Hydroponika, rolnictwo bezglebowe, rolnictwo wertykalne

70% słodkiej wody jaką zużywa nasza cywilizacja pochłania rolnictwo. W celu uprawy zbóż wykorzystujemy teren o powierzchni odpowiadającej Ameryce Południowej. Do hodowli zwierząt wykorzystujemy teren o powierzchni odpowiadającej Afryce. W ciągu trzydziestu lat populacja prawdopodobnie osiągnie dziewięć miliardów i przewiduje się, że produkcja żywności powinna się podwoić. Dość jasno widać, że coś powinno się zmienić w tym jak produkujemy kalorie.

Choć większość źródeł z których korzystam umieściłem na końcu tego tekstu, czasem będę je wplatać również w tekst. Niektóre oszacowania mówią, że produkcja żywności powinna się podwoić do 2050 by zaspokoić apetyt rosnącej populacji Ziemi - Global food demand and the sustainable intensification of agriculture, Agriculture in 2050: Recalibrating Targets for Sustainable Intensification, ale są też odmienne głosy - Widely accepted vision for agriculture may be inaccurate, misleading, Double food production by 2050? Not so fast. Myślę że nawet bez tego jasno widać, że obecny model nie jest dobry. Ubywa nam ziemi rolnej. Dzieje się tak z powodu zmian klimatycznych, rabunkowego rolnictwa, erozji gleb - wszystkie te czynniki są ze sobą wzajemnie powiązane.


ROLNICTWO BEZGLEBOWE
Jednym z rozwiązań może być radykalna przemiana rolnictwa. Chodzi o jego formę, która towarzyszy nam od kilkunastu tysięcy lat. Możemy to nazwać kolejną zieloną rewolucją, albo uznać za kolejny krok w ewolucji tego jak zapewniamy sobie żywność. Przez te tysiące lat modyfikowaliśmy genetycznie rośliny bardzo topornymi, niedoskonałymi metodami, w ostatnich latach robimy to bardziej precyzyjnie i bezpiecznie. Modyfikowaliśmy również środowisko i warunki w których dojrzewały - nawadnianie, szklarnie, usuwaliśmy naturalne szkodniki i chwasty.

Dziś chcę napisać kilka słów o tym w jaki sposób teraz możemy niemal wykluczyć czynniki środowiskowe. Rolnictwo bezglebowe to uprawy przewidywalne, niezależne od pór roku, chorób, wymagające mniejszych zasobów (z wyjątkiem energii, o czym później), zajmujące mniej przestrzeni, nie rujnujące środowiska, nie ingerujące w naturalne ekosystemy, umożliwiające elastyczną produkcję żywności lokalnie i bez pestycydów.

Czym jest rolnictwo bezglebowe? To uprawa która odbywa się w ściśle kontrolowanym, zamkniętym środowisku i bez gleby. W zależności od tego jakim medium wzrostu zastępuje się glebę stosuje się różne nazwy. W przypadku hydroponiki korzenie roślin zanurzone są w wodzie bogatej w środki odżywcze. Obieg wody jest praktycznie zamknięty, jedyna “tracona” woda, to ta która trafia do komórek roślin. Jak wielka to różnica dowiecie się poniżej. Aquaponika to wariant hydroponiki, gdzie w zamkniętym obiegu wody znajdują się też ryby i to one produkują środki odżywcze dla hodowanych roślin. Istnieje jeszcze aeroponika, gdy rośliny rozwijają się w mgiełce bogatej w środki odżywcze, tudzież są spryskiwane roztworem tychże środków. Pionierem była NASA, z racji na eksperymenty w zerowej grawitacji i jeszcze większą oszczędność wody. Co więcej, badania sugerują, że tak uprawiane rośliny mogą być bogatsze w witaminy i minerały. Warunki bezglebowe zapewniają też lepsze natlenienie.


MIEJSCE
Często, lub nawet częściej w tym kontekście używa się terminu rolnictwo wertykalne. A to dlatego, że uprawy bezglebowe nie są ograniczone powierzchnią ziemi, korytka i kanały w których znajdują się korzenie i rośliny można umieszczać w zmodyfikowanych kontenerach morskich, opuszczonych magazynach, piwnicach biurowców, na ścianach i dachach itd. Tworzy to okazje by uprawy były lokalne. Dzięki temu plony nie muszą być transportowane na długie dystanse ani długo przechowywane lub chłodzone. To tylko jeden z czynników, który może być źródłem redukcji kosztów i emisji (aczkolwiek emisje związane z transportem to zaledwie ok 11%).

