Ukrudtsbekæmpelse

med

ORIGINALUDGAVE - før patentteknisk redigering i samarbejde med patentsagfører.

Den foreliggende opfindelse vedrører en metode til vegetationskontrol ved bestråling med lys, samt en udformning af metoden til brug på jernbanelegemer.

I denne sammenhæng omfatter "Vegetationskontrol" bekæmpelse af ukrudt, standsning af vækst i planter og begrænsning af vækst i planter.

"Lys" er i denne sammenhæng primært kortbølget ultraviolet lys, der i farvespektret betegnes UVA, UVB og UVC. Almindeligt synligt lys er i denne sammenhæng af mindre betydning medens infrarødt lys, i denne sammenhæng, er af sekundær betydning.

Bekæmpelse af uønsket vegetation med kemiske sprøjtemidler er effektivt og billigt, men giver anledning til alvorlig bekymring på grund af fare for nedsivning gennem jorden og forurening af grundvandet.

Specielt er nedsivningen stor på jernbanelegemer, hvor skærver og manglende vegetation

fungerer som en "sivebrønd".

Da der igennem de seneste 100 år er bygget omfattende jernbanesystemer, hvor skærvelagets bæreegenskaber kræver en total renholdelse for vegetation, omhandler foreliggende opfindelse en metode, hvor brug af sprøjtemidler kan reduceres eller helt undgås ved bestråling med lys i hele farvespektret, som den solen i ca. 5 milliarder år har sendt imod Jorden.

I forsøg på at undgå kemiske sprøjtemidler, har jernbanemyndighederne søgt alternative metoder herunder bestråling med elektromagnetiske bølger i den lavere ende af det elektromagnetiske spekter gennem forsøg med radiobølger, mikrobølger og

varmestråler.

Plantedelene er imidlertid så små og tynde, at ingen af disse bølgelængder har særlig gode muligheder for at afsætte tilstrækkelig med energi i de bestrålede plantedele, til at påvirke planterne. Derimod fortsætter hovedparten af energien igennem planterne og ned i skærver og jord, hvor energien omsættes til varme.

Herudover udbreder radio- og mikrobølger sig langs skinner og ledninger ved banelegemet til elektroniske installationer som skades, da der skal benyttes energidoser som dem der udsendes fra de største kendte radiosendere. Afbrændingen af elektronik og kabler må forventes at foregå med sådan en kraft, at der er fare for brand omkring de elektriske installationer.

Af alternative metoder kan nævnes sprøjtning med damp eller kogende vand, der kræver meget store energimængder, samt flambering med gasbrændere, der også vil kræve meget store energimængder og giver stor fare for løvbrand og varmeskader på kabler.

Anderledes stiller forholdene sig ved brug af lysenergi. For at få et sammenlignings-grundlag som vi kender, betragter vi lyset fra solen, der stråler ned på jordens overflade. Middel global indstråling pr kvadratmeter er i en CIE norm af Brener angivet således:

490 Watt infrarødt lys, der transmitteres igennem tynde emner som blade, men som opvarmer større genstande som eksempelvis mennesker.

En infrarød fjernbetjenings-enhed til eksempelvis et fjernsyn, forstyrres næsten ikke af, at et grønt blad holdes foran den. Erstattes bladet derimod af en menneskehånd, forsvinder signalet, der omsættes til varme i hånden.

Ca. 70% af det infrarøde lys reflekteres fra overfladen af grønne planter, hvad man kan se i en infrarød kikkert eller ved infrarøde tv-optagelser, hvor grønne planter fremtræder meget lysstærk.

Den absorberede del af det infrarøde lys - det som hverken reflekteres fra overfladen af

planten eller transmitteres igennem planten, er derfor meget lille (ca. 10%), hvorfor infrarødt lys ikke egner sig til opvarmning af planter med henblik på at ødelægge dem.

580 Watt synligt lys, der er planternes energiforsyning til fotosyntesen. Ca. 10% af det synlige lys reflekteres fra plantens overflade, medens godt halvdelen af den resterende del absorberes af et tyndt blad. Synligt lys er derfor velegnet til opvarmning af planter, idet den absorberede del af synligt lys er ca. 50%

44 Watt Ultraviolet UVA-lys, der grænser op til synligt violet lys og kendes fra solarier samt solbadning. Selv om det ikke er tale om så mange Watt bliver vor hud let varm i overfladen og større mængder UVA-lys giver solskoldning. Dette skyldes at næsten hele energien i ultraviolet lys optages i hudens overflade i en dybde på ca. 0.1 mm. Målinger på græs og grønne blade viser at meget lidt ultraviolet lys reflekteres og transmitteres således at næsten hele energien (ca. 90%) omdannes til varme i de øverste 0.1 mm. Dette gælder for både UVA, UVB og UVC-lys, der således er særdeles velegnet til opvarmning af planter.

