二氧化碳监测:一种新的粮食管理工具

2009年收获季节的特点是异乎寻常的晚、潮湿，随后出现了比平均水平更温暖的冬季，这引发了全国各地粮食加工企业、加工商和用户对粮食质量的担忧。在过去的十年里，粮食质量普遍良好，被认为是理所当然的，但面对今天粮食状况的挑战，粮食升降机的运营经理正在寻找更好的方法来监控他们的储存粮食。

在BinTech和the anderson公司的帮助下，堪萨斯州立大学和普渡大学的一项联合研究响应了他们的求助呼吁。他们开发了一种测量谷物质量的新方法，使用二氧化碳读数作为腐败、真菌毒素或昆虫侵扰等问题的早期指标。高浓度的二氧化碳意味着一个问题，因为当谷物腐烂和分解时，它释放出高浓度的二氧化碳。水平越高，恶化的可能性越大。

该研究项目目前已进入第10个年头，已经产生了首个CO2连续监测系统BinTechCO2，该系统将于今年6月上市。使用这个系统可以帮助做出明智的商业决策，例如何时移动、加工或销售粮食。

K-State /普渡大学的研究项目

德克·e·迈尔博士是堪萨斯州立大学谷物科学与工业的教授和系主任，也是体育博士。1998年，他在普渡大学收获后研究中心担任副教授和推广农业工程师时，开始在500蒲式耳的小桶上监测二氧化碳水平。第一个目标是确定可以合理测量的最小的二氧化碳活性量，并揭示该活性在结构中的谷物腐败方面所代表的意义。

“二氧化碳水平可以作为腐败活动的早期指标，我们想知道警报水平是什么——在什么情况下人们应该采取积极的谷物质量管理措施?”迈尔说。

他们发现，当垃圾桶的二氧化碳浓度持续达到背景二氧化碳浓度的三到四倍时，就会引起警报。一般来说，二氧化碳的背景水平约为百万分之400 (ppm)。读数在1000ppm左右表明垃圾桶应该被监视;1200-1600 PPM的读数意味着需要进一步的调查，因为可能有问题。

他们还确定，缓慢但不断增长的背景水平可能表明存在问题。例如，如果背景水平从400ppm开始，在几周内增长到600ppm，然后800ppm，这就表明垃圾箱里有低水平的东西，可能是昆虫。

2000年，安德森公司(The anderson Inc.)的运营经理鲍勃?位于普渡大学20英里外的德尔菲公司，签约成为迈尔研究的一部分。研究团队在德尔福50万蒲式耳的小桶上应用了同样的技术。如今，印第安纳州和堪萨斯州共有20个试点设施参与了现场工作，每天为该项目生成数据。

Guy Fromme是丹佛BinTech公司的创始人兼普通合伙人，他从一开始就为Maeir的研究提供了定制的、永久安装的二氧化碳传感器，在其中发挥了不可或缺的作用。随着时间的推移，该项目解决了一些基本问题，包括传感器在料仓中的位置、料仓中所需传感器的数量以及如何设计一种传感器，既能处理带气的谷物粉尘，又具有低维护和低成本的理想特点。

其成果就是BinTechCO2，这是粮食行业首个商业化的固定二氧化碳监测设备，将于今年夏天上市。

盒子里有个新工具

描述BinTech CO2最准确的方式是作为一个谷物管理工具。

该系统与安装在垃圾桶顶部的一个小型太阳能充电控制箱一起工作。控制盒收集和缓冲bin中的数据，每天将数据发送到BinTech的安全中央服务器一到两次。

BinTechCO2传感器通过仓顶插入，并向下悬挂到顶空。传感器的默认设置是每小时自动读取一次数据，但是，如果需要，间隔时间可以更改为读取更多或更少的频率。

安装和启动很简单，不受容器是空还是满的影响。安装人员只需在屋顶上为传感器开一个小洞，把传感器送进去，装上盒子，将太阳能电池板朝南旋转，然后打开开关。最后，BinTech打电话给客户，验证传感器及其位置的识别信息，如箱号、序列号等。注册用户可以登录BinTech的数据查看网站，点击他们想要查看的垃圾桶，查看任何垃圾桶过去几天、几周或几个月的二氧化碳趋势数据。

这些数据也受到BinTech员工的密切监控。Fromme说:“BinTechCO2的一个关键便利特性是，我们在这里监测每个容器中的二氧化碳水平，并使用专有软件，确定哪些容器的状态正常，哪些应该更密切地关注，哪些应该向客户发送警告，提醒他们关注的问题。”“客户发现这非常有用，他们通过检查垃圾箱确认了问题，并利用这些知识实时做出了谷物决策。”

一旦安装，该系统是完全自给自足的。安德森夫妇的马洛说，这个系统非常方便使用。他说:“这对我们的日常工作完全没有影响，因为我们需要做一些事情。”“这完全不会干扰我们的行动。它就像一个位于后台的谷物温度监测系统，不断为你收集数据。”

Fromme说，它的零售价格大约是现代谷物温度电缆系统价格的一半，并且包括第一年的监测。第一年之后，需要支付一定的订阅费，以支付蜂窝数据访问、数据库维护和客户警报服务。

但就预测粮食质量而言，投资回报比投资本身更重要。

为什么监控二氧化碳?

