Вертикалните ферми

Алтернатива на традиционното земеделие

Една нова растениевъдна практика набира скорост по света - вертикалните ферми. В големи многоетажни конструкции се отглеждат тонове плодове и зеленчуци, готови за бране съвсем скоро след засаждането – по няколко реколти на година. Растенията, подхранвани с аквапонни и аеропонни системи, растат под светлината на километри светодиодни ленти.
Поддръжниците на този метод настояват, че скоро вертикалните ферми ще превземат градовете и ще направят ненужни традиционните земедески стопанства – защото ще произвеждат съвършено вкусна храна без грам пестициди и хебициди. С други думи, тези плодове и зеленчуци ще са винаги пресни и гарантирано "био".

Текст: списание АгроБио Техника

Вертикалното земеделие е практиката на производство на храна на вертикално подредени повърхности. Вместо да се отглеждат зеленчуци и други храни на едно ниво, например на в поле или в оранжерия, този метод произвежда храни на множество вертикално подредени нива, обикновено интегрирани в структури като небостъргачи, контейнери за транспортиране или преустроени складове.

Използвайки технологии за контролирана околна среда в земеделието, тази модерна идея предполага използването на техники за отглеждане на закрито. Изкуственият контрол на температурата, светлината, влажността и газовете прави възможно производството на храни и билки на закрито целогодишно. В много отношения вертикалното земеделие е подобно на оранжериите – с тази разлика, че има много нива с растения и техните корени обичайно не са в почва, а в някакъв изкуствен субстрат или изобщо без субстрат. Основната цел на вертикалното земеделие е максимизиране на добива на култури в ограничено пространство.

Дързък експеримент

През май 2016г. екологично настроените хора по света изпадат във възторг от вестта, че започва изграждането на първото в света „самодостатъчно“ село, което самостоятелно ще си произвежда всичката необходима енергия и всичката потребна храна. Селото ще се казва Реген - една общност без нужда от връзка с електроенергийната мрежа, нито с ВиК система, справяща се сама с всичко.

Има пет принципа, които залягат в проекта Реген, разказва датското архитектурно студио, проектирало селото. Това са енергийно позитивни домове с органична храна, отгледана наблизо, микс от възобновяема енергия и съхранение на енергия, рециклиране на водата и отпадъците, както и овластяване на местните общности.

С други думи, домовете в това прекрасно село ще са с ниско потребление на енергия и ще се захранват от фотоволтаични слънчеви панели на покривите, което би трябвало да е достатъчно, за да не им се налага да ползват ток от големите електроцентрали. Семействата ще отглеждат собствени зеленчуци и плодове в дворовете си и най-вече във взаимносвързани, комунални оранжерии. Заедно, къщите следва да образуват „споделена местна еко-система“. Предвидени са и вертикални аквапонни земеделски центрове. Там ще има много етажи с огромни тави, в които растат свежи салатки.

Технологията вече съществува и въпрос на време е да се приложи в ежедневния живот на хората. Необходимо е жилищните пространства да се конфигурират спрямо нарастването на населението на планетата. Но дали тези растения наистина ще растат така, както се очаква? 

Въпросът дали вертикалното земеделие може да произвежда достатъчно продукция на тъмно има своя отговор. Вертикалните ферми отглеждат културите предимно в условията на изкуствено осветление. И понеже тези ферми са големи, става дума за цели километри светодиодни ленти, висящи над тарелките с растения. Светлината е бяла или, както все по-често се практикува – смес от синя и червена светлина. Смята се, че точно това са частите от спектъра, от който растенията най-много имат нужда. Относно кореновата система, корените се подхранват или чрез аквапоника, представляваща потапяне на корените в течен разтвор с хранителни вещества, или чрез аеропоника, включваща пулверизиране на корените с хранителни вещества.

Хубава, но все още скъпа технология

Използването на изкуствено осветление е един от факторите, който прави вертикалните ферми скъпо начинание, сочи изследване за осъществимостта на вертикалните ферми. Изследователи в областта разглеждат вертикалната ферма като сграда-небостъргач с множество нива, с различно предназначение. На ниските етажи се отглежда разсад, на по-високите етажи растенията се развиват и дават своя плод, а на най-долните етажи има съоръжения за преработка на органичните отпадъци. В басейн на приземното ниво има рибовъдно стопанство. Ролята на рибата е да изяжда неядливата за хората растителна биомаса от вертикалната ферма.

Освен за осветление, разходите за енергия в една вертикална ферма включват още захранване на помпени системи, подгряване, климатизация, конвейерни системи, поддържане на мрежа за обмен на данни, в която са включени всички сензори и датчици. Направени изчисления сочат, че за една ферма с обща площ 93000m2 енергийното потребление би възлизало на 405.5kWh/ден.

