Vertikální zemědělství se šíří po Evropě a probíhá výzkum všech druhů nových druhů plodin. Stále však existují výzvy, které je třeba překonat.
Prázdné kancelářské budovy, kde mohou růst plodiny naskládané na sobě, vrstvu po vrstvě. Nebo v kontejneru ve vašem sousedství nabízí vertikální zemědělství mnoho možností. Můžete pěstovat plodiny, kde chcete. Nepotřebujete k tomu pole. Pěstování je udržitelné, efektivní a plně kontrolované. Nepotřebujete žádné pesticidy, nedochází k emisím živin a spotřeba vody se pohybuje pouze mezi 2 a 4 litry na kilo zeleniny. Stále existuje velký problém: spotřeba energie. Stále na tom usilovně pracujeme.
Vertikální zemědělství je na vzestupu v celé Evropě. Je zvláště vhodný pro pěstování plodin v městských oblastech, kde je prostor na prvním místě. Může dokonce zaručit potravinovou bezpečnost v zemích méně přizpůsobených konvenčnímu zemědělství. Ale ačkoliv jsou první plodiny již v některých zemích v prodeji, bude jistě trvat několik let, než se produkty z vertikálních farem dostanou masově na pulty supermarketů.
Změna stravy a zvýšená poptávka
Vertikální zemědělství je vedle kultivovaného masa často prezentováno jako klíčové řešení v boji proti budoucím potravinovým krizím. Ale proč vlastně potřebujeme vertikální farmy? Proč to prostě neděláme staromódním způsobem, jako jsme to dělali posledních 10,000 XNUMX let?
Poptávka po potravinách se každým rokem zvyšuje. Podle Organizace spojených národů vzroste světová populace v roce 9.7 na 2050 miliardy lidí. Všichni tito lidé potřebují jídlo. Pěstování plodin tradičním způsobem se ale stává stále větším problémem. Kvůli klimatickým změnám se mění podmínky pěstování, takže některé plodiny už nemůžete pěstovat tam, kde jste byli schopni. Extrémní povětrnostní jevy a silné bouře zničí každý rok více úrody. A na některých místech je půda méně výživná, než bývala.
Kromě toho, že musíme uspokojit budoucí poptávku po čerstvých potravinách, jsou naše stravovací návyky také velmi odlišné od doby před sto lety. „Už nejíme sezónně. V zimě jíme saláty a bobule, které dovážíme,“ říká generální ředitel Anders Riemann z Nordic Harvest, největší evropské hydroponické farmy.
Pěstitelé na vertikální farmě nosí ochranný oděv, aby zabránili pronikání nežádoucích bakterií na farmu. Mohou se tak vyhnout používání pesticidů.
Letní sklizeň z Arktidy
Vertikální farmy lze postavit téměř kdekoli. Což znamená, že kiwi už nemusíte dovážet z Nového Zélandu, ale můžete si je vypěstovat na takové farmě ve svém regionu. Tím se ušetří velké množství vypouštěného CO2.
Jak to funguje?
„Pro mě je úplná kontrola velkou výhodou vertikálního zemědělství. Můžeme skutečně optimalizovat proces a přesně vědět, jak moc chceme růst a v jaké kvalitě,“ říká Leo Marcelis, profesor zahradnictví a fyziologie produktů na Wageningen University & Research.
Od zásobování vodou přes denní světlo, teplotu a přístup k minerálům a bakteriím. Vertikální zemědělství probíhá za extrémně kontrolovaných podmínek. Plodiny se pěstují uvnitř, s LED světly místo slunečního světla. LED žárovky jsou malé, odolné, cenově výhodné a nevydávají žádné teplo. Jak slunce zapadá na konci dne, mohou tato světla svítit tak dlouho, jak je potřeba.
Farmář může manipulovat s denním a nočním rytmem rostliny, aby optimalizoval výnos růstu. Během dne rostliny tvoří v listech škrob, který se rozkládá na cukr a v noci je transportován do zbytku rostliny. Některé rostliny potřebují k růstu více než 12 hodin světla denně, jiné méně. Vertikální zemědělství umožňuje jakémukoli druhu rostlin získat množství denního světla, které potřebuje k tomu, aby co nejlépe rostlo.
Růst s různými barvami světla
Barvy těchto světel jsou zvláště důležité pro optimalizaci výnosu růstu. Vědci se zaměřili především na vliv červeného, modrého a zeleného světla na růst rostlin. Červené světlo je velmi účinné pro fotosyntézu, ale rostliny také potřebují nějaké modré světlo, které je zvláště užitečné pro produkci chlorofylu. Nějakou dobu se výzkumníci snažili omezit používání zeleného světla, protože věřili, že nepřispívá k fotosyntéze.
