Selv blant deres ganske uvanlige kolleger – kreative genier og litt gale forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) Media Lab, som ligger nær Boston (USA), hvor gigantiske oppblåsbare haier henger fra taket, er bordene ofte dekorert med robothoder , og tynne, korthårede forskere i Hawaii-skjorter som beundrer diskuterer mystiske formler tegnet med kritt på en tavle – Saleb Harper ser ut til å være en veldig uvanlig person. Mens hans kolleger innen vitenskapelig forskning skaper : kunstig intelligens, smarte proteser, neste generasjons foldemaskiner og medisinsk utstyr som viser det menneskelige nervesystemet i 3D, jobber Harper med – Han dyrker kål. I løpet av det siste året har han forvandlet instituttets lille lobby i femte etasje (bak laboratoriedørene hans) til en superteknologisk hage som ser ut som den har blitt vekket til live fra en sci-fi-film. Her vokser flere varianter av brokkoli, tomater og basilikum, tilsynelatende i luften, badet i blått og rødt neon LED-lys; og deres hvite røtter får dem til å se ut som maneter. Plantene viklet rundt glassveggen, 7 meter lang og 2.5 meter høy, slik at det virker som om de har viklet seg rundt et kontorbygg. Det er ikke vanskelig å gjette at hvis du gir frie tøyler til Harper og kollegene hans, kan de i nær fremtid gjøre hele metropolen om til en så levende og spiselig hage.
"Jeg tror vi har makten til å forandre verden og det globale matsystemet," sier Harper, en høy, tettsittende 34 år gammel mann i blå skjorte og cowboystøvler. – Potensialet for urban farming er enormt. Og dette er ikke tomme ord. "Urban farming" de siste årene har vokst ut av "se, it's really possible"-fasen (der det ble gjort eksperimenter for å dyrke salat og grønnsaker på byens hustak og i tomme byrom) og har blitt en ekte bølge av innovasjon, lansert av tenkere stående på beina, som Harper. Han var med å grunnlegge CityFARM-prosjektet for et år siden, og Harper forsker nå på hvordan høyteknologi kan bidra til å optimalisere grønnsaksavlingene. Samtidig brukes sensorsystemer som overvåker plantenes behov for vann og gjødsel, og fôrer frøplanter med lys av optimal bølgefrekvens: dioder, som svar på plantens behov, sender lys som ikke bare gir liv til planter, men bestemmer også deres smak. Harper drømmer om at slike plantasjer i fremtiden vil ta sin plass på taket av bygninger – i virkelige byer hvor mange mennesker bor og jobber.
Innovasjonene som Harper foreslår å introdusere kan redusere kostnadene ved landbruk og redusere miljøpåvirkningen. Han hevder at ved å måle og kontrollere lys, vanning og gjødsling i henhold til metoden hans, er det mulig å redusere vannforbruket med 98%, akselerere veksten av grønnsaker med 4 ganger, helt eliminere bruken av kjemisk gjødsel og plantevernmidler, doble næringsinnholdet verdien av grønnsaker og forbedre deres smak.
Matproduksjon er et alvorlig miljøproblem. Før den ligger på bordet vårt, tar den vanligvis en reise på tusenvis av kilometer. Kevin Frediyani, leder for økologisk landbruk ved Bicton College, en landbruksskole i Devon, Storbritannia, har anslått at Storbritannia importerer 90 % av frukt og grønnsaker fra 24 land (hvorav 23 % kommer fra England). Det viser seg at levering av et kålhode dyrket i Spania og levert med lastebil til Storbritannia vil føre til utslipp av om lag 1.5 kg skadelig karbonutslipp. Hvis du dyrker dette hodet i Storbritannia, i et drivhus, vil tallet være enda høyere: ca 1.8 kg utslipp. "Vi har rett og slett ikke nok lys, og glass holder ikke varmen så godt," bemerker Frediyani. Men hvis du bruker en spesiell isolert bygning med kunstig belysning, kan du redusere utslippene til 0.25 kg. Frediyani vet hva han snakker om: han drev tidligere frukthager og grønnsaksplantager i Paington Zoo, hvor han i 2008 foreslo en vertikal plantemetode for å dyrke dyrefôr mer effektivt. Hvis vi kan sette slike metoder i drift vil vi få billigere, ferskere og mer næringsrik mat, vi vil kunne redusere klimagassutslippene med millioner av tonn årlig, inkludert i den delen av produksjonen som gjelder pakking, transport og sortering av landbruksprodukter, som til sammen gir 4 ganger mer skadelige utslipp enn selve dyrkingen. Dette kan betydelig forsinke tilnærmingen til den forestående globale matkrisen.
