Что такое вертикальное сельское хозяйство?

Вертикальное сельское хозяйство — это новая практика производства продуктов питания на вертикально наклонных поверхностях. Вместо того, чтобы выращивать овощи и другие продукты на одном уровне, этот новый метод производит продукты в вертикально уложенных слоях, которые обычно объединяются в другие структуры, такие как небоскреб, транспортировочный контейнер или переработанный склад. Используя технологию сельского хозяйства с контролируемой средой (CEA), эта современная идея использует методы внутреннего земледелия. Искусственный контроль температуры, света, влажности и газов делает возможным производство пищевых продуктов и лекарств в помещении. Во многих отношениях вертикальное земледелие похоже на теплицы, где металлические отражатели и искусственное освещение увеличивают естественный солнечный свет.

Как работает вертикальное сельское хозяйство

В понимании того, как работает вертикальное сельское хозяйство, существует четыре важных области:

1) физическая компоновка
2) освещение
3) растущая среда
4) особенности устойчивости.

Во-первых, основная цель вертикального земледелия — производить больше продовольствия на квадратный метр.

Во-вторых, идеальное сочетание естественного и искусственного освещения используется для поддержания нужного уровня освещенности в помещении. В-третьих, вместо почвы используются аэропонные, аквапоновые,   гидропонные или биопонные среды выращивания. Торфяной мох или кокосовая шелуха и подобные неземные среды очень распространены в вертикальном сельском хозяйстве. Наконец, метод вертикального земледелия использует различные функции устойчивости для компенсации затрат на энергию для сельского хозяйства.

Преимущества вертикального земледелия

- Подготовка к будущему: к 2050 году около 80 процентов населения мира, как ожидается, будет жить в городских районах, а растущее население приведет к увеличению спроса на продовольствие. Эффективное использование вертикального земледелия может сыграть значительную роль в решении такой проблемы.

- Меньше использования воды при выращивании: вертикальное земледелие позволяет использовать на 70-95 процентов меньше воды, чем требуется для обычного выращивания.

- Не подвержены неблагоприятным погодным условиям: на урожай в поле могут негативно влиять стихийные бедствия, такие как проливные дожди, циклоны, наводнения или сильные засухи — события, которые становятся все более распространенными в результате глобального потепления. Внутренние вертикальные фермы с меньшей вероятностью ощущают основную тяжесть неблагоприятной погоды, обеспечивая большую уверенность в урожайности в течение года.

- Увеличение производства органических культур: поскольку культуры производятся в хорошо контролируемых помещениях без использования химических пестицидов, вертикальное земледелие позволяет выращивать культуры с улучшенными экологическими характеристиками.

- Внутреннее вертикальное земледелие будет способствовать увеличению биоразнообразия, так как не воздействует на растения и животных в окружающей среде.

Недостатки вертикального земледелия

- Трудности с опылением: вертикальное земледелие происходит в контролируемой среде без присутствия насекомых. Таким образом, процесс опыления должен выполняться вручную, что будет трудоемким и дорогостоящим.

- Затраты на рабочую силу: в вертикальном сельском хозяйстве стоимость рабочей силы может быть очень высокой из-за необходимости высококвалифицированных работников. Таким образом, почасовая оплата труда работников может быть значительно выше, чем для сельского хозяйства в целом. И вертикальные технологии ведения сельского хозяйства потребуют дополнительного обучения, что добавит затрат на рабочую силу.

- Меньше работы: автоматизация в вертикальных фермах может привести к необходимости сокращения рабочих мест.

- Слишком большая зависимость от технологии: развитие лучших технологий всегда может повысить эффективность и снизить затраты. Но вся вертикальная ферма зависит от различных технологий освещения, поддержания температуры и влажности. Потеря мощности всего за один день может оказаться очень дорогостоящей для вертикальной фермы.

Мировой тренд

Идея перевести сельское хозяйство в городскую среду принадлежит профессору микробиологии Колумбийского университета Диксону Деспомье. Взяв за основу принцип обустройства частных садов на крыше Манхеттена, он разработал концепцию вертикального фермерства в центре мегаполиса с целью снижения затрат на грузоперевозки готовой продукции конечному потребителю.

Лидерами внедрения нового типа производства стали США и Япония. Постепенно на инновационные технологии переходит Европа, в России уже зарегистрировано несколько новых стартапов на базе собственных разработок. Несмотря на многочисленные проекты в разных странах, первыми реализацией идеи вертикальных ферм занялись в Сингапуре и Южной Корее.

