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.

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.

Выращивание растений возможно без почвы методом гидропоники, при котором питание корням растений происходит с помощью растворённых в воде минеральных веществ. Корни растений, находящиеся в среде из глиняных шариков или кокосовых волокон не разрастаются так, как в почве в поисках воды и питательных веществ. Компактность гидропоники позволяет использовать её в домашних условиях, а тот факт, что растения не тратят энергию на обширную корневую систему, значительно ускоряет их рост и созревание плодов. Выращивание без почвы открывает широкие возможности для агрикультуры даже в городских условиях для самообеспечения продуктами питания.

Разведение вертикальных ферм на любых окнах независимо от количества солнечного света или уровня влажности вызывает по всему миру большой интерес городских фермеров, объединивших свои усилия для разработки системы вертикальных грядок, которые можно изготовить из переработанных материалов. Самый простой вариант заключается в использовании пластиковых бутылок вместо горшков, которые обеспечиваются по трубке водой с разведёнными в ней минеральными веществами. Циркулирующая благодаря насосу вода омывает корни, обеспечивая необходимыми питательными веществами все растения, включая пряные травы, салаты, бобовые, кабачки, томаты или клубнику. Оконная ферма требует минимального ухода: смена воды раз в неделю и прочистка рабочих компонентов раз в месяц. Опыление растений производится вручную с помощью кисточки, сбор урожая пряностей происходит ежедневно — травы подрезаются ножницами.

Использование полезной вертикальной площади окна позволяет самостоятельно без больших усилий выращивать свежие продукты питания, кроме того растения очищают воздух, производят кислород и украшают окно, особенно в период цветения. Американская компания Windowfarms производит готовые наборы для оконных ферм, на её сайте можно изучить схемы для самостоятельного проектирования фермы из собственных комплектующих.

Бизнес на еде всегда прибыльный. Однако до сих пор в классическом варианте он подвержен влиянию множества факторов, в том числе климатическим, которые нельзя предотвратить. Это одна из причин, по которой возникли вертикальные фермы. Мы , которые привели к их появлению, а также . В этой статье покажем, как открыть вертикальную ферму. Рассмотрим два варианта — для домашнего использования или мелкого бизнеса, а также — для крупных “вертикальных фермеров”.

Что нужно для фермы

Без этого не может существовать ни одна ферма, независимо от масштаба. В списке — основные составляющие бизнеса.

• Помещение. Для домашнего производства достаточно террасы, балкона, чердака, подвала или свободной вертикальной стены в комнате. Крупному бизнесу придется позаботиться о производственном помещении (часто фермы открывают на заброшенных предприятиях), либо же купить передвижную контейнерную установку.
• Архитектор. На начальном этапе бизнеса очень важно правильно все спроектировать, чтобы рационально использовать каждый кубический сантиметр пространства. Кстати, исходя из того, что амбициозные фермерские стартапы хотят уже в ближайшие пару лет открыть тысячи вертикальных “хозяйств” по всему миру, профессия архитектора ферм будет очень востребована. Во всяком случае, так утверждают некоторые футурологи.
• Установка. Ее можно купить или сделать самому, если речь идет о мелком бизнесе.
• LED-лампы. Искусственный свет заменит солнце растениям. Нужное количество светильников зависит от площади фермы и потребностей культур. Для масштабного бизнеса LED-лампы часто уже есть в комплекте фермерских установок. От их качества зависит, как долго они проработают и сколько электроэнергии используют.
• Искусственный интеллект (ИИ). Специальное ПО контролирует рост и качество урожая, включает систему полива через заданный интервал времени. В зависимости от сложности, измеряет температуру и влажность воздуха. В особенно “продвинутых” моделях ИИ даже собирает урожай, тем самым минимизируя участие человека в процессе.

Плата за «солнце»

Кроме единоразовой покупки оборудования и обустройства пространства, нужно быть готовым к постоянным расходам. Наиболее существенной их статьей будет электроэнергия. Снизить ее можно путем использования новых “экономичных” светодиодов.

А вот платежи за воду будут минимальными. Ведь одна из “фишек” вертикальных ферм — это как раз небольшое использование жидкости. В зависимости от установки, экономия в некоторых случаях достигает 95%.

Сколько стоит вертикальная ферма для любителя

Чтобы открыть вертикальную ферму, нужны сельхоз “агрегаты”. Их цены в интернете очень разнятся. К примеру, гидропонную установку с системой орошения, микроконтроллерами и возможностью управлять через смартфон, можно купить за 550 долларов. Аэропонная ферма размером 2х1 метр стоит около 1500 долларов. Домашняя на 9 чаш — 200 долларов. Страны производители: Китай, Россия, Украина.

Можно создать мини-установку самому. Для этого найти в интернете схему и соорудить простейшую установку. Стартап Aquapioneers предлагает скачать на сайте чертеж домашней аквапоники — маленький аквариум и мини-ферма для зелени.