FN-eksperter har beregnet at innen 2050 vil verdens befolkning vokse med 4.5 milliarder, og 80 % av verdens innbyggere vil bo i byer. Allerede i dag brukes 80 % av jorda som er egnet for jordbruk, og prisene på produkter stiger på grunn av økt tørke og flom. Under slike forhold har landbruksinnovatører rettet blikket mot byer som en mulig løsning på problemet. Tross alt kan grønnsaker dyrkes hvor som helst, selv på skyskrapere eller i forlatte bomberom.
Antallet selskaper som begynner å bruke innovative drivhusteknologier for å dyrke grønnsaker og fôre dem med LED inkluderer for eksempel en gigant som Philips Electronics, som har sin egen avdeling for landbruks-LED. Forskere som jobber der lager nye typer emballasjelinjer og styringssystemer, og utforsker mulighetene for mikroklimateknologier, aeroponikk*, akvaponikk**, hydroponikk***, høstingssystemer for regnvann og til og med mikroturbiner som tillater bruk av stormenergi. Men så langt har ingen klart å få slike innovasjoner til å lønne seg. Det vanskeligste er energiforbruket. VertiCorp (Vancouver) hydroponiske system, som laget mye støy i det vitenskapelige miljøet, som ble kåret til Årets oppdagelse 2012 av TIME magazine, krasjet pga. forbrukte for mye strøm. "Det er mange løgner og tomme løfter i dette området," sier Harper, sønn av en baker som vokste opp på en gård i Texas. "Dette har ført til mange bortkastede investeringer og kollaps av mange store og små selskaper."
Harper hevder at takket være bruken av hans utviklinger, vil det være mulig å redusere strømforbruket med 80 %. I motsetning til industrielle landbruksteknologier beskyttet av patenter, er prosjektet hans åpent, og alle kan bruke innovasjonene hans. Det er allerede en presedens for dette, slik tilfellet var med MIT-designede laserskjærere og XNUMXD-skrivere, som instituttet produserer og donerer til laboratorier rundt om i verden. "De opprettet et produksjonsnettverk som jeg ser på som en modell for vår grønnsaksdyrkingsbevegelse," sier Harper.
… På en fin juniettermiddag tester Harper ut sitt nye oppsett. Han holder et stykke papp hentet fra et leketøysett for barn. Foran ham står en boks med coleslaw opplyst av blå og røde lysdioder. Landingene "overvåkes" av et bevegelsessporende videokamera lånt av Harper fra PlayStation. Han dekker kammeret med et pappark – diodene blir lysere. "Vi kan ta hensyn til værdata og lage en diodelyskompensasjonsalgoritme," sier forskeren, "Men systemet vil ikke være i stand til å forutsi regnfullt eller overskyet vær. Vi trenger et litt mer interaktivt miljø.»
Harper satte sammen en slik modell av aluminiumslameller og plexiglasspaneler – en slags steril operasjonsstue. Inne i denne glassblokken, høyere enn en mann, bor 50 planter, noen med røtter hengende ned og automatisk vannet med næringsstoffer.
