Нитратен сензор
Държава на разработване/прилагане:
Норвегия и Великобритания
Обхват на иновациите
☐ Работа в офис а
☒ Процес на производство / доставка на услуги
Специфични за сектора
☒ Да / моля, посочете сектора(ите): земеделие
☐ Не (отнася се за всички сектори)
Описание на нуждите
Концентрацията на нитрати в почвата се отнася до количеството нитрати (NO3-). Нитратите са форма на азот, който е основен хранителен елемент за растенията. Азотът е необходим за синтеза на аминокиселини, протеини и ДНК в растенията, което го прави жизненоважен за техния растеж и развитие. Нитратите са една от най-лесно усвоимите форми на азот за растенията и попадат в почвата предимно чрез разграждането на органични вещества (като растителни и животински отпадъци) или чрез създадените от човека торове. Въпреки това подходящият баланс на нитратите е от решаващо значение. Твърде малкото количество нитрати може да ограничи растежа на растенията, което води до забавяне на развитието и пожълтяване на листата – състояние, известно като азотен дефицит. От друга страна, твърде многото нитрати могат да доведат до прекомерен вегетативен растеж за сметка на развитието на плодовете или цветовете. Освен това прекомерното количество нитрати в почвата може да бъде вредно за околната среда. Той може да се просмуче в подпочвените води, да ги замърси и да ги направи опасни за консумация поради потенциални рискове за здравето, като например метхемоглобинемия при бебета (известна още като „синдром на синьото бебе“) и потенциални канцерогенни ефекти. Прекомерното оттичане на нитрати във водните басейни може да доведе и до еутрофикация – процес/форма на замърсяване, който включва прекомерно наторяване на водните басейни, цъфтеж на водорасли, обезкисляване на водата и смърт на риби.
Мониторингът на нитратите в почвата е съществен аспект на устойчивото земеделие и опазването на околната среда. Поради това селскостопанските напр. нитратни сензори за почва са важни инструменти в селското стопанство. Селскостопанските сензори направиха революция в земеделските практики и икономическите ландшафти. Тези сензори снабдяват земеделските стопани с изключително важни данни, които им позволяват да се адаптират към промените в околната среда и да оптимизират добивите на култури. Те играят ключова роля за посрещане на нарастващото търсене на храни чрез увеличаване на производителността при минимизиране на използването на ресурси – включително вода, торове и семена. Като пестят ресурси и създават подробни карти на полето, нитратните сензори превръщат устойчивото земеделие в реалност. За култури като гроздето, които изискват постоянен мониторинг, за да се развиват добре, сензорирането на културите в реално време се е превърнало в съществено условие за успешното им отглеждане.
Описание на решението
Zimmer and Peacock е световно признат разработчик и производител, сертифициран по ISO13485, специализиран в създаването на химични и биохимични сензори. В това си качество ZP е известна компания, която е в челните редици на устойчивите технологични решения и продукти. Това включва сензорни решения за мониторинг на околната среда, технологии за възобновяема енергия, устойчива диагностика в здравеопазването, екологични материали и опаковки, зелена електроника и решения за интернет на нещата, пречистване и третиране на вода, устойчиво земеделие и продоволствена сигурност и решения за кръгова икономика. Биосензорите по своята същност са устойчиви, тъй като подпомагат прецизното и целенасочено използване на ресурсите. В контекста на селското стопанство, например, нитратните сензори могат да помогнат на земеделските стопани да прилагат точното количество необходими торове, намалявайки отпадъците и предотвратявайки прекомерната им употреба, която може да доведе до увреждане на околната среда. Нитратите са съществена част от съвременното земеделие, но прекомерното им прилагане води до замърсяване на околната среда. Ето защо нитратните сензори на ZPs могат да следят нитратите в почвата, предназначени за прецизно земеделие.
Разработване на сензори за почва
ZP предлага готови услуги за разработване на почвени сензори и разполага с едни от най-оборудваните търговски почвени пакети в света. Те могат да измерват различни условия, включително светлина, температура и влажност. Почвените пакети са предназначени за оценка на въздействието на хранителни вещества като азот (N), фосфор (P) и калий (K), което улеснява разработването на иновативни методи за сензориране. Почвените пакети са интегрирани с облака Djuli Cloud, което дава възможност за достъп до данни в реално време за техните партньори.
В допълнение, платформата ZP Accelerator може да подобри тези усилия за развитие. Платформата Accelerator е технологична платформа, способна да ускори сътрудничеството от лабораторията към полето, като използва собствени технологии и възможности, включително: ситопечатни електроди (SPE), отлагане на пари, имуносензори, ензимни сензори, йон-селективни електроди, електроника, разработване на приложения, разработване на електрохимични анализи, изчисления в облак, изкуствен интелект, науки за данните и др.
Чрез включването на изкуствения интелект в разработването на приложения ZP може да ускори процеса на разработване на сензори по начин, който не е бил възможен преди.
