Mikrovågor som ogräsbekämpning

Tidskrift/serie: Rapport – Sveriges lantbruksuniversitet, Institutionen för lantbruksteknik
Utgivare: SLU, Institutionen för lantbruksteknik
Utgivningsår: 1993
Nr/avsnitt: 171

”Mikrovågsbehandling är en form av termisk ogräsbekämpning. Det som skiljer denna metod från andra uppvärmningsmetoder är den goda inträngningsförmågan. I en kropp som värms upp med mikrovågor utvecklas värme också inne i själva kroppen. Detta innebär bland annat att det är möjligt att bekämpa ogräsfrön som ligger en bit ner i jorden.- – -De flesta experimenten som finns redovisade har gjorts med 2450 MHz och en del vid 915 MHz.”

”Försök med mikrovågor för ogräsbekämpning har främst genomförts under 70- och 80-talen. Det som gör mikrovågor speciellt intressanta är möjligheten att bekämpa ogräsfrön som finns begravda nere i jorden. – – – Mikrovågor kan tränga ner i jorden och värme utvecklas. Det talas om atermiska effekter men det som orsakar att fröna skadas torde vara uppvärmningen.

Under arbetet med detta projekt har kontakter knutits med Institutionen för radiofysik vid Lunds Universitet. Denna institution samarbetar med Wallenbergslaboratoriet när det gäller utveckling av elektriska bekämpningsmetoder mot cancerceller. Några av dessa metoder, elektroporation och exponering med högfrekvent elektrisk ström, kan också vara av intresse som metoder för ogräsbekämpning. Institutionen för lantbruksteknik och Institutionen för radiofysik planerar ett gemensamt projekt där dessa elektriska metoder skall testas på växtceller.

Utifrån redovisade försöksresultat är det svårt att dra några säkra slutsatser om metodens användbarhet. Försöken har genomförts under så skilda förutsättningar. Olika mikrovågsaggregat har använts och man har gjort experimenten med olika ogräsarter, olika jordar och vattenhalter. Dessutom har energiförbrukningen mätts på olika sätt, men man kan säga att den genomgående varit hög.

Jordens vattenhalt är avgörande för värmeutvecklingen i jorden. Värmen utvecklas först där vattenhalten är hög. Det ideala vore alltså att frönas vattenhalt var högre än den omgivande jordens. Tyvärr brukar det inte vara så. Normalt har frön och omgivande jord ungefär samma vattenhalt. Detta innebär att också den omgivande jorden måste värmas, vilket leder till att metoden blir energikrävande.

Jordens beskaffenhet avgör hur stort behandlingsdjupet blir. Jorden brukar inte vara jämn, vilket kommer att göra effekten av behandlingen ojämn också. På grund av säkerhetsrisker kommer det nog inte att bli aktuellt med fältmaskiner för ogräsbekämpning.

Det är mer troligt att behandling med mikrovågor kommer att användas för jord för planteringar.

 Industriell mikrovågsvärmning

Till skillnad från ljudvågor så behövs inte något medium för att vågorna skall kunna ta sig fram. Mikrovågorna kan tränga igenom gaser, vätskor och fasta ämnen.

När elektromagnetiska vågor dämpas så omvandlas energin till värme. Värmning med mikrovågor skiljer sig från andra uppvärmningsmetoder. Mikrovågornas speciella värmningsegenskaper medför fördelar i vissa situationer.

*Värme skapas inuti det material som dämpar mikrovågorna.

*Värmen behöver inte ledas in från ytan mot centrum av lasten (d v s objektet som skall värmas).

*Man har ingen termisk tröghet vid uppvärmning med mikrovågor.

Det elektriska fältets polaritet kastas om 2 gånger per period, d v s ca 5 miljarder gånger per sekund, då vågorna har en frekvens på 2450 MHz. Varje gång fältet kastas om ändrar de laddade partiklarna rörelseriktning och dipolerna vrids 180 grader. Vid partiklarnas rörelse uppstår krockar och partiklar gnids mot varandra, vilket ger upphov till friktionsvärme inne i materialet. Det är denna friktion tillsammans med rena ledningseffekter, s k ohmska förluster, som omvandlar den elektromagnetiska energin i vågen till värme.

