Autor: Mikołaj Kahl

Aktualny krajobraz rolnictwa: problemy i nieefektywność

Nowoczesne rolnictwo ma obecnie przed sobą na wiele wyzwań[1]. Światowa urbanizacja szybko redukuje dostępną powierzchnie gruntów ornych, czyniąc przestrzeń dla rolnictwa coraz bardziej ograniczoną. Tradycyjne rolnictwo zużywa dużo świeżej wody, a nieefektywne metody nawadniania marnują ten zasób. Zmiany klimatyczne wprowadzają nieprzewidywalność, z nieregularnymi wzorcami pogodowymi negatywnie wpływającymi na plony. Intensywne metody uprawy degradują jakość gleby z powodu nadmiernego stosowania chemikaliów. Nawet gdy uprawy są zbierane z powodzeniem, znaczna ich część nie dociera do konsumentów z powodu słabego przechowywania i transportu. Sektor ten ma również duży ślad węglowy z powodu korzystania z maszyn i transportu produktów na duże odległości[2]. Monokultura ogranicza bioróżnorodność, czyniąc uprawy bardziej podatne na szkodniki. Ponadto, drobni rolnicy napotykają wyzwania ekonomiczne wynikające z fluktuacji cen rynkowych i wysokich kosztów początkowych. Z pomocą w ostatnich latach przychodzi nowy koncept technologiczny, obiecujący rozwiązać przynajmniej część z problemów tradycyjnego rolnictwa - rolnictwo wertykalne (z ang. vertical farming).

Czym jest rolnictwo wertykalne?

Rolnictwo wertykalne to podejście rolnicze, w którym uprawy są hodowane w ułożonych pionowo warstwach w kontrolowanych środowiskach wewnętrznych. W przeciwieństwie do tradycyjnych gospodarstw, które rozciągają się na duże obszary, farmy wertykalne optymalizują przestrzeń, rosnąc w górę, często w strukturach takich jak przeznaczone do innego celu magazyny, kontenery lub specjalnie zaprojektowane budynki.

Sercem farmy wertykalnej są jej systemy napędzane technologią. Rośliny nie rosną na glebie ale w zamian stosowane są systemy hydroponiczne, w których to rośliny są uprawiane w roztworach wodnych bogatych w składniki odżywcze, redukując w ten sposób zużycie wody o 80-90%[3]. Aeroponika idzie krok dalej, zawieszając rośliny w powietrzu i dostarczając składniki odżywcze za pomocą mgły, redukując zużycie wody nawet o 95%.

Aby dostarczyć rośliną światła do fotosyntezy, wykorzystuje się wyspecjalizowane oświetlenie LED, tak aby dostarczać konkretne długości fal świetlnych optymalnych dla wzrostu roślin, zapewniając, że uprawy otrzymują odpowiednią ilość światła niezależnie od pory roku czy warunków zewnętrznych. Zaawansowane systemy kontroli klimatu utrzymują stałą temperaturę i wilgotność, podczas gdy zautomatyzowane systemy monitorowania śledzą zdrowie roślin, poziomy składników odżywczych i tempo wzrostu, zapewniając optymalne plony.

Te zintegrowane systemy pozwalają farmom wertykalnym produkować uprawy przez cały rok, ze znacząco zmniejszonym zużyciem zasobów w porównaniu z tradycyjnym rolnictwem.

Korzyści z Pionowego Rolnictwa

Rolnictwo wertykalne, dzięki swojemu innowacyjnemu podejściu do uprawy roślin, oferuje wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi metodami rolnictwa. Jednym z najważniejszych atutów jest efektywne wykorzystanie przestrzeni. W środowiskach miejskich, gdzie grunt jest na wagę złota, farmy wertykalne mogą produkować znaczną ilość żywności na ograniczonej powierzchni, umożliwiając uprawę roślin tam, gdzie mieszka większość konsumentów. Ta bliskość do centrów miejskich nie tylko obniża koszty transportu i związane z nim emisje dwutlenku węgla, ale także gwarantuje, że świeższe produkty trafiają do konsumentów. Żywność pozyskiwana z tradycyjnego rolnictwa zużywa od 4 do 17 razy więcej paliwa w porównaniu z żywnością uprawianą lokalnie i emituje od 5 do 17 razy więcej CO₂[4].

