Chiar și printre colegii lor destul de neobișnuiți – genii creative și oameni de știință ușor nebuni ai laboratorului media al Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT), care este situat în apropiere de Boston (SUA), unde de tavan atârnă rechini gonflabili uriași, mesele sunt adesea decorate cu capete de robot. , și oameni de știință subțiri, cu părul scurt, în cămăși hawaiene, discutând cu admirație despre formule misterioase desenate cu cretă pe o tablă – Saleb Harper pare a fi o persoană foarte neobișnuită. În timp ce colegii săi din cercetarea științifică creează : inteligență artificială, proteze inteligente, mașini de pliat de ultimă generație și dispozitive medicale care afișează sistemul nervos uman în 3D, la care lucrează Harper – Cultură varză. În ultimul an, el a transformat micul hol de la etajul cinci al Institutului (în spatele ușilor laboratorului său) într-o grădină super-tehnologică care pare că a luat viață dintr-un film SF. Mai multe varietăți de broccoli, roșii și busuioc cresc aici, aparent în aer, scăldate în lumini LED cu neon albastru și roșu; iar rădăcinile lor albe le fac să arate ca meduze. Plantele s-au înfăşurat în jurul peretelui de sticlă, de 7 metri lungime şi 2.5 metri înălţime, astfel încât parcă s-au înfăşurat în jurul unei clădiri de birouri. Nu este greu de ghicit că dacă dai frâu liber lui Harper și colegilor săi, în viitorul apropiat pot transforma întreaga metropolă într-o grădină atât de vie și comestibilă.
„Cred că avem puterea de a schimba lumea și sistemul alimentar global”, spune Harper, un bărbat înalt și îndesat, de 34 de ani, într-o cămașă albastră și cizme de cowboy. „Potențialul pentru agricultura urbană este enorm. Și acestea nu sunt cuvinte goale. „Agricultura urbană” în ultimii ani a depășit faza „uite, este cu adevărat posibil” (în timpul căreia s-au făcut experimente pentru a cultiva salată verde și legume pe acoperișurile orașului și în spațiile goale ale orașului) și a devenit un adevărat val de inovație, lansat de gânditori stând ferm în picioare, ca Harper. El a co-fondat proiectul CityFARM în urmă cu un an, iar Harper cercetează acum modul în care tehnologia înaltă poate ajuta la optimizarea producției de legume. În același timp, sunt utilizate sisteme de senzori care monitorizează nevoia plantelor de apă și îngrășăminte și hrănesc răsadurile cu lumină de frecvența optimă a undelor: diodele, ca răspuns la nevoile plantei, trimit lumină care nu numai că dă viață plantelor, dar determină și gustul acestora. Harper visează că astfel de plantații în viitor își vor lua locul pe acoperișurile clădirilor - în orașe reale în care mulți oameni trăiesc și lucrează.
Inovațiile pe care Harper își propune să le introducă pot reduce costurile agriculturii și pot reduce impactul acesteia asupra mediului. El susține că prin măsurarea și controlul luminii, udarea și fertilizarea conform metodei sale, este posibil să se reducă consumul de apă cu 98%, să accelereze creșterea legumelor de 4 ori, să se elimine complet utilizarea îngrășămintelor chimice și a pesticidelor, să se dubleze cele nutriționale. valoarea legumelor și îmbunătățirea gustului acestora.
Producția de alimente este o problemă gravă de mediu. Înainte de a fi pe masa noastră, face de obicei o călătorie de mii de kilometri. Kevin Frediyani, șeful agriculturii ecologice la Bicton College, o școală agricolă din Devon, Marea Britanie, a estimat că Regatul Unit importă 90% din fructele și legumele sale din 24 de țări (dintre care 23% provin din Anglia). Se dovedește că livrarea unui capete de varză crescută în Spania și livrată cu camionul în Marea Britanie va duce la emisia a aproximativ 1.5 kg de emisii nocive de carbon. Dacă creșteți acest cap în Marea Britanie, într-o seră, cifra va fi și mai mare: aproximativ 1.8 kg de emisii. „Nu avem suficientă lumină, iar sticla nu reține foarte bine căldura”, notează Frediyani. Dar dacă utilizați o clădire specială izolată cu iluminat artificial, puteți reduce emisiile la 0.25 kg. Frediyani știe despre ce vorbește: anterior a gestionat livezi și plantații de legume la Grădina Zoologică Paington, unde în 2008 a propus o metodă de plantare verticală pentru a crește hrana animalelor mai eficient. Dacă putem pune în practică astfel de metode, vom obține alimente mai ieftine, mai proaspete și mai hrănitoare, vom putea reduce emisiile de gaze cu efect de seră cu milioane de tone anual, inclusiv în partea de producție care privește ambalarea, transportul și sortarea produse agricole, care în total produce de 4 ori mai multe emisii nocive decât cultura în sine. Acest lucru poate întârzia în mod semnificativ abordarea crizei alimentare globale iminente.
