Dlaczego rolnictwo o kontrolowanym środowisku (CEA, ang.: Controlled Environment Agriculture) to przyszłość

Co to jest CEA?

CEA to metoda tworzenia w pełni kontrolowanych środowisk dla uprawianych roślin. Jest to czasami określane jako „rolnictwo pionowe” lub „rolnictwo wewnętrzne”. Jak sama nazwa wskazuje, obiekty te są odizolowane od otoczenia zewnętrznego. Wszystko, czego potrzebują rośliny na różnych etapach wzrostu, jest dostarczane sztucznie, w tym woda, temperatura, poziom wilgotności, wentylacja, światło i CO_₂.

Wewnątrz obiektu CEA zobaczysz produkcję pod oświetleniem LED z systemami hydroponicznymi (lub akwaponicznymi) dostarczającymi wodę i składniki odżywcze. Nagrzewnice, wentylatory, osuszacze, wzbogacanie CO_₂, nawilżacze i chłodnice służą do regulacji optymalnego klimatu.

Te osłonięte, kontrolowane miniekosystemy oznaczają, że rośliny mogą być uprawiane przez cały rok. Są one chronione przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi (w tym E. coli) i wykorzystują światło UV do usuwania bakterii.

Kiedy możesz usunąć wyzwania, które towarzyszą tradycyjnemu rolnictwu, konsekwencje dla wydajności, długoterminowych oszczędności kosztów i wpływu na środowisko są ogromne. Istnieje znacznie mniejsze zapotrzebowanie na ciężkie maszyny, pestycydy, herbicydy lub nawozy, a także zużywa się znacznie mniej wody (CEA pozwala nam produkować rośliny z 70 do 95% mniejszą ilością wody niż jest to wymagane do normalnej uprawy).

Poniższa infografika przedstawia główne oszczędności wody w CEA (na przykładzie uprawy sałaty):

Najbardziej oczywistą oszczędnością jest wykorzystanie gruntów. Kiedy plony są układane pionowo w specjalnie wybudowanym obiekcie, można wyprodukować równowartość około 4-6 akrów na jednym akrze pomieszczenia.

Oczywiście wartość ta będzie się różnić w zależności od zbiorów. Jeśli na przykład uprawiasz truskawki, tradycyjne rolnictwo wymagałoby 30 akrów, aby wyprodukować taką samą ilość, jak jeden akr powierzchni uprawnej w przypadku rolnictwa pionowego.

Ponadto plony są również wyższe w kontrolowanych środowiskach, ponieważ wpływ sezonowości jest mniejszy. Każdy dzień jest idealnym letnim dniem, z wystarczająco długim okresem obecności światła, aby zapewnić maksymalny potencjał wzrostu.

Wady

• Wschodząca technologia
• Wysokie koszty początkowe
• Wysokie koszty konserwacji
• Znaczne zużycie energii
• Zapylanie może być trudne

Jak wygląda dziś CEA?

Pomimo korzyści brzmiących jak wizja odległej przyszłości, CEA już jest wykorzystywane w produkcji produktów farmaceutycznych. Co najważniejsze, produkcja konopi do suplementów medycznych, kosmetycznych i zdrowotnych. Ponieważ coraz więcej krajów wprowadza licencje i łagodzi przepisy, przemysł uprawy konopi ma eksplodować, a europejski rynek CBD ma wzrosnąć o ponad 400% do 2023 roku..

Cannabis to wysokowartościowe uprawy, które wymagają spójnych i bezwzględnych warunków do uzyskania plonów spełniających wymagane normy. Metody CEA automatyzują ten poziom kontroli, maksymalizując praktyczność i rentowność rozwoju kannabisów.

Małe konfiguracje

Niektóre gospodarstwa rolne i sklepy rolne mogły odnieść korzyści z organizacji CEA na małą skalę, aby zdywersyfikować swoje produkty. Kwiaty, zioła i mikro-sałaty doskonale sprawdzają się w układach CEA, ponieważ przestrzeń można zmaksymalizować. Pomogło to ograniczyć łańcuchy dostaw i zaoferować klientom produkty o niezmiennie wysokiej jakości, które są trudne do pozyskania lokalnie.

Głównym wyzwaniem dla wdrożenia CEA dla rolników tradycyjnych i regionalnych jest uzyskanie niezbędnego wsparcia i wiedzy specjalistycznej w celu utworzenia obiektu. Istnieją organizacje, które mogą zaoferować takie wsparcie, w tym sprzęt potrzebny do stworzenia małego zakładu CEA.

