I mezi jejich poněkud neobvyklými kolegy – kreativními génii a lehce bláznivými vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) Media Lab, který se nachází nedaleko Bostonu (USA), kde ze stropu visí obří nafukovací žraloci, jsou stoly často zdobeny hlavami robotů a hubení vědci s krátkými vlasy v havajských košilích, kteří obdivně diskutují o záhadných vzorcích nakreslených křídou na tabuli – zdá se, že Saleb Harper je velmi neobvyklý člověk. Zatímco jeho kolegové ve vědeckém výzkumu tvoří : umělá inteligence, chytré protézy, skládací stroje nové generace a lékařská zařízení, která zobrazují lidský nervový systém ve 3D, na čem Harper pracuje – Pěstuje zelí. Během posledního roku proměnil malou vstupní halu ústavu v pátém patře (za dveřmi své laboratoře) na super-tech zahradu, která vypadá, jako by byla oživena ze sci-fi filmu. Roste zde několik druhů brokolice, rajčat a bazalky, zdánlivě ve vzduchu, zalité modrými a červenými neonovými LED světly; a díky jejich bílým kořenům vypadají jako medúzy. Rostliny se omotávaly kolem skleněné stěny, 7 metrů dlouhé a 2.5 metru vysoké, takže se zdá, jako by se omotaly kolem administrativní budovy. Není těžké uhodnout, že když dáte volný průchod Harperovi a jeho kolegům, mohou v blízké budoucnosti proměnit celou metropoli v takovou živou a jedlou zahradu.
„Věřím, že máme sílu změnit svět a globální potravinový systém,“ říká Harper, vysoký, podsaditý 34letý muž v modré košili a kovbojských botách. „Potenciál pro městské zemědělství je obrovský. A nejsou to prázdná slova. „Městské zemědělství“ v posledních letech přerostlo fázi „Podívejte se, je to opravdu možné“ (během které byly provedeny experimenty s pěstováním salátu a zeleniny na střechách měst a na prázdných městských prostranstvích) a stalo se skutečnou vlnou inovací, kterou spustili myslitelé pevně stojící na nohou jako Harper. Před rokem spoluzaložil projekt CityFARM a Harper nyní zkoumá, jak mohou špičkové technologie pomoci optimalizovat výnosy zeleniny. Současně se používají senzorové systémy, které monitorují potřebu rostlin po vodě a hnojivech a krmí sazenice světlem o optimální vlnové frekvenci: diody v reakci na potřeby rostliny vysílají světlo, které nejen dává život rostlin, ale také určuje jejich chuť. Harper sní o tom, že takové plantáže v budoucnu zaujmou své místo na střechách budov – ve skutečných městech, kde žije a pracuje mnoho lidí.
Inovace, které Harper navrhuje zavést, mohou snížit náklady na zemědělství a snížit jeho dopad na životní prostředí. Tvrdí, že měřením a řízením světla, zálivkou a hnojením podle jeho metody je možné snížit spotřebu vody o 98 %, urychlit růst zeleniny 4x, zcela vyloučit používání chemických hnojiv a pesticidů, zdvojnásobit nutriční hodnotu zeleniny a zlepšit její chuť.
Výroba potravin je vážným ekologickým problémem. Než se dostane na náš stůl, obvykle urazí tisíce kilometrů. Kevin Frediyani, vedoucí ekologického zemědělství na Bicton College, zemědělské škole v Devonu ve Velké Británii, odhaduje, že Spojené království dováží 90 % ovoce a zeleniny z 24 zemí (z toho 23 % pochází z Anglie). Ukazuje se, že dodávka hlávky zelí vypěstované ve Španělsku a dodané kamionem do Spojeného království povede k emisím asi 1.5 kg škodlivých uhlíkových emisí. Pokud pěstujete tuto hlavu ve Spojeném království ve skleníku, bude toto číslo ještě vyšší: asi 1.8 kg emisí. „Prostě nemáme dostatek světla a sklo špatně drží teplo,“ poznamenává Frediyani. Pokud ale použijete speciální izolovanou budovu s umělým osvětlením, můžete emise snížit na 0.25 kg. Frediyani ví, o čem mluví: dříve spravoval sady a zeleninové plantáže v Zoo Paington, kde v roce 2008 navrhl metodu vertikální výsadby pro efektivnější pěstování krmiva pro zvířata. Pokud dokážeme zavést takové metody, získáme levnější, čerstvější a výživnější potraviny, budeme schopni snížit emise skleníkových plynů o miliony tun ročně, a to i v části výroby, která se týká balení, přepravy a třídění zemědělských produktů, která v součtu produkuje 4x více škodlivých emisí než samotné pěstování. To může výrazně oddálit blížící se globální potravinovou krizi.