Поддоны для растений стоят около 0,9 доллара за штуку. Некоторые аматоры используют даже обычные пластиковые бутылки. Добавьте LED-лампы — цены от 80$.

Для системы полива понадобятся трубы: металл, пластик или полимеры. Как правило, такие установки работают без использования искусственного интеллекта. Однако, если есть ресурсы и знания, примитивный ИИ можно создать и самому.

Спроектировав размер фермы и выбрав составляющие в интернете, можно подсчитать, во сколько обойдется гидропоника своими руками.

Инвестиции в крупные вертикальные хозяйства

Для масштабного производства потребуется более “умная” и качественная ферма. Основные производители установок вертикальных ферм: Local Roots (производит фермы TerraFarm), Cyber Grow System, Fader Works, Fibonacci, AeroFarms, FreshBox Farms и другие. Стоимость установок колеблется от 1,5 тысяч до 2,5 млн долларов. Все зависит от размера, производительности фермы и “IQ” искусственного интеллекта.

Крупный бизнес не может содержать ферму усилиями одного человека. Поэтому при создании бизнес-плана нужно учитывать расходы на наемных сотрудников. Даже с учетом ИИ, как минимум, нужны люди, которые будут следить за аппаратурой.

Также стоимость зависит от вида установки — гидро-, аэро-, аквапоника или «гибриды».

Что можно выращивать

Для вертикального земледелия пригодны многие культуры. Самые распространенные — салат, шпинат, базилик, томаты, перец чили, травы, клубника и другие.

Некоторые “предприниматели” подобным способом выращивают марихуану. В одних странах — это лишение свободы. В других — при лицензировании и надлежащем контроле со стороны властей, — “золотая жила”. Все “за” и “против” инвестиций в каннабис смотрите в статье взгляд”.

Кроме овощей и ягод в вертикальных фермах можно разводить грибы, и даже морских животных — рыб, крабов.

Куда девать урожай

Вертикальные фермы очень производительны. Растения в них созревают в 2 раза быстрее, к тому же получать урожай можно круглый год.

Поэтому важно найти, где сбывать продукцию. Если речь идет о маленьком домашнем хозяйстве, то оптимальным будет продажа урожая на местных фермерских рынках. Это можно делать самостоятельно либо же отдать на реализацию в одиночные овощные бутики. Также можно стать поставщиком для ресторанов, кафе и других мелких учреждений питания, которые используют свежие овощи.

Если речь идет о более масштабном производстве, то стоит найти продавцов покрупнее — супермаркеты, сеть бутиков, бистро и так далее. Крупным фермерам нужно также продумать логистику и упаковку.

Еще один путь — зарегистрировать собственный бренд и продавать под ним “эко-салаты” или “чистейшую клубнику”.

Как определить цену

От того, насколько верно определена цена, зависит прибыльность фермы. Что учитывать, при расчете стоимости? Постоянные и переменные затраты.

Постоянные — это деньги, которые вы потратили на строительство фермы, покупку необходимого оборудования. Все это пропорционально распределяется на продукции под видом амортизации. Переменные — это расходы на оплату труда, ресурсы — вода, электроэнергия, транспортировка и упаковка.

Также немаловажный фактор — эксклюзивность выращиваемой культуры, как с точки зрения сезонности, так и распространенности в регионе вообще. Если культура «редкая», но популярная, — цена ее будет выше. При одинаковом количестве затрат это даст большую рентабельность.

Спрос решает многое

Рыночный спрос — еще один фактор, который влияет на цену. Если мало людей хотят покупать выращенную культуру, достойной прибыли не будет.

“Эксклюзивный”, но нужный для региона продукт может принести высокий доход. К примеру, листья мяты редко растут в США, Канаде и некоторых других странах. Однако эту культуру часто используют в кондитерке и напитках. Поэтому спрос и дефицит делают “мятные” стартапы перспективными в этих регионах.

Что касается окупаемости, то данные разнятся от полугода до двух лет. Все зависит от масштабов производства, цены установки и налаженности каналов сбыта.

Как заработать на тренде: еще один путь

Вертикальное земледелие полностью меняет концепцию сельского хозяйства. Пока речь не идет о полном отказе от традиционного фермерства. Однако, удобство и перспективность нового метода уже оценили многие бизнесмены.

Как еще “прикоснуться” к тренду, кроме как открыть свою ферму или инвестировать в существующие? Есть еще один способ, новаторский — самому создать установку. Их уже много. Однако, все еще есть поле для фантазии — как сэкономить воду, электроэнергию и минимизировать влияние человека на процесс созревания и сбора урожая. Несовершенно и разнообразие культур: еще никому не удалось подобным образом вырастить зерно или рис. И это слабое место «вертикального земледелия».

Можно “замахнуться” выше — спроектировать и построить “фермоскребы”, в которых будут жить или работать люди. Они будут кушать то, что выращено буквально “за стеной”. Это отдельный вид вертикального фермерства, который пока на стадии разработки.