„Coraz częściej nie ma potrzeby kupowania sprzętu CEA od jednego dostawcy, takiego jak te, które oferują w pełni dopasowane kontenery lub ich odpowiedniki” — wyjaśnia dr William Stiles z Vertikit, organizacji łączącej najlepsze technologie w jednym miejscu w zakładzie CEA i w pionowym zakładzie rolniczym w celu wsparcia rozwoju branży.

„Coraz więcej producentów specjalizuje się w komponentach potrzebnych do stworzenia kontrolowanego środowiska, takich jak oświetlenie lub urządzenia do kontroli środowiska, zamiast próbować sprzedawać rozwiązania „pod klucz””.

„Daje to hodowcom możliwość wyboru odpowiedniego aparatu do swoich indywidualnych potrzeb i daje potencjał do zmiany sposobu rozwoju tego rynku. Dostarczanie kompletnych systemów stanowiło problem dla rozwijającej się branży, ponieważ inwestycja kapitałowa wymagana w przypadku rozwiązań na zamówienie jest duża, a zdolność do rozróżniania opcji technologicznych stanowi wyzwanie”.

Podobnie jak w przypadku każdej nowej technologii, zrozumiałe jest, że CEA może spotkać się z pewnym sceptycyzmem. Pierwsze inwestycje i wykonalność ekonomiczna są ważnymi kwestiami. Jednakże istnieje długoterminowy potencjał dywersyfikacji produkcji, szczególnie w przypadku dostępności grantów rządowych, które ułatwiają założenie zakładu.

Rolnictwo w pomieszczeniach zyskuje już zainteresowanie supermarketów, sprzedawców detalicznych, firm farmaceutycznych i inwestorów. Co ważniejsze, może to być zmiana, której potrzebujemy, aby sprostać wyzwaniom dostaw żywności na horyzoncie.

Rolnictwo na przyszłość

Obecnie liczba ludności na świecie wynosi 7,8 mld, a do 2050 r. oczekuje się, że osiągnie wartość 9,7 mld. Obecna prognoza zakłada, że będziemy musieli zwiększyć globalną produkcję żywności nawet o 70%, aby nakarmić wszystkich. Co więcej będziemy potrzebować dodatkowych 20% powierzchni upraw, aby to osiągnąć przy użyciu bieżących praktyk rolniczych.

Zmiany klimatyczne są już odczuwane przez rolników na całym świecie, a ekstremalne warunki pogodowe, w tym powodzie i upały, występują coraz częściej i są coraz bardziej intensywne.

Co więcej, coraz większe uzależnienie od chemicznych herbicydów i pestycydów wiąże się nie tylko z większymi kosztami dla rolników, ale także z naturalnymi ekosystemami i materią organiczną potrzebną do utrzymania jakości gleby.

CEA może pomóc w podjęciu pozytywnych kroków w kierunku bardziej zrównoważonej, rentownej przyszłości poprzez zmniejszenie zużycia wody, potrzebę interwencji chemicznych, logistyki i wykorzystania gruntów. W rzeczywistości rolnicy w Arabii Saudyjskiej używają CEA do uprawy świeżych produktów tam, gdzie byłoby to prawie niemożliwe w upalnych temperaturach na zewnątrz i idealnie nadają się ze względu na obfite nasłonecznienie do wykorzystania energii słonecznej.

Zgodnie z raportem Boston Consulting Group (BCG), około jedna trzecia produkowanej na całym świecie żywności jest marnowana, a duża część tej straty występuje w globalnym łańcuchu dostaw. Łącznie przekłada się na 1,6 miliarda ton żywności, o wartości około 1,2 biliona USD.

CEA umożliwia uprawę produktów lokalnie, które szybko trafiają do sklepu i które można kupować i konsumować tam, gdzie są produkowane, z identyfikowalnością i integralnością, której wymagają łańcuchy dostaw żywności.

Zamiast transportować swoje produkty po całym świecie, rolnicy mogą wykorzystać CEA do rozwoju szerszej gamy produktów uprawianych lokalnie. Sprzyja to wszystkim zaangażowanym w łańcuch dostaw — aż do konsumenta. Poza lepszym wyborem produktów CEA umożliwia dostarczanie żywności o niezmiennej jakości i ilości. Nie ma również potrzeby dodawania konserwantów ani powłok woskowych w celu zachowania świeżości produktów gotowych do spożycia przez konsumentów.

Z punktu widzenia ochrony środowiska WorldWatch Institute ustalił, że konwencjonalny system dystrybucji żywności zużywa od 4 do 17 razy więcej CO₂ niż systemy lokalne i regionalne.

Jaka jest szansa dla regionalnych rolników?