Oszczędność wody to kolejna znacząca korzyść. Systemy rolnictwa wertykalnego, zwłaszcza te wykorzystujące aeroponikę, mogą drastycznie zmniejszyć zużycie wody. Jest to kluczowe w świecie, w którym źródła słodkiej wody stają się coraz rzadziej spotykane. W celu porównania uprawy z wykorzystaniem tradycyjnego rolnictwa i rolnictwa hydroponicznego, zachęcam do porównania dwóch tabelek zestawiających pobór wody, energii elektrycznej, emisję gazów cieplarnianych itp (w języku angielskim):

• Tradycyjne rolnictwo:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7516583/table/t0010/?report=objectonly,

• Rolnictwo hydroponiczne:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7516583/table/t0015/?report=objectonly

Kontrolowane środowiska farm wertykalnych chronią uprawy przed nieprzewidywalnościami pogody, zapewniając stałe plony. Jest to szczególnie cenne w dobie zmian klimatycznych, gdy tradycyjne gospodarstwa stają w obliczu wyzwań związanych z nieregularnymi opadami, suszami i ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi.

Ponadto brak gleby w wielu systemach rolnictwa wertykalnego eliminuje problemy z degradacją gleby, co stanowi rosnący problem w tradycyjnym rolnictwie z powodu nadmiernej uprawy i nadmiernego stosowania chemikaliów. Podejście bez gleby zmniejsza również ryzyko chorób i szkodników przenoszonych przez glebę, prowadząc do zdrowszych upraw bez silnego polegania na pestycydach.

Z ekonomicznego punktu widzenia, farmy wertykalne mogą zapewnić bardziej przewidywalne zwroty. Dzięki możliwości produkcji upraw przez cały rok, rolnicy mają stałą podaż, zmniejszając ekonomiczne niepewności związane ze zmianami sezonowymi lub niepowodzeniami upraw związanymi z pogodą.

Wady Stosowania Rolnictwa Wertykalnego

Chociaż rolnictwo wertykalne oferuje liczne zalety, istotne jest uwzględnienie jego ograniczeń i wyzwań, aby uzyskać pełne zrozumienie potencjalnego wpływu na przyszłość rolnictwa.

Jednym z głównych problemów jest wysoki początkowy koszt inwestycji. Utworzenie farmy wertykalnej wiąże się z znaczącymi kosztami, w tym zakupem niezbędnej technologii. Ponadto, wiedza techniczna jest kluczowa dla skutecznej eksploatacji farmy wertykalnej. Połączenie rolnictwa z zaawansowaną technologią oznacza, że rolnicy potrzebują wiedzy w obu tych obszarach. Wymaganie to może tworzyć lukę wiedzy a nawet nie do pokonania barierę, zwłaszcza w regionach, gdzie dostęp do edukacji i szkolenia jest ograniczony.

Zużycie energii to kolejny istotny problem. Farmy wertykalne są silnie zależne od sztucznego oświetlenia, systemów kontroli klimatu i innych technologii wymagających energii elektrycznej. Ta zależność może prowadzić do wysokich kosztów operacyjnych i, w zależności od źródła energii elektrycznej, mogą zniwelować niektóre korzyści środowiskowe, przyczyniając się do emisji gazów cieplarnianych.

Zakres upraw, które można hodować w farmach wertykalnych, jest obecnie ograniczony. Chociaż zielone warzywa liściaste, zioła i niektóre warzywa doskonale rosną w tych środowiskach, podstawowe uprawy, takie jak ryż, pszenica i kukurydza, nie są jeszcze przystosowane do uprawy wertykalnej[5]. To ograniczenie może restrykcyjnie wpłynąć na szersze zastosowanie rolnictwa wertykalnego w rozwiązaniu globalnego problemu bezpieczeństwa żywnościowego.

Na koniec, chociaż rolnictwo wertykalne zmniejsza potrzebę stosowania pestycydów dzięki kontrolowanemu środowisku, nie jest całkowicie odporne na wyzwania. Choroby mogą nadal rozprzestrzeniać się w tych zamkniętych systemach, a gdy się pojawią, mogą być trudniejsze do opanowania z powodu gęstego sadzenia i powiązanych systemów.