Измерено в абсолютна стойност, подобно начинание би имало значителни годишни разходи. Други фактори също обуславят високата цена. Едно непредвидено спиране на електрозахранването за един ден би могло да има тежки последици, включително съсипване на цялата продукция. Това налага осигуряване на резервирано електрозахранването, което от своя страна прави инвестицията още по-голяма. 

За изграждането на такъв тип ферма е нужен ресурсът земя. В повечето региони по света земеделската земя в близост до големите градове е много скъпа. С други думи, изграждането на вертикална ферма би било високоразходен проект, обещаващ плодове и зеленчуци, които към настоящия момент са изключително скъпи.

Перспектива за развитие

Очаква се до 2050г. световното население да нарасне с още 2 милиарда души и изхранването му да стане огромно предизвикателство. Над 70% от това население, според прогнозите, ще живее в градовете. Поради индустриалното развитие и урбанизацията са нужни още и още земеделски земи за производството на храна. За да се сдобият с такива, фермерите на много места по света изсичат гори. Това ощетява природата и води след себе си много бедствия – ерозия, свлачища, наводнения и т.н.

От друга страна, значителна част от цената на плодовете и зеленчуците, които ядем е свързана с дългата верига на доставката им – множеството нива на прекупуване, както и продължителното транспортиране. Ясно е, че продължителният транспорт може да доведе до влошаване качеството на храната, която достига до рафтовете. Но и колкото по-голям е един град, толкова по-отдалечени от него са фермите, където се произвеждат плодовете и зеленчуците. 

С нарастване на населението, много хора се насочват към живот в градските центрове, а фермите стават все по-отдалечени, разстоянието между фермата и потребителя става все по-голямо. Поради сгъстяването на градското население и нарастването на дела му все повече изследователи и бизнес-организации са запленени от идеята за вертикалното земеделско стопанство. Много изследователи спорят в кои точно случаи има смисъл вертикалната ферма. Като цяло се очертава изводът, че методът е приложим и би бил разумен в бъдеще в няколко направления. 

Вертикалните ферми биха имали смисъл в пустинните региони, като Дубай, където отглеждането на плодове и зеленчуци с методите на обикновеното фермерство, е трудно или дори невъзможно. Същото се отнася и за региони с тежък климат, като например в зони с преобладаващо студено време, каквото е в Северноевропейските страни. Тази технология на отглеждане би могла да се използва и в зони с унищожена или силно увредена почва в резултат на почвена ерозия, химическо замърсяване или природни бедствия, включително такива, причинени от човека (минно дело, добив на петрол и т.н.).

Друг интерес към вертикалното земеделие биха имали силно урбанизираните територии. Това са гъсто населени градове, където потреблението е голямо, а периферните земеделски земи – оскъдни и трудно смогват да произведат необходимата продукция. Не трябва да се забравят и регионите, където доставката на плодове и зеленчуци от фермата до града отнема много време и в рамките на този процес много храна се разваля.

Като известно потвърждение на тази теза може да се посочи бумът на вертикалните ферми в Обединените Арабски Емирства – страна, известна с недостига си на вода. Около 85% от храната в страната е вносна. Друг пример е Канада, в която е невъзможно отглеждането на открито през зимата. 

Подходящи за отглеждане култури

Какво се отглежда във вертикалните ферми? Повечето снимки от такива съоръжения показват редички със салати, бейби-спанак, кейл, босилек. В голям процент от фермите се отглеждат предимно зеленолистни зеленчуци и подправки. От друга страна практиката потвърждава, че не всичко може да се отглежда в такива многоетажни конструкции - кореноплодните, тиквите, дините и други имат нужда от истинска земя.

Друга област, която изглежда обещаваща за вертикалните ферми, е отглеждането на ягоди. Това е следващата стъпка на почти всички успешни вертикални ферми, започнали със зеленолистни. Някои от по-дръзките проекти за вертикални ферми, освен с ягоди, се готвят да експериментират и с краставици.

Все пак, някои специалисти оспорват разумността на отглеждането на зеленчуци за изхранване. Според тях, вертикалните ферми са подходящи за отглеждането на билки, подправки и лечебни растения за нуждите на медицината, както и на разсади, които да бъдат продавани на фермери, занимаващи се с традиционно земеделие.

Предимства на закритото пространство

В ранния етап на дебат около вертикалните ферми има спорове дали е по-добре продукцията да се отглежда на открито или на закрито. Днес този въпрос почти не се обсъжда. Прието е, че вертикалните ферми са закрити – и всъщност това е тяхното ключово предимство. 