Wiele spośród wspomnianych wyżej zmian środowiskowych i przemysłowych ma już wpływ na rolników i zaostrza kwestie związane z bezpieczeństwem żywności. Czas ma kluczowe znaczenie dla wdrożenia nowych praktyk, które pomogą im przezwyciężyć te problemy.

CEA jest gorącym tematem od kilku lat i jest szybko rozwijającym się sektorem: Światowy rynek rolnictwa pionowego został wyceniony na 3,12 mld USD w 2019 roku i przewiduje się, że do 2027 roku osiągnie poziom 16,77 mld USD.

Jednak aby osiągnąć powszechne wdrożenie, ważne jest pokazanie, w jaki sposób metody CEA mogą przynieść korzyści producentom żywności zarówno dziś, jak i w przyszłości.

Jakie są wymierne korzyści dla regionalnych rolników?

Maksymalny wzrost przez 365 dni w roku

Natura jest nieprzewidywalna, ale dzięki niezmiennym, optymalnym warunkom możesz zagwarantować tempo wzrostu i jakość produktów.

Kontrolowany wzrost

Zsynchronizuj idealne spektrum oświetlenia, spożycie składników odżywczych i transpirację z różnymi etapami wzrostu upraw, aby uzyskać optymalną wydajność i jakość.

Polegaj mniej na pracy ręcznej

Zarządzanie uprawami może być zautomatyzowane lub kontrolowane przez jedną osobę przy użyciu aplikacji cyfrowych.

Ograniczenie zależności od substancji chemicznych

Dzięki usuwaniu upraw ze środowisk, w których występują szkodniki i chwasty, zmniejsza się zapotrzebowanie na drogie i szkodliwe substancje chemiczne, aby zapewnić im bezpieczeństwo. Do kontroli zanieczyszczenia można również używać lamp UV. Do kontroli zanieczyszczeń można również używać lamp UV.

Mniejsze zużycie wody

Ogólne podlewanie, stosowane w tradycyjnych metodach rolniczych do nawadniania roślin, skutkuje większym zapotrzebowaniem na wodę niż jest to konieczne w przypadku zakładu CEA.

Lepsze wykorzystanie obiektów

Bez polegania na rozległych polach, CEA umożliwia większy wzrost na akr niż tradycyjne rolnictwo. Możesz nawet przekształcić stodoły i istniejące budynki w obiekty CEA.

Pełne wykorzystanie programów rządowych

W Wielkiej Brytanii i Europie wiele decyzji dotyczących upraw roślinnych opiera się na tym, jakie dopłaty rządowe są obecnie dostępne. Aby zachęcić do bardziej przyjaznego dla środowiska zarządzania gruntami, CEA oferuje szereg grantów.

Czy CEA jest naprawdę wykonalne?

Aby zwiększyć rentowność inwestycji, mały zakład CEA można uznać za sprzęt rolniczy. Oznacza to, że można podejść do inwestycji w taki sam sposób, jak do nowych maszyn, które zwiększają wydajność, np. kombajnu.

Dysponując odpowiednią wiedzą fachową, rolnicy mogą zacząć od niewielkiego zakładu testującego zwrot z inwestycji przy jednoczesnej minimalizacji nakładów inwestycyjnych.

„Kupując komponenty gospodarstwa CEA, a nie kompletne rozwiązania, możliwe jest usprawnienie istniejącej działalności ogrodniczej lub uruchomienie nowych gospodarstw w bardziej prosty i opłacalny sposób” — mówi dr Stiles.

„Umożliwia to hodowcom eksperymentowanie i opracowywanie systemów zoptymalizowanych pod kątem plonów, okoliczności i celów, bez znaczących przeszkód. Pod wieloma względami jest to niezbędny rozwój dla branży CEA, ponieważ można argumentować, że istniejący sektor rozwija się odgórnie, a nie oddolnie”.

„Wielu wczesnych użytkowników od samego początku dążyło do doskonalenia wielkoskalowych systemów w stylu fabrycznym, co było konieczne ze względu na wygórowane koszty technologii. Ale to ominęło wiele nauki wymaganej do doskonalenia systemów takich jak te, co jest częściowo powodem, dla którego tak wiele systemów do tej pory zawiodło”.

Wprowadzając zioła, kwiaty, produkty liściaste i warzywa, które nie rosną zbyt wysoko ani zbyt głęboko w glebie, możesz układać warstwy roślin w jednym budynku. I nie zawsze musisz inwestować w specjalistyczną konstrukcję — możesz zmienić przeznaczenie stodół i innych pustych przestrzeni, aby pomieścić pionowo lub poziomo ułożone warstwy produktów.