Experții ONU au calculat că până în 2050 populația lumii va crește cu 4.5 miliarde, iar 80% din locuitorii lumii vor locui în orașe. Deja astăzi, 80% din terenul propice agriculturii este folosit, iar prețurile la produse cresc din cauza secetelor și inundațiilor crescute. În astfel de condiții, inovatorii agricoli și-au îndreptat privirea către orașe ca o posibilă soluție la problemă. La urma urmei, legumele pot fi cultivate oriunde, chiar și pe zgârie-nori sau în adăposturi anti-bombă abandonate.
Numărul de corporații care încep să folosească tehnologii inovatoare cu efect de seră pentru cultivarea legumelor și hrănirea lor cu LED-uri include, de exemplu, un gigant precum Philips Electronics, care are propriul departament pentru LED-uri agricole. Oamenii de știință care lucrează acolo creează noi tipuri de linii de ambalare și sisteme de management, explorează posibilitățile tehnologiilor de microclimat, aeroponică*, acvaponică**, hidroponică***, sisteme de colectare a apei de ploaie și chiar microturbine care permit utilizarea energiei furtunilor. Dar până acum, nimeni nu a reușit să facă astfel de inovații să dea roade. Cea mai grea parte este consumul de energie. Sistemul hidroponic VertiCorp (Vancouver), care a făcut mult zgomot în comunitatea științifică, care a fost numită Descoperirea anului 2012 de revista TIME, s-a prăbușit din cauza faptului că. consumat prea multă energie electrică. „Există o mulțime de minciuni și promisiuni goale în această zonă”, spune Harper, fiul unui brutar care a crescut într-o fermă din Texas. „Acest lucru a dus la o mulțime de investiții risipite și la prăbușirea multor companii mari și mici.”
Harper susține că, datorită utilizării dezvoltărilor sale, va fi posibilă reducerea consumului de energie electrică cu 80%. Spre deosebire de tehnologiile din agricultura industrială protejate de brevete, proiectul său este deschis și oricine poate folosi inovațiile sale. Există deja un precedent pentru acest lucru, așa cum a fost cazul cutterelor laser proiectate de MIT și imprimantelor XNUMXD, pe care Institutul le produce și le donează laboratoarelor din întreaga lume. „Au creat o rețea de producție pe care o văd ca un model pentru mișcarea noastră de cultivare a legumelor”, spune Harper.
… Într-o după-amiază frumoasă de iunie, Harper își testează noua configurație. El ține în mână o bucată de carton luată dintr-un set de jucării pentru copii. În fața lui se află o cutie de salată de varză luminată de LED-uri albastre și roșii. Aterizările sunt „monitorizate” de o cameră video cu urmărire a mișcării, împrumutată de Harper de la PlayStation. El acoperă camera cu o foaie de carton – diodele devin mai strălucitoare. „Putem lua în considerare datele meteo și putem crea un algoritm de compensare a luminii cu diode”, spune omul de știință, „dar sistemul nu va putea prezice vremea ploioasă sau înnorată. Avem nevoie de un mediu puțin mai interactiv.”
Harper a asamblat un astfel de model din șipci de aluminiu și panouri de plexiglas – un fel de sală de operație sterilă. În interiorul acestui bloc de sticlă, mai înalt decât un om, trăiesc 50 de plante, unele cu rădăcinile atârnate și irigate automat cu substanțe nutritive.
