Dr. Efstathios Kaloudis Centaur Analytics

“Fumigasyon modellemesi imkanlarından yararlanıldığında, depo içerisindeki her nokta için herhangi bir zamandaki fosfin konsantrasyonları belirlenebilir ve böylece fumigasyon süresi ve başarısıyla ilgili bir öngörme yöntemi mümkün hale getirilebilir. Ayrıca, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) modeli fosfine maruz kalmayı böcek ölümüyle ilişkilendirdiğinden, hassas fumigasyon için bir planlama metodolojisi oluşturulabilmektedir.”

Fosfin Fumigasyonlarının Zorlayıcı Tabiatı Fosfin (PH3), başta tahıl çuvalları ya da yığınların ilaçlanması olmak üzere, haşereyle mücadele için onlarca yıldır kullanılıyor. Ancak, fumigantların toksikliğini etkileyen bazı faktörler sebebiyle uygulamalar başarısız olabilmektedir. Bu faktörler arasında; • Sızıntılı depo yapıları • Artık terk edilmiş olan takip prosedürleri • Sabit olmayan gaz giderme oranları • Olumsuz hava şartları • Fosfinin tahıl tarafından emilmesi • PH3 konsantrasyon süresiyle böcek ölümü arasındaki korelasyon

Uygun olmayan kullanım, tarım ürünlerini böceklere karşı hassas hale getirebilir ve bozulma ihtimalini artırabilir. Ayrıca, depolanan önemli ürünler için dünya genelinde dirençli türlerin öne çıkmasına da sebep olmaktadır. HASSAS FUMİGASYON YÖNTEMİ Yukarıda bahsedilenler ışığında, fosfin fumigasyon süreçlerinin etkisini güçlendirmek ve ekosistemin bu önemli fumiganttan yararlanmaya devam etmesini sağlamak önem taşımaktadır. Bunu başarmak için, fumigant davranışıyla ilgili derinlemesine bilgi ve kavrayışa sahip olmak çok önemlidir. Bunu yapmanın etkin yöntemlerinden biri de alandaki deneylerle Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) modelleri temelindeki bilgisayar simülasyonlarını bir arada kullanmaktır. CFD, akışkanlarla ilgili problemleri çözmek ve analiz etmek için nümerik analiz ve veri yapılarını kullanan bir akışkanlar mekaniği dalıdır. Sıvı ve gazların sınır şartlarıyla tanımlanmış yüzeylerle etkileşimini simüle etmek için gereken hesaplamaları gerçekleştirmesi adına hızlı bilgisayarlar (genellikle bulut teknolojisi üzerinden) kullanılmaktadır. Fumigasyon modellemesi imkanlarından yararlanıldığında, depo içerisindeki her nokta için herhangi bir zamandaki fosfin konsantrasyonları belirlenebilir ve böylece fumigasyon süresi ve başarısıyla ilgili bir öngörme yöntemi mümkün hale getirilebilir. Ayrıca, CFD modeli fosfine maruz kalmayı böcek ölümüyle ilişkilendirdiğinden, hassas fumigasyon için bir planlama metodolojisi oluşturulabilmektedir.

UYGULAMA ÖRNEĞİ Bu modelin neler yapabildiğini ve yukarıda anlatılan tüm zorluklara nasıl çözüm getirdiğini göstermek için silindirik bir silo içindeki fumigasyon uygulaması detaylı bir şekilde ortaya konularak, uygulama süresi içindeki fosfin dağılımı verilerini veren kablosuz gaz sensörü ölçümlerinin analiziyle elde edilen numerik (CFD) analizin korelasyonları sunulmaktadır. Numerik sonuçlar, böcek ölüm oranlarının bir haritasını ve böylece haşereyle mücadele amacına yönelik bağlayıcı analizi sağlamak için kullanılmaktadır.

Deponun yapısı Söz konusu silo (Şekil 1) Yunanistan’ın Volos bölgesinde yer almaktadır ve uygulama Aralık 2017’de gerçekleştirilmiştir. Çelik silonun çapı D=15 [m] ve yüksekliği H=12 [m]’dir. Süreç boyunca bir resirkülasyon sistemi kurulup çalıştırılmıştır. Depolanmış olan tahılın (tam buğday) sıcaklığı 12 [oC]’dir. Hesaplamalara, gaz sızıntıları için (her depo yapısı için farklı olan) bir katsayı dahil edilmiştir.

Fosfin konsantrasyonunun ölçülmesi Silo içindeki fosfin konsantrasyonuna dair verilerin toplanması, Centaur Analytics şirketinin sağladığı cihazlarla yapılmıştır. Bu cihazlar, yüksek doğruluk oranına sahip elektrokimyasal sensörlerle ve depolanmış tahıldan sık sık (örneğin 2 saatte bir) veri gönderme kapasitesine sahip kablosuz bağlantı özelliğiyle donatılmıştır. Veriler, Centaur’un bulut platformuna gerçek zamanlı olarak aktarılmış ve buradan da işlenmesi için indirilmiştir. Şekil 1, silo içindeki 4 sensörün konumlarını, Şekil 2 ise sensörlerden birinin silo içerisine nasıl kurulduğunu göstermektedir.