В России одним из разработчиков вертикальных ферм является компания UrbaniEco. Она продает гидропонное оборудование, обслуживает автоматизированные вертикальные фермы по выращиванию пряной зелени. Специалисты компании занимаются разработкой городских ферм для заказчиков, а также реализуют собственный проект по выращиванию зелени для «ВкусВилл».

Компания iFarm занимается строительством городских ферм в Новосибирске. Первый проект специализировался на выращивании салата, рукколы, базилика и клубники. Ежемесячный оборот предприятия — 3 тонны продукции. За основу взяты стандарты органического выращивания США.

Сегодня iFarm продает зелень и оборудование, строит свои фермы под ключ и управляет чужими (в этом случае инвесторы получают около 20% годовых).

Компания «Агротехфарм» из Екатеринбурга создает высокоурожайное производство в любом помещении за счет полной автоматизации процессов выращивания, сведя к минимуму человеческий фактор. Весь опыт в агрономии с 2012 года реализован в технологиях и заложен в программном обеспечении. К настоящему моменту разработаны и запатентованы технологии выращивания растительных продуктов питания на вертикальных фермах методом аэропоники. Команда «Агротехфарм» занимается разработкой роботов для повышения автоматизации процесса выращивания: автоматизированная линия по высадке растений, робот-сборщик урожая, самоходные тележки для перемещения готовой продукции на склад и отгрузку.

Компанию «Фабрика растений» организовали   ученые из Санкт-Петербургского аграрного университета. Они создают сити-фермы под ключ, причем как в обычных помещениях, так и в 45-футовом контейнере (таре, которую обычно используют для морских перевозок). Ферма в контейнере — особенно удачное решение для северных регионов, военных баз и других отдаленных территорий, куда обычно трудно подвести свежие продукты.

Растения в таком контейнере растут вне зависимости от погоды за окном и занимают мало места (всего 74 м²), а отсутствие транспортных издержек позволяет значительно снизить цену продукта.

«Green Kitchen» из Новосибирска — еще одна компания, которая предлагает ферму в контейнере. Это автоматизированный модуль, в котором круглый год можно выращивать растения. Система изначально построена так, чтобы выдерживать суровые условия (до -57°С за окном) и требовать минимального ухода.

Такая теплица вмещает до 3600 саженцев, при этом в день на них расходуется около 20 литров воды. Остальное попадает назад в бак, насыщается минеральными веществами и снова отдается на полив. Благодаря этому большого бака хватает почти на четыре месяца работы.

Как это работает

Модули вертикальных ферм можно установить в продуктовых магазинах, ресторанах, торговых центрах, офисных столовых и школах, что позволяет конечному потребителю стабильно, регулярно и самостоятельно выращивать урожай и использовать в пищу всегда свежую продукцию.

Основные детали, из которых изготавливаются каркасы, — пластик и профиль. Сердце всего оборудования — «Виртуальный агроном». Это небольшая «коробочка» управления, снабженная чипами и датчиками, которая вставляется в готовое оборудование. С каждой витрины и фермы поступают сигналы на единый сервер управления. Каждый маленький виртуальный агроном получает инструктаж от большого единого «агронома». Компания предоставляет клиентам витрину, инструкцию по ее запуску и семена. Владельцу фермы нужно просто наблюдать за ней по своему мобильному телефону, иногда засыпать семена, ставить капсулы с питательными элементами и собирать урожай. На одном квадратном метре можно вырастить две тысячи порций микрозелени в месяц.

На цифровой платформе имеется более 6000 алгоритмов для разного вида растений, трав и салатов. Уход от классических аграрных технологий и переход в цифровое поле позволяет производить продукцию без рисков, которые есть в традиционном сельском хозяйстве. Если в цифровой ферме возникает какая-то проблема, сигнал уходит на основной сервер, который ищет алгоритм решения этой проблемы и отправляет его на «ферму».

В фермах можно выращивать всё, начиная от салатов и заканчивая овощами и ягодами, экономя при этом на строительстве огромных тепличных комплексов, на потреблении электроэнергии и других ресурсов. Для каждой фермы поставляются семена, питательные элементы, все компоненты, которые необходимы для работы. За обновление системы несет ответственность поставщик оборудования.