Prin ele însele, astfel de metode nu sunt unice: micile ferme cu sere le folosesc de câțiva ani. Inovația constă tocmai în utilizarea diodelor de lumină albastră și roșie, care creează fotosinteza, precum și în nivelul de control pe care l-a atins Harper. Sera este literalmente plină cu diverși senzori care citesc condițiile atmosferice și trimit date către un computer. „În timp, această seră va deveni și mai inteligentă”, asigură Harper.
Utilizează un sistem de etichete date fiecărei plante pentru a urmări creșterea fiecărei plante. „Până în prezent, nimeni nu a făcut asta”, spune Harper. „Au existat multe rapoarte false despre astfel de experimente, dar niciunul dintre ele nu a trecut testul. Există acum o mulțime de informații în comunitatea științifică despre astfel de studii, dar nimeni nu știe sigur dacă au avut succes și, în general, dacă au fost efectiv realizate.
Scopul său este să creeze o linie de producție de legume la cerere, livrată ca Amazon.com. În loc să culegeți legume verzi (de exemplu, deoarece roșiile verzi sunt culese în Olanda vara sau Spania iarna – sărace în nutrienți și fără gust), apoi trimiteți-le sute de kilometri, gazați-le pentru a da aspectul de coacere – puteți comanda roșiile tale și aici, dar devin foarte coapte și proaspete, din grădină și aproape pe strada următoare. „Livrarea va fi promptă”, spune Harper. „Fără aromă sau pierderi de nutrienți în proces!”
Până în prezent, cea mai mare problemă nerezolvată a lui Harper este cu sursele de lumină. Folosește atât lumina soarelui de la o fereastră, cât și LED-uri controlate de internet produse de startup-ul elvețian Heliospectra. Dacă plasați plantații de legume pe clădiri de birouri, așa cum sugerează Harper, atunci va fi suficientă energie de la Soare. „Plantările mele folosesc doar 10% din spectrul de lumină, restul doar încălzește camera – este ca un efect de seră”, explică Harper. – Așa că trebuie să răcesc intenționat sera, care necesită multă energie și distruge autosuficiența. Dar iată o întrebare retorică: cât costă lumina soarelui?
În serele tradiționale „solare”, ușile trebuie deschise pentru a răci încăperea și a reduce umiditatea acumulată – așa intră înăuntru oaspeții neinvitați – insecte și ciuperci. Echipele științifice de la corporații precum Heliospectra și Philips consideră că utilizarea Soarelui este o abordare depășită. De altfel, cea mai mare descoperire științifică în domeniul agriculturii este acum realizată de companiile de iluminat. Heliospectra nu numai că furnizează lămpi pentru sere, dar efectuează și cercetări academice în domeniul metodelor de accelerare a creșterii biomasei, accelerarea înfloririi și îmbunătățirea gustului legumelor. NASA folosește lămpile pe care le fabrică în experimentul lor pentru a modula o „bază spațială marțiană” din Hawaii. Iluminarea aici este creată de panouri cu diode, care au propriul computer încorporat. „Puteți trimite un semnal unei plante întrebând cum se simte și, în schimb, trimite informații despre cât de mult din spectru folosește și cum mănâncă”, spune Christopher Steele, co-liderul Heliosphere, din Gothenburg. „De exemplu, lumina albastră nu este optimă pentru creșterea busuiocului și îi afectează în mod negativ aroma.” De asemenea, Soarele nu poate ilumina legumele perfect uniform - acest lucru se datorează apariției norilor și rotației Pământului. „Putem cultiva legume fără butoaie închise la culoare și pete care arată grozav și au un gust bun”, adaugă CEO Stefan Hillberg.
Astfel de sisteme de iluminat se vând la un preț de 4400 de lire sterline, ceea ce nu este deloc ieftin, dar cererea de pe piață este foarte mare. Astăzi, există aproximativ 55 de milioane de lămpi în sere din întreaga lume. „Lămpile trebuie înlocuite la fiecare 1-5 ani”, spune Hillberg. „Sunt mulți bani.”
