Вертикальное фермерство: плюсы и минусы. Городское сельское хозяйство

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

Сегодня овощные культуры чаще всего выращиваются в застекленных горизонтальных помещениях методом гидропоники. Однако в последнее время начала распространяться и новая технология аэропоники, предусматривающая культивацию растений в вертикальных помещениях. AeroFarms – крупнейшее сельскохозяйственное предприятие в мире, использующее данный метод.

Представляя себе овощную ферму, вы наверняка сразу же думаете о посадке семян рядами и необходимости рыться в грязи. А потом вспоминаете, что время от времени растения нужно брызгать пестицидами, делать рН-проверки, следить за доступом к солнечному свету, удобрениям и воде. Но на ферме AeroFarms в американском Ньюарке все по-другому.

Здания площадью 6410 квадратных метров, которое включает не только вертикальные теплицы, но и штаб-квартиру компании. Ферма разместилась на базе заброшенного сталелитейного завода, проект реконструкции которого разработан дизайнерским агентством KSS Architects.

Для круглогодичного выпуска качественной продукции используется технология аэропоники, имеющая некоторые общие черты с гидропоникой. И в том, и в ином случае посадка семян производится на специальную материю, которая способствует прорастанию и выращиванию сельскохозяйственных культур. При этих методах для фотосинтеза используется искусственное светодиодное освещение с использованием световых волн специально подобранной длины, благодаря чему достигается максимум выработки хлорофилла при минимуме потребляемой энергии.

Однако есть и серьезное различие: если при гидропонике для доставки влаги и питательных веществ в корни растения применяются жидкие растворы, то в случае аэропоники для этих целей используются водяные пары.

Представители AeroFarms утверждают, что такой метод производства позволяет осуществлять более быстрый цикл выращивания и давать больше биомассы, нежели другие виды культивации, при этом продукцию можно получать круглый год. Кроме того, имеется и ряд других выгод.

Так, например, при этой технологии не используются пестициды, увеличивается срок годности выращенных овощей, а производственные потери сводятся к минимуму благодаря использованию оросительной системы замкнутого цикла, в которой может применяться любая сточная вода. К тому же модульные вертикальные стенки, на которых выращиваются культуры, позволяют значительно экономить пространство.

Компания считает, что подобный подход к ведению хозяйства является необычайно продуктивным. Он позволяет получать с одного квадратного фута земли в 75 раз больше продукции в год, чем при применении других технологий, при этом количество используемой воды снижается вдвое.

AeroFarms является государственно-частным предприятием, финансирование которого ведется как городским советом Ньюарка, так и рядом государственных и частных фондов.

По сравнению с традиционным подходом к сельскому хозяйству, вертикальные фермы значительно продуктивнее и занимают меньше места. Согласно последнему отчету Корнелльского университета, AeroFarms будет производить в 10 раз больше той же зелени по сравнению с типичной фермой в Центральном Нью-Йорке площадью 5 тысяч квадратных километров.

Как правило, потребители покупают зелень, которая собрана за 5-7 дней до этого, так как фермы или теплицы находятся в сотне километров от города. AeroFarms расположена всего в 24 километрах от Манхэттена и доставляет растения в магазины в день сбора.

Экологические преимущества методов AeroFarms в том, что по сравнению с традиционным фермерством, используется на 95% меньше воды и на 50% меньше удобрений. Поскольку зелень растет в помещении, воздействие вредителей нет вообще. Поэтому отпадает необходимость в пестицидах. Фермеры полностью контролируют процесс выращивания, вносят нужные коррективы.

Хотя есть и недостатки.

Критики вертикального земледелия беспокоятся о большом потреблении энергии, увеличении углеродных выбросов почти в 10 раз. При больших затратах на энергию тяжело спрогнозировать цены таких овощей и фруктов. Некоторые фермы уже задействовали альтернативные источники энергии, а светодиоды за 2012-2014 годы увеличили эффективность освещения примерно на 50%.