Experti OSN spočítali, že do roku 2050 vzroste světová populace o 4.5 miliardy a 80 % světové populace bude žít ve městech. Již dnes se využívá 80 % půdy vhodné pro zemědělství a ceny produktů rostou kvůli zvýšeným suchům a povodním. Za takových podmínek se zemědělskí inovátoři zaměřili na města jako na možné řešení problému. Zeleninu lze koneckonců pěstovat kdekoli, dokonce i na mrakodrapech nebo v opuštěných protiletadlových krytech.
Mezi korporace, které začínají využívat inovativní skleníkové technologie pro pěstování zeleniny a krmení LED diodami, patří například takový gigant Philips Electronics, který má vlastní oddělení pro zemědělské LED. Vědci, kteří tam pracují, vytvářejí nové typy balicích linek a řídicích systémů, zkoumají možnosti mikroklimatických technologií, aeroponie*, akvaponie**, hydroponie***, systémů na sběr dešťové vody a dokonce i mikroturbíny, které umožňují využití energie bouří. Ale zatím se nikomu nepodařilo, aby se takové inovace vyplatily. Nejtěžší je spotřeba energie. Hydroponický systém VertiCorp (Vancouver), který nadělal ve vědecké komunitě velký hluk a který časopis TIME označil za objev roku 2012, havaroval, protože. spotřeboval příliš mnoho elektřiny. „V této oblasti je spousta lží a prázdných slibů,“ říká Harper, syn pekaře, který vyrostl na texaské farmě. "To vedlo ke spoustě promarněných investic a kolapsu mnoha velkých i malých společností."
Harper tvrdí, že díky využití jeho vývoje bude možné snížit spotřebu elektřiny o 80 %. Na rozdíl od technologií průmyslového zemědělství chráněných patenty je jeho projekt otevřený a jeho inovace může využít kdokoli. Již pro to existuje precedens, jako tomu bylo v případě laserových řezaček navržených MIT a tiskáren XNUMXD, které institut vyrábí a daruje laboratořím po celém světě. „Vytvořili produkční síť, kterou vidím jako vzor pro naše hnutí pěstování zeleniny,“ říká Harper.
… Jednoho krásného červnového odpoledne Harper testuje své nové nastavení. Drží kus lepenky vytažený ze sady dětských hraček. Před ním je krabice zelný salát osvětlená modrými a červenými LED diodami. Přistání „monitoruje“ videokamera se sledováním pohybu, kterou si Harper vypůjčil z PlayStation. Komoru přikryje lepenkou – diody se rozsvítí. „Můžeme vzít v úvahu data o počasí a vytvořit algoritmus kompenzace diodového osvětlení,“ říká vědec, „ale systém nebude schopen předpovídat deštivé nebo zatažené počasí. Potřebujeme trochu interaktivnější prostředí.“
Harper takový model sestavil z hliníkových lamel a plexi panelů – jakýsi sterilní operační sál. Uvnitř tohoto skleněného bloku, vyššího než člověk, žije 50 rostlin, některé s kořeny visícími dolů a automaticky zavlažované živinami.
Tyto metody samy o sobě nejsou jedinečné: malé skleníkové farmy je používají již několik let. Inovace spočívá právě ve využití diod modrého a červeného světla, které vytváří fotosyntézu, a také v úrovni ovládání, které Harper dosáhl. Skleník je doslova napěchován různými senzory, které snímají atmosférické podmínky a posílají data do počítače. "Postupem času se tento skleník stane ještě inteligentnějším," ujišťuje Harper.