В ZP описват своя технологичен пакет като сензор към интерфейс за програмиране на приложения (API), което означава, че те са част от събирането на електрохимични сигнали и след това от движението на тези данни към Облака. Тяхната база данни Djuli е мощна научна база данни в облака, която е оптимизирана за електрохимични данни, данни от биосензори и данни за ин витро диагностика (IVD):
· Обработка на данни
· Визуализация на данни
· Споделяне на данни
· Прехвърляне на данни чрез API повиквания
· Съхранение на данни
Биосензори: Нитратен сензор
ZP стартира ZP AgTech. Един от резултатите от мащабна програма за разработване на сензори в Zimmer and Peacock. Това е нитратен сензор за откриване на нитрати във водата и в селското стопанство. По този начин ZP пусна на пазара първия в света търговски биосензор за нитрати. Този нитратен електрохимичен биосензор се съчетава с фосфатните и калиевите сензори на ZP.
Сензорите за нитрати могат да се използват с платформата OmniSense (задвижващата електроника). SenseItAll (SIA) е платформа за бързо постигане на минимално жизнеспособен продукт (MVP) в областта на сензорите и тестовете, където електрохимичното откриване е в основата на технологията. По-долу е представено описание на работния процес и разработките:
· Сензорите или биосензорите се препоръчват от ZP за постигане на оптимални резултати.
· Сензорите се поставят в измервателен уред с Bluetooth, който се свързва със смарт устройство с Android.
· Пробите се нанасят върху сензора.
· Приложение на смартфона идентифицира пробата или сензора и дава съответните инструкции на измервателния уред.
· След това измервателният уред извършва анализа, като изпраща необработения сигнал към приложението чрез Bluetooth.
· Операторът може лесно да качи данните в облачна база данни Djuli, като натисне бутон в приложението. За тази цел смарт устройството трябва да има връзка с облака, например чрез Wi-Fi.
· Необработените данни се съхраняват в облака, където се процедира с две основни фази:
o 1 ФАЗА ОБУЧЕНИЕ – Тази фаза включва разработване на алгоритъм, който съпоставя суровия сигнал с „истината“, чието определение зависи от спецификата на програмата.
o 2 ФАЗА НА ИЗПЪЛНЕНИЕ – Изводите от фазата на обучение се включват в облака, което позволява на потребителя да използва технологията независимо от ZP, въпреки че при необходимост могат да бъдат направени допълнителни подобрения.
Освен това ZP предлага пакет от решения за калибриране за тестване на нитратни сензори.
например комплектът разтвори за калибриране на нитрати – ZPCH100000-00139. Продуктът позволява на клиента да тества нитратния сензор.
Комплектът съдържа разтвори с различна концентрация: 0,3 mM, 3 mM, 30 mM и 300 mM – по 10 ml за всяка концентрация.
Проектът Agrisenze
С развитието и усъвършенстването на азотните сензори Zimmer and Peacock участва в проекта Agrisenze – проект за научни изследвания и иновации, целящ да промени селското стопанство чрез създаване на система за мониторинг за измерване на съдържанието на азот в почвата. Тази иновация дава възможност на фермерите да разполагат с данни за нитратните нива, като оптимизират използването на торове, свеждат до минимум разходите и въздействието върху околната среда. Тези данни са ценни и за вземането на решения в областта на политиката за опазване на околната среда. Agrisenze има за цел да създаде усъвършенствана система за мониторинг на нитратите в почвата в реално време на различни дълбочини, като насърчава отговорното използване на торове. Тази инициатива произтича от сътрудничеството между Zimmer и Peacock и Plant Bioscience Limited (PBL), които усъвършенстваха електрохимичната технология за засичане на нитрати. Понастоящем Agrisenze е в начален етап на проучване на концепциите за дизайн. Мултидисциплинарният екип, включващ инженери, учени, специалисти по интернет на нещата и бизнес разработчик, определя архитектурата на системата и ръководи процеса на разработване. Осъзнавайки важността на ранното включване на заинтересованите страни, екипът търси стратегии за идентифициране и валидиране на нуждите на заинтересованите страни в ранните етапи на разработката, като се съобразява с типичните ограничения на МСП. Agrisenze, дълбоко вкоренена в сътрудничеството на Zimmer и Peacock с PBL, е важен пример за бъдещо технологично развитие. То подчертава необходимостта от свързване на напредналата технология с разбирането на пазара и клиентите, както и ролята на ранното участие на заинтересованите страни в разработването на продукта. По този начин Agrisenze представлява нещо повече от инструмент за земеделските производители. Тя е модел за бъдещо развитие на технологиите, демонстриращ хармонията между напреднала технология, ангажираност на заинтересованите страни и устойчивост на околната среда, която ZP се стремят да насърчават.