Studie z Utah State University z roku 2016 však ukazuje, že zelené světlo může řídit fotosyntézu k nižším listům efektivněji než červené nebo modré světlo. Farmář může použít různé barevné kombinace, aby zdůraznil různé vlastnosti. Při správné kombinaci může farmář pěstovat rostliny, které jsou mnohem výživnější než konvenční zemědělství. To může být užitečné, protože většina rostlin se v posledních desetiletích stala méně výživnou. Další kombinací lze zvýšit rychlost růstu tak, aby bylo možné vyrábět více potravin najednou. Z ekonomického hlediska by to mohlo být žádoucí, protože vertikální zemědělství je stále nákladné.
Důvodů, proč je tato metoda tak oblíbená, je ale více. Vertikální zemědělství nevyžaduje pesticidy. Pěstitelé mohou vypěstovat přesně takové množství plodin, jaké chtějí, ve stanoveném časovém rámci a ve specifické kvalitě, kterou si sami zvolí. Povětrnostní nebo sezónní podmínky již neovlivňují výrobu. Na menší ploše lze vypěstovat více potravin.
Zemědělství bez polí
Vertikální zemědělství dnes přichází hlavně ve dvou formách: hydroponické a aeroponické. Podle Leo Marcelise jsou obě techniky vynikající alternativou. V hydroponii rostou rostliny na policích s kořeny ve vodě naplněné živinami místo v půdě. Je považován za nejjednodušší ze dvou hlavních systémů.
Nordic Harvest má experimentální farmu nedaleko Kodaně, kde pěstuje různé druhy salátů, kapustu a špenát. Farma je obklopena dalšími průmyslovými komplexy. Jedná se o stavbu o velikosti fotbalového hřiště. V roce 2023 chce společnost expandovat o farmu v Oslu, následovat budou farmy ve Skandinávii a Finsku.
Současná výrobní kapacita Nordic Harvest je podle Riemanna již patrná: „Ročně vyrobíme asi 1000 tun zeleniny. Dánský trh tvoří asi 20,000 6,000 tun ročně. XNUMX XNUMX tun se pěstuje konvenčně a zbytek se dováží.“ Zelenina je listová zelenina. Jak se vertikální zemědělství rozšíří, bude tvořit větší procento produkce potravin. Dalšími společnostmi pěstujícími plodiny na vertikálních farmách jsou Jones Food Company ve Velké Británii, Hydropousse ve Francii a Robbes Lilla Trädgård ve Finsku.
Aeroponicky pěstované plodiny mají kořeny ve vzduchu. India Langley, výzkumník potravinářských systémů a vedoucí PR u poskytovatele technologií pro indoor farming LettUs Grow, vysvětluje, jak to funguje. „Máte řadu trysek s velmi malými otvory, kterými rozprašujete živný roztok. Toto řešení se aplikuje na kořeny volně visících plodin.“
Aeroponie byla vyvinuta v 1990. letech, kdy NASA hledala způsoby, jak pěstovat rostliny ve vesmíru. Podle amerického Národního centra pro vhodnou technologii je aeroponie „zdaleka nejúčinnějším systémem šlechtění rostlin pro vertikální farmy“.
V aeroponickém systému mají kořeny snadný přístup ke kyslíku. Rychlost růstu rostliny je až dvojnásobná oproti hydroponickému systému, kde by rostlina absorbovala rozpuštěný kyslík ve vodě. Stále se nepoužívá tolik jako hydroponie, kvůli své složitosti. Trysky používané při výrobě se mohou snadno ucpat nebo zlomit. LettUs Grow ale našel řešení problému.
„Úplně jsme odstranili sprinklery. Mlha vzniká na zcela rovném povrchu, takže se zde nic neucpává ani nerozbíjí. Věříme, že toto jednoduché řešení nám umožní posunout aeroponii v mnohem větším měřítku,“ říká Langley.
LettUs Grow vyrábí pěstební systémy, které se vejdou do přepravního kontejneru. Tyto kontejnery jsou mobilní a lze je umístit kdekoli, kde je prostor.
Společný chov ryb a rostlin
Ačkoli hydroponie a aeroponie jsou dvě důležité techniky ve vertikálním zemědělství, nejsou jediné. Používají se i jiné techniky. V Evropě několik společností používá metodu akvaponického chovu. Podobně jako u hydroponie se akvaponické rostliny pěstují s kořeny ve vodě. Jen ty kořeny visí v nádrži, kde plavou i ryby. Tyto ryby produkují velmi výživné odpadní produkty, které mohou rostliny znovu využít.
Rostliny absorbují živiny a tím také čistí vodu pro ryby. Podle Marcelise bude akvaponie v budoucnu tvořit jen malou část trhu vertikálního zemědělství. „Skvělé je, že odpad z ryb používáte jako potravu pro rostliny. Ale buďte opatrní a ujistěte se, že udržujete systém rostlin optimální,“ říká o technice.
Nové druhy zeleniny
Jak Nordic Harvest, tak LettUs Grow nejprve začaly experimentovat s pěstováním listové zeleniny, než přešly na bylinky a microgreens. Pak následují rajčata a jahody. Podle Langleyho sleduje několik vertikálních farem stejné fáze vývoje. Z dobrých důvodů. Jsou to choulostivé plodiny vysoké hodnoty, které jsou široce používány a mohou pokrýt výrobní náklady. Rostou také rychle a jsou malé velikosti, což znamená, že lze pěstovat mnoho rostlin najednou.