Využívá systém štítků přidělených každé rostlině ke sledování růstu každé rostliny. "K dnešnímu dni to nikdo neudělal," říká Harper. „O takových experimentech bylo mnoho falešných zpráv, ale žádný z nich neprošel testem. Ve vědecké komunitě je nyní o takových studiích mnoho informací, ale nikdo s jistotou neví, zda byly úspěšné a obecně, zda byly skutečně provedeny.
Jeho cílem je vytvořit linku na produkci zeleniny na vyžádání, dodávanou jako Amazon.com. Místo toho, abyste zeleninu sbírali nazeleno (například jak se zelená rajčata sklízejí v létě v Nizozemsku nebo v zimě ve Španělsku – chudá na živiny a bez chuti), pak ji posílejte stovky kilometrů, plynujte, aby vypadala zrale – můžete si objednat vaše rajčata zde také, ale jsou opravdu zralá a čerstvá, ze zahrady a téměř na vedlejší ulici. "Doručení bude rychlé," říká Harper. "Žádná ztráta chuti nebo živin v procesu!"
K dnešnímu dni je největším nevyřešeným problémem Harpera se světelnými zdroji. Využívá jak sluneční světlo z okna, tak internetem řízené LEDky vyrobené švýcarským startupem Heliospectra. Pokud umístíte zeleninové plantáže na kancelářské budovy, jak navrhuje Harper, pak bude dostatek energie ze Slunce. „Moje výsadby využívají pouze 10 % světelného spektra, zbytek pouze ohřívá místnost – je to jako skleníkový efekt,“ vysvětluje Harper. – Skleník tedy musím schválně chladit, což vyžaduje hodně energie a ničí soběstačnost. Ale je tu řečnická otázka: kolik stojí sluneční světlo?
V tradičních „solárních“ sklenících je třeba otevřít dveře, aby se místnost ochladila a snížila nahromaděná vlhkost – tak se dovnitř dostanou nezvaní hosté – hmyz a houby. Vědecké týmy v korporacích jako Heliospectra a Philips se domnívají, že používání Slunce je zastaralý přístup. Ve skutečnosti největší vědecký průlom v oblasti zemědělství nyní dělají osvětlovací společnosti. Heliospectra dodává nejen lampy do skleníků, ale také provádí akademický výzkum v oblasti metod pro urychlení růstu biomasy, urychlení kvetení a zlepšení chuti zeleniny. NASA používá lampy, které vyrobili ve svém experimentu, aby modulovala „marťanskou vesmírnou základnu“ na Havaji. Osvětlení je zde tvořeno panely s diodami, které mají vestavěný vlastní počítač. „Můžete vyslat signál rostlině s dotazem, jak se cítí, a ona na oplátku pošle informaci o tom, kolik spektra využívá a jak jí,“ říká spoluvedoucí Heliosphere Christopher Steele z Göteborgu. "Například modré světlo není optimální pro růst bazalky a nepříznivě ovlivňuje její chuť." Slunce také nedokáže osvětlit zeleninu dokonale rovnoměrně – je to způsobeno výskytem mraků a rotací Země. „Můžeme pěstovat zeleninu bez tmavých sudů a skvrn, které vypadají skvěle a chutnají,“ dodává generální ředitel Stefan Hillberg.
Takové osvětlovací systémy se prodávají za cenu 4400 liber, což není vůbec levné, ale poptávka na trhu je velmi vysoká. Dnes je ve sklenících po celém světě asi 55 milionů lamp. „Žárovky je nutné vyměnit každých 1–5 let,“ říká Hillberg. "To je hodně peněz."
