Навіть серед їхніх досить незвичайних колег – творчих геніїв і трохи божевільних вчених медіа-лабораторії Массачусетського технологічного інституту (MIT), яка розташована поблизу Бостона (США), де зі стелі звисають гігантські надувні акули, столи часто прикрашають голови роботів. , а худі, коротко стрижені вчені в гавайських сорочках захоплено обговорюють загадкові формули, намальовані крейдою на дошці – Салеб Харпер видається дуже незвичайною людиною. Поки його колеги по наукових дослідженнях творять : штучний інтелект, розумні протези, машини для складання нового покоління та медичні пристрої, які відображають нервову систему людини в 3D, над чим працює Harper – Він вирощує капусту. За останній рік він перетворив невеликий вестибюль Інституту на п’ятому поверсі (за дверима своєї лабораторії) на супертехнологічний сад, який виглядає так, ніби його ожили з науково-фантастичного фільму. Кілька сортів брокколі, помідорів і базиліка ростуть тут, здавалося б, у повітрі, купаючись у синіх і червоних неонових світлодіодах; а їхні білі корені роблять їх схожими на медуз. Рослини обвили скляну стіну довжиною 7 метрів і висотою 2.5 метри, так що здається, ніби вони обвили офісну будівлю. Неважко здогадатися, що якщо дати волю Харперу і його колегам, то в недалекому майбутньому вони можуть перетворити весь мегаполіс в такий собі живий і їстівний сад.
«Я вірю, що у нас є сила змінити світ і глобальну продовольчу систему», — каже Гарпер, високий кремезний 34-річний чоловік у синій сорочці та ковбойських черевиках. «Потенціал міського фермерства величезний. І це не порожні слова. «Міське фермерство» за останні роки переросло фазу «дивіться, це дійсно можливо» (під час якої проводилися експерименти з вирощування салату та овочів на міських дахах і в порожніх міських просторах) і стало справжньою хвилею інновацій, запущених мислителями міцно стоячи на ногах, як Харпер. Рік тому він став співзасновником проекту CityFARM, і зараз Харпер досліджує, як високі технології можуть допомогти оптимізувати врожайність овочів. При цьому використовуються сенсорні системи, які відстежують потребу рослин у воді та добривах, живлять розсаду світлом оптимальної частоти хвилі: діоди, реагуючи на потреби рослини, посилають світло, яке не тільки дає життя рослин, а й визначає їх смак. Харпер мріє, щоб такі плантації в майбутньому зайняли своє місце на дахах будівель – у реальних містах, де живе і працює багато людей.
Інновації, які пропонує запровадити Харпер, можуть знизити витрати на сільське господарство та зменшити його вплив на навколишнє середовище. Він стверджує, що шляхом вимірювання та контролю освітленості, поливу та підгодівлі за його методикою можна зменшити споживання води на 98%, прискорити ріст овочів у 4 рази, повністю виключити використання хімічних добрив і пестицидів, подвоїти поживність. цінність овочів і поліпшення їх смаку.
Виробництво продуктів харчування є серйозною екологічною проблемою. Перш ніж потрапити на наш стіл, він зазвичай долає тисячі кілометрів. Кевін Фредіяні, керівник відділу органічного сільського господарства в Bicton College, сільськогосподарській школі в Девоні, Великобританія, підрахував, що Великобританія імпортує 90% своїх фруктів і овочів із 24 країн (з яких 23% – з Англії). Виявляється, доставка качана капусти, вирощеного в Іспанії і доставленого вантажівкою до Великобританії, призведе до викиду близько 1.5 кг шкідливих викидів вуглецю. Якщо вирощувати цю голову у Великобританії, в теплиці, цифра буде ще більшою: близько 1.8 кг викидів. «Нам просто не вистачає світла, а скло погано тримає тепло», — зауважує Фредіяні. Але якщо використовувати спеціальну утеплену будівлю зі штучним освітленням, то можна знизити викиди до 0.25 кг. Фредіяні знає, про що говорить: раніше він керував фруктовими садами та овочевими плантаціями в зоопарку Пейнґтона, де у 2008 році запропонував метод вертикальної посадки для більш ефективного вирощування корму для тварин. Якщо ми зможемо запустити такі методи, ми отримаємо дешевшу, свіжішу та поживнішу їжу, ми зможемо скоротити викиди парникових газів на мільйони тонн щорічно, в тому числі в частині виробництва, яка стосується пакування, транспортування та сортування. сільськогосподарської продукції, що сумарно дає в 4 рази більше шкідливих викидів, ніж саме вирощування. Це може значно відстрочити наближення глобальної продовольчої кризи, що насувається.
