← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Intermediate · Werkboek · 36. Hydroponie en voedselproductie
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
I36. Hydroponie en voedselproductie — werkboek
IIntermediate · deel I9 · Leven en biotechnologie

Werkboek · hoofdstuk 36Hydroponie en voedselproductie

Sla zonder aarde onder ledlampen: hoeveel per vierkante meter, per kWh en per liter, en wat dat betekent voor het voedsel van een station

Je begint met de voedingsoplossing, fotonen, systemen en de stikstofkringloop. In de tweede trede voer je een Kratky-proef uit, lees je een logboek van het reservoir, kies je lampen, reken je aan de goten en aan aquaponie, pas je het opbrengstmodel aan en maak je een teeltschema. In de uitdagingen stel je het voedselplan van Habitat op (36.13), maak je de fiche van het hydroponiesysteem (36.14), onderzoek je welk gewas het meest oplevert per kWh en debatteer je over verticale landbouw.

5× oefenen7× toepassen4× uitdagen± 442 min0/16 gedaan
BLeven en systemenMMaterie en chemieEEnergie
Het kweekbed van de klimaatmodule: vier goten, 48 kroppen, twee lampen.
Het kweekbed van de klimaatmodule: vier goten, 48 kroppen, twee lampen.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
36.1

Wat zit er in de voedingsoplossing?

Oefenen3Begrijpen12 min
De voedingsoplossing van Habitat: N 112, P 32, K 156, Ca 100, Mg 25, S 33 mg/L, plus sporenelementen.
  1. a
    Welke drie elementen haalt een plant niet uit de voedingsoplossing, en waar komen ze vandaan?
  2. b
    Waarom maak je twee stamoplossingen A en B, en waarom mag je ze nooit onverdund samengieten?
  3. c
    In welke vorm neemt de sla stikstof op? Waarom stijgt de pH daardoor?
36.2

Fotonen en daglichtsom

Oefenen4Rekenen15 min
Gebruik en .
  1. a
    Een kweekkamer geeft 250 µmol/(m²·s) gedurende 18 uur. Bereken de daglichtsom.
  2. b
    Hoeveel uur moeten de lampen van Habitat (200 µmol/(m²·s)) branden voor een daglichtsom van 14 mol/(m²·dag)?
  3. c
    Bereken de energie van een mol fotonen van 550 nm (groen). Hoeveel joule licht is 200 µmol/s groen licht?
36.3

Welk systeem is het?

Oefenen3Begrijpen10 min
Vijf beschrijvingen van hydroponiesystemen.
  1. a
    (a) Een bak met potten loopt vier keer per dag vol en weer leeg. (b) Een pot zonder pomp, met een luchtlaag die groeit. (c) Wortels hangen in een bak water met een luchtsteen. (d) Een dunne film stroomt door hellende goten. (e) Elke plant heeft een slangetje met een druppelaar.
  2. b
    Welk systeem kies je voor tomaten die 3 m hoog worden? Waarom niet NFT?
  3. c
    Waarom is een gesloten systeem riskanter bij een ziekte dan een open systeem?
36.4

De stikstofkringloop invullen

Oefenen4Tekenen15 min
Stoffen: N₂, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻, eiwit in planten, eiwit in vissen. Processen: stikstofbinding, nitrificatie (twee stappen), opname, eten, uitscheiding, denitrificatie.
  1. a
    Teken de kringloop met pijlen en zet bij elke pijl het proces en (waar het past) de bacterie.
  2. b
    Welke processen hebben zuurstof nodig, en welk proces gebeurt juist zonder zuurstof?
  3. c
    Waar zou de stikstof in een aquaponiesysteem 'verdwijnen' als het filter op sommige plaatsen zuurstofloos wordt?
36.5

Opbrengst omrekenen

Oefenen4Rekenen15 min
Een verticale boerderij oogst op één laag van 40 m² elke 30 dagen 720 kroppen sla van 150 g. De lampen van die laag verbruiken 8,0 kW, 18 uur per dag.
  1. a
    Bereken de opbrengst in kg per m² per jaar.
  2. b
    Bereken de lampenergie in kWh per kg sla. Vergelijk met Habitat.
  3. c
    Hoeveel kroppen per m² staan er? En bij Habitat?
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
36.6

