Akvaponik, hur fungerar det?

Akvaponik låter en fiskodling och en jordfri odling samsas i ett och samma slutna kretslopp. Fiskarnas avföring omvandlas av bakterier och blir gödsel åt växterna, som renar vattnet innan det går tillbaka till bassängerna. Principen ryms på tre rader. Den dagliga driften kräver däremot verklig kompetens.

Här går vi igenom hur det fungerar, från kvävecykeln till vattnets väg, och vad det innebär i praktiken på en professionell gård som den vi bygger i Moselle, i nordöstra Frankrike.

Tre odlingar i ett slutet kretslopp

En akvaponisk gård driver i själva verket tre odlingar i samma slutna kretslopp: fisken, bakterierna och växterna. Tas någon av dem bort rasar hela balansen.

Fiskarna utfodras och tillför vattnet ammoniak, både genom avföringen och genom andningen. Nitrifierande bakterier som sitter på biofiltrets bärarmaterial omvandlar ammoniaken till nitrat. Växterna tar upp nitratet precis som de skulle ta upp ett gödselmedel, och lämnar tillbaka rent vatten. Kretsloppet blir därmed en verklig god cirkel.

Det som konventionellt jordbruk köper in som syntetiskt gödselmedel producerar vi i våra bassänger, via fodret vi ger fiskarna och deras avföring.

Kvävecykeln, systemets motor

Ett akvaponiskt system vilar på kvävecykeln. Ammoniaken som fiskarna avger är giftig för dem redan i mycket låga halter. I sin ojoniserade form, den som passerar gälarna, ligger de säkerhetsgränser som används för regnbåge på hundradelar av ett milligram per liter. Felmarginalen för den som sköter anläggningen är alltså ytterst liten.

Två bakteriesteg följer på varandra. Det första omvandlar ammoniaken till nitrit, som också är giftig. Det andra gör nitriten till nitrat, den kväveform som växterna tar upp bäst och som fiskarna tål i betydligt högre halter. När växterna förbrukar nitratet renar de vattnet och sluter cykeln.

Nitrat är oönskat i en fiskbassäng, men är precis den kväveform som växterna tar upp allra bäst. Den enes avfall blir den andres resurs.

Vad de genetiska analyserna har ändrat

Läroböckerna har länge tillskrivit de två stegen två bestämda bakteriesläkten, Nitrosomonas och därefter Nitrobacter. De molekylära analyser som gjorts det senaste decenniet på riktiga biofilter i vattenbruk visar en mer sammansatt bild. Släktet Nitrospira dominerar oftast nitritoxidationen, medan Nitrobacter ibland saknas helt. I en studie publicerad 2017 på ett biofilter i en öringodling hittades inte en enda sekvens av släktet.

Samma forskning har påvisat ammoniakoxiderande arkéer och så kallade comammox-bakterier, som klarar båda omvandlingarna på egen hand. Sammansättningen av detta konsortium varierar mellan anläggningar beroende på temperatur, pH, kvävebelastning och salthalt.

För den som driver anläggningen är den praktiska slutsatsen densamma. Det viktiga är inte att namnge mikroorganismerna, utan att ge dem ett bärarmaterial att kolonisera, syresatt vatten och tillräcklig alkalinitet.

Vattnets väg, steg för steg

I en professionell anläggning följer vattnet en bestämd bana som sluter sig själv. Det lämnar odlingsbassängerna med suspenderat material, och går sedan genom en mekanisk filtrering, oftast ett trumfilter, som fångar upp partiklarna innan de bryts ner och förbrukar syret i kretsloppet.

Därefter når vattnet biofiltret, där kväveomvandlingen ovan äger rum. Sedan fördelas det till odlingsytorna, flytande flottar för bladgrönsaker eller rännor beroende på sort. Renat av rötterna går det till sist tillbaka till bassängerna, efter kontroll av temperatur, löst syre och pH.