От гледна точка на безопасността на храните някои ферми работят без пестициди и са устойчиви на атмосферни влияния, което е от съществено значение при по-студен климат. Автоматизираните вътрешни ферми също могат да доведат до по-добра безопасност на храните. Това е резултат от по-малката намеса на човека при отглеждането на вътрешните култури, което намалява потенциално заразяване от външната среда.

От друга страна, значителна част от проектите за вертикални ферми са разработени за места като изоставени складове, мини или други затворени пространства. Изборът на подобни странни места не е случаен. Той се налага в процеса на търсене на решение, което спестява поне част от огромната първоначална инвестиция – закупуването на земя и строителството.

Закритата среда предлага редица предимства, по отношение на светлината, климатичния контрол и рисковете от заразяване. Светлината в закритата сграда е напълно контролирана. За разлика от смелите концепции в селото Реген, реалните вертикални ферми предпочитат да няма никаква слънчева светлина за техните растения. Качеството на светлината е важно, защото някои честоти от спектъра на бялата светлина могат да накарат растенията да станат например много високи, което е нежелателно в ограниченото пространство. Затворената среда предлага пълни възможности за управление на климата в нея. В закритите ферми няма ветрове или внезапни застудявания. Температурата и влажността могат да се поддържат в оптимални, за развитието на растенията, граници.

Ниският риск от заразяване е това, което прави най-силно впечатление измежду всички мотиви за използваното закрито пространство. Обичайно във вертикалните ферми работниците влизат със специално защитно облекло, с което са почти стерилни. Това цели да гарантира, че във вертикалната ферма няма да се наложи пръскане с препарати против вредители или плевели. Последното дава основание на първите по света действащи вертикални ферми да назовават своята продукция „био-зеленчуци“ или „органични зеленчуци“. Всичките препарати, които вертикалната ферма ползва, се свеждат до хранителните вещества, които се пускат в аквапонната или аеропонната система. 

Автоматизация и роботизация

Неефективността на човешкия труд във вертикалните ферми произтича от факта, че те са развити на голяма височина, което ги прави физически трудно достъпни за работниците. За достигане до горните редове, те трябва да използват стълби или подемници, което прави тромава и бавна работата по засаждане, проверка, поддръжка и бране. Именно подценените разходи за труд се сочат като причината за неуспеха на някои от първите вертикални ферми.

Разходите за човешкия труд са едно от големите пера в бюджетите на вертикалните ферми, а реално става дума за дейност, която е, в голямата си част, еднообразна и повторяема. Това отваря възможности за внедряване на автоматизация и роботизация, с които да се намали човешката намеса. Все повече се счита, че автоматизацията и роботизацията са един от ключовите фактори за успеха на вертикалните ферми.

Пример за това дава британска фирма, специалист в разработването на автоматизирани складови технологии. От пролетта на 2019 година тя започва да прилага своите технологии в сферата на вертикалните ферми. Използваната от тях система за автоматично обслужване с помощта на роботизирано задвижване позволява сандъците и щайгите във фермата да бъдат разполагани и след това изнасяни до изхода на фермата, без участието на хора.

Особено перспективна изглежда и възможността за внедряване на дронове във вертикалните ферми. Те могат да бъдат използвани за наблюдение и обслужване на високите нива. Също така с помощта на дронове отгледаните плодове и зеленчуци могат да бъдат транспортирани директно до местата за потребление. 

В заключение

Именно фактът, че зеленчуците, отглеждани във вертикални ферми, имат основания да се нарекат „био“, в съчетание с краткото време за доставка, може да накара много жители на големи градове по света да ги предпочетат. Гражданите биха имали основание да изберат свежия зеленчук пред всеки друг, пътувал няколко дена, тъй като е откъснат току-що, малко преди да се озове на тяхната трапеза. Зеленчуците могат дори да не се мият, твърдят специалисти. Отглеждана на закрито, продукцията никога не бива излагана на въздействието на опасни или вредни елементи, което означава, че тези зеленолистни растения дори няма нужда да се мият. Така се гарантира най-свежата възможна продукция и се удължава живота на зеленчука във хладилника.

Mеждувременно създателите на вертикални ферми намират все повече начини да намалят разходите за производство до степента, в която техните „био“ плодове и зеленчуци идват на пазара на цена, съвсем еквивалентна на сегашните „био“ храни. „Виждаме, че цената на нашата продукция е много конкурентна на други биологични продукти, които потребителите купуват в по-голям брой,“ казва Джак Моджелевски.