Dan do neu yn yr awyr agored: Effeithiau hinsoddol tyfu mewn amgylchedd a reolir

9 Chwefror 2022

Dr David Cutress: IBERS, Prifysgol Aberystwyth.

• Gallai amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir (CEA) fod o ddiddordeb cynyddol wrth i gyfanswm y tir sydd ar gael ar gyfer strategaethau twf traddodiadol leihau
• Mae tywydd eithafol sy’n effeithio ar gnydau awyr agored ychwanegu at fuddion dulliau CEA amgen
• Mae CEA yn ein galluogi i reoli amodau twf yn gyfan gwbl ar draul defnyddio mwy o ynni
• Mae’r effaith ar yr hinsawdd fesul allbwn cynnyrch yn well mewn nifer o systemau CEA o’i gymharu â dulliau traddodiadol, ond byddai gwelliannau o ran effeithlonrwydd ynni yn cynyddu hyn ymhellach

Yr Apêl

Cydnabyddir bod amaethyddiaeth ledled y byd yn gyfrifol am oddeutu traean o’r holl allyriadau nwyon tŷ gwydr, ac oherwydd hyn, fel sector, mae’n edrych tuag at opsiynau a fyddai’n gallu lliniaru effeithiau presennol ac effeithiau ar gyfer y dyfodol. Mae cefnogwyr amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir (CEA) yn awgrymu ei fod yn faes sy’n cynnig potensial i leihau allyriadau. Mae CEA yn ei ffurfiau mwyaf cyffredin yn cynnwys tai gwydr, gerddi caeedig ar ben to, ffermydd fertigol a ffatrïoedd planhigion. Yn ogystal â’r effeithiau hinsoddol arfaethedig sy’n gysylltiedig ag amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir, mae ffactorau allanol sy’n gyfrifol am symud tuag at systemau o’r fath yn cynnwys mwy a mwy o dir yn cael ei flaenoriaethu at ddibenion eraill. Mae galw cynyddol am fwy o dai ar gyfer poblogaeth sy’n tyfu’n gyson, yn ogystal â newid mewn defnydd tir at ddibenion lliniaru carbon penodol megis coedwigaeth a biodanwydd.

 Allan o Benke and Tomkins 2017

Mae apêl systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir yn cynnwys y gallu i reoli’r amgylchedd yn gyfan gwbl sy’n caniatáu’r amodau twf gorau posibl er mwyn sicrhau’r cynnyrch mwyaf ynghyd â chynhyrchiant drwy’r flwyddyn. Gall hyn hefyd helpu i atal effeithiau sy’n gysylltiedig ag amodau hinsoddol sy’n digwydd yn yr awyr agored, gan fod y rhain yn gallu lleihau neu atal cynhaeaf. At hynny, gall systemau sy’n cael eu rheoli ganiatáu ar gyfer darparu’r swm cywir o faetholion a dŵr, eu rheoli a’u cylchu gan hefyd warchod y cnydau rhag plâu a chlefydau. Mae ffigyrau’n awgrymu bod 70% o’r farchnad ffermio dan do presennol yn cael ei ddominyddu gan dai gwydr, ac felly dylai’r rhain fod yn ystyriaeth greiddiol wrth ddadansoddi CEA yn ei gyfanrwydd, ac yn enwedig wrth ganfod effeithiau hinsoddol CEA. Nodwyd, fodd bynnag yn 2018 fod mwyafrif y cyhoeddiadau gwyddonol presennol yn canolbwyntio’n helaeth ar ffermio fertigol, gan awgrymu mai dyma’r maes twf mwyaf o ran CEA wrth edrych tua’r dyfodol. Ond bwriad yr erthygl hon yw gofyn a ydyn ni’n gwybod pa mor effeithlon a chynaliadwy yw’r rhan fwyaf o systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir?