С 2004 года AeroFarms построила уже девять вертикальных ферм вокруг Ньюарка. Компания планирует запустить фермы и в других городах Восточного побережья США, экспериментировать с разными фруктами и овощами. Судя по финансовой поддержке американских инвестиционных гигантов Goldman Sachs и Prudential в размере $39 млн, AeroFarms вызывает большой интерес.

Прошло время, когда на фермах горбатились рабочие - теперь даже зелень окружили датчиками. Сельское хозяйство становится высокотехнологичным.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram , чтобы быть в курсе самых интересных событий.

К 2050 году практически 80 % жителей планеты будут проживать в городских центрах. Текущие демографические тенденции таковы, что даже при самых скромных подсчетах население планеты в этот промежуток увеличится еще до 3 миллиардов человек.

Для выращивания и производства достаточного количества продукции понадобится приблизительно 109 гектаров новой земли (что почти на 20 % больше территории Бразилии), при том что будут использоваться традиционные методы ведения сельского хозяйства, осуществляемые сегодня.

В настоящее время для выращивания зерновых культур во всем мире используется более чем 80 % подходящей для этого земли (источники: ФАО и НАСА). Исторически сложилось так, что приблизительно 15 % земель бездумно растрачиваются по причине неэффективных методов управления. Что же можно предпринять, чтобы избежать последствий надвигающегося бедствия?

Потенциальное решение: Вертикальные фермы

Понятие "сельскохозяйственные работы в помещении" не ново с тех времен, как вошло в моду выращивание в теплицах помидоров, широкого разнообразия трав и прочих растительных культур. То, что является новшеством, - это срочная необходимость развития этой технологии, чтобы обеспечить продовольствием еще 3 миллиарда человек дополнительно. Должен быть применен действительно революционный подход в ведении сельского хозяйства внутри помещений, где будут использованы ультрасовременные технологии. Конструкции, так называемые вертикальные фермы , прежде всего, должны быть эффективны (то есть не требовать значительных затрат при строительстве и быть надежными в использовании). Подобные вертикальные фермы на несколько уровней в высоту будут расположены в самом сердце мировых городских центров. Если внедрение таких конструкций будет успешно осуществлено, это, несомненно, приведет к обновлению внешнего вида городов, росту их жизнеспособности, непрерывному циклу обеспечения их жителей проверенной и разнообразной продукцией (благодаря круглогодичному урожаю), а так же возможной нормализации экосистем, пострадавших в процессе ведения земельного сельского хозяйства.

Людям потребовалось 10 000 лет, чтобы научиться правильно выращивать большинство зерновых культур, и это мы считаем сейчас само собой разумеющимся. В процессе большая часть обрабатываемой земли оказалась сейчас истощена, превратившись из естественно плодородной экологически чистой почвы в полузасушливые пустыни. В то же самое время урбанизация достигла такого уровня, при котором уже 60 % населения живут в условиях города в высотных домах. Это означает, что, в первую очередь, мы, жители, оказались более защищены, однако растения и культуры, служащие для нас источником пищи, все же остаются подвержены суровым испытаниям и погодным условиям. И в этом случае всё, что мы можем делать, - это лишь уповать на милость природы. Однако теперь, из-за часто меняющихся погодных и климатических условий результаты остаются непредсказуемыми. Серьезные наводнения, длительные засухи, мощные ураганы 4-5 баллов и разрушительные муссоны ежегодно собирают свою дань, безвозвратно уничтожая миллионы тонн ценных зерновых культур. Неужели растения, которые нас кормят, не заслуживают того же уровня комфорта и защищенности, что присущи нам, людям? Время пока что работает на нас, чтобы научиться, как правильно выращивать сельскохозяйственную продукцию в специально оборудованных для этого, управляемых многоуровневых зданиях, размещенных в пределах городских центров.

Если же мы оставим эту проблему без внимания, через каких-нибудь 50 лет для 3 миллиардов будущих жителей планеты, несомненно, настанут голодные времена, и мир превратится в этом случае в гораздо более неприятное место для жизни, убогое и жалкое.