Labo: sla in Kratky-potten

Toepassen5Labo60 min
Voer de proef van het handboek uit (vier potten, vier sterktes) of kies een andere veranderlijke: pH (5,0, 5,8, 7,0), licht (vensterbank tegenover lamp) of gewas (sla, basilicum, radijs). Werk drie weken.
  1. a
    Onderzoeksvraag, hypothese, veranderlijke, en wat je gelijk houdt.
  2. b
    Meet om de drie dagen EC, pH en volume in minstens één pot.
    dagEC (mS/cm)pHvolume (L)opmerking
  3. c
    Teken EC en pH in één grafiek (twee y-assen) en zet de eindmassa's in een staafdiagram.
  4. d
    Bereken met EC en volume hoeveel gram zouten de plant opnam. Verklaar je resultaten.
Zo wordt dit beoordeeld
OpzetEén veranderlijke, gelijke plantjes en licht, etiketten, geijkte meters.
MetingenRegelmatig, volledig, met eenheden en opmerkingen (kleur blad, wortels).
VerwerkingGrafiek met twee assen, staafdiagram, zoutbalans met de ijklijn van hoofdstuk 13.
VerklaringEC en volume samen gelezen, pH-stijging door nitraatopname, optimum van de sterkte verklaard.
36.7

Het logboek van het reservoir lezen

Toepassen5Analyseren20 min
Het logboek van het reservoir van de module, telkens om 8 uur:
dag1234567
niveau (L)60555160555060
EC (mS/cm)1,401,481,551,331,401,471,40
pH5,85,96,16,16,26,45,8
actiebijgevuld met regenwaterbijgevuld + A en B, pH-min
  1. a
    Waarom stijgt de EC van dag 1 tot 3, en waarom daalt ze op dag 4?
  2. b
    Bereken de zouten in het reservoir (EC − 0,05) × V op dag 1, 3 en 4. Wat besluit je?
  3. c
    Hoeveel water nemen de planten per dag op? Past dat bij het rekenmodel van het handboek?
  4. d
    Waarom werd op dag 6 ook pH-min toegevoegd?
36.8

Lampen kiezen

Toepassen5Rekenen20 min
Drie lampen voor het kweekbed (2,88 m²), elk dimbaar. Ga ervan uit dat 90 % van het licht op het bed valt. A: 2,5 µmol/J, € 180; B: 2,9 µmol/J, € 260; C: 3,3 µmol/J, € 420 (per lamp, je hebt er twee nodig). Doel: 200 µmol/(m²·s), 16 h per dag, 365 dagen; € 0,30 per kWh.
  1. a
    Welk elektrisch vermogen heeft elke lamp nodig voor het doel?
  2. b
    Bereken per lamp de stroomkost per jaar.
  3. c
    Na hoeveel jaar is de duurdere lamp terugverdiend tegenover A? Welke kies je voor Habitat, waar de stroom van zonnepanelen komt?
36.9

Debiet in de NFT-goten

Toepassen5Rekenen20 min
De pomp levert 4,8 L/min, 10 minuten per uur, en verdeelt over vier goten. Het reservoir bevat 60 L.
  1. a
    Hoeveel liter stroomt er per pompbeurt door elke goot?
  2. b
    Hoe vaak gaat de hele inhoud van het reservoir per dag door de goten?
  3. c
    Na een stroomonderbreking staat de pomp 3 uur stil. Waarom is dat bij 18 °C minder erg dan bij 28 °C? Wat stel je voor?
36.10

Aquaponie voor de module?