Rostliny dávají přednost diodám před slunečním zářením. Jelikož lze diody umístit přímo nad rostlinu, nemusí vynakládat energii navíc na vytváření stonků, roste zřetelně nahoru a listová část je silnější. Na GreenSenseFarms, největší vnitřní vertikální farmě na světě, která se nachází 50 km od Chicaga, je ve dvou osvětlovacích místnostech umístěno až 7000 lamp. „Salát pěstovaný zde je chutnější a křupavější,“ říká generální ředitel Robert Colangelo. – Každé lůžko osvětlujeme 10 lampami, máme 840 lůžek. Každých 150 dní získáváme 30 hlávek salátu ze zahrady.“
Lůžka jsou na farmě uspořádána vertikálně a dosahují výšky 7.6 m. Farma Green Sense využívá technologii tzv. „hydronutričního filmu“. V praxi to znamená, že „půdou“ prosakuje voda bohatá na živiny – drcené kokosové skořápky, které se zde používají místo rašeliny, protože jde o obnovitelný zdroj. „Protože jsou záhony uspořádány svisle, zelenina roste nejméně desetkrát silnější a výnos 25 až 30krát více než v normálních horizontálních podmínkách,“ říká Colangelo. "Je to dobré pro Zemi, protože nedochází k uvolňování pesticidů a navíc používáme recyklovanou vodu a recyklované hnojivo." „Spotřebuje mnohem méně energie (než konvenční),“ říká Colangelo, když mluví o své továrně na zeleninu, která vznikla ve spolupráci se společností Philips, která je největší na planetě.
Colangelo věří, že se zemědělský průmysl bude brzy rozvíjet pouze dvěma směry: za prvé, velké, otevřené prostory osázené obilím, jako je pšenice a kukuřice, které lze skladovat měsíce a pomalu přepravovat po celém světě – tyto farmy se nacházejí daleko od měst. Za druhé, vertikální farmy, které budou pěstovat drahou zeleninu podléhající zkáze, jako jsou rajčata, okurky a zelenina. Jeho farma, která byla otevřena letos v dubnu, má generovat roční obrat 2-3 miliony dolarů. Colangelo již prodává své značkové produkty do restaurací a distribučního centra WholeFood (nachází se pouhých 30 minut odtud), které dodává čerstvou zeleninu do 48 obchodů v 8 státech USA.
„Dalším krokem je automatizace,“ říká Colangelo. Vzhledem k tomu, že záhony jsou uspořádány vertikálně, ředitel závodu věří, že bude možné pomocí robotiky a senzorů určit, která zelenina je zralá, sklidit ji a nahradit ji novými sazenicemi. „Bude to jako Detroit s jeho automatizovanými továrnami, kde roboti montují auta. Osobní a nákladní automobily se montují z dílů objednaných prodejci, nikoli sériově. Budeme tomu říkat „pěstování na zakázku“. Zeleninu nasbíráme, až ji obchod bude potřebovat.“
Ještě neuvěřitelnější novinkou v oblasti zemědělství jsou „farmy s přepravními kontejnery“. Jsou to vertikální pěstební boxy vybavené systémem vytápění, závlahou a osvětlením diodovými lampami. Tyto nádoby, které se snadno přepravují a skladují, lze stohovat čtyři na sebe a umístit je přímo před obchody a restaurace, aby jim poskytly čerstvou zeleninu.
Několik společností již zaplnilo toto místo. Growtainer se sídlem na Floridě je společnost, která vyrábí jak celé farmy, tak řešení na místě pro restaurace a školy (kde se používají jako vizuální pomůcky v biologii). „Vložil jsem do toho milion dolarů,“ říká generální ředitel Grotainer Glen Berman, který 40 let vedl pěstitele orchidejí na Floridě, v Thajsku a Vietnamu a nyní je největším distributorem živých rostlin v USA a Evropě. „Dovedli jsme k dokonalosti zavlažovací a osvětlovací systémy,“ říká. "Rostneme lépe než samotná příroda."
Už má desítky distribučních center, z nichž mnohá fungují systémem „vlastník-spotřebitel“: prodají vám kontejner a zeleninu si vypěstujete sami. Bermanův web dokonce tvrdí, že tyto kontejnery jsou vynikající „živou reklamou“, na kterou lze umístit loga a další informace. Jiné firmy fungují na jiném principu – prodávají nádoby s vlastním logem, ve kterých už zelenina roste. Bohužel, zatímco oba systémy jsou pro spotřebitele drahé.