Концепты вертикальных ферм:

Вертикальная ферма Dragon Fly

Вертикальная ферма Pyramid

Вертикальная ферма Plantagon

Вертикальная ферма SkyFarm

Вертикальная ферма Harvest green

Преимущества вертикальных ферм:

• Круглогодичный сбор урожая; так, 1 акр в закрытом помещении эквивалентен 4-6 акрам открытого грунта или даже больше, в зависимости от урожая тех или иных сортов растений (например, 1 акр рассады земляники равен 30 акрам той же рассады, но на открытом грунте).
• Исключены случаи неурожая из-за неблагоприятных погодных условий, засухи, наводнений или действия вредителей.
• Вся продукция, выращенная в Вертикальных Фермах, является экологически чистой: никаких гербицидов, пестицидов или удобрений.
• Вертикальные Фермы фактически устраняют естественные для сельского хозяйства водопотери, благодаря переработке использованной технической воды
• Вертикальные Фермы служат естественному сохранению природных сельхозугодий, нормализуя функции и свойства естественной экосистемы.
• Вертикальные Фермы снижают уровень некоторых инфекционных заболеваний, свойственных сельскохозяйственной сфере.
• Вертикальные Фермы путем аккумулирования испарений технической воды, так называемой "серой" и "черной", преобразуют ее в питьевую воду.
• Вертикальные Фермы способствуют выработке энергоресурсов благодаря образованию метана в процессе компостирования непригодных для пищи остатков растительного и животного происхождения.
• Вертикальные Фермы значительно сокращают использование природного топлива (не требуется никаких тракторов, плугов и прочей массивной техники).
• Вертикальные Фермы превращают города в центры по выращиванию продукции, позволяя использовать городские условия, ранее не приспособленные для сельскохозяйственных нужд.
• Вертикальные Фермы обеспечивают городским центрам благоприятную окружающую среду, обеспечивая их жизнеспособность.
• Вертикальные Фермы создают новые рабочие места.
• Мы не в состоянии высадиться на Луну, Марс или отправиться еще дальше без предварительного изучения способов ведения сельского хозяйства в закрытых помещениях здесь, на Земле.
• Вертикальные Фермы могут действительно оказаться полезны в экстремальных ситуациях, например, при создании лагерей для беженцев.
• Вертикальные Фермы обеспечивают стабилизацию экономического кризиса в странах третьего мира. При необходимости, Вертикальные Фермы смогут стать катализатором в изменении численности населения развивающихся стран, поскольку сельское хозяйство в городах станет основной жизнеспособной стратегией производства продуктов питания.
• Вертикальные Фермы могут избавить от вооруженных столкновений в борьбе за природные ресурсы для ведения сельского хозяйства, такие как вода и земля.

Облик Вертикальных Ферм будущего и ответы на распространенные вопросы

Профессор Диксон Деспоммьер, конечно же, мечтатель, но многие, восхищены этой его идеей.

Профессором и другими экспертами была представлена брошюра "Проект дизайна ферм в условиях города с целью накормить Нью-Йорк", выпущенная под эгидой Муниципального Художественного Общества. После представления брошюра была мгновенно раскуплена. В дополнение к имеющимся в ней материалам здесь были опубликованы тексты журналиста и комментатора газеты Washington Post Нейла Пирса, а также упомянуты такие авторы, как:

Колин Каткарт, архитектор из Бруклина, обладающий крупным портфолио работ в области проектирования жизнеспособных зданий.

Джен Нэлкин, Директор по озеленению и ландшафтному дизайну компании Gotham Greens, первого гидропонного крышного фермерского хозяйства в Нью-Йорке.

Нэвин Коэн, доцент кафедры экологических исследований Новой Школы. Выдержка из книги гласит: "Его текущие исследования сфокусированы на политике производства продукции в условиях города, и особенно на инновационных стратегиях планирования данного производства в ландшафте города и периферии..."