I seg selv er slike metoder ikke unike: små drivhusgårder har brukt dem i flere år. Innovasjonen ligger nettopp i bruken av dioder av blått og rødt lys, som skaper fotosyntese, samt kontrollnivået som Harper har oppnådd. Drivhuset er bokstavelig talt proppet med ulike sensorer som leser atmosfæriske forhold og sender data til en datamaskin. "Over tid vil dette drivhuset bli enda mer intelligent," forsikrer Harper.
Den bruker et system med etiketter gitt til hver plante for å spore veksten til hver plante. "Til dags dato har ingen gjort dette," sier Harper. "Det har vært mange falske rapporter om slike eksperimenter, men ingen av dem besto testen. Det er nå mye informasjon i det vitenskapelige miljøet om slike studier, men ingen vet med sikkerhet om de var vellykkede, og generelt, om de faktisk ble utført.
Målet hans er å lage en produksjonslinje for grønnsaker på forespørsel, levert som Amazon.com. I stedet for å plukke grønne grønnsaker (for eksempel ettersom grønne tomater høstes i Nederland om sommeren eller Spania om vinteren – næringsfattige og smakløse), så send dem hundrevis av kilometer, gass dem for å gi et utseende av modenhet – du kan bestille tomatene dine her også, men blir virkelig modne og friske, fra hagen, og nesten i neste gate. "Leveringen vil være rask," sier Harper. "Ingen smaks- eller næringstap i prosessen!"
Til dags dato er Harpers største uløste problem med lyskilder. Den bruker både sollys fra et vindu og internettstyrte lysdioder laget av den sveitsiske oppstarten Heliospectra. Hvis du plasserer grønnsaksplantager på kontorbygg, slik Harper foreslår å gjøre, vil det være nok energi fra solen. "Beplantningene mine bruker bare 10 % av lysspekteret, resten varmer bare rommet – det er som en drivhuseffekt," forklarer Harper. – Så jeg må kjøle ned drivhuset med vilje, noe som krever mye energi og ødelegger selvforsyningen. Men her er et retorisk spørsmål: hvor mye koster sollys?
I tradisjonelle «solenergi»-drivhus må dørene åpnes for å avkjøle rommet og redusere den akkumulerte fuktigheten – slik kommer ubudne gjester – insekter og sopp – inn. Vitenskapelige team ved selskaper som Heliospectra og Philips mener at bruk av solen er en utdatert tilnærming. Faktisk blir det største vitenskapelige gjennombruddet innen landbruk nå gjort av belysningsselskaper. Heliospectra leverer ikke bare lamper til drivhus, men driver også akademisk forskning innen metoder for å akselerere biomassevekst, akselerere blomstring og forbedre smaken av grønnsaker. NASA bruker lamper de lager i sitt eksperiment for å modulere en "mars-rombase" på Hawaii. Belysning her skapes av paneler med dioder, som har sin egen innebygde datamaskin. "Du kan sende et signal til en plante som spør hvordan den føles, og til gjengjeld sender den informasjon om hvor mye av spekteret den bruker og hvordan den spiser," sier Heliosphere-medleder Christopher Steele, fra Gøteborg. "For eksempel er blått lys ikke optimalt for veksten av basilikum og påvirker smaken negativt." Solen kan heller ikke belyse grønnsakene perfekt jevnt - dette skyldes utseendet til skyer og jordens rotasjon. "Vi kan dyrke grønnsaker uten mørke fat og flekker som ser bra ut og smaker godt," legger administrerende direktør Stefan Hillberg til.
Slike belysningssystemer selges til en pris på 4400 pund, noe som ikke er billig i det hele tatt, men etterspørselen på markedet er veldig høy. I dag er det rundt 55 millioner lamper i drivhus rundt om i verden. "Lamper må skiftes hvert 1-5 år," sier Hillberg. "Det er mye penger."
