Vision for Aquaculture in  Sweden and the Baltic Sea Area Anders .Kiessling@ SLU.se 

Photo A.Kiessling

Bild A.Kiessling

Aquaculture, consist of numerous species and diversified production  systems, defined by culturing in water. 

Photo A.Kiessling

Bild A.Kiessling

Bild A.Kiessling

Photo A.Kiessling

Bild A.Kiessling Bild A Kiessling

Courtesy of IMR

Today ca 597 species are farmed

Courtesy of IMR

Bild A.Kiessling

Bild A.Kiessling

Courtesy of IMR

Bild A.Kiessling

16% of global animal protein

? The trend continues with more and more  fish stocks being fully exploited.

Aqua – Agro and /or Urban circular production systems

BIOSECURE ZERO-WATER EXCHANGE AQUACULTURE PRODUCTION SYSTEMS

Future expansion in aquaculture production capacity  may occur along two lines:  1. Ocean based open cage systems, with some of it moving increasingly off‐ shore to escape the constraints of coastal waters. 

2. Closed and semi closed systems possible to locate close to the consumer  with a high land and water efficiency. 

The rapid growth in inland aquaculture of finfish reflects the  fact that it is a relatively easy‐to‐achieve type of aquaculture in  developing countries when compared with mariculture (FAO,2014).  It is, however questionable if this is an accurate statement if  considering a major volume increase.

This subsector is also expected, through continued promotion and sustainable  development, to be the lead player in  achieving long‐term food and nutrition  security (FAO,2014)

Environmental impact: Effluents, Genetic pollution, Diseases Kg Phosphorus per ton produced fish

35

P, 2006, HELCOM N, 2006 HELCOM

30 25 20 15

Flow of 2006 Aquaculture Industry Diffuse

10 5

N

P 795 4158 27913

103 404 2124

0 72

74

76

78

80

82

84

86

88

90

92

94

Year, 19..

Courtesy of A. Alanärä

96

Ton sea cage farming in BSR 2012 (National statistics 2013)

BSR in open sea 26.000 ton and total in BSR basin ca 89.000 ton

Ecological, Social and economical sustainable (SOU 2009:26)

Limitation: 1. Renewable 2. Non irreversible local effects 3. A transparent nutrient budget in balance 4. An addition to future food security

The environmental paradox of Fish  Farming Ecological Footprint Of  Feed Production In Water Fish is the most efficient Protein transformer of all animals. 1. No heating 2. No gravity 3. Numerous offspring Illustration A.Kiessling

Effluent

Fosforkretsloppet inom Östersjöns fiske och vattenbruk

P ton / år Extern tillförsel från Atlanten

~300 ton Vattenbruk

Fiskfoder Fiskprodukter

Fiske Annat

Fiske

~4000 ton Utförsel i fångst från Östersjön

Courtesy of Jouni Vilma

Födoväven i utsjön Fiske Klimat Sillgrissla?

Torsk

Sill

Skarpsil l

nektobenthos djurplankton

växtplankton

Näringsämnen Forskning och Utveckling Fiskeriverket, Sverige

Fed mussel in Southern Baltic A BSR Flagship project for  Diffuse nutrient leakage mitigation

X

X X X & 

x =Experiment musselodlingar Courtesy of Odd Lindalh, KVA

Microbial protein / Bio‐protein

Mycel svamp

Jäst

Bakterie

Example: Ströms Vattudal now:2‐3 μg tot P/l, pre PD 5‐6 μg/l

Estimated 100.000  tons farming => to  only reach pre‐power  dam level of P and N

Upper part is in a nutrient negative state due To unnatural erosion.

A.Kiessling i ”Havsbruk som håller i längden”, Formas 

An example on one possible technology development for semi closed  KONSEPT GREEN SEAFOOD TECHNOLOGY systems suitable for inland waters.