Експерти ООН підрахували, що до 2050 року населення планети зросте на 4.5 мільярда, а 80% жителів планети житимуть у містах. Вже сьогодні 80% землі, придатної для сільського господарства, використовується, а ціни на продукцію зростають через посилення посух і повеней. За таких умов інноватори в сільському господарстві звернули увагу на міста як на можливе вирішення проблеми. Адже овочі можна вирощувати будь-де, навіть на хмарочосах або в покинутих бомбосховищах.
До числа корпорацій, які починають використовувати інноваційні тепличні технології для вирощування овочів і живлення їх світлодіодами, відноситься, наприклад, такий гігант, як Philips Electronics, який має власний відділ сільськогосподарських світлодіодів. Вчені, які там працюють, створюють нові типи пакувальних ліній і систем управління, досліджують можливості технологій мікроклімату, аеропоніки*, аквапоніки**, гідропоніки***, систем збору дощової води та навіть мікротурбін, які дозволяють використовувати енергію грози. Але поки що нікому не вдалося зробити так, щоб такі нововведення окупилися. Найскладніше – споживання енергії. Гідропонна система VertiCorp (Ванкувер), яка наробила багато шуму в науковому співтоваристві, яку журнал TIME назвав відкриттям 2012 року, вийшла з ладу через. спожили занадто багато електроенергії. «У цій сфері багато брехні та порожніх обіцянок», — каже Гарпер, син пекаря, який виріс на техаській фермі. «Це призвело до великої кількості даремно витрачених інвестицій і краху багатьох великих і малих компаній».
Харпер стверджує, що завдяки використанню його розробок вдасться скоротити споживання електроенергії на 80%. На відміну від технологій промислового землеробства, захищених патентами, його проект відкритий, і його інноваціями може скористатися будь-хто. Для цього вже є прецедент, як у випадку з розробленими MIT лазерними різаками та XNUMXD-принтерами, які Інститут виробляє та дарує лабораторіям по всьому світу. «Вони створили виробничу мережу, яку я вважаю зразком для нашого руху по вирощуванню овочів», — каже Гарпер.
… Гарного червневого дня Гарпер тестує свою нову установку. Він тримає шматок картону, взятий з дитячого набору іграшок. Перед ним коробка з капустяним салатом, освітлена синіми та червоними світлодіодами. Приземлення «контролює» відеокамера, яка відстежує рух, запозичена Harper у PlayStation. Накриває камеру картонним листом – діоди стають яскравішими. «Ми можемо врахувати дані про погоду та створити алгоритм компенсації діодного освітлення, — каже вчений, — але система не зможе передбачити дощову чи хмарну погоду. Нам потрібне трохи більше інтерактивне середовище».
Харпер зібрав таку модель з алюмінієвих ламелей і панелей з оргскла – таку собі стерильну операційну. Усередині цього скляного блоку, вищого за людський зріст, живуть 50 рослин, у деяких з корінням звисає вниз і автоматично зрошується поживними речовинами.