Fumigasyon parametreleri – PH3 gaz boşaltma hızı Fosfin gazı, Alüminyum Fosfit torbaları kullanılarak üretilmiştir. Depolanan bir ton ürün için yaklaşık 10 gr AlP kullanılmıştır, bu da m3 için 2,53 gr. fosfin anlamına gelmektedir. Fosfinin boşaltılmasının seyri, Şekil 3’te gösterilen sıcaklık ve nem değerlerine bağlı olarak değişir. Hava şartları Deponun ısı iletimi, gaz kaybı ve hareketi bakımından çevresiyle etkileşimini doğru şekilde değerlendirebilmek için hesaplamalı model, spesifik konum ve süre için hava verilerini entegre eder. Ortam sıcaklığı, rüzgar hızı ve güneş radyasyonunun zamana bağlı değişimleri Şekil 4’te gösterilmektedir.

Soğurma etkileri Fosfin, farklı tahıllar tarafından farklı oranlarda absorbe edilmektedir. Söz konusu soğurma, tahıl dezenfekte olana kadar fumigasyon seviyesini öldürücü olmayan dozlara düşürebilir. Soğurmaya bağlı fumigant kayıplarını öngören bir hesaplama modeli, tahıl tarafından soğurulan fosfinin aynı zamanda havada bozunduğunu da ileri sürmektedir.

Böcek ölüm oranı Fosfinin tahıl böcekleri üzerinde ölümcül etkisinin hem fosfin konsantrasyonu düzeyine hem de maruz kalma süresine bağlı olduğu bilinmektedir. Böceklerin tür ve ırklarına bağlı bir böcek ölüm indikatörü fonksiyonu da modele eklenmiştir (burada Rhyzopertha Dominica türlerine göre belirlenmiştir)

Sonuçlar Simülasyon modeli, diğer sonuçların yanında, fumigasyon uygulaması boyunca (9 gün) fosfin konsantrasyonunun gelişimini vermiştir. Şekil 5’te 4 konumda fosfinin zamana bağlı değişimi gösterilmektedir. Özellikle de sensör verileri model öngörüleriyle kıyaslanmaktadır. En iyi korelasyon, resirkülasyon sisteminin kurulduğu silo tarafındaki A ve B konumları için söz konusudur. Maksimum konsantrasyona 4. günün sonunda ulaşılmıştır ve ardından difüzyon, kayıplar ve depolanan ürün tarafından soğurulma dolayısıyla düşüş başlamıştır. Sensör verileri, C ve D konumlarıyla ilgili olarak, modelin de öngördüğü gibi daha düşük konsantrasyonları vermektedir. Maksimum değere ulaşıldığında küçük bir sapma gözlemlenmiştir. Sensör verilerine göre, fosfin konsantrasyonu 7. günün sonuna kadar yükselme trendindedir ancak CFD modeli bunun 5. günün sonuna kadar olacağını öngörmüştür. Saatlerle ifade edilebilecek küçük dalgalanmalar, ortam sıcaklığındaki istikrarsızlığın sonucu olan doğal konveksiyon akımından kaynaklanmaktadır. Bu akımlar, fosfini dağıtan aşağı ve yukarı yönlü hava hareketleri oluşturmuştur.

CFD modelinin genel performansı, tüm silo hacmi içindeki fosfin konsantrasyonlarını Şekil 6’da gösterildiği gibi doğru şekilde öngördüğü için tatmin edici bulunmuştur. Şekil 6, fosfinin özellikle dört anda mekansal olarak dağıldığını göstermektedir. Bir resirkülasyon sisteminin kullanılmasının avantajları, fosfinin silo içindeki her yere ulaştığı ikinci günden itibaren açıkça görülebilmektedir. 6. güne kadar, yüksek konsantrasyon değerleri silonun üst kısımların, alüminyum fosfit torbalarının yakınlarında gözlemlenmiştir ancak torbalardan gaz boşalması tamamlandıktan sonra daha dengeli bir fosfin dağılımına ulaşılmıştır (Şekil 6, 8. gün). Tüm fumigasyon süreciyle ilgili model öngörülerini gösteren bir videoya şu linkten ulaşılabilir: https://youtu.be/iISBS7eoWb8 Böcek imhasıyla ilgili öngörüler de fosfin konsantrasyon profilleri için kullanışlı bir bilgidir. Şekil 7, Rhyzopertha Dominica türlerinin fumigasyon sürecinden sağ çıkamayacakları alanları kırmızı renkle göstermektedir. Beklendiği gibi, Aluminyum Fosfit torbalarının yakınındaki alanlar ve tahliye borusunun çevresi, bu seviyelere ilk ulaşan yerlerdir. Simülasyona göre, 7. günün sonunda, böceklerin hâlâ hayatta kalabileceği bazı alanlar söz konusudur. Tüm fumigasyon sürecinde böceklerin tamamen imha edilmesiyle ilgili öngörüleri gösteren bir videoya şu linkten erişilebilir: https://youtu.be/54uJ1ZJIkrk

AVANTAJLAR Hassas fumigasyon metodu, her türden tahıl, depo ve fosfin formülasyonuna uygulanabilir olduğundan, dünya genelindeki kullanıcılar; başarısız fumigasyonların en aza indirilmesi, haşereyle mücadelede maliyetin azaltılması, perakendecilerin kalite taleplerine karşı takip edilebilirlik ve savunabilirlik şartlarının sağlanması gibi önemli avantajları elde edebilirler.