" Дэн Альберт, ландшафтный дизайнер из Сиэттла, в прошлом - участник группы развития концептуально новой Эко-лаборатории - самостоятельно функционирующего строения, производящего энергию, пищу и воду.

Из этой вечерней дискуссии ясно, что решение таких проблем, как обеспечение продовольствием и изменение климата должны вестись в различных направлениях. В то время как профессор Деспоммьер ратовал за вертикальное сельское хозяйство, Нэвин Коэн предложил среди прочих идею выращивания продукции на городских общественных территориях.

Что если бы фруктовые и ореховые деревья выращивались прямо в парках, и городские жители могли бы собирать таким образом урожай? Позже в беседе Коэн получил несколько одобрительных реплик в ответ на заявление, что он все еще уподобляет сельское хозяйство почвенным работам, а не просто гидропонике.

Дженн Нелкин предложила путь к примирению, сказав, что окончательный ответ может быть получен, исходя из нескольких решений (и с ней согласились многие). Фактически, Нелкин продолжила, что для специалистов в развитии данной области остается все еще очень много нюансов. Часто, когда речь заходит о ее крышном хозяйстве, ее часто спрашивают, какую систему гидропоники она использует. Ответы могут быть даны на различных уровнях.

Решающий момент настанет, когда укрепится система финансирования. Все участники дискуссии согласились, что требования к безопасному и жизнеспособному производству продуктов питания в городах значительно возросли. Несмотря ни на что, мы продолжаем искать приемлемые пути, чтобы продукция стала доступной широкому населению и рабочие обладали хорошим прожиточным минимумом. К сожалению, одним из вопросов аудитории, который так и остался без ответа, был следующий: "Смогут ли городские фермеры позволить себе жить в Нью-Йорке?". Лично я считаю, что их роль будет столь же важна, как и роль практикующих врачей, по крайней мере, я бы очень надеялся на это.

Одним из возможных путей решения продовольственной проблемы будущего могут оказаться вертикальные фермы, расположенные непосредственно в мегаполисах.

С каждым годом площадь плодородных земель сокращается. Так, если в 1950 году на каждого человека приходилось около 0,52 га, то к 2050 году эта цифра будет составлять не более 0,19 га. Решить грядущие проблемы ученые пытаются различными способами: одни предлагают выращивать растения в пустынях, а другие – перенести фермы в города, дав толчок к развитию урбанистического "сельского" хозяйства.

Однажды во время одного из семинаров студенты пожаловались, что им надоел неустанный поток негатива и чувство бессилия. Тогда вместе с профессором они занялись проблемой выращивания растений на крышах манхэттенских многоэтажек. Этого им оказалось недостаточно, ведь результаты проведенных исследований показали, что таким способом можно накормить всего лишь 2% населения Манхэттена. Тогда у Деспомъера и родилась идея создания многоэтажных вертикальных ферм.

При разработке вертикальных ферм за основу собираются взять прекрасно себя зарекомендовавшие гидропонный и аэропонный методы выращивания растений. Гидропоника (от греч. «hydro» – вода и «ponos» – работа, т.е. «рабочий раствор») – технология выращивания растений без почвы, в питательном водном растворе, содержащем в оптимальной концентрации и легкоусвояемой форме все необходимые вещества для конкретно взятого растения.Аэропоника (воздушная культура) – технология выращивания растений без почвы и субстратов, при которой корни находятся в воздухе, а необходимые вещества поступают через капельное опрыскивание питательными растворами. Питательные смеси подаются непрерывно или через небольшие промежутки времени, чтобы корни не успели высохнуть.

Обе технологии превосходят традиционные подходы по экологичности и объему урожаев, получаемых с 1 га площади, а также значительно снижают потребление воды. Так, для аэропонного способа выращивания растений необходима всего лишь 1/10 часть воды, затрачиваемой при классических сельскохозяйственных методах.