Самі по собі такі методи не є унікальними: невеликі тепличні господарства використовують їх уже кілька років. Інновація полягає саме у використанні діодів синього та червоного світла, що створює фотосинтез, а також досягнутого Харпером рівня контролю. Теплиця буквально нашпигована різноманітними датчиками, які зчитують атмосферні умови та передають дані на комп’ютер. «З часом ця теплиця стане ще розумнішою», — запевняє Харпер.
Він використовує систему міток, наданих кожній рослині, щоб відстежувати ріст кожної рослини. «На сьогоднішній день цього ніхто не робив», — каже Харпер. «Було багато неправдивих повідомлень про такі експерименти, але жоден з них не пройшов перевірку. Зараз у науковому середовищі є багато інформації про подібні дослідження, але ніхто достеменно не знає, чи були вони успішними, і взагалі, чи проводилися вони насправді.
Його мета — створити лінію з виробництва овочів на вимогу, як Amazon.com. Замість того, щоб збирати овочі зеленими (наприклад, як в Нідерландах влітку чи в Іспанії взимку збирають зелені помідори – бідні на поживні речовини та несмачні), потім відправляти їх за сотні кілометрів, газувати, щоб надати вигляду стиглості – можна замовити. твої помідори тут теж, але дуже стиглі та свіжі, з городу, і майже на сусідній вулиці. «Доставка буде швидкою», — каже Харпер. «Жодної втрати смаку чи поживних речовин у процесі!»
На сьогоднішній день найбільша невирішена проблема Харпера пов'язана з джерелами світла. Він використовує як сонячне світло з вікна, так і контрольовані через Інтернет світлодіоди, створені швейцарським стартапом Heliospectra. Якщо розмістити овочеві плантації на офісних будівлях, як пропонує зробити Харпер, то енергії Сонця буде достатньо. «Мої рослини використовують лише 10% світлового спектру, решта просто зігріває кімнату – це як парниковий ефект», – пояснює Харпер. – Тому доводиться навмисно охолоджувати теплицю, що потребує багато енергії та руйнує самоокупність. Але ось риторичне запитання: скільки коштує сонячне світло?
У традиційних «сонячних» теплицях доводиться відкривати двері, щоб охолодити приміщення і знизити накопичену вологість – так всередину потрапляють непрохані гості – комахи і грибки. Наукові групи таких корпорацій, як Heliospectra та Philips, вважають, що використання Сонця є застарілим підходом. Власне, найбільший науковий прорив у сфері сільського господарства зараз роблять світлотехнічні компанії. Heliospectra не тільки постачає лампи для теплиць, а й проводить наукові дослідження в області методів прискорення росту біомаси, прискорення цвітіння і поліпшення смаку овочів. NASA використовує виготовлені лампи у своєму експерименті для модуляції «марсіанської космічної бази» на Гаваях. Освітлення тут створюють панелі з діодами, які мають власний вбудований комп’ютер. «Ви можете надіслати сигнал рослині, запитуючи, як вона себе почуває, і у відповідь вона надсилає інформацію про те, яку частину спектру вона використовує та як вона харчується», — каже один із керівників Heliosphere Крістофер Стіл з Гетеборга. «Наприклад, синє світло не є оптимальним для росту базиліка та негативно впливає на його смак». Також сонце не може освітлювати овочі ідеально рівномірно – це пов’язано з появою хмар і обертанням Землі. «Ми можемо вирощувати овочі без темних бочок і плям, які чудово виглядають і мають приємний смак», — додає генеральний директор Стефан Гіллберг.
Такі системи освітлення продаються за ціною 4400 фунтів, що зовсім недешево, але попит на ринку дуже високий. Сьогодні в теплицях по всьому світу встановлено близько 55 мільйонів ламп. «Лампи потрібно міняти кожні 1-5 років, — каже Хіллберг. «Це багато грошей».
