За да продължи изхранването на нарастващото население на света, иновациите са от решаващо значение. Вертикалното земеделие, при което културите се отглеждат в контролирана среда на закрито, е едно от тези решения. Разширяването на тези системи обаче е свързано със значителни предизвикателства, особено с високите енергийни нужди, свързани с осигуряването на светлина за растежа на растенията. Сега учените демонстрираха, че адаптирането на светлинните условия в зависимост от нуждите на конкретните култури може не само да подобри здравето на растенията, но и да намали потреблението на енергия.
Д-р Елиас Кайзер, водещ автор на статията, публикувана в Frontiers in Science, подчерта потенциала на вертикалното земеделие да революционизира производството на храни, особено в предизвикателни условия. „Най-голямото предимство на системите за вертикално земеделие е, че здравословна храна може да се отглежда много по-близо до потребителите на места, където това иначе е невъзможно: в мегаполиси, в пустини и на места, които са студени и тъмни през голяма част от годината“, обясни той. Въпреки това той посочи и значителните разходи, свързани с използването на електроенергия, което е основна пречка за широкото им разпространение.
По-интелигентен подход към осветлението
Една от ключовите неефективности на настоящите системи за вертикално отглеждане е зависимостта от постоянни условия на околната среда, които изискват значителни количества електроенергия, особено за поддръжка. Това важи особено за осветлението, което е от съществено значение за фотосинтезата. Изследователите от проучването обаче твърдят, че подобна равномерност е ненужна. Вместо това те предлагат динамична система за контрол на околната среда, която адаптира осветлението в зависимост от нуждите на културите, намалявайки потреблението на енергия и разходите, като същевременно поддържа здравето на растенията.
Професор Лео Марселис от Университета Вагенинген, главен автор, коментира: „Бяхме мотивирани от ритмите, които растенията проявяват както в денонощен, така и във времеви диапазон на развитие, което изисква околната среда да се регулира редовно, за да се направлява перфектно растежът им.“
Той добави: „Ние очертахме стратегия, която използва познания в областта на физиологията на растенията, нови техники за отчитане и моделиране, както и нови сортове, специално отглеждани за системи за вертикално земеделие.“
Биологичните процеси на растенията се влияят от променливи като температура, дължина на светлинната вълна и нива на CO₂. Чрез манипулиране на тези фактори земеделските стопани могат да влияят върху развитието на растенията. Изключително важно е, че интензивността и качеството на светлината са силно чувствителни към цените на електроенергията, което предоставя възможност за намаляване на разходите.
„Колебанията в цените на електроенергията могат да се използват в полза на системите за вертикално земеделие, като се използва повече електроенергия, когато тя е по-евтина“, обяснява Марселис.
Пробив в енергийната ефективност
Изследователският екип разработи модел, за да провери как интелигентните осветителни системи могат да поддържат фотосинтетичната способност на растенията стабилна през целия ден, като същевременно намаляват използването на енергия и разходите. Те установяват, че оптимизирането на интензивността на светлината може да намали разходите за електроенергия с 12 %, без да се засяга фиксирането на въглерод от растенията, просто чрез промяна на интензивността на светлината.
Когато екипът изпробва този подход върху зеленолистни зеленчуци като спанак, основен продукт на вертикалните ферми, той не открива отрицателно въздействие върху растежа, дори когато интензивността на светлината се променя неравномерно.
Бъдещи предизвикателства и възможности
Въпреки че тези открития представляват голяма стъпка напред, все още има значителни пречки, преди вертикалното земеделие да достигне пълния си потенциал. „Много от предложените решения не са тествани в по-големи мащаби, каквито представляват вертикалните ферми - те може да са доказани на ниво единично растение, но все още не и на ниво цял посев“, предупреждава Кайзер.
Динамичното регулиране на въздушния поток, температурата и нивата на CO₂ в съответствие с нуждите на растенията може да помогне за намаляване на разходите за електроенергия във вертикалното земеделие. За да се постигне това, фермерите ще се нуждаят от усъвършенствани сензори и модели за наблюдение и фина настройка на средата за отглеждане.
Освен това от съществено значение ще бъдат нови сортове растения, специално отглеждани за вертикално земеделие. Тези сортове могат да се съсредоточат върху подобряването на хранителната стойност и вкуса, тъй като се възползват от контролираните местни условия на отглеждане, а не да дават приоритет на трайността или срока на годност. Необходими са обаче допълнителни изследвания за прецизиране на тези фактори и намиране на правилния баланс между качеството на културите и добива.
„Във вертикалната ферма всички условия на растеж могат да бъдат точно контролирани, което е много важно за оптимизиране на добива, качеството и ефективността на използване на ресурсите“, казва Марселис. „Въпреки това техническата възможност да ги поддържаме постоянни не означава, че поддържането им е най-доброто решение. След като се установи динамичен контрол на околната среда, може значително да се намалят както потреблението на енергия, така и разходите за използваната енергия, което увеличава рентабилността и устойчивостта на вертикалните ферми.“