Fördelar: 1. Skalskydd 2. Möjlighet att placeras på grunda  bottnar nära infrastruktur 3. Återvinna gödsel 4. Pumpa upp + 4 C vatten hela vintern

The environmental paradox of Fish  Farming Ecological Footprint Of  Feed Production In Water Fish is the most efficient Protein transformer of all animals. 1. No heating 2. No gravity 3. Numerous offspring Illustration A.Kiessling

Effluent

Reduce effluent, second driver  N2

Fish (80 ton 120 kg/m3)

Mechanical  filter

Biologiskt filter 2 NO3 => N2

Plants

Biological filter 1 NH3/NH4=>NO3 Chemical bound P

Photo A.Kiessling

Save water, original driver  This is a production form in rapid  development driven by the industry  because: 1. Fresh water use 0.4%  2. Temperature (production time) 2. Control of infectious diseases 3. Control of feed use and effluents

But we are only in the  beginning of this  development.

Utilise effluent,  third and future driver 

Bild A.Kiessling

Illustration A.Kiessling

Photo A.Kiessling

CO2 Ozon

O2

Bio‐protein  Reactor N & P

UV

Harvest Station     Utilisation model 3  

Bio‐Energy  Reactor C & H By A.Kiessling

Utilisation model 2

Utilisation model 1

Tilapia Strategy

Tilapia Natural Environment x Farmed Tilapia Central Africa Lake and a typical farm Courtesy of S.Zimmerman

Courtesy of S.Zimmerman

Microbes is the feed base of our ecosystem that  transform short sugars and minerals to protein, lipids  and vitamins. Man, as all other higher animals has adapted to this  through millions of years. However, we have lost the enzyme systems needed to  eat them directly. Fish, on the other hand, has retained  them. By Sergio Zimmermann

Green water farming

Jästbolaget, Rotebro, Sweden.  Produce 20.000 ton yeast/year Good condition 10 mg of yeast => 150 ton in a week. Growth rate / day: Bacteria every 20 min =>  Yeast every 2 h =>  Micro algae once a day => 

272 212 21 Picture courtesy of Matilda Olstorpe

Al an A in As rg e pa inin r ti c e a C cid G ys lu ta tein m ic e ac G id ly c H ine ist Is idin ol eu e c Le ine uc in Ly e M si P h et h ne en ion yl ine al an i P r ne ol in Se e Th rin re e T r on yp in to e p T y h an ro si n Va e lin e

AA profile; % of AA

LT-fishmeal R.oryzae biomass Microfungi BioProtein

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Figure 1. Amino acid profiles of fishmeal, MB and Bioprotein (g/100 g AA).

2

Arctic Charr, daily growth in % of body weight

1,8

c

with 30% replacment of each ingridient from commercial

1,6

c

1,4

bc

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2

a

ab

0

From Langeland et al. 2014

Biosecurity risks when recapturing nutrients for sustainable  agri‐food and biogas production Anders Kiessling, Ivar Vågsholm, David Huyben, Jakob Babul, Sofia Boqvist

SLUmat, 2014

25‐30 oC

Green water farming A true closed system By Sergio Zimmermann

Bild A.Kiessling

VEGAFISH

An increase in temperature from 8.6 to 13.7 oC doubled the growth rate in salmon smolt.

Weight (average) in grams

5 C

Days

Is there an advantage to produce in water when utilising low grade surplus heat ? 

0 0

0

2 5  C

2 5  C

70‐80 C

70‐80 C

25 C 25 C

Production Illustration A.Kiessling

Production

SURPLUS ENERGY AND FOOD PRODUCTION.

Center of excellence between ESS and SLU at Lund

Nutrients from organic side flows: Food waste, bio diesel,  bio gas, etc Illustration Peter Lönnegård & FredrikIndebetou, based on a joint concept of A.Kiessling, H.Sandin & FredrikIndebetou and F. Indebetou

Animal feed and  plant production based  on local recapture of nutrients via  bio‐reactors and blue catch crops.

Feed  Based on blue catch crops (mussels, algae, etc)

Bio‐energy

Surplus heat