Для этих новаторских способов нужны специалисты — инженеры, проектировщики ИИ и просто смелые “креативщики”. Кто вы в этом списке? Порой, достаточно быть просто инвестором, чтобы менять мир прямо сейчас.

Источники: ecotechnica.com.ua, makeinbusiness.com, hightech.fm, vedomosti.ru, 1000ideas.ru, academy.vertical-farming.net, verticalharvesthydroponics.com, university.upstartfarmers.com, urbanverticalfarmingproject.com, officelife.media, aliexpress.com. Подготовила Наталья Най

К 2050 году количество жителей на планете увеличится до 10 млрд, а 80% из них будут жить в городах. И этих людей нужно будет чем-то кормить. Потому и появилась инициатива создавать фермы в городских условиях, которые не займут много места и всегда будут рядом. Первые из них уже показали свою эффективность, но неизвестно, как быстро они смогут окупиться.

Вертикальная ферма создает идеальные условия для растений.

В ней их можно выращивать целый год.

Вертикальная ферма может состоять из секторов для:

аэропоники - выращивание в воздушной среде без использования почвы;

гидропоники - выращивание в искусственной среде без почвы;

аквапоники – выращивание в водной среде.

Эти сектора подпитываются альтернативными источниками энергии, повышая экологичность продукта.

Солнечные батареи и генераторы на биогазе в 30-этажной ферме могут генерировать до 56 млн киловатт энергии, в то время как для ее функционирования нужно всего 26 млн киловатт.

Это значит, что ферма станет полностью энергетически независимой. Секторам с гидропоникой нужно на 70% меньше воды, чем растениям, которые находятся на полях. Это объясняется идеально созданными условиями для выращивания, отсутствием привычной почвы, которая поглощает большую часть влаги, и капельным орошением - система постоянно добавляет воду растениям словно капельница, а не обрушивает на них большой и разовой поток. Идеальные условия создаются благодаря контролю температуры, углекислого газа и влажности воздуха - оставаясь неизменными, они позволяют выращивать культуры целый год. Также повышается урожайность культур на акр в 4-6 раз по сравнению с традиционным выращиванием на полях

Конструкция вертикальной фермы защищает культуры от погодных катаклизмов и гарантирует полный урожай. А на выходе получается экологичный товар, так как здесь практически не используются пестициды.

Выращенный продукт можно отправить в ресторан недалеко от фермы, или сразу же доставить в ближайшие торговые сети - расходы на логистику уменьшаются, так как ферма находится уже в городе.

Самые большие и первые фермы начали появлятся в Азии и США.

Sky Greens в Сингапуре - это первая коммерческая вертикальная ферма в мире. Растения выращиваются на 38-ярусной башне, которая напоминает букву "А". Башни вращаются вокруг алюминиевых балок, которые обеспечивают правильное распределение воды, солнечного света и воздуха для растений.

FarmedHere - первая вертикальная ферма в США, которая сертифицирована USDA. Растения выращиваются благодаря аэропонике. В воду с растениями помещается рыба тилапия, богатая питательными веществами. Они поглощаются культурами и ускоряют их рост, а вода очищается для нормального развития тилапии.

Mirai Corp в Японии - самая большая вертикальная ферма в мире, площадью 25 000 м2. Для работы ферме нужно на 40% меньше энергии, на 80% меньше удобрений, и на 99% меньше воды, чем для обычной фермы. А продуктивность увеличилась в 100 раз - в день производитися 10 000 головок латука.

Aerofarms В США – одна из самых больших вертикальных ферм в мире. Площадь фермы составит 6500 кв.м., и ежегодно она будет приносить около 900 тонн листьев для салата.

Растениям, которые там выращиваются, не требуется солнечный свет и земля, и нужно в 20 раз меньше воды, чем для традиционной фермы.

Но у этих ферм есть большая проблема - их стоимость и содержание.

Критики вертикальных ферм ставят под сомнение их потенциальную прибыльность.

Например, капитальные затраты, а также дополнительные расходы на электроэнергию для освещения и отопления могут перевесить любые выгоды. Ведь установить комплекс сантехнических и лифтовых систем для распределения пищи и воды в 30-ти этажном здании - не так просто и дорого.

В то время как традиционным фермам не нужны такие технические ухищрения, чтобы начать работу с культурой.

Вертикальные фермы - это новое направление в агробизнесе, которое может полностью его изменить.

Но пока что мы можем получить только зелёные овощи и рыбу. Лишь некоторые вертикальные фермы выращивает что-то помимо зелени, например, Pasona O2 - она специализируется на томатах. Возможно, в будущем обычный "борщевой набор" в полном составе тоже перекочует на вертикальную ферму, и поля как таковые изживут себя. Но это ещё только в планах. Ведь такие фермы дорого и нелегко обслуживать.

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