CEA ac effeithlonrwydd

Ar hyn o bryd, wrth drafod CEA, mae’n aml yn cael ei ystyried yn system ddwys o ran ynni o ganlyniad i’r ddibyniaeth ar oleuadau artiffisial a systemau dyfrhau. Roedd un o ganfyddiadau allweddol thesis a ysgrifennwyd ym Mhrifysgol Harvard yn nodi er bod systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir yn ddwys o ran ynni, mae effeithlonrwydd ardaloedd o’r fath i dyfu cynnyrch cynyddol gyda’r un mewnbynnau tir ac ynni (megis trwy bentyrru mwy o gnydau’n fertigol) yn golygu bod enillion o ran cynnyrch yn cynyddu ar gyfradd uwch na’r defnydd ynni. Mae hyn yn awgrymu y gallai CEA ar lefelau penodol o gynhyrchiant berfformio’n well nag amaethyddiaeth draddodiadol mewn sefyllfa kg o garbon deuocsid cyfwerth (CO₂e) fesul kg o gynnyrch. Un o’r prif ffactorau effeithlonrwydd ynni mewn systemau dan do yw gwresogi a lleithder sy’n cael eu rheoli gan unedau gwresogi, awyru a chyflyru’r aer (HVAC) sydd â gofynion ynni hanfodol. Mewn hinsawdd oer iawn, gall y rhain fod yn gyfrifol am >70% o’r holl gostau gweithredu, ac mewn hinsawdd gynhesach, hyd at 50% o’r costau. Mae pwysigrwydd rheoli tymheredd a lleithder yn aml yn gysylltiedig â gwahaniaeth pwysedd anwedd.

Rhwng systemau CEA, mae rhai astudiaethau wedi cael eu cwblhau i gymharu systemau tŷ gwydr a systemau Ffatri Blanhigion ar draws pedwar hinsawdd yn UDA, a daethant i’r casgliad fod tai gwydr yn perfformio’n well yn gyson o safbwynt defnydd ynni ac ôl troed carbon.  Ar y llaw arall, daeth astudiaeth yn 2018 o’r un mathau o systemau CEA i’r casgliad bod systemau ffatri blanhigion yn perfformio’n well na systemau tai gwydr yn hinsawdd yr Iseldiroedd, Emiradau Arabaidd a Sweden. Mae hyn yn awgrymu bod effeithiau modelu’n gallu amrywio yn seiliedig ar yr hinsawdd a’r dechnoleg benodol a ddefnyddir ym mhob system. Mae mesurau effeithlon o ran ynni’n chwarae rôl enfawr o ran faint o effaith y bydd system yn ei chael ar yr hinsawdd yn gyffredinol. Er ei bod yn glir bod astudiaethau penodol ar effeithlonrwydd systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir (gweler y tabl isod), nodwyd mor ddiweddar â 2021 bod prinder sylweddol o ddata cymharol gynhwysfawr ar gael sy’n edrych ar wahanol systemau CEA o safbwynt effeithlonrwydd. Mae hyn yn rhwystr rhag datblygu dealltwriaeth lawn o effeithiau dilynol ar yr hinsawdd, ac mae angen rhoi sylw i hyn wrth i’r sector symud ymlaen. Bu un astudiaeth, a oedd yn ceisio mynd i’r afael â hyn yn benodol, yn cymharu systemau tai gwydr agored a chaeedig gyda systemau Ffatri Blanhigion dan do a daeth i’r casgliad fod tai gwydr technolegol wedi’u hawyru’n perfformio’n well na systemau Ffatri Blanhigion o ran effeithlonrwydd ynni yn y rhan fwyaf o ranbarthau prewyliadwy (rhanbarthau’n bwysig oherwydd effaith yr hinsawdd a’r amodau amgylcheddol cyfagos).

Tabl o effeithlonrwydd CEA o’i gymharu â sefyllfaoedd twf cyfatebol yn yr awyr agored

Mesurau effeithlonrwydd ynni

Ceir meysydd amlwg lle mae mwyafrif y diffyg effeithlonrwydd yn digwydd o fewn systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir. Felly, gall canolbwyntio ar waith ymchwil a thechnolegau i fynd i’r afael â’r meysydd hyn gael effaith sylweddol wrth wella effaith y systemau ar yr hinsawdd yn gyffredinol, ac annog mwy i fabwysiadu CEA fel strategaeth.

Tymheredd

Mae disodli systemau pwmpio gwres arferol mewn systemau CEA gan osod offer cyd-gynhyrchu yn hwyluso’r mewnbwn ynni sy’n cynhyrchu gwres neu’n oeri, gan hefyd gynhyrchu trydan i leddfu rhywfaint ar y gofynion ynni a/neu CO₂ yn ogystal a ellir ei ddarparu i’r planhigion i hybu twf. Mae arloesedd diddorol yn Japan yn cynnwys dylunio cyfleusterau tanddaearol mewn twnelau sydd wedi cael eu gadael yn wag yn y gorffennol, lle mae’r tymheredd yn cael ei gadw’n gyson rhwng 18-20°C drwy’r flwyddyn, gan waredu’r angen am lawer o’r ffactorau cynhesu ac oeri sydd angen eu hystyried mewn system CEA arferol. Mae inswleiddio, gorchudd/cysgod, gogwydd adeiladau a’r deunyddiau adeiladu a ddefnyddir hefyd yn effeithio ar sefydlogrwydd tymheredd ac effeithlonrwydd dan do er mwyn cadw’r amodau gorau posibl.

