Täysin tiivis puukasvihuone voi mullistaa vertikaaliviljelyn – niin Suomen pakkasissa kuin Saharan paahteessa

Kasvihuone-elementit on päällystetty alle millimetrin paksuisella alumiinikalvolla, joka heijastaa valon kasveille ja mahdollistaa myös elementtien huollon tyhjiökuivauksella. Alustavien laskelmien mukaan puurungon sitoman hiilen määrä on suurempi kuin alumiinipinnoitteen valmistuksen päästöt.  Kuva: Mikko Raskinen / Aalto-yliopisto

Kasvihuonetuotannon osuus maatalouden energiankulutuksesta on Suomessa noin viidennes. Tulevaisuudessa se voi kutistua merkittävästi, kiitos Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Pasi Herrasen kehittämän umpinaisen puukasvihuoneen, joka on tarkoitettu vertikaali- eli kerrosviljelyyn.

”Piikkiön koehalli valmistui huhtikuussa, ja tulokset ovat lupaavia. Puurakenteet ovat terveet ja eristävyys niin hyvä, ettei erillistä lämmitystä tarvita vaan kaikki lämpö saadaan salaatteja valaisevista led-lampuista”, Herranen kertoo.

Perinteiseen lasikasvihuoneeseen verrattuna Herrasen puukasvihuone käyttää Suomen oloissa ja ympärivuotisessa viljelyssä energiaa puolet ja vettä 95 prosenttia vähemmän. Salaisuus on täysin tiiviissä, koivuvanerista tehdyissä seinä- ja kattoelementeissä. Niiden huoltamiseen Herranen keksi käyttää tyhjiökuivausta, jolla puuhun sitoutunut ylimääräinen kosteus saadaan poistettua höyrystämällä. Vanerilevyjen väliin hän suunnitteli erityisen puisen sisärakenteen, jonka ansiosta elementti pysyy kasassa tyhjiökuivauksen suuressa paineessa. Keksinnön patenttihakemus on parhaillaan käsittelyssä.

Elementit on pinnoitettu alumiinilla, joka heijastaa ledien valon kasveille. Kasvit käyttävät ledien energiasta neljä prosenttia kasvamiseen ja muuttavat lopun lämmöksi.

”Tulevaisuudessa voimme kasvattaa vertikaaliviljelyä vielä reippaasti ylöspäin, jolloin hallin lämpökuorma kasvaa entisestään. Laskelmieni mukaan jopa 90 prosenttia valaistukseen käytetystä energiasta voitaisiin silloin johtaa lämpöenergiana kaukoverkkoon eli kasvihuoneista tulisi lämmöntuottajia. Ja kasvien uloshengittämä kosteus kerätään talteen ja syötetään niille uudestaan, joten kasveissa oleva vesi on ainoa, joka poistuu puukasvihuoneesta”, Herranen sanoo.

Salaatteja ja ruokaisampaa syötävää

1 600 kilogramman painoiset vanerielementit valmistettiin Otaniemen kampuksella ja kuljetettiin Piikkiöön, jossa ne kasattiin kasvihuoneeksi.

Kevään aikana Herranen testasi materiaalin käyttäytymistä ja kasvihuoneen olosuhteita ja Luonnonvarakeskus (Luke) teki viljelykokeita ruukkusalaateilla.

Salaatit ja yrtit ovat yleisimpiä vertikaaliviljeltäviä kasveja, mutta Herrasen mukaan menetelmää voitaisiin jatkossa laajentaa myös ravintorikkaampiin kasveihin.

”Meidän pitää vain löytää keino tehdä siitä kannattavaa – ja lämmön myyminen kaukolämpöverkkoon on siinä olennaista.”

Vertikaaliviljelyssä luonnonvaloa ei hyödynnetä lainkaan, ja sille on Herrasen mukaan hyvä syy: aurinkoa on yleensä joko liian vähän tai liikaa. Kuumassa ilmastossa perinteisten kasvihuoneiden energiankulutusta ei nostakaan lämmittäminen vaan jäähdyttäminen. Suomen kesässä lämpötilaa lasketaan luukkuja avaamalla, mutta samalla kasvihuoneista karkaa kasvien kaipaamaa hiilidioksidia. Siksi esimerkiksi kurkkusadot ovat kesäisin puolet pienempiä kuin talvella.

”Vertikaaliviljely on kovassa nosteessa maailmalla, sillä sen avulla voidaan viljellä ruokaa myös paikoissa, joissa on liian kuuma perinteisille kasvihuoneille. Umpinaisella puukasvihuoneella viljely onnistuisi myös ilman valtavia jäähdytyskustannuksia”, Herranen sanoo.

Piikkiön 65 lattianeliömetrin koekasvihuone oli menestys. Seuraava askel on lähes 10 kertaa isomman kasvihuoneen pystytys Aalto-yliopiston kampukselle Espoon Otaniemeen. Kaavamuutos hyväksyttäneen syksyllä, ja rahoituksen haku hankkeeseen on jo täydessä vauhdissa. Kasvihuoneita kaupallistava yritys starttaa heinäkuussa.

”Ensimmäisenä alamme myydä pienehköjä kasvihuoneita, mutta Otaniemen hankkeen tarkoitus on osoittaa, että tämä toimii myös suuremmassa mittakaavassa. Urbanisaatio ja ruoantuotannon tulevaisuus ovat niin kuumia aiheita, että kiinnostusta on varmasti”, sanoo Herranen.

Vanerielementtejä voitaisiin hyödyntää myös muussa rakentamisessa.

”Rakenne on niin vahva ja tiivis, että sillä voitaisiin jopa korvata betonirakentamista myös maan alla. Pilotoimme tätä tulevina vuosina”, Herranen paljastaa.

Aalto-yliopisto on hakenut innovaatiolle patenttisuojaa seuraaville alueille: Eurooppa (EPO), USA, Kanada, Kiina, Japani, Brasilia ja Australia. Hakemukset ovat yhä käsittelyssä (pending).

_______________________________________________________________

Vertikaali- eli kerrosviljely

Kerrosviljely on luonnonvarojen käytön kannalta erittäin resurssiviisasta, sillä se käyttää vain murto-osan maa- ja vesivaroista verrattuna normaaliin viljelyyn. Kontrolloiduissa oloissa saadaan monta satoa vuodessa, ja suljetun kierron ansiosta ravinteita tai kemikaaleja ei valu luonnonvesiin. Koska viljelykerroksia on monta, pienellä maapinta-alalla voidaan saada monikymmenkertaisia satoja.

Kerrosviljely on kuitenkin teknisesti vaativampaa, ja siksi aloituskustannukset ovat suuret eikä valmiuksia sen harjoittamiseen ole kaikkialla. Monissa ratkaisuissa myös energiankulutus on huomattava, koska luonnonvalo on korvattu led-valoilla.

Ala on vielä uusi, ja vertikaalisten farmien pinta-ala onkin maailmassa vain 30 hehtaaria. Perinteisten kasvihuoneiden pinta-ala on 496 800 hehtaaria (2019).