Een middelbare school op Long Island beheert een van de meest technisch geavanceerde CEA-labs in de regio. In dit lab combineren studenten grootschalige productie met zelf ontworpen automatisering, fertigatiecontrole en gewasproeven. Het resultaat: een ruimte die jaarlijks honderden kilo's bladgroenten teelt en tegelijkertijd een springplank vormt naar studies in techniek, tuinbouw en datawetenschap.
Het AgTech Lab van Half Hollow Hills High School East begon in 2017 als een klein doe-het-zelfproject. Wat startte met emmers en geïmproviseerde fittingen is uitgegroeid tot een volwaardig programma voor gecontroleerde teelt, uitgerust met commerciële NFT-systemen, intensieve belichting, geautomatiseerde irrigatie en een door studenten gebouwd IoT-monitoringssysteem. De volledige oogst wordt gedoneerd aan een voedselbank op Long Island via een samenwerking met Island Harvest.
Docent techniek Chris Regini, die het programma leidt, zegt dat het gebruik van echte productiesystemen het curriculum én de verwachtingen van studenten heeft gevormd. "De AMHydro-NFT-units werken uitstekend voor sla en kruiden," vertelt hij. "Studenten moeten wel nog steeds de reservoirs handmatig bijvullen en zorgen voor een goede doorstroming in de zestig NFT-kanalen. Bij volwassen gewassen kan snelle evapotranspiratie de waterniveaus snel doen dalen. Onze sensoren schakelen pompen uit om schade te voorkomen, maar dat beschermt de gewassen niet. We moeten snel handelen om de circulatie te herstellen." 
© Chris ReginiVerticale NFT-torens met op maat gemaakte belichting en fertigatie
Belichting, luchtstroom en gewasproeven
Elke NFT-toren heeft drie niveaus en is uitgerust met Bios Icarus Vi-armaturen. Per niveau hangen drie full-spectrumlampen zo'n zestig centimeter boven het bladerdak. De armaturen verbruiken 600 watt en leveren een PPF van 1320 µmol/s.
"De gewassen draaien op een fotoperiode van zestien uur," legt Regini uit. "De belichting in de productietorens blijft vrij constant, maar we hebben aparte experimentele stations waar studenten verschillende spectra en lichtduren testen. Met Apogee PAR-meters meten ze de lichtintensiteit en vergelijken ze de resultaten."
Dit najaar testte het lab zes verschillende slarassen naast elkaar. Eikenblad- en botersla hadden een zachtere structuur, maar waren veel lichter dan romaine. "Bij een volledige cyclus romaine kunnen we ongeveer 100 kilo oogsten," zegt Regini. Een schooljaar biedt ruimte voor acht tot tien van zulke cycli, afhankelijk van de kalender.
Alle gewassen worden gedoneerd aan een lokale voedselbank. Island Harvest levert zaden, groeimedia en verpakkingsmaterialen en ontvangt wekelijks gewichtsrapportages. De volgende stap is om een deel van de productie te gebruiken in het schoolmaaltijdenprogramma. 
© Chris Regini
De bladgroenten geoogst door studenten wachtend op afhaling door een lokale voedselbank
Geautomatiseerde fertigatie en het op maat gemaakte "Red Hawk"-systeem
Het lab gebruikt tweedelige nutriëntenformules aangevuld met CalMag, die ter plekke worden gemengd. "Voor sla en kruiden is dat voldoende," aldus Regini. "Andere waterparameters, zoals pH en ORP, worden automatisch geregeld via onze eigen fertigatielijnen. Atlas Scientific-probes meten de waarden en peristaltische pompen corrigeren deze."
Extra sensoren meten temperatuur, opgelost zuurstof en doorstroomsnelheden om te controleren of pompen en koelers correct functioneren. Het hart van dit systeem is het door studenten gebouwde "Red Hawk"-monitorstation. "Het zit in een laser-gesneden paneel dat we hier zelf maken," zegt Regini. "We gebruiken Atlas Scientific EZO-sensoren en Python-programma's sturen de data naar een online dashboard dat we met Adafruit IO hebben gebouwd. Studenten leren over IoT-systemen door de onderdelen op te splitsen in kleine labopdrachten."
Zo leren studenten een relais aan te sturen met een vochtsensor, of een pomp te programmeren die een bepaalde hoeveelheid vloeistof doseert wanneer een pH-drempel wordt bereikt. "Studenten moeten elk controlesysteem in het lab kunnen begrijpen," benadrukt Regini. 
© Chris Regini
Een op maat gemaakt monitoringssysteem genaamd "Red Hawk" is ter plekke geprogrammeerd, laser-gesneden en gemonteerd
Klimaatbeheer tijdens schoolvakanties
AC Infinity-systemen regelen luchtstroom en omgevingscondities wanneer studenten niet aanwezig zijn. "Een van mijn favoriete functies is dat we ventilatoren zo kunnen instellen dat ze hun snelheid dynamisch aanpassen en daarmee windomstandigheden nabootsen zoals gewassen die buiten ervaren."
Waterbeheer blijft de grootste uitdaging. Volwassen gewassen vragen om frequente bijvulling, maar weekenden en vakanties maken dat lastig. Regini hoopt in de toekomst volledig automatische bijvulsystemen te installeren.
Een CEA-leerruimte ondersteund door onderzoekspartners
Het technische werk sluit direct aan op de academische programma's. Het lab neemt deel aan citizen-scienceprojecten, NASA-engineeringuitdagingen en plantwetenschappelijke onderzoeken. Studenten werken samen met Brookhaven National Laboratory aan een curriculum voor wetenschappelijke informatica, gebaseerd op echte tuinbouwdata. Ook werken ze met het Danforth Plant Science Center aan computer-vision-activiteiten voor plantgezondheidsanalyse.
"We zoeken voortdurend naar manieren om CEA te verweven in de STEM-ervaring van studenten. Er zijn al verschillende onafhankelijke onderzoeksprojecten uit het lab voortgekomen." Verschillende studenten hebben hun ervaring gebruikt bij aanvragen voor technische opleidingen. Het lab bestaat nog niet lang genoeg om te zien hoe het hun carrièrekeuze beïnvloedt, maar Regini verwacht dat dit effect zichtbaar wordt. 
© Chris Regini Studenten gebruiken Raspberry Pi om hun eigen pH-aanpassingssysteem te ontwerpen
Een talentenpijplijn voor de CEA-industrie
Regini ziet het lab als een plek waar studenten vaardigheden opdoen die direct relevant zijn voor de CEA-sector. "Uiteindelijk zou ik graag een op zichzelf staande cursus willen die volledig aan CEA is gewijd," zegt hij. "Tot die tijd zoek ik actief naar samenwerkingen met professionals uit de industrie, onderzoekers en technologiebedrijven. Het zou geweldig zijn als onze ruimte kan dienen als innovatielab waar studenten geavanceerde vaardigheden leren terwijl partners nieuwe apparatuur of procedures testen."
Hij benadrukt tot slot het belang van de rol die scholen kunnen spelen in de sector: "Ik geloof dat deze ruimte een broedplaats is voor de CEA-industrie. De studenten die hier elke dag zitten, zijn degenen die straks de grootste vooruitgang in dit vakgebied gaan realiseren." 
© Chris Regini
Voor meer informatie:
Chris Regini, NYS Master Science and Engineering Teacher
Half Hollow Hills High School East
[email protected]
www.hhh.k12.ny.us/high-school-east-home
www.reginiusscience.com