4 Watt Ultraviolet UVB-lys, der er lidt mere kortbølget end UVA-lys og kendes fra solbadning, hvor selv små mængder giver en rødmen i huden samt aktiverer farvepigmenterne i huden. Den lille mængde UVB-lys som når ned til jordoverfladen, skyldes at ozonlaget i de højere luftlag frafiltrerer UVB-lys. Forsøg viser at en forøgelse i mængden af UVB-lys nedsætter væksten i planter. Planter i stor højde på bjergsider på Hawaii, hvor der er noget mere UVB-lys, har dog vist evne til i nogen grad at tilpasse sig til mere UVB-lys.

O Watt Ultraviolet UVC-lys, der er den mest kortbølgede form for ultraviolet lys, kendes fra bakteriebekæmpelse i drikkevand samt fra sollys uden for vor atmosfære. Ilten i atmosfæren frafiltrerer UVC-lys, så hverken dyr eller planter er vænnet til disse lysstrålers eksistens på jorden.  Går vi fra UVC-lys endnu længere ned i bølgelængde, kommer vi ind i røntgenområdet, der ikke anvendes i nærværende opfindelse.

Lavtrykskviksølvlamper giver kraftigt lys med en bølgelængde på 254 nm midt i UVC området, hvor bakterier og virus er mest følsom for stråling. Det er kendt, at en dosis på 100 Joule pr kvadratmeter er tilstrækkelig til at fjerne virus og små bakterier, medens 1000 J/m² må anvendes til store bakterier og ca. 5000 J/m² til alger.

I forbindelse med nærværende opfindelse er der udført forsøg med grønne planter, hvor en dosis ren UVC-lys på 10000 Joule pr kvadratmeter viste sig at stoppe eller hæmme væksten afhængig af planters art og størrelse. For små græsspires vedkommende er denne dosis tilstrækkelig til at græsspirerne efter en dag begynder at krumme sig væk fra lyset eller krølle sig sammen og efter et par dage visner. Det bemærkes at planterne ikke samtidig et brevet påvirket af varme eller anden form for lys bortset fra naturligt dagslys.

Da det ikke er økonomisk at fremstille ren UVC-lys i store mængder, er der i forbindelse med nærværende opfindelse også fremstillet forsøgsudstyr som primært udsender en blanding af UVC-, UVB- og UVA-lys og som et "biprodukt" også udsender synligt lys samt infrarødt lys.

Dette udstyr overfører energi i form af tilført el fra 230 Volt stikkontakt gennem et elektronisk kredsløb til tænding og drift af en gasudladningslampe (Elektronisk Ballast), som beskrevet i DK patent nr. 167992, til en 1000 Watt gasudladningslampe. Herfra udstråles ca. 16 % af energien i form af UVC-lys, ca. 7% som UVB-lys, ca. 7% som UVA-lys, ca. 14% som synligt lys, ca. 35 % som infrarødt lys og resten ca. 21 % som varme i elektronik, reflektor * og lampe.

Den del af lysenergien som er i det ultraviolette område, dvs ca. 30 %, overføres særdeles effektivt til varme i planternes grønne blade, da meget lidt reflekteres eller transmitteres igennem bladene.

Bestråler vi en flade på 1 kvadratmeter dækket af tynde blade på 0.1 mm, hvoraf halvdelen er vandfase, her vi 1m*1m*0.05mm vend dvs 0.05 liter eller 50 gram vand. Opvarmes 1 gram vend 1 grad kræves 1 cal eller 4.18 Joule. 50 gram vend, fordelt i de tynde blade, opvarmes tilsvarende 1 grad ved tilførsel af 209 Joule.

Tilføres en energidosis på f.eks. 10000 Joule opvarmes bladene tilsvarende 48 grader.

Er omgivelsestemperaturen 22 grader kommer bladenes temperatur op på i alt 70 grader, hvad der begynder at give varmeskader.

En 3 gange så stor dosis, 30000 Joule, skulle således sikre kogning i også lidt tykkere blade. Dette er bekræftet med forsøgsudstyret en morgen, hvor der var dug på græsplænen.

Efter bestråling med 30000 Joule var det netop synligt, at damp steg op fra græsset. Efter den behandling visnede græsset i løbet af et par dage.

Forsøgsudstyret har udseende som en dokumentmappe med hank, indeholdende elektronikken og med ledning til 230 volt stikkontakt. Et tyndt rør som stikker frem ender i et rektangulært lyshoved på ca. 10 x 20 cm dvs. 0.02 kvadratmeter. Den tilførte bruttoeffekt er ca. 700 Watt. Dette svarer til ca. 35 KWatt pr kvadratmeter.

Omsættes ca. 30 % til ultraviolet lys har vi ca. 10 KWatt UV-lys pr kvadratmeter eller 10000 Joule pr sekund pr kvadratmeter. Bestrålingstiden er derfor praktisk overkommelig. 1 sekund for 10000 Joule og 3 sekunder for 30000 joule.

Til jernbanebrug på en togvogn, kan et antal enheder bygges sammen. Er vognen 20 meter lang og bestråles der i 4 meters bredde har vi 80 kvadratmeter. Med samme lysstyrke som på forsøgsudstyret, kræver det 35 KWatt * 80 = 2.8 MWatt. Denne effekt svarer til kendte dieselelektriske lokomotiver, men elenergien kan også trækkes fra køreledninger på elektrificerede baner.