Vatten går bra att värma. Vi människor  består av av 60 % vatten.

Det specifika värmet är ett mått på hur mycket energi per kg av ett visst ämne som måste tillföras för att öka temperaturen 1 °C. Specifika värmet varierar mycket mellan olika material. Vatten har ett mycket högt värde. När en kropp som består av flera olika material med olika specifikt värme värms upp, så kan stora temperaturskillnader uppstå även om absorptionen av mikrovågor är jämn.

Produktens geometriska form har stor betydelse för hur energin i mikrovågsfältet absorberas. Vågornas reflektion vid övergång mellan olika medier har betydelse. Det har också det faktum att vågorna träffar lasten från olika håll i hörn och vid kanter. Detta leder till att hörn och kanter värms snabbare än de centrala delarna. I en människokropp har man övergångar mellan olika organ och mellan mjukdelar och skelett. Skelettet  reflekterar mikrovågorna. Materialegenskaperna kan förändras kraftigt vid olika fasövergångar, vid någon viss temperatur eller frekvens. 

Mikrovågornas inträngningsdjup

Under mikrovågornas väg in i materialet omvandlas energin successivt till värme, vilket innebär att ju längre in från ytan man kommer desto mindre energi återstår.

Mikrovågornas förmåga att tränga in är olika för olika material. Inträngningsdjupet är en viktig parameter när man skall bedöma om ett ämne lämpar sig för mikrovågsvärmning. I ett ämne där vågorna dämpas kraftigt blir inträngningsdjupet litet. Man får en kraftig uppvärmning av ytan, medan endast lite energi kvarstår för uppvärmning av materialets inre delar.

I material där mikrovågorna har ett stort inträngningsdjup finns mer energi kvar för uppvärmning av de inre delarna av objektet som skall värmas. Men om inträngningsdjupet är stort är risken för att stående vågor bildas också stor. Detta beror på att en del av den elektromagnetiska vågen reflekteras då den når en gränsyta mellan olika medier. Då den reflekterade vågen sammanlagras med den inkommande vågen bildas en stående våg. Om den infallande och den reflekterade vågen är i fas förstärker de varandra, men om de är i motfas motverkar de varandra. Lokala maxima och minima i effektutvecklingen uppstår då i materialet så att uppvärmningen blir ojämn.

Inträngningsdjupet är också beroende av ett ämnes konduktivitet. Dessutom har frekvensen stor betydelse för inträngningen. Vilket jag om och om igen påpekat!  Om man jämför några vanliga frekvenser för värmning, 2450 MHz och 900 MHz, så är inträngningsdjupet nästan 3 gånger större för den senare frekvensen. Ju större våglängd desto större inträngningesdjup. Men samtidigt ökar risken för att stående vågor uppstår, vilket leder till ojämn uppvärmning. För att minska risken för ojämn uppvärmning kan man se till att produkten rör sig genom fältet. En annan möjlighet är att utsätta produkten för olika vågmönster, så att summan av de olika mönstren blir ganska jämnt även om de enskilda mönstren är ganska ojämna (s k multimode ugn).

Precis som livsmedel skulle mänsklig vävnad som blev utsatt för mikrovågor absorbera energin och omvandla en del till värme. Vid frekvenser under 1 GHz skulle värmningen ske inne i kroppen, medan frekvenser över 3000 MHz främst skulle värma huden. Mellan 1000-3000 MHz, d v s där frekvensen 2450 MHz ligger, är situationen mer komplicerad. Det är vävnadssammansättningen, bl a mängden underhudsfett, som kommer att avgöra hur uppvärmningen kommer att ske.

Enligt Berndt & Söderhjelm (1991) finns det undersökningar bland annat från f d Sovjetunionen som visar att det finns vissa atermiska effekter d v s effekter på människokroppen som inte hör samman med förhöjd kroppstemperatur. Det rör sig om effekter som anses uppstå vid långvarig exponering av fält med låg fältstyrka. Effekterna anges ha varit svåra att dokumentera.

 

Annonser