Lleithder/Trydarthiad

Bydd gan lawer o’r mesurau effeithlonrwydd ynni a nodir uchod ar gyfer tymheredd lawer o fuddion cysylltiedig o ran lefelau lleithder. Er enghraifft, gallai systemau HVAC sydd wedi’u gysylltu gyda systemau awyru clyfar neu systemau niwlen chwarae rôl sylweddol yma. Yn yr un modd, mae systemau modelu wedi cael eu datblygu a all helpu tyfwyr i lacio’r ffiniau tymheredd a lleithder o fewn systemau rheoli dan do integredig er mwyn gwneud arbedion sylweddol o ran ynni, gan effeithio ychydig iawn ar lefelau cynhyrchiant planhigion.

Goleuo/addasu cyfnodau golau

Mae mesurau goleuo’n ymwneud i raddau helaeth â datblygiadau mewn systemau LED effeithlon, ond mae rhagor o fanylion am hyn ar gael yma. Yn gyffredinol, gallai defnyddio systemau LED cywir leihau’r angen ar gyfer cynnal a chadw a chostau trwy gynyddu oes bylbiau hyd at ddwywaith os nad yn fwy, a rhagwelwyd y byddai’n gallu arwain at arbedion ynni o 47% (o ganlyniad i hyd at 4-5 gwaith yn fwy o effeithlonrwydd trawsnewid ynni i olau yn ddamcaniaethol) o’i gymharu â systemau goleuo traddodiadol. Dyma’r maes sydd o ddiddordeb mwyaf gan fod goleuo wedi cael ei ystyried yn nodweddiadol fel y ffactor sy’n defnyddio fwyaf o drydan mewn nifer o systemau.

Er ei bod yn anodd meintoli o ran effaith ar ffactorau hinsawdd ac effeithlonrwydd ynni’n gyffredinol, mae llafur yn faes arall lle gall systemau CEA wella mesurau effeithlonrwydd ynni. Mae systemau CEA yn gyffredinol yn llawer mwy addas ar gyfer defnyddio technoleg robotig a pheiriannau eraill, gan olygu y gellir cyflawni cyfraddau cynhyrchiant anferth gyda llai o fewnbwn llafur. Er bod peiriannau eu hunain yn ychwanegu at y mewnbynnau ynni hanfodol, gallai’r lleihad mewn mewnbynnau ynni sy’n gysylltiedig â llafur megis tanwydd ar gyfer cymudo wneud hyn yn fwy ffafriol. At hynny, mae llai o lafur yn lleihau costau cynhyrchu gan arwain at well effeithlonrwydd ynni a ffigyrau CO₂e wrth gymharu ag elw.

Yn olaf, mesur effeithlonrwydd ynni arall posibl yw acwaponeg, a fyddai’n gallu gwella effeithlonrwydd ynni trwy wella cylchrediad llif maetholion a lleihau gofynion mewnbwn maetholion, o’i wneud yn effeithiol. Am ragor o fanylion, gweler yr erthygl hon. Mae’n werth nodi o’r erthygl hon (gweler tabl 2) fod nifer o’r systemau acwaponeg presennol yn cynnig llawer gwell effeithiau hinsoddol o ran llai o botensial ar gyfer cynhesu byd eang na’r systemau acwaponeg a aseswyd. Nid yw hyn yn golygu na fyddai’r strategaeth hon yn chwarae rôl yn systemau CEA y dyfodol ar ôl gwaith ymchwil pellach.

Amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir a’r effaith ar yr amgylchedd

Nid yw’r prif ganlyniad sy’n gysylltiedig ag effaith CEA ar yr hinsawdd o’i gymharu â systemau traddodiadol, ar hyn o bryd, o reidrwydd yn un lle ceir enillion. Yn hytrach, mae systemau CEA yn dueddol o arwain at newid lle mae’r effaith hon yn digwydd. Mae systemau CEA yn lleihau effeithiau sy’n gysylltiedig â llygredd amaethyddol ac maen nhw’n defnyddio dŵr, lle, cludiant a maetholion mewn modd llawer mwy effeithlon. Mae costau’r buddion hyn yn dod ar draul defnyddio mwy o ynni i bweru systemau dyfrhau, goleuo a rheoli’r amgylchedd.  O ganlyniad, mewn sefyllfaoedd lle gellir cysylltu CEA gyda thechnolegau sy’n gwella effeithlonrwydd (er enghraifft trwy ddefnyddio gwres gwastraff sy’n sgil gynnyrch o systemau diwydiannol sydd eisoes wedi’u sefydlu) neu’n gallu defnyddio ynni o ffynonellau adnewyddadwy  (gwynt, solar, geothermol ac ati), mae gan y systemau hyn ddyfodol llawer mwy cynaliadwy na dulliau tyfu traddodiadol. Amlygwyd hyn mewn astudiaeth lle gwelwyd fod modd cael lleihad o 60% yn yr allyriadau nwyon tŷ gwydr sy'n gysylltiedig â ffatrïoedd planhigion trwy ddefnyddio arloesiadau o’r fath. 

Mae effeithiau cludiant yn faes allweddol arall o ran effeithiau CEA. Ar y cyfan, mae’r rhain yn amrywiol gan ddibynnu ar y cadwyni prosesu bwyd penodol, fodd bynnag, yn seiliedig ar ffigyrau DEFRA, yn y DU, mae 25% o’r holl filltiroedd sy’n cael eu gyrru gan gerbydau nwyddau trwm (HGV) yn ymwneud â bwyd, gydag allbynnau CO₂ blynyddol o 19 miliwn tunnell. Mae’r ffigyrau hyn ledled y byd yn gallu bod yn fwy arwyddocaol gan ddibynnu ar gymhlethdod y gadwyn fwyd ym mhob gwlad, gyda chludiant ar y cyd (gan gynnwys teithio i archfarchnadoedd ac ati) yn gyfrifol am dros 10% o allyriadau CO₂ sy’n gysylltiedig â chynhyrchu bwyd mewn un astudiaeth yn yr UDA. Gall systemau CEA fynd i’r afael yn haws ag effeithiau cludiant gan fod modd targedu adeiladu ar gyfer ardaloedd trefol a defnyddio adnodd dadansoddi logisteg strategol i leihau gofynion cludiant ledled y wlad. Gwelwyd effaith hyn mewn astudiaeth o dyfu letys yn yr UDA lle cafodd cynnydd mewn potensial cynhesu byd-eang (GWP) o ganlyniad i ofynion ynni uwch mewn systemau CEA ei liniaru bron yn gyfan gwbl trwy leoli safleoedd CEA yn agos iawn i’r ardaloedd lle’r oedd angen dosbarthu’r cynnyrch.  

Bu Astudiaeth yn edrych ar sicrhau hunangynhaliaeth mewn llysiau deiliog yn Singapore yn cymharu twf rhwng systemau ffermio fertigol dan do a ffermio fertigol dan do gyda golau naturiol (Vnat), ffermio pridd traddodiadol (BAU) gyda mewnforio, a thai gwydr rhannol gaeedig gyda thwf pridd canolig. Daeth yr astudiaeth i’r casgliad mai twf Vnat oedd fwyaf buddiol ym mhob agwedd heblaw am ddefnydd dŵr, a chafwyd perfformiad ychydig yn well o ran datblygiad pridd mewn tai gwydr o ran cydbwysedd allyriadau CO₂e (gweler  y ffigwr isod). Mae hyn yn dystiolaeth bellach y byddai cydbwysedd cynaliadwyedd yn gallu symud tuag at systemau CEA os byddai modd lliniaru’r allyriadau sy’n gysylltiedig gyda systemau CEA trwy fesurau effeithlonrwydd ynni, yn yr achos hwn, gyda’r mesurau hyn yn golygu cynnwys golau naturiol o fewn y system Vnat o’i gymharu â’r system dan do.