„Mikrofarmy mají obrácenou návratnost investic na plochu,“ říká Paul Lightfoot, generální ředitel Bright Farms. Bright Farms vyrábí malé skleníky, které lze umístit vedle supermarketu, čímž se zkracuje čas a náklady na doručení. "Pokud potřebujete vytopit místnost, je levnější vytopit deset kilometrů čtverečních než sto metrů."
Někteří zemědělští inovátoři nepocházejí z akademické sféry, ale z byznysu. Stejně tak Bright Farms, která byla založena na neziskovém projektu ScienceBarge z roku 2007, prototypu inovativní městské farmy, která byla zakotvena v řece Hudson (New York). Tehdy supermarkety po celém světě zaznamenaly rostoucí poptávku po čerstvé, místně pěstované zelenině.
Vzhledem k tomu, že 98 % hlávkového salátu prodávaného v amerických supermarketech se pěstuje v létě v Kalifornii a v zimě v Arizoně, jsou jeho náklady (včetně nákladů na vodu, která je na západě země drahá) poměrně vysoké. . V Pensylvánii společnost Bright Farms podepsala smlouvu s místním supermarketem, získala daňový kredit za vytváření pracovních míst v regionu a koupila farmu o rozloze 120 hektarů. Farma, která využívá střešní systém dešťové vody a vertikální konfigurace jako Saleb Harper's, prodává ročně své vlastní značkové greeny v hodnotě 2 milionů dolarů do supermarketů v New Yorku a nedaleké Philadelphii.
"Nabízíme alternativu k dražším, ne tak čerstvým greenům ze západního pobřeží," říká Lightfoot. – Doprava po zemi podléhající zkáze je velmi nákladná. Toto je naše příležitost představit lepší a čerstvější produkt. Nemusíme utrácet peníze za přepravu na dlouhé vzdálenosti. Naše základní hodnoty leží mimo oblast technologií. Naší inovací je samotný obchodní model. Jsme připraveni implementovat jakoukoli technologii, která nám umožní dosáhnout výsledků.“
Lightfoot věří, že kontejnerové farmy se nikdy nebudou moci prosadit ve velkých supermarketech kvůli nedostatečné návratnosti. "Existuje několik skutečných výklenků, například drahé zelené pro vybrané restaurace," říká Lightfoot. "Ale nebude to fungovat při rychlostech, se kterými pracuji." I když takové kontejnery mohou být například vhozeny do vojenské základny námořní pěchoty v Afghánistánu.“
Přesto inovace v zemědělství přinášejí slávu a příjmy. To se ukáže, když se podíváte na farmu, která se nachází 33 metrů pod ulicemi North Capham (oblast Londýna). Zde, v bývalém protileteckém krytu z 1. světové války, podnikatel Stephen Dring a partneři získali XNUMX milion liber na přeměnu nevyužitého městského prostoru k vytvoření špičkového zemědělství, které je udržitelné a ziskové a úspěšně pěstuje salát a další zeleninu.
Jeho společnost ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food) pěstuje zeleninu ve vertikálních regálech pomocí systému „přílivu“: voda omývá rostoucí zeleninu a poté se shromažďuje (obohacuje o živiny) k opětovnému použití. Zeleň je zasazena do umělé půdy vyrobené z recyklovaných koberců z olympijské vesnice ve Stratfordu. Elektřina použitá pro osvětlení pochází z malých mikro-hydroelektrických turbín. "V Londýně hodně prší," říká Dring. "Takže jsme dali turbíny do systému odtoku dešťové vody a ty nás zásobují energií." Dring také pracuje na řešení jednoho z největších problémů vertikálního pěstování: akumulace tepla. "Zkoumáme, jak lze teplo odstranit a přeměnit na elektřinu a jak lze využít oxid uhličitý - na rostliny působí jako steroidy."