Рослини віддають перевагу діодам перед сонячним світлом. Оскільки діоди можна розташувати безпосередньо над рослиною, їй не потрібно витрачати зайву енергію на створення стебла, вона росте чітко вгору, а листяна частина товщі. На GreenSenseFarms, найбільшій закритій вертикальній фермі в світі, розташованій в 50 км від Чикаго, в двох освітлювальних кімнатах розміщено аж 7000 ламп. «Салат, вирощений тут, смачніший і хрусткіший», — каже генеральний директор Роберт Коланджело. – Кожне ліжко ми освітлюємо 10 лампами, маємо 840 ліжок. Ми отримуємо 150 головок салату з саду кожні 30 днів».
Грядки розташовані на фермі вертикально і досягають 7.6 м висоти. На фермі Green Sense використовується технологія так званої «гідропоживної плівки». На практиці це означає, що багата поживними речовинами вода просочується через «ґрунт» — подрібнену кокосову шкаралупу, яку тут використовують замість торфу, оскільки це поновлюваний ресурс. «Оскільки грядки розташовані вертикально, овочі ростуть принаймні в десять разів товщі й дають у 25–30 разів більше врожаю, ніж у звичайних горизонтальних умовах», — каже Коланджело. «Це добре для Землі, оскільки немає викидів пестицидів, а також ми використовуємо перероблену воду та перероблені добрива». «Він споживає набагато менше енергії (ніж звичайний)», — каже Коланджело, говорячи про свою овочеву фабрику, створену спільно з Philips, яка є найбільшою на планеті.
Коланджело вважає, що незабаром сільськогосподарська галузь розвиватиметься лише у двох напрямках: по-перше, великі відкриті простори, засіяні зерновими, такими як пшениця та кукурудза, які можна зберігати місяцями та повільно транспортувати по світу – ці ферми розташовані далеко від міст. По-друге, вертикальні ферми, які будуть вирощувати дорогі, швидкопсувні овочі, такі як помідори, огірки та зелень. Очікується, що його ферма, яка відкрилася у квітні цього року, матиме 2-3 мільйони доларів щорічного обороту. Коланджело вже продає свої фірмові продукти в ресторани та дистрибуційний центр WholeFood (розташований лише за 30 хвилин їзди), який доставляє свіжі овочі в 48 магазинів у 8 штатах США.
«Наступний крок — автоматизація, — каже Коланджело. Оскільки грядки розташовані вертикально, директор заводу вважає, що можна буде за допомогою роботизації та сенсорів визначати, які овочі дозріли, збирати їх і замінювати новою розсадою. «Це буде як Детройт з його автоматизованими заводами, де роботи збирають автомобілі. Легкові та вантажні автомобілі збираються з деталей, які замовляють дилери, а не виробляються масово. Ми назвемо це «вирощування на замовлення». Ми зберемо овочі, коли вони потрібні магазину».
Ще більш неймовірна інновація у сфері сільського господарства – «контейнерні ферми». Являють собою вертикальні ящики для вирощування, обладнані системою підігріву, поливу та освітлення діодними лампами. Ці контейнери, які легко транспортувати та зберігати, можна скласти по чотири один на одного та поставити прямо біля магазинів та ресторанів, щоб забезпечити їх свіжими овочами.
Кілька компаній вже зайняли цю нішу. Growtainer із Флориди — це компанія, яка виробляє як цілі ферми, так і локальні рішення для ресторанів і шкіл (де вони використовуються як наочні посібники з біології). «Я вклав у це мільйон доларів», — каже генеральний директор Grotainer Глен Берман, який протягом 40 років очолював виробників орхідей у Флориді, Таїланді та В’єтнамі, а зараз є найбільшим дистриб’ютором живих рослин у США та Європі. «Ми вдосконалили системи поливу та освітлення», — каже він. «Ми ростемо краще, ніж сама природа».
У нього вже є десятки розподільних центрів, багато з яких працюють за системою «власник-споживач»: продають тару, а ви самі вирощуєте овочі. На сайті Бермана навіть стверджується, що ці контейнери є чудовою «живою рекламою», на якій можна розміщувати логотипи та іншу інформацію. Інші компанії працюють за іншим принципом – продають контейнери зі своїм логотипом, в яких уже ростуть овочі. На жаль, поки обидві схеми обходяться споживачеві дорого.