Możliwości Inwestycyjne w Rolnictwie Wertykalnym

Rolnictwo wertykalne otwiera wiele dróg inwestycyjnych. W miarę rozwoju miast i wzrostu zapotrzebowania na zrównoważone produkty pochodzące z lokalnych źródeł, rolnictwo wertykalne staje się obiecującym rozwiązaniem. W 2022 roku rynek rolnictwa wertykalnego osiągnął wartość około 5,6 miliarda dolarów amerykańskich, ale przewiduje się, że wartość rynku wzrośnie do ponad 35 miliardów dolarów amerykańskich do 2032 roku[6]. Rolnictwo wertykalne rozwija się bardzo dynamicznie, co potwierdza poniższy wykres obrazujący wzrost tego przemysłu w wybranych krajach świata:

Rysunek 1: Średnioroczna stopa wzrostu (CAGR) rolnictwa wertykalnego na świecie w latach 2022-2030, według wybranych krajów¹.

Jednej z najbardziej bezpośrednich możliwości inwestycyjnych jest rozwój infrastruktury pod farmy. Przystosowywanie starych miejskich budynków, czy budowanie nowych obiektów pod uprawę, i późniejsza ich sprzedaż bądź wynajem, mogą potencjalnie przynosić dochody większe niż handel tradycyjnymi lokalami użytkowymi. Wraz z rosnącym zainteresowaniem rolnictwem wertykalnym, niewątpliwie wzrośnie zapotrzebowanie na te specjalistyczne lokalizacje. Obecnie popularne jest również tworzenie farm wertykalnych w kontenerach, co widać na poniższym wykresie.

Rysunek 2: Udział kontenerów morskich i tradycyjnego budownictwa w rynku farm wertykalnych 2022. Niebieski oznacza budynki, zielony oznacza kontenery morskie[7].

Równolegle do infrastruktury pojawia się sfera postępów technologicznych. Sukces rolnictwa wertykalnego zależy od technologii, od zaawansowanych systemów hydroponicznych po narzędzia sterowane przez sztuczną inteligencję, które monitorują i dostosowują warunki klimatyczne. Firmy i start-upy stojące na czele tych innowacji stanowią żyzny grunt dla tego typu inwestycji.

Poza bezpośrednią technologią i infrastrukturą istnieje ogromna przestrzeń do eksploracji w zakresie badań i rozwoju. Sektor ten wciąż jest w fazie ewolucji, a zasoby przeznaczone na R&D mogą prowadzić do przełomowych odkryć. Może to obejmować uprawę nowych odmian roślin przystosowanych do środowisk wertykalnych lub opracowywanie bardziej energooszczędnych rozwiązań wzrostu. Już teraz ogrom firm na świecie czynnie pracuje nad rozwojem tych technologii. Poniższa lista przedstawia kilka firm ze świata, zajmujących się rozwijaniem technologii do farm wertykalnych⁷:

• Urban Crop Solutions (Europa)
• AeroFarms (USA)
• OSRAM Licht AG (Niemcy)
• Heliospectra AB (Szwecja)
• Everlight Electronics Co. Ltd. (Tajwan)
• Freight Farms, Inc. (USA)
• BrightFarms. (USA)
• Plenty Unlimited Inc. (USA)
• Sky Greens (Singapore)
• Signify Holding (Niderlandy)

Bliskość farm wertykalnych do centrów miejskich przekształca tradycyjny łańcuch dostaw rolnictwa. Pojawiają się możliwości inwestycyjne w optymalizację tego nowego łańcucha dostaw, zapewniając, że podróż od farmy do stołu jest jak najszybsza i jak najbardziej efektywna. Może to obejmować wsparcie firm logistycznych specjalizujących się w subtelnościach transportu produktów z farm wertykalnych.

Biorąc pod uwagę specjalistyczną naturę tej metody uprawy, rośnie zapotrzebowanie na wykwalifikowanych specjalistów. Otwierają się drzwi dla inwestycji w inicjatywy edukacyjne, centra szkoleniowe czy platformy dedykowane wyposażeniu osób w wiedzę niezbędną do nawigacji w krajobrazie rolnictwa wertykalnego. Już teraz niektóre uniwersytety oferują studia wyższe, całkowicie poświęcone nowym technologiom żywieniowym i uprawnym, takim jak vertical farming[8].