Toepassen6Rekenen25 min
Een teamlid stelt voor de voedingsoplossing te vervangen door aquaponie met tilapia. FAO-vuistregels: 40-50 g visvoer per m² per dag voor bladgroenten; vissen eten 1-2 % van hun gewicht per dag; hoogstens 20 kg vis per 1000 L; voer met 32 % eiwit. Een tilapia groeit met 1,5 kg voer per kg vis.
  1. a
    Hoeveel voer per dag, hoeveel kg vis en hoeveel liter viswater heeft het kweekbed van 2,88 m² nodig?
  2. b
    Hoeveel kg vis groeit er per jaar bij? Hoeveel voer moet er per jaar aangevoerd worden?
  3. c
    Geef twee voordelen en drie nadelen voor een station.
36.11

Python: opbrengst.py aanpassen

Toepassen5Programmeren25 min
Neem opbrengst.py uit het handboek.
  1. a
    Bij 250 µmol/(m²·s) zou de teelt 30 dagen duren in plaats van 35, maar de lampen verbruiken 25 % meer. Bereken kg per jaar en kWh per kg. Loont het?
  2. b
    Voeg een parameter toe voor het aantal plantplaatsen en bereken wat 60 plaatsen (dichter planten, kroppen van 170 g) opleveren.
  3. c
    Schrijf een functie m2_voor(kj_per_dag) die berekent hoeveel m² sla nodig is voor een gegeven voedingsenergie per dag.
36.12

Een teeltschema voor basilicum en sla

Toepassen5Ontwerpen25 min
De bewoners willen naast sla ook basilicum. Basilicum kiemt 2 weken en wordt na 4 weken voor het eerst geoogst; daarna kan je 6 weken lang om de week toppen plukken. Eén van de vier goten wordt basilicum.
  1. a
    Teken een teeltschema over 16 weken voor drie goten sla en één goot basilicum, met kiemen, groeien en oogsten.
  2. b
    Hoeveel sla oogsten de bewoners nu gemiddeld per dag? Hoeveel minder dan met vier goten?
  3. c
    Waarom zou je basilicum niet in dezelfde goot met sla zetten?
Zo wordt dit beoordeeld
SchemaKiemen, groeien en oogsten per goot, verspringend, over 16 weken.
RekenwerkOpbrengst met drie goten correct.
AfwegingVerschillende teeltduur, hoogte en licht van basilicum benoemd.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
36.13

Habitat: een voedselplan voor twee bewoners

Uitdagen7Habitat60 min
Het station heeft twee bewoners met elk 10 MJ per dag, bevoorrading om de 30 dagen (39 kg voedsel per bewoner, F29). De module levert 133 kJ per dag uit sla. Kropsla bevat per 100 g ongeveer 102 µg vitamine K (dagbehoefte volwassene ± 70-120 µg) en 166 µg vitamine A (dagbehoefte ± 700-900 µg). Energie voor lampen: ± 10 kWh per MJ voedsel (handboek).
050100150200250m² teeltoppervlak voor 10 MJ per dag216923345sla (Habitat)aardappel (Habitat)aardappel (NASA)NASA-schatting
Teeltoppervlak voor 10 MJ per dag, uit het handboek.
  1. a
    Welk deel van de voedingsenergie van de twee bewoners levert de module? Hoeveel kg voedsel spaart dat per 30 dagen uit (1,3 kg voedsel per 10 MJ)?
  2. b
    Welk deel van de dagbehoefte aan vitamine K en A levert de sla per bewoner (247 g eetbare sla per dag, gedeeld door twee)?
  3. c
    Een teamlid wil 20 % van de voedingsenergie van beide bewoners zelf kweken, met aardappelen onder lampen. Hoeveel m² en hoeveel kWh per dag? Kan de module dat?
  4. d
    Stel een voedselplan op in vijf regels: wat komt met de bevoorrading, wat uit de module, wat zou een uitbreiding (daglichtserre, ander gewas) kunnen opleveren, en wat is de rol van de sla?
Zo wordt dit beoordeeld
RekenwerkDeel van de energie, kg bespaard, vitaminen en oppervlak met eenheden en correcte verhoudingen.
EerlijkErkent dat de module geen voedselautonomie geeft, en zegt waarom (licht kost energie).
AlternatievenDaglicht, gewassen met meer energie per m², bevoorrading; met orde van grootte.
PlanDuidelijke rolverdeling tussen bevoorrading, module en eventuele uitbreiding; de waarde van verse groenten benoemd.
36.14