«Мікроферми мають зворотну рентабельність інвестицій на площу», — говорить Пол Лайтфут, генеральний директор Bright Farms. Bright Farms виробляє невеликі теплиці, які можна поставити поруч із супермаркетом, таким чином скорочуючи час і вартість доставки. «Якщо потрібно обігріти приміщення, то дешевше обігріти десять квадратних кілометрів, ніж сто метрів».
Деякі інноватори в сільському господарстві не з наукових кіл, а з бізнесу. Так само й Bright Farms, який базувався на некомерційному проекті ScienceBarge 2007 року, прототипі інноваційної міської ферми, яка стояла на якорі в річці Гудзон (Нью-Йорк). Саме тоді супермаркети в усьому світі помітили зростання попиту на свіжі місцеві овочі.
Через те, що 98% салату, що продається в супермаркетах США, вирощується влітку в Каліфорнії, а взимку в Арізоні, його вартість (включаючи вартість води, дорогої на заході країни) відносно висока. . У Пенсільванії компанія Bright Farms підписала контракт з місцевим супермаркетом, отримала податковий кредит за створення робочих місць у регіоні та купила ферму площею 120 га. Ферма, яка використовує систему дощової води на даху та вертикальні конфігурації, як у Saleb Harper's, щорічно продає зелені під власним брендом на суму 2 мільйони доларів у супермаркети Нью-Йорка та сусідньої Філадельфії.
«Ми пропонуємо альтернативу дорожчій, не дуже свіжій зелені Західного узбережжя», — каже Лайтфут. – Швидкопсувну зелень транспортувати по країні дуже дорого. Тож це наша можливість представити кращий, свіжіший продукт. Нам не потрібно витрачати гроші на доставку на великі відстані. Наші основні цінності лежать поза сферою технологій. Нашою інновацією є сама бізнес-модель. Ми готові впроваджувати будь-які технології, які дозволять досягти результату».
Лайтфут вважає, що контейнерні ферми ніколи не зможуть закріпитися у великих супермаркетах через відсутність окупності. «Є кілька реальних ніш, як-от дорога зелень для вибраних ресторанів», — каже Лайтфут. «Але це не працюватиме на тих швидкостях, з якими я працюю. Хоча такі контейнери можна, наприклад, закинути на військову базу морської піхоти в Афганістані».
Та все ж інновації в сільському господарстві приносять славу і дохід. Це стає очевидним, якщо подивитися на ферму, розташовану в 33 метрах під вулицею Норт-Кафем (район Лондона). Тут, у колишньому бомбосховищі часів Першої світової війни, підприємець Стівен Дрінг і його партнери зібрали 1 мільйон фунтів стерлінгів, щоб перетворити незатребувані міські простори на створення передового екологічно безпечного та прибуткового землеробства, яке успішно вирощує салат та іншу зелень.
Його компанія ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food) вирощує зелень у вертикальних стелажах за допомогою системи «припливу»: вода омиває зелень, що росте, а потім збирається (збагачена поживними речовинами) для повторного використання. Зелень висаджена в штучному ґрунті, виготовленому з перероблених килимів з Олімпійського селища в Стратфорді. Електроенергія, яка використовується для освітлення, надходить від невеликих мікрогідроелектричних турбін. «У Лондоні багато дощу, — каже Дрінг. «Тож ми встановлюємо турбіни в систему стоку дощової води, і вони живлять нас енергією». Dring також працює над вирішенням однієї з найбільших проблем вертикального вирощування: зберігання тепла. «Ми досліджуємо, як тепло можна видалити та перетворити на електрику, а також як можна використовувати вуглекислий газ — він діє на рослини як стероїди».