Jak se produkce zvětšuje, je možné pěstovat širší škálu plodin. Marcelis si myslí, že za pár let možná budeme moci nakupovat nové odrůdy, které byly speciálně vyvinuty pro vertikální pěstování. Ale vývoj nových receptur na plodiny není sanekura. Vypěstovat nový druh rostliny, která je vhodná pro tento způsob pěstování, trvá 5-10 let.
Ideální rostlina je malá s krátkým kořenovým systémem, rychle roste, snadno se sklízí a má vysoký výnos. Kromě růstových kvalit musí být také pečlivě sestaven „rostlinný recept“. „Největší výzvou je sledovat každou proměnnou, která ovlivňuje závod. Potřebujete správné živiny a musíte zajistit, aby rostlina měla během růstu nepřetržitý přístup k živinám,“ říká Riemann.
Relativně drahé
Ale i když lze teoreticky vertikálně pěstovat jakoukoli plodinu, v dohledné době se tak nestane. Objemové plodiny, jako je pšenice a kukuřice, lze pěstovat mnohem levněji pomocí běžných metod. „Myslím si, že vertikální zemědělství je v současné době obzvláště vhodné pro čerstvé produkty. Technicky můžeme pěstovat jakoukoli plodinu, včetně pšenice. Vertikální zemědělství je ale také poměrně drahé. Myslím, že pěstování tohoto druhu hromadného produktu s relativně nízkou hodnotou není v tuto chvíli reálné. I nyní ceny pšenice rostou kvůli válce na Ukrajině,“ říká Marcelis.
Přesto v místech, jako je Singapur a země jako Spojené arabské emiráty, kam se asi 90 procent všech potravin dováží, se pěstování sypkých produktů s nízkou hodnotou tímto způsobem může vyplatit. Na druhou stranu v Evropě může být vertikální pěstování pšenice dlouhodobě možností, ale rozhodně ne v příštích pěti letech.
Vysoká spotřeba energie
Přestože budoucnost vertikálního zemědělství vypadá slibně, je tu jeden velký problém. Vyžaduje hodně energie, a proto je velmi drahý. Přesná spotřeba energie se liší farmu od farmy, systém od systému a závisí na lokalitě, ročním období a plodině. Například firma v Řecku spotřebuje v zimě na výrobu jednoho kilogramu hlávkového salátu 2.87 kWh energie, ale v létě pouze 1.73 kWh. Finská iFarm spočítala, že pěstování jejich salátu po dobu 90 dnů stojí 62.26 kWh na m2. U jahod je to 117.10 kWh na m2.
Dodatečná spotřeba energie ve srovnání s běžnými metodami se pohybuje mezi 14 a 251 procenty v závislosti na tom, kde se skleník a vertikální farma nacházejí.
Wageningen University & Research a Delft University of Technology provedly studii, ve které porovnávaly skleníky a vertikální farmy, označované ve studii jako továrny na rostliny. Týkalo se to skleníků a vertikálních farem umístěných v Nizozemsku, Spojených arabských emirátech a Švédsku. U posledně jmenované země byly do srovnání zahrnuty skleníky s umělým osvětlením i bez něj.
„Výroba jednoho kilogramu suchého salátu vyžaduje příkon 247 kWhe v továrně ve srovnání se 70, 111, 182 a 211 kWhe ve sklenících v Nizozemsku, Spojených arabských emirátech a Švédsku (s a bez dalších umělých osvětlení),“ říkají vědci ve studii.
V drsném klimatu se rozdíl ve spotřebě energie mezi těmito dvěma způsoby pěstování snižuje. Vertikální farmy mohou být v některých extrémních klimatických podmínkách energeticky nejúčinnější volbou. Ale i v arktickém severu Švédska a v pouštních podmínkách Spojených arabských emirátů mohou být skleníky stále nákladově nejefektivnějším způsobem pěstování.
Optimalizovat
Vertikální farmy mohou problém vysoké spotřeby elektřiny do jisté míry překonat optimalizací výroby. Optimálním nastavením LED osvětlení a barvy můžete ovlivnit jak dobu růstu, tak kvalitu plodiny. Náklady na produkci farmy lze také snížit, protože farma se stává více automatizovanou. Roboty, které pracují 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, aby aplikovaly živiny ve správný čas, monitorovaly výnos růstu a sklizeň, když je rostlina zralá, mohou být nákladnou počáteční investicí.
Postupem času však roboti náklady kompenzují svou nepřetržitou prací. Navzdory vysoké poptávce po energii a v současnosti omezenému sortimentu plodin, které jsou dostatečně levné na pěstování, získává vertikální zemědělství na popularitě. I když to chvíli potrvá, než si své jahody z pěstitelské nádoby ve svém okolí také seženete.