Биопоника

Сегодня технологии вертикальных ферм шагнули далеко вперед. Можно создать такие условия, в которых проблем с болезнями растений, грибками, плесенью просто нет. В отличие от гидропоники, где растения находятся в постоянном контакте с удобрениями, использование гибридных технологий аэропонного и биопонного методов, с применением специальных питательных растворов позволяют контролировать на копление в растениях витаминов и полезных веществ и изолировать поступление вредных веществ. Электронный агроном сам смешивает и подает растениям диетические питательные коктейли — для каждого свое меню. Компьютерная программа сама знает, когда какому растению что подать, чтобы оно выросло вкусным и полезным. Климат, подача воды и режим света контролируются через сервер, на котором отображаются данные всех ферм. Неважно, в каком городе или стране они находятся.

С помощью специальных технологий можно выращивать также персональную продукцию с заданными параметрами. Например, добавлять в растения витамины А, В, йод, железо или калий.

Проект по производству ягод

Компания «Гринбар» с партнерами планирует открыть первую в мире цифровую ферму по выращиванию ягод — малины и ежевики. Предприятие уже выпустило коммерческую версию и успешно масштабирует свои результаты.

Выращивание ягод в теплицах — дело дорогое, трудозатратное, растения капризны и требовательны. И если клубнику уже давно выращивают в теплицах на гидропонике, то с такими ягодами, как малина, ежевика, морошка и голубика, это не получится. Культуры слишком требовательны к температуре, освещению, питательному субстрату и влажному режиму. При малейшем сбое сбрасывают цветы или просто сохнут.

«Гринбар» четыре года тестировали революционную технологию полностью закрытой фермы с использованием гибридных технологий, где при этом множество датчиков следят за подачей питания, полива, температурным и влажностным режимом, избегая человеческого фактора и влияния погодных условий. В базе данных заложены тысячи вариаций алгоритмов решения любой проблемы для успешного выращивания свежей и сладкой ягоды без рисков.

Самая дорогая специя

В лаборатории компании «Гринбар» при помощи искусственного интеллекта удалось вырастить и самую дорогую в мире специю — шафран. Он растет в Узбекистане, Дагестане, Азербайджане, Греции, Италии, Франции, Японии и Китае. Цена за 1 килограмм — от 3500 до 160000 долларов. Как на любой продукт, цена шафрана зависит от качества, а качество, в свою очередь, зависит от места выращивания, погодных условий, состава земли и прочего. Цена на шафран определяется ежедневно, как и цена на золото.

В «Гринбар» созданы идеальные условия для возможности выращивать специю, например, с характеристиками персидского шафрана — одного из самых дорогих видов.

Искусственный интеллект изучил особенности растения, климатические, влажностные и тепловые режимы, необходимые для выращивания шафрана высшего качества.

Вкладывать деньги в эту сферу будет выгодно, несмотря на сложность его выращивания и малые объемы урожайности. Многоярусные вертикальные фермы «Гринбар» ПРО-шафран создают алгоритмы, при которых за 1 год можно снять до 12 урожаев цветов, при этом автоматика задаст комфортное время и световое сопровождение для наступления самого удачного времени для сбора урожая.

Только вверх

Вертикальное сельское хозяйство — небольшой сегмент рынка, но он быстро растет. Вертикальные технологии ведения сельского хозяйства попрежнему относительно новы. Предприятиям еще предстоит успешно производить урожай и сделать его экономически целесообразным для удовлетворения растущего спроса на продовольствие.

По словам сторонников вертикальных ферм, список потенциальных глобальных экологических и социальных преимуществ вертикального земледелия действительно велик. Они смогут помочь прокормить людей, повысить качество продуктов, сократить расстояние между местами производства и потребления и уменьшить количество используемых химикатов. Перенося производство продовольствия в города, ближе к местам потребления, люди не нуждаются в использовании транспорта, выбрасывающего вредные вещества в атмосферу.

В развивающихся странах этот тип земледелия вызывает острый интерес, но они пока не готовы к таким системам из-за относительно высокой цены. На данный момент высокая стоимость и эксплуатационные расходы тормозят его более быстрое распространение. Однако защитник вертикального фермерства, доктор Эстер Нгумби, кенийский исследователь Университета Иллинойса, продвигает идею о создании вертикальных хозяйств в Африке — только с меньшими, более дешевыми и простыми версиями технологий, которые заимствуют принципы экономии земли и воды у подобных ферм развитых стран.

Читать 50 выпуск журнала "Ресурсосберегающее земледелие"