Описание на ефекта
Zimmer и Peacock предлагат разнообразни сензори за различни приложения, включително сензори за нитрати. Нитратните сензори могат да играят важна роля в редица области, като например мониторинг на околната среда, селско стопанство и процеси на пречистване на вода. В селското стопанство те могат да се използват за наблюдение на нитратните нива в почвата, което може да информира земеделските стопани за необходимостта от наторяване и да помогне за оптимизиране на добивите, като същевременно се сведе до минимум прекомерната употреба на торове. При пречистването на вода нитратните сензори могат да бъдат от решаващо значение за гарантиране, че пречистената вода е безопасна за консумация или за изпускане в околната среда, като предупреждават за високи нива на нитрати, които могат да бъдат вредни за човешкото здраве. При мониторинга на околната среда тези сензори могат да помогнат за определяне на нивото на нитратите във водните басейни, което е от решаващо значение за определяне на нивата на замърсяване и потенциалните рискове за водния живот.
По отношение на селското стопанство, независимо дали фермерите са в САЩ, Европа или Индия, много от тях добавят достатъчно хранителни вещества в почвата с намерението да подхранват корените, като по този начин увеличават биомасата. Предизвикателството обаче се крие във факта, че нивата на нитрати в почвата рядко се измерват в реално време, което води до излишък на нитрати, които се отмиват в местните водоизточници. Този излишък може да доведе до еутрофикация. Излишъкът от нитрати може да проникне и във водоносния хоризонт и в питейната вода. Освен за местното замърсяване, прекомерното торене допринася и за глобални проблеми. На производството на торове се падат 1,2 % от световните емисии на CO2, а 1 % от световното потребление на енергия е свързано с производството на торове. Този проблем със замърсяването е двоен: замърсяване от производството на торове и замърсяване от неконтролираната им употреба, тъй като невъзможността да се измерват нивата на нитратите означава, че не можем да контролираме тяхното въздействие.
Въпреки че нитратите в почвата съжителстват с други йони като амоний, карбамид, калий и фосфат, тестовете на ZP показват, че те не пречат на работата на сензора. Проблемът, който ZP цели да реши, включва повишаване на ефективността на прилагане на торове, потапяне в почвата за непрекъснато измерване на нитрати и използване на интернет на нещата за предаване на тази информация на земеделския стопанин. По този начин може да се предотврати прекомерното използване на торове.
Като цяло технологичните решения, предлагани от Zimmer и Peacock, имат многостранен устойчив ефект. От мониторинга на околната среда и напредъка в областта на възобновяемите енергийни източници до екологосъобразната диагностика в здравеопазването и инициативите за кръгова икономика – техните предложения допринасят за смекчаване на екологичните предизвикателства и насърчаване на по-устойчиво бъдеще в различни сектори. Чрез своите иновации и отдаденост на устойчивото развитие Zimmer и Peacock са пример за това как технологиите могат да играят жизненоважна роля в решаването на глобалните екологични проблеми и насърчаването на един по-зелен и устойчив свят.
Дружество/дружества, което/които е/са разработило/приложило/предложило иновацията
Zimmer и Peacock
Zimmer and Peacock е сертифицирана по ISO13485 фирма за разработване и производство на електрохимични биосензори и ин-витро диагностика (IVD). Компанията е със седалище в Обединеното кралство, но също така развива дейност в Норвегия и Съединените щати.
ZP разполага с пълния технологичен пакет от сензора до облака, като услугите им включват: сензори, електроника, изчисления в облака, науки за данните и регулаторни въпроси и осигуряване на качеството (RAQA). ZP предлага отличителна комбинация от продукти и услуги и е специализирана в интегрирането на своите инженерни услуги във всеки продукт, който предоставя. Този уникален подход ги е направил умели в подпомагането на предприемачите за постигане на търговски успех и навлизане на пазара. Техните предложения са сплав от материални продукти и нематериални услуги, характеризиращи се с изчерпателни съвети, опит в бранша и отдадено внимание. Тези качества са присъщи спецификации, които определят продуктовата им гама. Независимо дали клиентите закупуват продуктите на ZP или сключват договор за техните инженерни услуги, те получават стратегическа пътна карта, предназначена да ги води към успеха.
В допълнение към производството ZP предлага и договорни услуги за научноизследователска и развойна дейност. Това включва подпомагане на други компании или изследователи да разработят и комерсиализират своите идеи за сензори – процес, който включва аспекти като идеи, проучвания за осъществимост, създаване на прототипи и дори разширяване на производството. Zimmer и Peacock поддържат съвместен подход към работата си, като си партнират с учени, малки компании и мултинационални организации, за да изведат сензорните си технологии на пазара. Те предлагат и редица готови продукти, включително сензори, четци и развойни комплекти.
За контакт:
Адрес:
Zimmer & Peacock AS
Nedre vei 8,
3183 Horten
Допълнителна информация