Conceptual design study of a harvesting tool for large-scale seaweed production on current kelp farms

Abstract

Tare er blitt et populært og mye diskutert tema de siste årene på grunn av dets mange ideelle egenskaper som plante og ressurs. Tare finnes i naturen eller kan dyrkes. Begge metoder praktiseres, men siden høsting av vill tare ikke er ideelt for større produksjons volum og har en dårlig innvirkning på marin økologi, er kunstig dyrket tare den mest miljø- og øko-vennlig metoden. Kultivert tare praktiseres for tiden over hele kloden og blir sett på som en mulig løsning for å håndtere fremtidige matforsyninger til jordens befolkning på en bærekraftig måte. Nord Europa har de siste årene tilpasset seg og sluttet seg til tang industrien. Dyrking av tare er imidlertid fortsatt et problem som må løses. Industrien har forsøkt å løse dette problemet de siste årene, og ulike konsepter og pilotprosjekter har dukket opp gjennom årene, med ingen suksess. På dette tidspunktet er taredyrking fortsatt i de tidlige innovasjonsfasene. De metoden for høsting og utvinning av tare blir sett på som en av de mest ineffektive og arbeidskrevende prosesser. Derfor er automatisering og introduksjon av nye mekaniske verktøy sett på som en nødvendighet for å løse dette problemet.

Fokuset er å utvikle teknologi som kan hjelpe dagens industri til å ta et steg mot øke produksjonsvolumet. Oppgaven går inn i prosessen av høsting av tare og ser nærmere på forskjellige funksjonskrav og design kriterier for et mekanisk høsteverktøy. Seks funksjonskrav og fem design kriterier ble funnet å være grunnlaget for å løse problemene i høstingsprosessen. Ut fra design parameterne ble tre ulike konsepter laget og evaluert. Hvor den mest lovende konsept ble videre analysert. Det ble utført en energiprofil basert på komponentene innen operasjonen. Hvor et fartøy, ROV- og et pumpe-system ble brukt til operasjonen. Energiforbruket ble brukt til å finne energikostnaden ved operasjonen, for å se om dette kunne være det utført i praksis.

Basert på markedsverdien av tare og energikostnaden var ikke konseptet i denne oppgaven en ideell kandidat for storskala produksjon. Konseptet kan imidlertid behandles som en inngang til realiseringen av industrialisering i større skale. Konseptet viste seg a være lovende, ettersom det var mer effektivt, og var mindre arbeidskrevende under høsting, sammenlignet med dagens høstingspraksis.

Kelp has become a popular and widely discussed topic in recent years due to its many ideal characteristics as a plant and resource. Kelp can be found and grown in the wild or cultivated. Both methods are practiced, but since harvesting wild kelp is not ideal for large-scale production and has a bad impact on the marine ecology, artificially grown kelp is redeemed most environment and ecology friendly. Cultivated kelp is currently practiced all over the globe and is seen as a potential solution to manage future food provision for the Earth’s population in a sustainable way. North Europe has in recent years adapted and joined the seaweed industry. However, large scale cultivation of kelp is still a problem to be solved. The industry has tried to solve this problem over the past decade, and different concepts and pilot projects have surfaced throughout the years, with no success. At this moment in time, kelp cultivation is still in its early phases of innovation. The method of harvesting and extracting kelp is seen as one of the most inefficient and labor-intensive processes. Therefore, automating and introducing new mechanical tools is seen as a necessity to solve this problem.

The focus is to develop technology to help the current industry to take a step toward increasing the production volume. The thesis dives therefore deeper into the process of extracting and harvesting kelp and looks further into the functional requirements and design criteria for such a mechanical harvesting tool. Six functional requirements and five design criteria were found to be the foundation of solving the problems within the harvesting process. From the design parameters, three different concepts were made and evaluated. Where the most promising concept was further analysed. An energy profile was carried out based on the components within the operation. Where a vessel, ROV- and a pump-system was used for the operation. The energy consumption was used to find the energy cost of the operation, to see whether this could be carried out in practice.

Based on the market value of kelp and the energy cost, the concept in this thesis was not an ideal candidate for large scale production. The concept, however, could be treated as an entry towards the realization of large scale industrialization. The concept showed promise, as it was more efficient, and was less labor-intensive during harvest, compared to the current harvesting practice.