødt, venter utålmodigt på det lokale udbud.

Projektet er i dag i gang med en finansieringsrunde, med støtte allerede opnået under France 2030 (nationalt investeringsprogram), og du kan også være med, så byggeriet kan gå i gang i 2027. Denne første gård er tænkt til at kunne gentages og skal fungere som model for de næste, i andre lokalområder.

Så hvordan fungerer det egentlig?

Princippet kan siges i én sætning. Et foder kommer ind i kredsløbet, det ernærer fisk, hvis udskillelser bakterier omdanner til en gødning, planterne optager, og det rensede vand løber tilbage til bassinerne.

Alt afhænger derefter af den daglige drift af balancen, den rigtige fodring af fiskene, opfølgning på vandets parametre, observation af bestandens og planternes sundhed. Arbejdet bliver udført af et team på omkring ti personer, understøttet af en række gennemprøvede automatiserede systemer, der hjælper til i hverdagen.

Vores landbrug får dermed to komplementære produktioner på én og samme infrastruktur, uden at være afhængigt af syntetisk gødning, og med et vandforbrug, der er fem gange lavere end i frilandsdyrkning. Det er derfor, akvaponi er en af de mest konkrete løftestænger for landbrugets omstilling og for fødevaresuverænitet, fordi den bringer en lokal produktion, der er bæredygtig, tættere på forbrugerne i korte forsyningskæder. Vi har uddybet det i artiklen Akvaponi, hydroponi, aeroponi: hvad er forskellen?.

Se gården i detaljer→

Ofte stillede spørgsmål