那么，监测二氧化碳水平如何帮助提高你的底线呢?它允许用户从一个料仓到另一个料仓的信息进行比较，以确定如何最好地利用每个料仓中的粮食。

迈尔说:“如果某样东西表明一个箱子可能有问题，但另一个箱子没有可预见的问题，这就可以帮助我做出一些真正的决定，这些决定将立即得到回报。”“如果你要销售、运输或加工一些粮食，你现在可以先把有质量问题的粮食从箱子里拿出来，把质量更稳定的粮食保存更长的时间。这就是公司如何从这个系统中赚钱的方式。”

马洛回忆起他的设施从第一次使用二氧化碳监测技术中获得的好处。

马洛说:“我们在秋季大雨期间堆了一堆玉米。”“在我们建造的时候，裸露的木桩上淋了大约6到8英寸的雨。我们知道在谷物表面行走就会有问题，一周内我们开始观察普渡公司的二氧化碳水平。读数在3000ppm到4000ppm的范围内，德克建议我们立即采取措施，所以我们尽快回收了堆。如果没有二氧化碳监测，我不能说我们会遗漏多久，因为没有温度电缆，我们没有任何其他指标可以参考，除了气味和视觉线索。”

弗罗姆指出了投资的另一个主要回报:更安全的劳动力。“每年都有农场和电梯工人因粮食吞噬事故死亡或受伤。这些事件大多源于为评估或减轻储物箱内部严重损坏而采取的行动。BinTechCO2有望更早地检测到变质，并减少进入粮仓密闭空间的需要。”

二氧化碳监测的一些好处可以通过使用手持传感器来实现，而不是使用像BinTechCO2这样的永久固定传感器。

另一个传感器

安德森的两个50万蒲式耳小麦罐配备了BinTechCO2监测系统。在德尔福剩余的仓库和谷物堆上，马洛使用Telaire 7001型手持式二氧化碳传感器进行每周二氧化碳读数。

使用这种方法，第一步是打开曝气风扇约10分钟后再进行读数，因为二氧化碳会积聚在管道系统中，而在打开风扇后立即进行读数可能会产生不准确的读数。

然后，一名员工只需爬上垃圾桶，把传感器放在风扇的排气流中，就可以读取数据。一名员工只需不到一个半小时就可以完成德尔福工厂所有的箱子和堆的这项任务。

马洛将数据输入一个电子表格，每周仔细分析数据，例如读数来自哪个垃圾箱和哪个风扇、温度、背景二氧化碳水平和尾气中的二氧化碳水平。他密切关注背景二氧化碳浓度和排气风扇二氧化碳浓度之间的任何主要不一致，并对使用这种方法的结果感到满意。

然而，BinTech的联合普通合伙人Tim O’connor警告说，使用手持传感器有一些缺点。

“为了从垃圾桶中获得高质量的数据，你必须在每天测量的同一时间进行测量，因为垃圾桶顶部的实际温度在24小时内会有几十度的变化，”O’connor说。“温度波动会影响垃圾箱里空气的运动和空气中的二氧化碳。固定传感器每小时读取一次读数，了解温度模式并对其进行解释。如果你每隔几天就进行一次手持读数，你就不知道箱子里的循环模式是什么，这可能会导致解读数据时出现错误，从而忽略了潜在的问题。”

Fromme说，手持传感器可能比BinTechCO2更适合监测临时粮食堆，因为粮食堆是如何利用真空向下拉空气的。BinTechCO2的第一个版本是为中型永久存储箱设计的，但该公司正在研究一种固定二氧化碳传感器，将有效地用于谷物堆。与此同时，弗罗姆相信，每个传感器不到500美元的廉价手持显示器可以被取代。

继续研究

K-State/普渡大学的研究项目最近获得了堪萨斯州玉米种植者协会的资助，将继续寻找解释二氧化碳数据的更好方法。

Maier说:“该项目将继续进行，但我们现在的主要目标是在我们的粮食和饲料微生物和毒理学实验室进行更密集的粮食取样和分析。”“目前，垃圾箱中的二氧化碳水平和微生物实际发生了什么使二氧化碳读数上升之间的关系还没有得到证实。在我们的实验室里，我们可以评估存在的霉菌、真菌毒素和任何其他微生物，试图将它们的存在与二氧化碳读数联系起来。”

Fromme和O 'Connor还致力于资助K-State未来的收获后问题研究，他们将每一个BinTechCO2的收益的一部分捐赠给大学。

Fromme说:“终端用户通过购买这款产品，可以为未来的研究提供资金，即使是对BinTech不一定有利的领域。”“我们这样做是为了回应整个行业对如何资助未来研究的担忧。”

在经历了像2009年这样艰难的丰收之年之后，电梯经理们可以动用他们所能得到的一切帮助。无论是在临时粮食堆上使用手持传感器，还是在50万蒲式耳粮食仓上使用BinTech永久安装的传感器，对二氧化碳监测的研究已经证明，这种做法可以有效地在早期检测到粮食质量问题，并帮助电梯经理做出明智的商业决策。