Planter foretrekker dioder fremfor sollys. Siden diodene kan plasseres rett over planten, trenger den ikke bruke ekstra energi på å lage stengler, den vokser tydelig oppover og den løvrike delen er tykkere. På GreenSenseFarms, den største innendørs vertikale gården i verden, som ligger 50 km fra Chicago, er så mange som 7000 lamper plassert i to belysningsrom. "Salat som dyrkes her er mer smakfull og sprøere," sier administrerende direktør Robert Colangelo. – Vi lyser opp hver seng med 10 lamper, vi har 840 senger. Vi får 150 salathoder fra hagen hver 30. dag.»
Sengene er plassert vertikalt på gården og når 7.6 m høyde. Green Sense-gården bruker teknologien til den såkalte "hydro-næringsfilmen". I praksis betyr det at næringsrikt vann siver gjennom «jorden» – knuste kokosnøttskall, som brukes her i stedet for torv, fordi det er en fornybar ressurs. "Fordi bedene er plassert vertikalt, vokser grønnsakene minst ti ganger tykkere og gir 25 til 30 ganger mer enn under normale, horisontale forhold," sier Coangelo. "Det er bra for jorden fordi det ikke frigjøres plantevernmidler, pluss at vi bruker resirkulert vann og resirkulert gjødsel." "Den bruker mye mindre energi (enn vanlig)," sier Colangelo, når han snakker om grønnsaksfabrikken hans, opprettet i samarbeid med Philips, som er den største på planeten.
Colangelo tror at landbruksindustrien snart vil utvikle seg i bare to retninger: For det første store, åpne områder beplantet med korn som hvete og mais, som kan lagres i flere måneder og sakte transporteres rundt i verden – disse gårdene ligger langt fra byer. For det andre vertikale gårder som skal dyrke dyre, bedervelige grønnsaker som tomater, agurker og grønt. Gården hans, som åpnet i april i år, forventes å generere 2-3 millioner dollar i årlig omsetning. Colangelo selger allerede sine signaturprodukter til restauranter og WholeFood-distribusjonssenteret (som ligger bare 30 minutter unna), som leverer ferske grønnsaker til 48 butikker i 8 amerikanske stater.
"Neste trinn er automatisering," sier Colangelo. Siden bedene er plassert vertikalt, tror anleggets direktør det vil være mulig å bruke robotikk og sensorer for å finne ut hvilke grønnsaker som er modne, høste dem og erstatte dem med nye frøplanter. «Det vil være som Detroit med sine automatiserte fabrikker der roboter setter sammen biler. Biler og lastebiler er satt sammen av deler bestilt av forhandlere, ikke masseprodusert. Vi vil kalle dette "å vokse på bestilling". Vi vil plukke grønnsaker når butikken trenger dem.»
En enda mer utrolig innovasjon innen landbruket er "shipping container farms". De er vertikale voksende bokser utstyrt med et varmesystem, vanning og belysning med diodelamper. Disse beholderne, enkle å transportere og lagre, kan stables fire oppå hverandre og plasseres rett utenfor butikker og restauranter for å gi dem ferske grønnsaker.
Flere selskaper har allerede fylt denne nisjen. Florida-baserte Growtainer er et selskap som produserer både hele gårder og løsninger på stedet for restauranter og skoler (hvor de brukes som visuelle hjelpemidler i biologi). "Jeg legger en million dollar i dette," sier Grotainer-sjef Glen Berman, som har ledet orkidedyrkere i Florida, Thailand og Vietnam i 40 år og nå er den største distributøren av levende planter i USA og Europa. "Vi har perfeksjonert vannings- og lyssystemene," sier han. "Vi vokser bedre enn naturen selv."
Allerede har han dusinvis av distribusjonssentre, hvorav mange fungerer i henhold til "eier-forbruker"-systemet: de selger deg en beholder, og du dyrker grønnsaker selv. Bermans nettsted hevder til og med at disse beholderne er utmerket "live-reklame" som logoer og annen informasjon kan plasseres på. Andre selskaper jobber etter et annet prinsipp – de selger beholdere med egen logo, der det allerede vokser grønnsaker. Dessverre, mens begge ordningene er dyre for forbrukeren.