Ve východním Japonsku, které těžce zasáhlo zemětřesení a tsunami v roce 2001, známý specialista na továrny proměnil bývalou továrnu na polovodiče Sony na druhou největší vnitřní farmu na světě. S rozlohou 2300 m2Farma je osvětlena 17500 10000 nízkoenergetickými elektrodami (vyrábí General Electric) a produkuje XNUMX XNUMX zelených listů denně. Společnost stojící za farmou – Mirai („Mirai“ znamená v japonštině „budoucnost“) – již spolupracuje s inženýry GE na zřízení „rostoucí továrny“ v Hongkongu a Rusku. Shigeharu Shimamura, který stojí za vznikem tohoto projektu, formuloval své plány do budoucna takto: „Konečně jsme připraveni zahájit industrializaci zemědělství.“
V zemědělském sektoru vědy momentálně není o peníze nouze a je to vidět na rostoucím počtu inovací, od těch určených pro domácí použití (na Kickstarteru je spousta zajímavých projektů, například Niwa, která vám umožňuje pěstovat rajčata doma v hydroponické rostlině ovládané chytrým telefonem), na globální. Například ekonomický gigant SVGPartners ze Silicon Valley spojil síly s Forbes, aby příští rok uspořádali mezinárodní zemědělskou inovační konferenci. Pravdou však je, že bude trvat dlouho – deset let i déle –, než inovativní zemědělství vyhraje významnou část koláče globálního potravinářského průmyslu.
„Opravdu důležité je, že nemáme žádné dopravní náklady, žádné emise a minimální spotřebu zdrojů,“ říká Harper. Další zajímavý bod, který vědec poznamenal: jednoho dne budeme schopni překonat regionální charakteristiky pěstování rostlinných produktů. Restaurace si budou pěstovat zeleninu podle své chuti přímo venku ve speciálních nádobách. Změnou světla, acidobazické rovnováhy, minerálního složení vody nebo specifickým omezením zavlažování mohou ovládat chuť zeleniny – řekněme osladit salát. Postupně si tak můžete vytvořit vlastní značkovou zeleninu. „Nebudou už žádné ‚nejlepší hrozny rostou tu a tam‘,“ říká Harper. – „Bude“ nejlepší hrozny se pěstují na této farmě v Brooklynu. A nejlepší mangold pochází z té farmy v Brooklynu. To je úžasné".
Google se chystá implementovat Harperova zjištění a jeho návrh mikrofarmy v jídelně jejich centrály v Mountain View, aby krmil zaměstnance čerstvými, zdravými potravinami. Kontaktovala ho také bavlnářská společnost s dotazem, zda je možné pěstovat bavlnu v tak inovativním skleníku (Harper si není jistý – možná je to možné). Harperův projekt, OpenAgProject, přitáhl pozoruhodnou pozornost akademiků a veřejných společností v Číně, Indii, Střední Americe a Spojených arabských emirátech. A další partner blíž k domovu, Michigan State University, se chystá proměnit bývalý sklad automobilů o rozloze 4600 XNUMX čtverečních stop na předměstí Detroitu v to, co se stane největší světovou „vertikální továrnou na zeleninu“. „Kde je nejlepší místo k pochopení automatizace, když ne v Detroitu? ptá se Harper. – A někteří se stále ptají, „co je nová průmyslová revoluce“? To je ona!"
* Aeroponie je proces pěstování rostlin na vzduchu bez použití půdy, při kterém jsou živiny dodávány ke kořenům rostlin ve formě aerosolu
** Aquaponie – high-techlogický způsob hospodaření, který kombinuje akvakulturu – pěstování vodních živočichů a hydroponii – pěstování rostlin bez půdy.
***Hydroponie je způsob pěstování rostlin bez půdy. Rostlina nemá svůj kořenový systém v zemi, ale ve vlhkém (voda, dobře provzdušněné; pevné, ale na vlhkost a vzduch náročné a spíše porézní) médium, dobře nasycené minerály, díky speciálním roztokům. Takové prostředí přispívá k dobrému okysličení oddenků rostliny.