Plantele preferă diodele razelor solare. Deoarece diodele pot fi plasate direct deasupra plantei, nu trebuie să cheltuiască energie suplimentară pentru a crea tulpini, crește clar în sus, iar partea cu frunze este mai groasă. La GreenSenseFarms, cea mai mare fermă verticală interioară din lume, situată la 50 km de Chicago, sunt amplasate până la 7000 de lămpi în două camere de iluminat. „Salata verde cultivată aici este mai aromată și mai crocantă”, spune CEO-ul Robert Colangelo. – Iluminăm fiecare pat cu 10 lămpi, avem 840 de paturi. Primim 150 de capete de salată din grădină la fiecare 30 de zile.”
Paturile sunt dispuse vertical pe ferma si ajung la 7.6 m inaltime. Ferma Green Sense folosește tehnologia așa-numitului „film de hidro-nutrienți”. În practică, aceasta înseamnă că apa bogată în nutrienți se infiltrează prin „sol” – cojile de nucă de cocos zdrobite, care sunt folosite aici în loc de turbă, deoarece este o resursă regenerabilă. „Deoarece paturile sunt aranjate vertical, legumele cresc de cel puțin zece ori mai groase și produc de 25 până la 30 de ori mai mult decât în condiții normale, orizontale”, spune Colangelo. „Este bine pentru Pământ, deoarece nu există nicio eliberare de pesticide, plus că folosim apă reciclată și îngrășământ reciclat.” „Folosește mult mai puțină energie (decât cea convențională)”, spune Colangelo, vorbind despre fabrica sa de legume, creată împreună cu Philips, care este cea mai mare de pe planetă.
Colangelo crede că în curând industria agricolă se va dezvolta în doar două direcții: în primul rând, spații mari, deschise, plantate cu cereale precum grâul și porumbul, care pot fi depozitate luni de zile și transportate încet în întreaga lume – aceste ferme sunt situate departe de orașe. În al doilea rând, ferme verticale care vor cultiva legume scumpe, perisabile, cum ar fi roșii, castraveți și verdeață. Ferma lui, care a fost deschisă în aprilie anul acesta, este de așteptat să genereze 2-3 milioane de dolari în cifră de afaceri anuală. Colangelo își vinde deja produsele semnate restaurantelor și centrului de distribuție WholeFood (situat la doar 30 de minute), care livrează legume proaspete în 48 de magazine din 8 state din SUA.
„Următorul pas este automatizarea”, spune Colangelo. Deoarece paturile sunt aranjate vertical, directorul fabricii crede că va fi posibil să se folosească robotica și senzorii pentru a determina care legume sunt coapte, a le recolta și a le înlocui cu răsaduri noi. „Va fi ca și Detroit-ul cu fabricile sale automatizate unde roboții asamblează mașini. Mașinile și camioanele sunt asamblate din piese comandate de dealeri, nu sunt produse în serie. Vom numi acest lucru „creșterea la comandă”. Vom culege legume când magazinul are nevoie de ele.”
O inovație și mai incredibilă în domeniul agriculturii este „fermele de containere maritime”. Sunt cutii de crestere verticale dotate cu sistem de incalzire, irigare si iluminare cu lampi cu diode. Aceste containere, ușor de transportat și depozitat, pot fi stivuite câte patru unul peste altul și plasate chiar în afara magazinelor și restaurantelor pentru a le oferi legume proaspete.
Mai multe companii au ocupat deja această nișă. Growtainer, cu sediul în Florida, este o companie care produce atât ferme întregi, cât și soluții la fața locului pentru restaurante și școli (unde sunt folosite ca ajutoare vizuale în biologie). „Am pus un milion de dolari în asta”, spune CEO-ul Grotainer Glen Berman, care a condus cultivatorii de orhidee din Florida, Thailanda și Vietnam timp de 40 de ani și este acum cel mai mare distribuitor de plante vii din SUA și Europa. „Am perfecționat sistemele de irigare și iluminat”, spune el. „Noi creștem mai bine decât natura însăși.”
Are deja zeci de centre de distribuție, dintre care multe funcționează după sistemul „proprietar-consumator”: îți vând un recipient, iar tu însuți cultivi legume. Site-ul lui Berman susține chiar că aceste containere sunt excelente „reclamă live” pe care pot fi plasate logo-uri și alte informații. Alte companii lucrează pe un alt principiu – vând containere cu propriul logo, în care deja cresc legume. Din păcate, în timp ce ambele scheme sunt costisitoare pentru consumator.
„Fermele micro au o rentabilitate inversă a investiției pe zonă”, spune Paul Lightfoot, CEO Bright Farms. Bright Farms produce sere mici care pot fi amplasate lângă supermarket, reducând astfel timpul și costul livrării. „Dacă trebuie să încălziți o cameră, este mai ieftin să încălziți zece kilometri pătrați decât o sută de metri.”
Unii inovatori agricoli nu sunt din mediul academic, ci din mediul de afaceri. La fel și Bright Farms, care s-a bazat pe proiectul non-profit ScienceBarge din 2007, un prototip al unei ferme urbane inovatoare care a fost ancorată în râul Hudson (New York). Atunci supermarketurile din întreaga lume au observat o cerere în creștere pentru legume proaspete, cultivate local.
Datorită faptului că 98% din salata verde vândută în supermarketurile din SUA este cultivată în California vara și în Arizona iarna, costul acesteia (care include și costul apei, care este scumpă în vestul țării) este relativ ridicat. . În Pennsylvania, Bright Farms a semnat un contract cu un supermarket local, a primit un credit fiscal pentru crearea de locuri de muncă în regiune și a cumpărat o fermă de 120 de hectare. Ferma, care folosește un sistem de apă de ploaie pe acoperiș și configurații verticale precum cea a lui Saleb Harper, vinde anual în valoare de 2 milioane de dolari verdețuri de marcă proprie supermarketurilor din New York și Philadelphia din apropiere.
„Oferim o alternativă la verdele mai scumpe, nu atât de proaspete de pe Coasta de Vest”, spune Lightfoot. – Verdețurile perisabile sunt foarte scumpe de transportat în toată țara. Deci aceasta este oportunitatea noastră de a introduce un produs mai bun, mai proaspăt. Nu trebuie să cheltuim bani pe transportul pe distanțe lungi. Valorile noastre de bază se află în afara domeniului tehnologiei. Inovația noastră este modelul de afaceri în sine. Suntem pregătiți să implementăm orice tehnologie care ne va permite să obținem rezultate.”
Lightfoot consideră că fermele de containere nu vor putea niciodată să se afișeze în supermarketurile mari din cauza lipsei de rambursare. „Există nișe adevărate, cum ar fi verdeață scumpă pentru restaurante selectate”, spune Lightfoot. „Dar nu va funcționa la vitezele cu care lucrez. Deși astfel de containere pot fi, de exemplu, aruncate în baza militară a marinarilor din Afganistan.”
Totuși, inovațiile în agricultură aduc faimă și venituri. Acest lucru devine evident când te uiți la ferma, situată la 33 de metri sub străzile din North Capham (zona Londrei). Aici, într-un fost adăpost de atac aerian din Primul Război Mondial, antreprenorul Stephen Dring și partenerii au strâns 1 milion de lire sterline pentru a converti spațiul urban nerevendicat pentru a crea o agricultură de ultimă oră, care este durabilă și profitabilă și care cultivă cu succes salată verde și alte legume.
Compania sa, ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food), cultivă verdeață în rafturi verticale folosind un sistem de „maree”: apa se spală peste verdețurile în creștere și este apoi colectată (fortificată cu nutrienți) pentru a fi reutilizată. Verdeața este plantată în pământ artificial realizat din covoare reciclate de la Satul Olimpic din Stratford. Electricitatea folosită pentru iluminat provine de la mici micro-turbine hidroelectrice. „Avem multă ploaie în Londra”, spune Dring. „Așa că am pus turbine în sistemul de scurgere a apei de ploaie și ne alimentează cu energie.” Dring lucrează și la rezolvarea uneia dintre cele mai mari probleme ale creșterii verticale: stocarea căldurii. „Explorăm modul în care căldura poate fi îndepărtată și transformată în electricitate și cum poate fi folosit dioxidul de carbon – acesta acționează ca steroizii asupra plantelor.”
În estul Japoniei, care a fost puternic lovită de cutremurul și tsunamiul din 2001, un cunoscut specialist în plante a transformat o fostă fabrică de semiconductori Sony în a doua cea mai mare fermă de interior din lume. Cu o suprafață de 2300 m2, ferma este iluminată cu 17500 de electrozi cu consum redus de energie (fabricați de General Electric) și produce 10000 de capete de verdeață pe zi. Compania din spatele fermei – Mirai („Mirai” înseamnă „viitor” în japoneză) – lucrează deja cu inginerii GE pentru a înființa o „fabrică în creștere” în Hong Kong și Rusia. Shigeharu Shimamura, care se află în spatele creării acestui proiect, și-a formulat planurile de viitor astfel: „În sfârșit, suntem gata să începem industrializarea agriculturii”.
Nu lipsesc banii în sectorul agricol al științei în acest moment, iar acest lucru se vede în numărul tot mai mare de inovații, de la cele concepute pentru uz casnic (sunt o mulțime de proiecte interesante pe Kickstarter, de exemplu, Niwa, care vă permite să cultivați roșii acasă într-o plantă hidroponică controlată de smartphone), la global. Gigantul economic SVGPartners din Silicon Valley, de exemplu, și-a unit forțele cu Forbes pentru a găzdui o conferință internațională de inovare în agricultură anul viitor. Dar adevărul este că va dura mult timp – un deceniu sau mai mult – pentru ca agricultura inovatoare să câștige o parte semnificativă din plăcinta industriei alimentare globale.
„Ceea ce este cu adevărat important este că nu avem costuri de transport, emisii și consum minim de resurse”, spune Harper. Un alt punct interesant pe care omul de știință l-a remarcat: într-o zi vom putea depăși caracteristicile regionale ale cultivării produselor vegetale. Restaurantele vor cultiva legume după gustul lor, chiar afară, în recipiente speciale. Schimbând lumina, echilibrul acido-bazic, compoziția minerală a apei sau limitând în mod specific irigarea, ele pot controla gustul legumelor – să zicem, să facă o salată mai dulce. Treptat, astfel vă puteți crea propriile legume de marcă. „Nu vor mai fi „cei mai buni struguri cresc aici și acolo”,” spune Harper. – „Va fi” cei mai buni struguri sunt cultivați la această fermă din Brooklyn. Iar cele mai bune chard vine de la acea fermă din Brooklyn. Acest lucru este uimitor”.
Google va implementa descoperirile lui Harper și designul său de microferme în cantina sediului lor din Mountain View pentru a hrăni angajații cu alimente proaspete și sănătoase. De asemenea, a fost contactat de o companie de bumbac care l-a întrebat dacă este posibil să cultive bumbac într-o seră atât de inovatoare (Harper nu este sigur – poate că este posibil). Proiectul lui Harper, OpenAgProject, a atras atenția remarcabilă din partea cadrelor universitare și a companiilor publice din China, India, America Centrală și Emiratele Arabe Unite. Și un alt partener mai aproape de casă, Universitatea de Stat din Michigan, este pe cale să transforme un fost depozit auto de 4600 de metri pătrați de la periferia orașului Detroit în ceea ce va deveni cea mai mare „fabrică verticală de legume” din lume. „Unde este cel mai bun loc pentru a înțelege automatizarea, dacă nu în Detroit? întreabă Harper. – Și unii încă se întreabă „ce este noua revoluție industrială”? Asta este ea!”
* Aeroponia este procesul de creștere a plantelor în aer fără utilizarea solului, în care substanțele nutritive sunt livrate la rădăcinile plantelor sub formă de aerosol
** Acvaponie – high techun mod logic de agricultură care combină acvacultura – creșterea animalelor acvatice și cultura hidroponică – creșterea plantelor fără sol.
***Hidroponia este o modalitate de cultivare a plantelor fără sol. Planta își are sistemul radicular nu în pământ, ci într-un mediu de aer umed (apă, bine aerisit; solid, dar umiditate și aer intens și destul de poros), bine saturat cu minerale, datorită soluțiilor speciale. Un astfel de mediu contribuie la o bună oxigenare a rizomilor plantei.