"Mikrofarmer har en omvendt ROI per område," sier Paul Lightfoot, administrerende direktør i Bright Farms. Bright Farms produserer små drivhus som kan plasseres ved siden av supermarkedet, og reduserer dermed leveringstiden og kostnadene. "Hvis du trenger å varme opp et rom, er det billigere å varme opp ti kvadratkilometer enn hundre meter."
Noen landbruksinnovatører er ikke fra akademia, men fra næringslivet. Det samme er Bright Farms, som var basert på non-profit-prosjektet ScienceBarge fra 2007, en prototype av en innovativ urban gård som var forankret i Hudson River (New York). Det var da supermarkeder over hele verden merket en økende etterspørsel etter ferske, lokalt dyrkede grønnsaker.
På grunn av det faktum at 98 % av salaten som selges i amerikanske supermarkeder dyrkes i California om sommeren og i Arizona om vinteren, er kostnadene (som inkluderer kostnadene for vann, som er dyrt vest i landet) relativt høye. . I Pennsylvania signerte Bright Farms en kontrakt med et lokalt supermarked, fikk skattefradrag for å skape arbeidsplasser i regionen og kjøpte en gård på 120 hektar. Gården, som bruker et regnvannssystem på taket og vertikale konfigurasjoner som Saleb Harper's, selger sine egne merkede greener til en verdi av 2 millioner dollar årlig til supermarkeder i New York og Philadelphia i nærheten.
"Vi tilbyr et alternativ til de dyrere, ikke så ferske vestkystens greener," sier Lightfoot. – Bedervelige greener er veldig dyre å frakte over hele landet. Så dette er vår mulighet til å introdusere et bedre, ferskere produkt. Vi trenger ikke å bruke penger på langdistansefrakt. Våre kjerneverdier ligger utenfor teknologiens område. Vår innovasjon er selve forretningsmodellen. Vi er klare til å implementere enhver teknologi som vil tillate oss å oppnå resultater."
Lightfoot mener at containerfarmer aldri vil kunne få fotfeste i store supermarkeder på grunn av manglende tilbakebetaling. "Det er noen ekte nisjer, som dyre greener for utvalgte restauranter," sier Lightfoot. «Men det vil ikke fungere med de hastighetene jeg jobber med. Selv om slike containere for eksempel kan kastes inn i militærbasen til marinesoldatene i Afghanistan.»
Likevel gir innovasjoner i landbruket berømmelse og inntekt. Dette blir tydelig når du ser på gården, som ligger 33 meter under gatene i North Capham (London-området). Her, i et tidligere tilfluktsrom fra første verdenskrig, har gründeren Stephen Dring og partnere samlet inn 1 million pund for å konvertere uavhentet byrom for å skape banebrytende jordbruk som er bærekraftig og lønnsomt, og som med suksess dyrker salat og annet grønt.
Selskapet hans, ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food), dyrker greener i vertikale stativer ved hjelp av et "tidevann"-system: vann skyller over de voksende greenene og samles deretter opp (forsterket med næringsstoffer) for å bli gjenbrukt. Grøntområdet er plantet i kunstig jord laget av resirkulerte tepper fra Olympic Village i Stratford. Elektrisiteten som brukes til belysning kommer fra små mikro-vannkraftturbiner. "Vi har mye regn i London," sier Dring. "Så vi setter turbiner i regnvannsavrenningssystemet, og de gir oss energi." Dring jobber også med å løse et av de største problemene med vertikal dyrking: varmelagring. "Vi undersøker hvordan varme kan fjernes og gjøres om til elektrisitet, og hvordan karbondioksid kan brukes - det fungerer som steroider på planter."