У східній Японії, яка сильно постраждала від землетрусу та цунамі 2001 року, відомий фахівець заводу перетворив колишню фабрику напівпровідників Sony на другу за величиною криту ферму в світі. Площею 2300 м2, ферма освітлюється 17500 низькоенергетичними електродами (виробництва General Electric) і виробляє 10000 голів зелені на день. Компанія, що стоїть за фермою – Mirai («Mirai» означає «майбутнє» японською мовою) – уже працює з інженерами GE над створенням «фабрики, що росте» в Гонконгу та Росії. Шигехару Сімамура, який стоїть за створенням цього проекту, сформулював свої плани на майбутнє так: «Нарешті ми готові почати індустріалізацію сільського господарства».
Грошей в аграрному секторі науки зараз не бракує, і про це свідчить зростання кількості інновацій, починаючи від розрахованих на домашнє використання (на Kickstarter є багато цікавих проектів, наприклад Niwa, яка дозволяє вирощувати помідори в домашніх умовах на гідропонній установці, керованій смартфоном), до глобальної. Наприклад, економічний гігант Кремнієвої долини SVGPartners об’єднав зусилля з Forbes, щоб наступного року провести міжнародну конференцію з сільськогосподарських інновацій. Але правда полягає в тому, що інноваційному сільському господарству знадобиться багато часу – десятиліття чи більше – щоб завоювати значний шматок світового пирога харчової промисловості.
«Дійсно важливо те, що у нас немає транспортних витрат, викидів і мінімальне споживання ресурсів», — говорить Харпер. Ще один цікавий момент, який зазначив науковець: колись ми зможемо перевершити регіональні особливості вирощування овочевої продукції. Ресторани вирощуватимуть овочі на свій смак прямо на вулиці, у спеціальних контейнерах. Змінюючи освітленість, кислотно-лужний баланс, мінеральний склад води чи спеціально обмежуючи полив, вони можуть контролювати смак овочів – скажімо, зробити салат солодшим. Поступово таким чином можна створити власні фірмові овочі. «Більше не буде «найкращий виноград рости тут і там», — каже Гарпер. – «Буде» найкращий виноград вирощують на цій фермі в Брукліні. А найкращий мангольд виходить із ферми в Брукліні. Це дивно".
Google збирається застосувати висновки Гарпера та його проект мікроферми в кафетерії штаб-квартири в Маунтін-В’ю, щоб годувати співробітників свіжою здоровою їжею. З ним також зв’язалася бавовняна компанія і запитала, чи можливо вирощувати бавовну в такій інноваційній теплиці (Харпер не впевнений – можливо, це можливо). Проект Харпера OpenAgProject привернув значну увагу вчених і державних компаній Китаю, Індії, Центральної Америки та Об’єднаних Арабських Еміратів. А інший партнер, ближчий до дому, Мічиганський державний університет, збирається перетворити колишній автомобільний склад площею 4600 квадратних футів на околиці Детройта на те, що стане найбільшою у світі «вертикальною овочевою фабрикою». «Де найкраще зрозуміти автоматизацію, як не в Детройті? — запитує Харпер. – А дехто досі запитує, «що таке нова промислова революція»? Ось яка вона!»
* Аеропоніка — це процес вирощування рослин на повітрі без використання ґрунту, при якому поживні речовини доставляються до коренів рослин у вигляді аерозолю.
** Аквапоніка – високі технологіїлогічний спосіб ведення сільського господарства, який поєднує аквакультуру – вирощування водних тварин і гідропоніку – вирощування рослин без ґрунту.
***Гідропоніка – безґрунтовий спосіб вирощування рослин. Коренева система рослини знаходиться не в землі, а у вологоповітряному (водному, добре аерованому; твердому, але волого- і повітроємному і досить пористому) середовищі, добре насиченому мінеральними речовинами, завдяки спеціальним розчинам. Таке середовище сприяє хорошому насиченню киснем кореневищ рослини.