Bara förlusterna genom avdunstning och växternas transpiration behöver fyllas på, i storleksordningen 1 till 3 % av totalvolymen per dygn. Det slutna kretsloppet återanvänder alltså omkring 95 % av vattnet, medan bevattnad frilandsodling förlorar nästan allt. Denna vattenbesparing är det främsta argumentet för professionell akvaponik i ett klimat där bevattning blir en begränsning.

Cyklingen, eller varför en gård startar långsamt

Bakterierna etablerar sig inte på beställning. Beroende på förhållandena tar det tre till åtta veckor att få en stabil population, ett steg som praktiker kallar cykling. De organismer som oxiderar ammoniak koloniserar biofiltret fem till sju dagar efter den första kvävetillförseln. De som tar hand om nitriten kommer i gång en vecka senare, och systemet räknas som moget först när nitriten är tillbaka på noll och nitrathalten stiger jämnt.

Flera saker kortar ner den här fasen. Att ympa biofiltret med bärarmaterial från en anläggning som redan är i drift är överlägset mest effektivt. En temperatur i den övre delen av bakteriernas intervall, god alkalinitet och en jämn tillförsel av ammoniak bidrar också.

Det är den här uppstartsfasen som gör att en akvaponisk gård kommer i produktion senare än ett hydroponiskt växthus, som ger skörd redan från första odlingsomgången.

pH och järn, en ständig kompromiss

pH är den parameter där de tre delarna drar mest åt olika håll. Växterna vill ha tydligt surt vatten, kring 5,5 till 6,5. De nitrifierande bakterierna arbetar bäst över 7. Fiskarna tål ett bredare intervall. Driften i akvaponik läggs därför i en kompromiss mellan 6 och 7, där ingen når sitt optimum men alla fungerar tillräckligt bra.

Det pH-värdet håller sig inte av sig självt. Nitrifikationen är en försurande reaktion, och koldioxiden som fiskarna avger bildar en svag syra, så systemet driver naturligt nedåt. Den som sköter anläggningen buffrar genom att växla mellan kalcium- och kaliumkarbonat. Det rättar till surheten och täcker i samma rörelse akvaponikens två strukturella brister, kalium och kalcium, som fiskfodret inte tillför.

Så har vi järnet. Över pH 7 fälls det ut i en form som roten inte längre kan ta upp, och kloros syns på de unga bladen. Därför tillförs kelaterat järn, i storleksordningen 1 till 2 milligram per liter, under de första månaderna och sedan vid behov. Tillskotten är lösliga och ofarliga för fiskarna, och kostnaden är marginell jämfört med de fullständiga näringslösningar som hydroponisk odling kräver.

Vad en gård producerar och hur den dimensioneras

En akvaponisk gård förenar två yrken, fiskodling och jordfri grönsaksodling. Valet av arter styrs först och främst av temperaturen, eftersom fiskar i samma kretslopp måste dela samma intervall. I tempererat klimat möts regnbåge och bäckröding kring 13 till 16 °C och går utan problem att hålla ihop. Gösen, som kräver betydligt varmare vatten, hör hemma i en egen avdelning. Det är därför en gård byggd för flera arter delar upp sina odlingshallar.

På växtsidan är det grödor med kort odlingstid och stort kvävebehov som tar bäst vara på systemet, som sallat och kryddväxter. Bland sommarfrukterna går det också att odla tomat, paprika, aubergine, zucchini och jordgubbe, även om frikopplad akvaponik ofta passar de kulturerna bättre.

Dimensioneringen räknas till sist inte i kilo fisk utan i mängd foder som ges varje dag. FAO utgår från 40 till 50 gram foder per kvadratmeter odlingsyta och dygn för bladgrönsaker, och 50 till 80 gram för fruktgrönsaker. Fiskproduktionen följer sedan av den mängden och av foderomvandlingstalet, som ligger nära 1 för öring i modern odling. Att balansera ett akvaponiskt system handlar alltså om ett flöde, inte om ett lager.