W zamkniętej przestrzeni można dobrać optymalne parametry dla roślin, temperaturę, wilgotność, zawartość CO2 a także światło. Farmy wertykalne to praktycznie “fabryki żywności”, które mogą funkcjonować 24/7 niezależnie od pory dnia i roku, produkując w zasadzie jednakową w jakości i smaku żywność. Oderwanie od cyklu rocznego czy dobowego, warunki lepsze niż w naturze przynoszą niezwykłe efekty.

Dzięki diodom LED można też optymalizować wzrost roślin i “karmić” je odpowiednimi fotonami. W wielu przypadkach jest to różowe światło. Nie powinno nas to dziwić. Roślinność kojarzymy z barwą zieloną, bo to kolor, który odbijają liście. Innymi słowy można powiedzieć, że rośliny “gardzą zielonym światłem, a wcinają ze smakiem czerwone i niebieskie”. Jaka barwa powstaje ze zmieszania światła czerwonego i niebieskiego?


ENERGIA
To prowadzi nas jednak do bodaj największego ograniczenia dla rolnictwa wertykalnego. W ostatnim dziesięcioleciu koszt żarówek LED spadł kilkunastokrotnie a ich żywotność wzrosła kilkukrotnie. Mimo to energia jest wciąż jedną z głównych bolączek. 80% energii farm bezglebowych pochłania oświetlenie. Światło, które na polu jest darmowe.

Jednocześnie oświetlenie jak wspomniałem ma szeroki wpływ na uprawiane rośliny. “Receptura na światło” wpływa między innymi na to jaki będzie procent masy rośliny będzie stanowić jej jadalna część. Za pomocą światła, manipulując okresem kwitnienia, wzrostu korzeni można wpływać nawet na smak rośliny.

Jadalna część tradycyjnie uprawianej sałaty stanowi 40% masy rośliny. Sałata uprawiana hydroponicznie może być jadalna nawet w 92%. Sałata uprawiana pod gołym niebem może być zbierana dwukrotnie w roku, a w przypadku farmy hydroponicznej mówimy o dwunastu zbiorach. W przypadku ryżu udało się dokonać zbiorów czterokrotnie częściej niż w wariancie klasycznym.


PORÓWNANIA
Pójdźmy dalej z tymi zestawieniami, żeby uzmysłowić sobie jak wygląda wydajność i produktywność upraw hydroponicznych w zderzeniu z tradycyjnymi. Z klasycznego pola sałaty można uzyskać 3,9 kg produktu na metr kwadratowy rocznie. Zużyjemy przy tym 250 litrów wody na każdy kilogram sałaty, która następnie średnio przemierzy 3200 kilometrów. Wertykalna farma da nam między 80 a 120 kg sałaty na metr kwadratowy rocznie. Zużyjemy raptem litr wody na kilogram produktu, który przemierzy 70 kilometrów.

Przy klasycznej uprawie od zasadzenia nasion do zbioru mija od 30 do 45 dni. W przypadku farmy wertykalnej można ten czas skrócić do 15 dni. Oszczędność czasu może częściowo wynikać z tego, że na klasycznym polu trzeba dokonać zbiorów, zaorać ziemię nawieźć, posadzić rośliny itd. Ten proces w wertykalnej farmie jest prostszy.

Brat Elona Muska, Kimbal jest współzałożycielem firmy Square Roots. Ich biznes to farmy hydroponiczne wbudowane w kontenery morskie. Twierdzą, że jeden ich kontener (12,2m x 2,4m) to odpowiednik 2 arów (8000 m^2) i może produkować do 20 kilogramów zieleniny tygodniowo. Według Stuarta Ody farmy wertykalne redukują zużycie wody, nawozu i ziemi sięgają do 90-99%. Farmy hydroponiczne mogą produkować do 350x więcej jedzonka z metra niż klasycznie. W kwestii pestycydów to 100% bo wiecie - kontrolowane środowisko. Według niektórych to zdrowsze, bezsprzecznie jednak jest to tańsze i bardziej ekologiczne.

O tym jak podchwytliwe są niektóre z tych porównań wyśmienicie mówi materiał Exa Cognition, który znajdziecie w źródłach.


WADY I OGRANICZENIA
Problemy hydroponiki nie ograniczają się jedynie do pożerania wielkich ilości energii przez światła LEDowe. Materiały które spotkałem sugerowały, że wśród upraw dominują warzywa liściaste. Głównie sałata i jarmuż, oraz zioła bo te uprawy są najbardziej rentowne. Warzywa liściaste wymagają też mniej światła.