Fremføringshastigheden bliver for 10000 Joule UV-lys pr kvadratmeter 1 sekund for en vognlængde på 20 meter d.v.s. (20 meter * 3600 sekunder) = 72 Km pr time. For 30000 Joule UV-lys pr kvadratmeter bliver hastigheden tilsvarende 3 gange langsommere d.v.s. 24 Km pr time.

Hastigheden kan forøges proportional med en forøgelse i effekten. Forøges lysvognens størrelse til 3 MWatt forøges fremføringshastigheden ved 10000 Joule pr kvadratmeter til 77 Km pr time og hastigheden ved 30000 Joule pr kvadratmeter til 26 km pr time.

Både fremføringshastighed og krav til lokomotivstørrelse ligger inden for praktiske muligheder ved drift på jernbaner.

Derudover er det muligt at øge hastigheden til normal trafikhastighed (f.eks. 150 km pr time) på travle strækninger, hvis vi undlader at anvende den del af udstyrets virkning som kommer fra opvarmningen af planter.

Supplerende forsøg med integration af mange små doser af koldt UVC-lys ved 254 nm viser, at f.eks. 6 små doser fordelt over 3 dage her samme virkning som den samlede dosis på én gang.

De direkte driftsudgifter ved en gennemsnitlig hastighed på 50 km pr time og en fremstillingspris pr Kilowatt time på 25 øre er: 3 Megawatt * 0.25 kr / Kilowatt d.v.s. 750 kr pr time. Med løn til lokomotivfører på 250 kr pr time og 500 kr pr time hensat til lampeskift, bliver de direkte driftsudgifter ca. 1500 kr pr time.

Det bestrålede areal er pr time 50 km * 4 meter i bredden d.v.s. 200 000 kvadratmeter.

De direkte driftsudgifter pr kvadratmeter er således i størrelsesorden 1500 kr / 200 000 d.v.s. ca. 0.75 øre pr kvadratmeter.

En driftsudgift på under en øre pr kvadratmeter er økonomisk fordelagtig i sammenligning med driftsudgifter til metoder med sprøjtemidler.

Sikkerhedsudstyr:

Det elektroniske kredsløb til tænding og drift af gasudladningslamperne kan nedregulere effekten på under en titusinde del af et sekund. Tilkoblet sikkerhedsudstyr kan derfor træde i funktion øjeblikkeligt, så potentielle farlige situationer undgås.

Lysstyrken kan f.eks. automatisk reguleres ned når toget sætter farten ned. Herved spares energi og risiko for brand i papir på banelegemet undgås.

Forsøgsudstyret kan sætte ild i en tør avis efter ca. 20 sekunders belysning. Dette svarer til at toget kører med under 4 Km pr time med fuld kraft på lyset. Det automatiske sikkerhedsudstyr kan f.eks. her stilles til altid at nedregulere lysstyrken ved hastigheder under 16 Km pr time.

Selv om refleksionen fra planter og banelegeme er meget lille specielt i det ultraviolette område, hvor øjets følsomhed for skadelig påvirkning er stor, kan der f.eks. ligge reflekterende metaldele eller glas langs banelegemet.

Det er således nødvendigt langs lysvognens sider, at montere lysfølsomme detektorer, der registrerer lys som reflekteres og som kan ramme personer, der står nogle meter fra banelegemet. Lyset korrigeres efter gældende grænseværdier i det elektromagnetiske spektrum og elektronikken nedregulerer øjeblikkelig lysstyrken så hurtigt at grænseværdierne ikke når at blive overskredet.

Hvis der langs ruten er steder som kræver forebyggende sikkerhedsmæssig indgriben, f.eks. kørsel over broer, som ikke har tilstrækkelig med lysafskærmning i siderne, kan lyset tilsvarende nedreguleres elektronisk, eksempelvis fra signaler opsat langs ruten eller fra en datamat med et kort over ruten samt en sattelitmodtager der udpeger togets position på kortet.

Sådant udstyr kan bl.a. også holde regnskab med doseringen af lys langs ruten, hvad der specielt kan være nyttigt, hvis hastigheden nogle steder må sættes op til normal drifts-hastighed når andre tog nærmer sig.

Ligeledes må der monteres ozon-detektorer, da ozon i større mængder virker ætsende i øjne og lunger. Nærmer koncentrationen af ozon sig grænseværdien omkring vognen eller inde ved lokomotivføren, nedreguleres lyset tilsvarende så grænseværdierne ikke overskrides.

Ozon genereres fra ilt som bestråles med kortbølget UVC-lys omkring 185 nm og bliver igen til ilt ved bestråling med UVC-lys omkring 254 nm. Lysvognen har derfor gode muligheder for selv at begrænse ozon koncentrationen ved passende indretning evt. suppleret med nogle store ventilatorer. Ozonudviklingen kan også begrænses ved passende valg af glas i lamperne, så den mest kortbølgede del af UVC-lyset, den under ca. 250 nm, filtreres fra og i stedet går tabt i form af varme i glasset. Denne type filtreret lys kan evt. anvendes langs kanten af lysvognen, så ozon der er på vej ud bliver bestrålet med 254 nm og derved omdannes til ilt.