Habitat: de fiche van het hydroponiesysteem

Uitdagen6Habitat45 min
Maak voor het integratieproject (hoofdstuk 40) een fiche van één bladzijde over het hydroponiesysteem van de klimaatmodule, met alle waarden uit hoofdstuk 11-36: maten, pomp, reservoir, oplossing, sensoren, lampen, teeltschema, opbrengst, hygiëne, en een checklist voor de bewoners.
  1. a
    Vul de technische tabel in (minstens tien regels, met eenheid en het hoofdstuk waar de waarde vandaan komt).
    onderdeelwaardehoofdstuk
  2. b
    Schrijf een checklist: wat doen de bewoners dagelijks, wekelijks, per oogst en per vijf weken?
  3. c
    Welke drie alarmen stuurt de microcontroller, met welke grens?
Zo wordt dit beoordeeld
VolledigKweekbed, reservoir, pomp, oplossing (EC, pH), temperatuur, licht, teeltschema, opbrengst, hygiëne.
JuistWaarden en eenheden kloppen met de hoofdstukken (60 L, 4,8 L/min, EC 1,4, pH 5,8, 200 µmol, 16 h, 18-22 °C, ...).
BruikbaarChecklist concreet en in de juiste volgorde (pH voor EC); alarmen met grens en hysterese.
36.15

Onderzoek: welk gewas levert het meest per kWh?

Uitdagen6Onderzoeken45 min
Een klas vergelijkt drie gewassen onder dezelfde lamp (60 W, 12 h per dag) op 0,25 m² elk, gedurende 28 dagen: sla (oogst 420 g vers), radijs (310 g knolletjes, 240 g blad) en tuinkers (650 g). Energie per 100 g: sla 54 kJ, radijs 67 kJ, tuinkers 134 kJ.
  1. a
    Bereken per gewas de eetbare opbrengst in g per kWh en in kJ voedsel per kWh (de lamp belicht de drie vakken samen; verdeel de energie gelijk).
    gewaseetbaar (g)kWhg per kWhkJ per kWh
  2. b
    Welk gewas wint op gewicht, welk op energie? Welke andere maat zou je nog willen kennen?
  3. c
    Ontwerp een betere proef: wat verbeter je aan deze opzet?
Zo wordt dit beoordeeld
RekenwerkEnergie per vak 6,72 kWh, g/kWh en kJ/kWh correct.
InterpretatieOnderscheid gewicht en energie; voedingswaarde (vitaminen, eiwit) als extra maat.
ProefontwerpHerhalingen, willekeurige plaats onder de lamp, zelfde oppervlak, meten van droge stof.
36.16

Debat: verticale boerderijen in de stad

Uitdagen6Argumenteren30 min
Stelling: 'Steden moeten hun groenten telen in verticale boerderijen: meerdere lagen onder ledlampen, dicht bij de consument.' Gebruik de cijfers van het handboek: 10 à 40 kWh per kg sla onder lampen, 250 L water per kg in het veld tegenover 20 L of minder in hydroponie, 3,9 tegenover 35 à 41 kg per m² per jaar per laag. Een Belgisch gezin verbruikt ongeveer 3500 kWh elektriciteit per jaar.
  1. a
    Hoeveel elektriciteit kost de sla van één persoon (± 10 kg per jaar) uit een verticale boerderij, bij 20 kWh per kg? Welk deel van het verbruik van een gezin is dat per persoon?
  2. b
    Geef twee argumenten voor en twee tegen, met cijfers.
  3. c
    Voor welke gewassen en welke plaatsen is het wel een goed idee? Formuleer een genuanceerd standpunt.
Zo wordt dit beoordeeld
Cijfers200 kWh per persoon per jaar, vergeleken met ± 3500 kWh per gezin.
ArgumentenWater, ruimte, transport en vers tegenover energie, investering en CO2 van de stroom.
StandpuntGenuanceerd: snelle bladgewassen en kruiden, plaatsen zonder grond of met extreem klimaat, met hernieuwbare stroom.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet