Роботизированная вертикальная ферма выращивает растения на 400% эффективнее обычной фермы
Население Земли постоянно растет, соответственно, увеличивается потребность в продуктах питания. Об этом говорят уже много лет, причем некоторые ученые считают, что в скором времени планета не сможет прокормить всех людей. Другие специалисты утверждают, что никакой проблемы с едой для людей нет, нужно лишь разработать новые способы культивирования растений, чтобы получать больше биомассы в единицу времени. Причем растения нужны не только людям, но и животным, которых выращивает человек для своих нужд, особенно - для крупного рогатого скота.
Один из наиболее перспективных способов достижения желаемого - создание вертикальных ферм . Многоэтажные стеллажи или даже здания с растениями на каждом ярусе делают возможным получение зеленого продукта в больших количествах даже в черте города. Здесь на помощь приходят и высокие технологии. Например, сельскохозяйственная компания FodderWorks разработала полностью автономную систему, которая способна работать без участия людей, работая гораздо более эффективно, чем фермер-человек.
Во всяком случае, за единицу времени эта вертикальная ферма-робот выращивает на 400% больше биомассы, чем человек. Ее достоинство не только в скорости работы но и в том, что она практически не использует плодородные почвы, а также потребляет совсем немного воды по сравнению с обычными сельскохозяйственными угодьями.
«Такая система совместима с любыми злаковыми культурами. Но ее можно использовать и для культивирования любых других растений, которых могут употреблять в пищу как люди, так и животные», - говорят авторы идеи.
Процесс выращивания довольно простой. Семена размещаются в специальных ящиках, которые устанавливаются на полках. Здесь их начинают освещать и давать воду с питательными веществами. Через шесть дней семена прорастают, образуя плотные зеленые «маты». Эту биомассу вполне можно использовать в качестве корма для крупного рогатого скота. Причем не требуются ни удобрения, ни ядохимикаты. А стоимость биомассы при таком способе работы составляет около 15 центов за килограмм (6 центов за фунт). Большой плюс корма в том, что это не сухое сено, а полноценное растение, которое гораздо более полезно для животных, чем сено. Надо думать, что рогатым питомцам ферм сочная свежая зелень придется больше по вкусу, чем сухая трава. Хотя, откуда нам, людям, об этом знать.
Зеленый корм для скота такого типа - не новинка, он используется давно. Проблема в том, что обычно нужны работники для ухода за системой, поскольку речь идет о ручном труде. Если нанять много людей - себестоимость корма будет высокой. Если сотрудников фермы будет мало - то не получится выращивать необходимое для животных количество корма. Но если система будет автоматизированной, этих проблем удастся избежать. Вот, почему разработчики из FodderWorks решили создать свою систему.
Она может стать спасением для мелких фермеров, тех, кто не может позволить себе наемных работников для расширения масштабов своей работы и увеличения объемов производства продуктов питания. Как считают представители FodderWorks, теперь «наши партнеры могут себе позволить быть эффективными, самостоятельно ведя свой бизнес, что может стать стимулом для создания большего количества рабочих мест в сельскохозяйственной сфере».
Роботизированная ферма, о которой идёт речь, сама засыпает зерно в ящики, сама выставляет необходимый режим питания и освещения. Через шесть дней ферма-робот собирает получившийся продукт и пакует его. Человек нужен только для того, чтобы дать выращенный корм скоту. В принципе, автоматизировать можно и это, что с успехом используют многие сельскохозяйственные предприятия.
Стоимость одной робо-фермы, способной вырастить тонную растений в день, составляет $233 000. Система с производительностью 12 тонн растений в день составляет $996 000, то есть себестоимость тонны получается меньшей, чем у робо-фермы небольшого размера.
Автоматизация производства продуктов питания - не новость. Этой проблемой занимаются как частные компании, так и научные организации. Не так давно на Geektimes описывалась аквапоническая ферма Verticulture, которая дает возможность одновременного производства рыбы (тилапия) и растений (базилика). На сегодняшний момент ферма Verticulture представляет собой систему из баков с водой и стеллажей высотой до 3 метров. Тилапия живет в баках, а ящики с базиликом сообщаются при помощи труб с емкостями с рыбой. Между ними расположены емкости с бактериальной культурой, где идет переработка отходов жизнедеятельности рыб в нитратное удобрение. Корни растений получают питательные вещества, а вода очищается от солей, возвращаясь к рыбам уже очищенной.
Необычная ферма. В ней выращивают продукты на шестиметровых башнях со светодиодной подсветкой, которые находятся внутри бывшего склада в Южном Сан-Франциско. И самое главное - растениям тут не нужна обработка пестицидами и солнечный свет.
Эта вертикальная ферма может полностью изменить пищевую промышленность
Вероника ЕлкинаТакая техника выращивания овощей называется закрытым вертикальным фермерством. Овощи растут на подвесных модулях в закрытом помещении с климат-контролем. Потенциал такой технологии настолько высок, что она может в буквальном смысле за один день перевернуть всю сельскохозяйственную промышленность, ведь с ее помощью некоторые виды продуктов можно будет выращивать весь год.
Ферма Plenty появилась на свет в 2014 году. Ее создатели утверждают, что на ней можно вырастить в 350 раз больше овощей, чем на обычных фермах такого же размера, причем для этого потребуется гораздо меньше земли и воды. Глава Plenty Мэтт Барнард сказал, что компания собирается изменить то, как люди выращивают продукты питания, и продавать их по гораздо меньшим ценам.
Такая амбициозная цель впечатлила инвесторов, и они вложили в стартап $200 миллионов. На эти деньги Plenty собирается построить еще больше вертикальных ферм по всему миру.
«Создав глобальную фермерскую сеть, мы сможем доставлять продукты покупателям уже через несколько часов после сбора урожая», - прокомментировал Барнард.
Эксперты считают, что такое финансирование положительно скажется на всей индустрии закрытого фермерства - венчурные фонды захотят инвестировать в другие компании, которые строят вертикальные фермы, а сельское хозяйство обретет большую популярность в городах»
«Многие города поймут, что городские фермы - это нормальное явление, - считает Диксон Деспомьер, профессор микробиологии в Колумбийском университете. - Останутся лишь маркетинговые вопросы. Покупатели должны будут узнать, что вертикальные фермы могут круглосуточно производить зелень, овощи и ягоды».
«Овощи, выращиваемые на закрытых фермах, сейчас обладают отличным вкусом, - заметил Кимбал Маск, сооснователь сети ресторанов The Kitchen и инкубатора вертикальных ферм Kimbal Square Roots. - Фермы находятся в городах, а значит покупатель может легко познакомиться с их владельцами. Так у клиента появится доверие к фермеру, и в следующий раз он купит овощи именно у него. Настало прекрасное время для любителей натуральной пищи».
Вертикальные фермы привлекают внимание венчурных инвесторов уже не первый год. Например, компания AeroFarms , которая появилась в 2004 году, выращивает овощи на девяти складах в Нью-Джерси (площадь самого крупного из них составляет 6410 квадратных метров). На данный момент проект привлек $95,8 миллионов инвестиций. Еще один стартап под названием Bowery запустился в начале 2017 года и получил от инвесторов $20 миллионов. Но пока больше всего денег собрал проект Plenty.
Были и неудачные случаи. Компания Alphabet пыталась создать автоматическую систему вертикальных ферм в своей секретной лаборатории, но в 2016 году закрыла проект, поскольку не смогла вырастить с ее помощью основные сельскохозяйственные культуры (зерно и рис). В 2012 году в Ванкувере появилась похожая компания VertiCrop, но через три года объявила о своем банкротстве.
Большинство стартапов, занимающихся вертикальным фермерством, выращивает овощи, которые приносят больше урожая при меньшей стоимости производства. Однако промышленные вертикальные фермы вроде AeroFarms и Bowery продают свои продукты примерно за ту же цену, что и обычные производители (а в некоторых случаях даже дороже).
В отличие от них Plenty надеется продавать овощи дешевле обычных неорганических ферм. Пока что одна из главных проблем компании - стоимость электроэнергии, необходимой для светодиодных ламп.
Компания «РусЭко» в первом квартале 2019 года намерена запустить в Москве городскую ферму для выращивания зелени и ягод. Согласно собственным данным, комплекс станет крупнейшим подобным проектом в мире, на первом этапе будет производиться около 20 сортов зелени в объеме 25 т в день.
Уже получена первая опытная партия шпината, базилика, редиса, мелиссы, рукколы, различных сортов салата и микрозелени, сообщает пресс-служба холдинга. «На полках магазинов и в ресторанах свежая органическая зелень появится уже в начале следующего года», — пообещал председатель совета директоров «РусЭко» Евгений Антипов.
Ферма, использующая при производстве органическую гидропонику, располагается в бывшем здании табачной фабрики «Лиггетт-Дукат» на юге Москвы. Ранее в декабре градостроительно-земельная комиссия согласилась с переоборудованием многоуровневого паркинга под городскую ферму, сообщала пресс-служба Москомстройинвеста. В сообщении уточнялось, что «в связи с низким спросом на машиноместа инвестор (ООО «РусЭко») намерен переоборудовать здание под выращивание зеленных сельскохозяйственных культур по технологии вертикального сельского хозяйства».
Посевная площадь составляет до 67 тыс. кв. м, перспективная производственная мощность — 50 т в день, отмечает пресс-служба «РусЭко». «С таким объемом и площадью мы — самая крупная городская ферма в мире и намерены удерживать этот статус», — заверил Антипов. Так, перспективная посевная площадь Oasis Biotech из США, открывшейся летом 2018 года, составляет 20 тыс. кв. м. Другой производитель из США — компания AeroFarms, чьи мощности расположены в бывшем сталелитейном цехе под Нью-Йорком, работает на 6,5 тыс. кв. м и производит до 4 т готовой продукции, сравнил он.
Объем инвестиций в создание первой очереди превышает 5 млрд руб. По данным kartoteka.ru, ООО «РусЭко» создано в декабре 2017 года с уставным капиталом 2,85 млрд руб. Акционерами компании являются Андроник Амбарцумов (16,5%), Артур Шупер-Хубларян (16,5%), а также закрытый паевой комбинированный инвестфонд «Лайм» (63%).
Развитие умных городов — один из глобальных трендов, рынки технологий и продуктов для умных городов оценочно вырастут до более чем $1,5 трлн к 2025 году, говорит директор Центра научно-технологического прогнозирования Высшей школы экономики Александр Чулок. Создание вертикальных урбанизированных ферм позволяет уменьшить транспортное плечо между производителем и потребителем, что особенно актуально для России, акцентирует он. В то же время концепция умного города предполагает жесткие требования к продукции: она должна поставляться точно в срок, соответствовать критериям стоимости, экологичности. «Эти тренды очень мощные и открывают очень большие рынки, — прокомментировал Чулок «Агроинвестору
». — Хотя, конечно, у них есть и противники, утверждающие, что проще еще распахать земли».
Вертикальные городские теплицы позволяют получать стабильный урожай круглый год, а размещать такие теплицы можно на неиспользуемых площадях — инженерных этажах и в подвалах, отмечает руководитель департамента развития бизнеса и интегрированных решений Panasonic Россия Герман Гаврилов. Компания Panasonic развивает направление вертикального городского овощеводства несколько лет, ее фабрики овощей работают в Китае, Сингапуре, Японии. В 2016 году Panasonic начал сотрудничество с фондом «Сколково», а в 2017-м в здании технопарка была оборудована агролаборатория, где на площади 75 кв. м разместилась пилотная вертикальная теплица. В начале декабря Panasonic подписал с девелоперской компанией «Лидер-Инвест» меморандум о сотрудничестве, в рамках которого компании намерены приступить к созданию городских вертикальных теплиц для выращивания овощей в жилых комплексах. Первым таким комплексом может стать строящийся ЖК «Крылья» на юго-западе Москвы.
Вертикальная ферма — это относительно новое понятие, охватывающее достаточно широкий комплекс сельскохозяйственных технологий и архитектурно-строительных конструкций. Под вертикальной фермой сегодня может пониматься как обычная теплица, в которой растения располагаются в несколько ярусов, так и специальное многоэтажное сооружение — вплоть до 100-120 метровых небоскребов. Второй вариант, пока достаточно концептуален, однако предпосылки к его реализации в самом ближайшем будущем уже имеются.
В отличие от футуристических концепций вертикальных ферм, которыми в настоящее время заполнен интернет, проект Ilimelgo — абсолютно реален, прост в реализации и имеет относительно небольшой бюджет.
Основные направления развития вертикальных ферм
Вертикальные фермы и их устройство подразумевают использование различных инновационных технологий, повышающих урожайность и увеличивающих ежегодное количество сборов урожая. Как правило, для выращивания растений, кроме, традиционных методов, могут использоваться вертикальные гидропонные фермы или аэропонные.
Параллельно с развитием технологий вертикального выращивания растений, вертикальные теплицы становятся более энергоэффективными и частично независимыми от внешних энергоресурсов. В том числе:
- максимально используются энергосберегающие строительные конструкции — в первую очередь, технологии остекления (многослойные стеклопакеты, специальные теплосберегающие пленки, исключение мостиков холода, эффективная теплоизоляция и т.д.);
- использование альтернативных источников электроэнергии, главным образом, солнечных панелей;
- внедрение установок для получения биогаза;
- сбор и использование дождевых вод;
- значительное снижение потребности растений в воде (до 70%) посредством внедрения технологий гидропоники.
Кроме этого, компактность и эстетический внешний вид позволяют размещать вертикальные фермы в границах города, и, более того — непосредственно у конченого потребителя — в жилых районах, рядом с крупным предприятиями питания и т.п. Современные концептуальные разработки, которые в самое ближайшее время будут реализованы, могут служить в, том числе, для озеленения и повышения архитектурной выразительности существующей городской застройки.
Центральный пролет сооружения перекрытий не имеет и обеспечивает естественное освещение через прозрачную кровлю.
Проект вертикальных ферм в Роменвилле
Государственный жилищный фонд французского города Роменвилль в 2016 году провел конкурс проектов многоярусных теплиц, которые, кроме своего прямого функционального назначения, хорошо бы вписывались в сложившуюся архитектуру городских районов.
По результатам конкурса победил вертикальной фермы проект парижского архитектурного бюро Ilimelgo. В отличие от футуристических концепций вертикальных ферм, которыми в настоящее время заполнен интернет, проект Ilimelgo — абсолютно реален, прост в реализации и имеет относительно небольшой бюджет.
Разрез вертикальной фермы
Архитекторы предложили возводить здания простой формы — прямоугольные в плане со скатной кровлей. Сооружения решены в монолитном железобетонном каркасе, а в качестве ограждающих конструкций предусматривается энергоэффективное остекление из многослойного поликарбоната. Наружная часть железобетонных конструкций утеплена.
Конструктивные элементы вертикальной фермы
Ограждающие конструкции оборудованы устройствами, улавливающими дождевую воду и отводящими ее в подземный резервуар для последующего использования. В остеклении предусмотрены открывающиеся проемы для естественной вентиляции пространства, а также мобильные затеняющие сетки.
Здания имеют по три пролета. Крайние пролеты имеют перекрытия, на которых располагаются растения в стандартных контейнерах с грунтом. Центральный же пролет перекрытий не имеет и обеспечивает естественное освещение через прозрачную кровлю.
Визуализация внутреннего пространства вертикальной фермы
Актуальность вертикального фермерства
В настоящее время острой необходимости в массовом строительстве вертикальных ферм еще нет. Однако, в самом ближайшем будущем такая необходимость обязательно появится. Согласно прогнозам, уже к 2050 году население нашей планеты приблизится к отметке 10 миллиардов — и подавляющее большинство людей будет жить в мегаполисах.
Размещение ферм непосредственно у потребителя, в городах — это единственный способ избавиться от бесконечных транспортных потоков, обеспечивающих доставку продуктов с полей, а также — от необходимости организации их складирования и реализации. При этом, курс на энергоэффективность, энергонезависимость и автоматизацию процессов, позволит обеспечивать население качественной, свежей и дешевой сельскохозяйственной продукцией круглый год.
Сооружения оснащены многими атрибутами современных устойчивых конструкций
Urban Crops выбрала гидропонику. Вандекрюс отмечает, что они перерабатывают воду несколько раз после того, как она испаряется с растений, и вытягивают ее из влажного воздуха. Ее также обрабатывают ультрафиолетовым светом, чтобы предупредить распространение болезней.
Возможно, ключевым преимуществом вертикального земледелия является то, что в нем используется гораздо меньше воды. «Мы сделали оценку с листьями салата и поняли, что снижаем потребление воды на 5%, по сравнению с традиционным выращиванием на полях», объясняет Вандекрюс.
Но Urban Crops не планирует зарабатывать на продаже сельскохозяйственных культур. Он планирует зарабатывать деньги на продаже своих вертикальных ферм.
Он разработал системы роста как продукт сам по себе - люди смогут их купить, чтобы выращивать пищу в относительно ограниченных пространствах - и, возможно, это позволит перенести ферму в городские районы или комплексы, такие как университетские городки. Эту установку также можно поставить рядом с существующими производственными линиями на тепличных фермах.
Одно из крупнейших имен в области вертикальных ферм, однако, имеет другую бизнес-модель. AeroFarms расположены в Нью-Джерси, США, и открыли, по их словам, самую большую в мире крытую вертикальную ферму общей площадью в 7000 кв.м. Компания надеется производить вкусную зелень в больших количествах.
Эд Харвуд - изобретатель и эксперт по сельскому хозяйству, который придумал технологию, которая сделала это возможным. К такой идее он пришел несколько лет назад во время работы в Корнельском университете, где аэропонные системы использовались для выращивания растений в лабораторных условиях. Почему этот подход не используется в более широких масштабах, спросил тогда себя он?
«Я спрашивал: как так получилось? Люди говорили: о, на этом не сделать денег, солнце бесплатно, свет делать дорого и все такое», вспоминает Харвуд.
Такое положение дел его не устраивало. После долгих экспериментов он придумал систему и конструкцию сопла для распыления аэропонного тумана на корни его растений. В AeroFarms корни растут сквозь тонкую ткань, а не почву. Но детали того, как он решил ключевую проблему - как сохранить сопла чистыми с течением времени - остаются коммерческой тайной.
«У каждого сопла, купленного с полки, были существенные проблемы», говорит Харвуд. «Я должен был что-то сделать и пришел к решению интуитивно». Но о нем он никому не рассказывает.
Как и Urban Crops, AeroFarms уделяет первостепенное внимание выращиванию быстрорастущих овощных салатов и зелени. Харвуд считает, что спрос на такую продукцию, выращенную на местном рынке на крупных предприятиях, может однажды стать особенностью городских окраин. И еще он гарантирует хрусткость и свежесть, которую хотят потребители.
Харвуд твердо уверен в том, что бизнес, который затеяли он и его коллеги, может быть прибыльным. Но есть много скептиков.
Майкл Хамм, профессор устойчивого сельского хозяйства в Университете штата Мичиган, один из таких. Он отмечает, что вертикальные фермы зависимы от постоянных поставок электричества, большая часть которого поступает от источников на ископаемом топливе.
«Зачем тратить эту энергию, чтобы произвести салат, если можно получать свет от солнца?», говорит он.
Он говорит, что просто нет экономического смысла выращивать некоторые культуры таким образом. «При 10 центах за киловатт-час количество энергии, которое потребуется для производства пшеницы, выйдет примерно в 11 долларов за буханку хлеба».
Когда-то был подъем домашнего пивоварения - будет ли подъем домашнего фермерства?
Хамм признает некоторые преимущества такого подхода. Если закрытые системы хорошо поддерживатьб, эта технология должна теоретически давать воспроизводимые результаты с каждым урожаем - вы, скорее всего, всякий раз будете получать культуры одного качества. Кроме того, хотя вертикальная ферма стоит довольно дорого, это более привлекательный вариант для людей, впервые попавших в сельскохозяйственный бизнес - им не придется тратить годы, чтобы выяснить, как бороться с капризами солнца и времен года. Замены этому опыту пока не придумали.
С развитием технологий вертикального земледелия и вероятным снижением стоимости, некоторые делают ставку на то, что люди захотят выращивать собственную зелень дома.
Neofarms - это немецко-итальянский стартап, который предвосхищает это. Его основатели Хенрик Йобчик и Максимилиан Рихтер разработали прототип вертикальной фермы размером с бытовой холодильник с морозилкой.
«Мы разработали ее в стандартных размерах кухонного шкафа», объясняет Йобчик, добавляя, что их план заключается в том, чтобы сделать устройство доступным в интегрированном или отдельно стоящем дизайне, как кому понравится. Людям, которые купят себе этот агрегат, придется платить за электроэнергию, содержать Neofarms в чистоте и постоянно наполнять водой. Но взамен они получат самые свежие продукты.
«С растениями, растущими в системе, вы знаете об условиях, в которых они выросли», говорит Йобчик. «И получаете свежесть, а это одна из крупнейших проблем со свежими овощами, особенно зелени».
В супермаркетах будущего могут быть собственные миниатюрные вертикальные фермы.
Если вы сами выбираете растения и сразу их едите, вы получаете больше витаминов и других питательных веществ, которые можно потерять при упаковке и транспортировке. Многие потребители уже выращивают травы на оконной раме, но это недорогое и малоэффективное мероприятие. Возможно, в будущем это станет эффективным и повсеместным способом накормить себя хрустящим салатом.