Mae gerddi ar ben toeau yn faes sy’n debygol o gael effaith ddilynol ar ddefnydd ynni ac allyriadau’r seilwaith adeiladu lle maen nhw’n cael eu gosod. Oherwydd eu heffeithiau gwyrddio, gall y systemau hyn leihau baich cynhesu ac oeri’r adeilad ar wahanol adegau o’r flwyddyn gan arwain at arbedion ynni o ran rheoli’r hinsawdd yn fewnol. Defnydd diddorol arall o CEA er mwyn sicrhau cynaliadwyedd yw defnyddio ynni mewn modd mwy cylchol mewn dinasoedd er enghraifft trwy ddefnyddio gwres sy’n cael ei wastraffu o dai gwydr ar ben to i gynhesu eiddo preswyl. At hynny, mae tymereddau cynhesach ar draws y byd yn debygol o achosi mwy a mwy o dywydd anrhagweladwy a fydd yn y pen draw yn arwain at amrywioldeb mewn allbynnau

cynhyrchu bwyd mewn sefyllfaoedd awyr agored. Rydym ni wedi gweld symudiad sylweddol o ran cynaeafu dros y 5-10 mlynedd diwethaf o ganlyniad i lifogydd a sychder nad yw ffermwyr tir âr wedi gallu ymdrin â nhw mewn modd effeithlon. Mae systemau CEA yn atal y ffactorau hyn sy’n ymwneud â newid hinsawdd i raddau helaeth rhag dylanwadu ar gynhyrchiant cadwyn gyflenwi. Mae’n bosibl mai’r unig opsiwn amgen i hyn fyddai targedu bridio cnydau mwy gwydn neu addasu genynnol.

Gallai opsiynau eraill ar gyfer gwella effaith systemau CEA ar yr hinsawdd ymwneud â'r dewis o gnydau a ddefnyddir <https://www.vertikit.co.uk/sprouts-and-microgreens-crop-potential-and-c…; Un opsiwn diddorol yw tyfu egin a phlanhigion micro-wyrdd gan fod cynhyrchu cnydau o’r fath angen mewnbynnau ynni isel ar gyfer cynaeafu cynnyrch gyda gwerth cymharol uchel ar y farchnad. Gan ddefnyddio planhigion broccoli micro-wyrdd, nodwyd fod angen 158 -236 gwaith yn llai o ddŵr a 93  95% yn llai o amser i dyfu cynnyrch gyda’r un gwerth maethol â phlanhigion aeddfed yn yr awyr agored (gyda’r enillion dilynol o ganlyniad i’r ffaith nad oes angen gwrtaith a phlaladdwyr). Trwy ganolbwyntio ar CO₂e kg fesul £ ar gyfer cynnyrch neu fesul buddion maeth, mae’n debygol y byddai planhigion micro-wyrdd ac egin yn rhoi canlyniadau ffafriol iawn.

Crynodeb

Gall gwerthuso effaith systemau amaethyddiaeth mewn amgylchedd a reolir ar yr hinsawdd fod yn anodd iawn gan fod ystod o effeithiau uniongyrchol ac anuniongyrchol yn rhan ohonynt. Mae llawer o waith ymchwil gwyddonol yn dibynnu ar astudio agwedd/system unigol neu lond llaw o’r rhain ar y tro, naill ai wrth gymharu gyda systemau traddodiadol sy’n cyfateb, neu’n llai aml, wrth gymharu rhwng systemau CEA eu hunain. Er bod llawer o waith ymchwil yn dangos bod gan systemau CEA botensial i ddefnyddio strategaethau a thechnolegau i fod yn llawer mwy effeithlon o ran ynni, mae rhagor o waith ymchwil a datblygu sy’n canolbwyntio ar effeithlonrwydd ar waith ar hyn o bryd, ac mae ei angen o hyd. Mae lleihau gofynion ynni systemau CEA yn hanfodol o ran effeithiau ar yr hinsawdd, ond hefyd ar gyfer proffidioldeb y diwydiant ei hun, ac felly mae’n debygol o fod yn faes a fydd yn derbyn mwy o sylw ac arloesi’n fuan. Er mwyn i CEA fod a rei fwyaf effeithiol, mae angen iddo wneud defnydd o systemau pentyrru (Stacking) gan mai dyma’r ffordd hawsaf i gynyddu allbwn cynnyrch gan ddefnyddio’r un faint o le gyda gofynion ynni tebyg iawn, a dylid cysylltu hynny gyda ffynonellau ynni adnewyddadwy er mwyn cyflenwi’r galw uwch am ynni.

Os hoffech fersiwn PDF o'r erthygl hon, cysylltwch â heledd.george@menterabusnes.co.uk