Wśród innych roślin, które hodowano w ten sposób znalazły się kiełki groszku, brokułów, gorczyca oraz, rzodkiew. W 2014 przeanalizowano rentowność 165 farm wertykalnych w Japonii. 25% przynosiło zyski, 50% wychodziło “na zero” 25% przynosiło straty. Już wtedy był to 1% japońskiej produkcji sałaty. Sałata z upraw wertykalnych była wówczas raptem 12% droższa. Uprawiać można wszystko. Ale na ten moment opłaca się głównie uprawa liściastych.

Holandia dominuje w produkcji pomidorów dzięki pośredniemu rozwiązaniu - hydroponicznym szklarniom, gdzie w częściowo kontrolowanych warunkach, korzystajac z darmowego światła słonecznego uprawiają kolosalne ilości pomidorów.


PRZYSZŁOŚĆ
Jak zatem rysuje się przyszłość rolnictwa bezglebowego? Przemysł ten między 2015 a 2020 rokiem wzrósł z $1,1 mld do ponad $13 mld. To wciąż ułamek ułamka, ale wzrost robi wrażenie. Kluczową kwestią będzie to jak i kiedy technologia taj zajmie się bardziej powszechnymi uprawami. Gdyby rolnictwo wertykalne przejęło produkcję strączków oddalibyśmy Ziemi raptem 2,1% powierzchni, ale globalne zużycie wody spadłoby o 25%. Gdyby dzięki tej technologii uprawiać zboża, można by odzyskać 15% powierzchni planety i zmniejszyć zapotrzebowanie na wodę o 91%.

Ryż zapewnia 19% kalorii spożywanych przez ludzkość. W przeciwieństwie do sałaty nie składa się on z 95% z wody, a jedynie w 15%. W przeciwieństwie do ryżu sałata jest jadalna niemal w całości. Hydroponiczna uprawa ryżu wymagałaby 30-krotnie więcej energii.

… A przynajmniej gdyby był to ryż taki jak dziś. Wspominałem jak kolosalnie ulepszono wydajność produkcji sałaty. Można jedynie zgadywać jak zmieni się masa jadalnej części ryżu i częstotliwość zbiorów, gdy producenci zaczną się ścigać w hydroponicznej uprawie tego zboża. W trakcie prac nad tym tekstem Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna otrzymały nagrodę Nobla za opracowanie precyzyjnej metody edycji genomu CRISPR/Cas9. Od ich publikacji minęło dopiero 8 lat i uważam, że dopiero nadchodzące dekady pokażą jak bardzo zasłużone będą wszelkie wyróżnienia dla obu pań.

Spodziewam się, że powstaną specjalne odmiany zbóż, idealnie skrojone pod hodowlę hydroponiczną, nie rosnące wyżej niż to konieczne, dające częste i obfite plony. Jesteśmy dopiero na początku drogi. Rolnictwo bezglebowe dzięki kontrolowanym warunkom łatwiej monitorować i stopniowo udoskonalać.

Już dziś liściastych pojawiają się uprawy rzodkwi czy pomidorów. Niektóre restauracje korzystają z małych farm wertykalnych, czasem na miejscu, by lokalnie hodować rzadkie i drogie zioła oraz przyprawy. W Tokio znajduje się budynek Pasona HQ - firmy rekruterskiej, której siedzibę zmieniono w miejską farmę. Na dziewięciu piętrach i 20 000 metrów kwadratowych znalazło się miejsce na uprawę 200 gatunków roślin (ryż, pomidory, pomarańcze, dynie, ogórki, jagody, fasola, zioła), które są podawane w jadalni. Nie jest to całkowicie ten rodzaj upraw o jakim mówię powyżej, bo uprawy są zintegrowane ze ścianami, stołami, siedziskami, ryż rośnie w sadzawce w lobby, ale zdecydowanie jest to niezły symbol w jakim kierunku może pójść rolnictwo.

Co sądzicie o takiej przyszłości? Jak chętnie zjedlibyście ryż genetycznie skrojony pod wydajną farmę zamkniętą w kontenerze pół kilometra dalej? Czy kupilibyście taki produkt zrównoważonej fabryki kalorii?


Źródła:
Najlepszym źródłem była dla mnie "trylogia" Exa Cognition:
Does Vertical Farming Work?
How Much Can Vertical Farming Improve?
The Future Of Vertical Farming
https://cutt.ly/juomQg3 - Szczegółowe dane zebrane przez autora

Globally, 70% of Freshwater is Used for Agriculture
Progressive Plant Growing is a Blooming Business
Why Vertical Farming is the Future of Food
Why the Future of Farming is in Cities
Are indoor vertical farms the future of agriculture? (Stuart Oda)
Pasona Urban Farm by Kono Designs
Konodesings - Pasona Urban Farm