I det østlige Japan, som ble hardt rammet av jordskjelvet og tsunamien i 2001, gjorde en kjent plantespesialist en tidligere Sony-halvlederfabrikk til verdens nest største innendørs gård. Med et areal på 2300 m2, gården er opplyst med 17500 10000 lavenergielektroder (produsert av General Electric), og produserer XNUMX XNUMX greener per dag. Selskapet bak gården - Mirai ("Mirai" betyr "fremtid" på japansk) - jobber allerede med GE-ingeniører for å sette opp en "voksende fabrikk" i Hong Kong og Russland. Shigeharu Shimamura, som står bak opprettelsen av dette prosjektet, formulerte sine planer for fremtiden på denne måten: "Endelig er vi klare til å begynne industrialiseringen av landbruket."
Det er ingen mangel på penger i landbrukssektoren for vitenskap akkurat nå, og dette kan sees i det økende antallet innovasjoner, alt fra de som er designet for hjemmebruk (det er mange interessante prosjekter på Kickstarter, for eksempel Niwa, som lar deg dyrke tomater hjemme i en smarttelefonkontrollert hydroponisk plante), til global. Silicon Valley økonomiske gigant SVGPartners, for eksempel, har slått seg sammen med Forbes for å være vertskap for en internasjonal landbruksinnovasjonskonferanse neste år. Men sannheten er at det vil ta lang tid – et tiår eller mer – før innovativt landbruk vinner en betydelig del av den globale matvareindustrien.
"Det som er veldig viktig er at vi ikke har noen transportkostnader, ingen utslipp og minimalt ressursforbruk," sier Harper. Et annet interessant poeng som forskeren bemerket: en dag vil vi være i stand til å overgå de regionale egenskapene til å dyrke vegetabilske produkter. Restauranter vil dyrke grønnsaker etter deres smak, rett utenfor, i spesielle beholdere. Ved å endre lyset, syre-basebalansen, mineralsammensetningen i vannet, eller spesifikt begrense vanning, kan de kontrollere smaken av grønnsaker – for eksempel gjøre en salat søtere. Gradvis kan du på denne måten lage dine egne merkede grønnsaker. "Det vil ikke lenger være "de beste druene vokser her og der", sier Harper. – «Will be» de beste druene dyrkes på denne gården i Brooklyn. Og den beste mangolden kommer fra den gården i Brooklyn. Dette er utrolig".
Google skal implementere Harpers funn og mikrofarmdesignet hans i kafeteriaen til Mountain View-hovedkvarteret deres for å mate ansatte med fersk, sunn mat. Han ble også kontaktet av et bomullsselskap som spurte om det var mulig å dyrke bomull i et så innovativt drivhus (Harper er ikke sikker – kanskje det er mulig). Harpers prosjekt, OpenAgProject, har tiltrukket seg bemerkelsesverdig oppmerksomhet fra akademikere og offentlige selskaper i Kina, India, Mellom-Amerika og De forente arabiske emirater. Og en annen partner nærmere hjemmet, Michigan State University, er i ferd med å gjøre et tidligere 4600 kvadratmeter stort billager i utkanten av Detroit til det som vil bli verdens største «vertikale grønnsaksfabrikk». "Hvor er det beste stedet å forstå automatisering, hvis ikke i Detroit? spør Harper. – Og noen spør fortsatt, «hva er den nye industrielle revolusjonen»? Det er det hun er!"
* Aeroponics er prosessen med å dyrke planter i luften uten bruk av jord, der næringsstoffer leveres til plantens røtter i form av en aerosol
** Aquaponics – høyteknologisken logisk oppdrettsmåte som kombinerer akvakultur – dyrking av vannlevende dyr og hydroponikk – dyrking av planter uten jord.
***Hydroponikk er en jordfri måte å dyrke planter på. Planten har sitt rotsystem ikke i bakken, men i et fuktig luft (vann, godt luftet; fast, men fukt- og luftkrevende og ganske porøst) medium, godt mettet med mineraler, på grunn av spesielle løsninger. Et slikt miljø bidrar til god oksygenering av rhizomene til planten.