W rzeczywistości kontrolowane środowiska uprawne można znaleźć w kontenerach transportowych, garażach, podziemnych tunelach, a nawet w opuszczonych szybach kopalnianych. Obraz ten jest o wiele bardziej realistyczny niż w przypadku drapaczy chmur w wielu aspiracyjnych artykułach dotyczących CEA. Jednak zarówno z perspektywy budownictwa, jak i inżynierii rolniczej, CEA powinna być zawsze optymalizowana pod kątem potrzeb specyficznych wymagań produkcyjnych.

Na każdym etapie łańcucha dostaw w rolnictwie dostrzegane są już korzyści z CEA. Jak wspomniano wcześniej, rozpoczęcie pracy na małą skalę umożliwia sprawdzenie potencjału dywersyfikacji produktów w zakładzie i lepsze przygotowanie się, gdy CEA stanie się w przyszłości bardziej znormalizowana. Oto podstawowe zasady, które należy wziąć pod uwagę przed rozpoczęciem pracy:

Regulacja wilgotności

Osuszacze umożliwiają aktywną kontrolę spożycia składników odżywczych w roślinach poprzez regulację ilości wody w atmosferze w celu uzyskania optymalnej transpiracji.

Kontrola temperatury

Oprócz wpływu na poziom wilgotności względnej wewnątrz obiektu, niezbędne są urządzenia grzewcze i wentylacyjne, które utrzymują stałe warunki w cieplejszych lub chłodniejszych miesiącach oraz kompensują ciepło wytwarzane przez oświetlenie.

Oświetlenie zapewniające wzrost

Oświetlenie LED zapewniające wzrost jest wykorzystywane do zapewnienia roślinom wszystkich składników odżywczych, które naturalnie pochodzą ze słońca. W pełni kontrolowane oświetlenie może być wykorzystywane do zmiany sposobu wzrostu roślin, czasu kwitnięcia i smaku, poprzez zmianę widma światła stosowanego na różnych etapach wzrostu.

Hydroponiki

W przeciwieństwie do tradycyjnego nawadniania, hydroponiki rozprowadzają roztwór bogaty w składniki odżywcze bezpośrednio do korzeni roślin.

Akwaponiki

Akwaponiki, alternatywa dla hydroponików, wprowadza więcej tlenu do strefy korzeniowej, aby pomóc roślinom w lepszym funkcjonowaniu. Rośliny otrzymują składniki odżywcze z mgiełki zawierającej składniki odżywcze i wodę.

Skuteczna uprawa CEA opiera się na powyższych konfiguracjach w celu optymalizacji klimatu, oświetlenia i przestrzeni:

„W sercu każdego systemu CEA musi być zrozumienie wymagań roślin, które chcesz uprawiać” — wyjaśnia dr Stiles. „Jeśli rozumiesz, czego potrzebują, jakie warunki środowiskowe są najbardziej korzystne dla ich wzrostu, warunki te można odtworzyć w kontrolowanym środowisku”.

„Dodatkowo, a być może bardziej intrygujące, korzystne jest zrozumienie potencjału rośliny. Całkowicie możliwa jest zmiana sposobu wzrostu roślin lub wytwarzanych przez nie fitochemikaliów poprzez zmianę warunków środowiskowych. W ten sposób istnieją możliwości rozwoju nowych produktów spożywczych lub farmaceutycznych wykorzystujących tę technologię, co może zapewnić ogromne możliwości dla hodowców”.

Zacznij wprowadzać innowacje z Dantherm

Wierzymy, że badania prowadzone na miejscu, silne relacje z klientami i sieć fachowej wiedzy są kluczem do jak najlepszego wykorzystania każdego wschodzącego trendu lub technologii. To podejście opiera się na naszym wieloletnim doświadczeniu w przemyśle rolniczym; w szczególności w zakresie dostarczania rozwiązań z zakresu kontroli klimatu do różnych zastosowań, w tym:

• Specjalistyczne uprawy
• Artystyczne produkty spożywcze
• Magazynowanie zbiorcze
• Chłodnie i zamrażarki
• Produkcja żywności i napojów
• Dobrostan zwierząt
• Cukiernictwo
• Zabezpieczenie sprzętu rolniczego

Dzięki naszej szerokiej ofercie produktów i fachowej wiedzy w zakresie zastosowań w rolnictwie firma Dantherm posiada specjalistyczną wiedzę branżową, która pomoże Ci udoskonalić Twoje obecne praktyki rolnicze i wykorzystać możliwości, jakie daje CEA.

Aby dowiedzieć się, co CEA może oznaczać dla Twojego obiektu lub uzyskać więcej informacji na temat naszych rozwiązań w zakresie kontroli klimatu w rolnictwie, skontaktuj się z naszym zespołem, korzystając z poniższego formularza.