Inne branże też zyskują na rozwoju rolnictwa wertykalnego, a w szczegolności poducenci nawozów hydroponicznych i aeroponicznych oraz dostawcy energii. Wzrost liczby farm wertykalnych prowadzi do większego zapotrzebowania na energię, co z kolei stymuluje sprzedaż instalacji fotowoltaicznych i wiatrowych. Dostarczanie energii do tych nowoczesnych farm staje się nie tylko źródłem stałych dochodów dla producentów odnawialnej energii, ale także przyczynia się do promocji zielonych technologii w sektorze rolniczym.

Komentarz: Rolnictwo Wertykalne - Zrównoważona i Realna Perspektywa

Rolnictwo wertykalne, jako nowoczesne rozwiązanie w rolnictwie, zdobyło znaczącą uwagę ze względu na swój potencjał w rozwiązaniu niektórych najbardziej poważnych wyzwań naszych czasów. Jednak, jak w przypadku każdej nowej technologii, kluczowe jest zważenie jej korzyści w stosunku do wad, aby określić jej rolę w tworzeniu zrównoważonej przyszłości.

Po stronie pozytywów, niezaprzeczalna jest obietnica rolnictwa wertykalnego w zakresie efektywności przestrzennej. W szybko urbanizujących się krajobrazach zdolność produkcji żywności w granicach miasta mogłaby zrewolucjonizować nasze łańcuchy dostaw żywności, redukując emisje z transportu i zapewniając świeższe produkty dla mieszkańców miast. Znaczące zmniejszenie zużycia wody, zwłaszcza w systemach aeroponicznych, oferuje częściowe rozwiązanie problemu braku słodkiej wody w niektórych regionach świata. Ponadto kontrolowane środowiska oferują pewien poziom przewidywalności w produkcji żywności, co jest błogosławieństwem w czasach rosnącej nieprzewidywalności klimatu.

Jednak nie można przeoczyć wyzwań jakie przynosi ze sobą ta nowa technologia. Wysokie zapotrzebowanie na energię w farmach wertykalnych, zwłaszcza jeśli są zasilane z nieodnawialnych źródeł, mogło by zniweczyć niektóre z ich korzyści środowiskowych. Początkowe koszty instalacji, połączone z potrzebą specjalistycznej wiedzy, mogą uczynić je niedostępnymi dla wielu tradycyjnych rolników, zwłaszcza w regionach rozwijających się. Choć rolnictwo wertykalne może uzupełnić nasze zapasy żywności, jego obecne ograniczenia w zakresie różnorodności upraw oznaczają, że nie może całkowicie zastąpić tradycyjnego rolnictwa.

Jeśli chodzi o realność, technologia stojąca za rolnictwem wertykalnym jest wciąż w fazie początkowej, mimo że istnieją już finansowo prosperujące i lukratywne placówki vertical farming na świecie. Jak w przypadku wielu innowacji, koszty prawdopodobnie będą maleć z czasem, a efektywność wzrośnie. Badania i rozwój w tym sektorze mogą prowadzić do przełomów, które uczynią rolnictwo wertykalne bardziej dostępnym i wszechstronnym.

Pod względem zrównoważenia, rolnictwo wertykalne niewątpliwie ma swoją rolę do odegrania. Oferuje rozwiązania dla konkretnych wyzwań, zwłaszcza w środowiskach miejskich. Jednak dla naprawdę zrównoważonej przyszłości powinno być postrzegane jako część szerszej mozaiki rolniczej, uzupełniając, a nie zastępując tradycyjne metody. Holistyczne podejście, integrujące rolnictwo wertykalne z innymi zrównoważonymi praktykami, będzie kluczem do wyżywienia rosnącej globalnej populacji bez narażania zdrowia naszej planety.

Rolnictwo wertykalne, z jego połączeniem technologii i rolnictwa, oferuje ekscytujące możliwości. Chociaż rolnictwo wertykalne obfituje w ogromne możliwości, jego powszechne przyjęcie i wpływ na globalną zrównoważoność będzie zależało od rozwiązania jego obecnych ograniczeń i włączenia go z rozwagą w szerszy ekosystem rolniczy.