Vad systemet förbrukar och vad det omöjliggör

Vattnet är den post där fördelen är tydligast, av skälen ovan. Energin är däremot den verkliga utmaningen. En akvaponisk gård är mycket energikrävande, framför allt när det gäller el, eftersom pumpar, luftning och filtrering går utan uppehåll, och till det kommer värme eller kyla beroende på anläggning. Det finns sätt att lätta på den posten, från solel för egen förbrukning till värmepumpar och återvinning av spillvärme från en granne. Det är den vägen vi går i vårt projekt.

Marken spelar däremot mindre roll. Eftersom odlingen klarar sig utan jord fungerar en industritomt, en mager jord eller ett markområde i stadens utkant utmärkt. Det gör att anläggningen kan placeras nära dem som ska äta maten.

En sista sak skiljer akvaponiken radikalt från andra jordfria odlingar. I ett kretslopp där fisk, bakterier och växter är beroende av varandra är ingen syntetisk behandling möjlig. Antibiotika till fiskarna skulle sterilisera biofiltret och omedelbart ge en ammoniaktopp. Ett insektsmedel på grödorna skulle rinna ner i bassängerna. Växtskyddet bygger därför på nyttodjur, på klimatstyrning i växthuset och på daglig bevakning av populationerna. En akvaponisk produktion är alltså fri från bekämpningsmedel och antibiotika redan genom sin konstruktion, vilket utan diskussion placerar den inom hållbart jordbruk.

Vårt upplägg i Vic-sur-Seille

Vi tillämpar de här principerna i vårt projekt för en storskalig akvaponisk gård i Vic-sur-Seille i Moselle, i nordöstra Frankrike. Tre fiskhallar, fyra produktionsväxthus, ett forskningsväxthus och ett förädlingsrum byggs kring ett enda vattenkretslopp.

Produktionsmålet ligger på omkring sextio ton fisk och trettiofem ton grönsaker per år, alltså närmare sjuttiofem ton nettolivsmedel. Skalan är vald som en rimlig avvägning. Vår modell är inte megagårdarnas, utan en verksamhet i mänsklig skala, stor nog att märkas i livsmedelsförsörjningen för ett upptagningsområde, måttlig nog för att var och en ska känna sina växter och sina fiskar och sköta dem varje dag. Produktionen säljs inom en radie på hundra kilometer från gården, och de aktörer i regionen som vi har träffat väntar otåligt på det lokala utbudet.

Projektet befinner sig i dag i en finansieringsrunda, med stöd redan beviljat inom France 2030, det franska nationella investeringsprogrammet, och du kan själv gå in och göra det möjligt att starta bygget 2027. Den första gården är utformad för att kunna kopieras och blir modell för nästa, i andra upptagningsområden.

Så, hur fungerar det egentligen?

Principen ryms i en mening. Foder kommer in i kretsloppet och göder fiskarna, vars utsöndringar bakterierna omvandlar till näring som växterna förbrukar, och det renade vattnet går tillbaka till bassängerna.

Sedan hänger allt på den dagliga skötseln av balansen: rätt utfodring, uppföljning av vattenparametrarna, koll på hur fisken och grödorna mår. Arbetet utförs av ett team på ett tiotal personer, med stöd av beprövade automatiserade system som avlastar dem i det dagliga.

Vår anläggning får alltså två kompletterande produktioner i en enda infrastruktur, utan beroende av syntetiska gödselmedel och med fem gånger mindre vatten än frilandsodling. Det gör akvaponiken till en av de mest konkreta hävstängerna för omställningen av jordbruket och för livsmedelssuveräniteten, genom att föra lokal produktion och hållbar odling närmare dem som ska äta maten, i korta livsmedelskedjor. Vi går igenom den frågan närmare i artikeln Akvaponik, hydroponik, aeroponik: vad är skillnaden?.

Se gården i detalj→

Vanliga frågor