Вертикальная ферма — обобщённое название высокоавтоматизированного агропромышленного комплекса для выращивания культурных растений методами гидропоники или аэропоники в закрытых помещениях внутри специально спроектированного или адаптированного для этого здания. Главными отличиями вертикальных агропроизводств от традиционных тепличных хозяйств являются многоярусное размещение насаждений и полностью контролируемый в закрытом помещении климат. Термин и идея принадлежат .

По состоянию на 2020 год в мире существует эквивалент около 30 га действующих вертикальных сельскохозугодий . Современное применение многоуровневых стеллажей в сочетании фитоосвещением на основе светодиодов , автоматизация ирригации и подачи удобрений, позволяют в 5 и более раз повысить урожайность с единицы площади на вертикальных фермах по сравнению с традиционными методами земледелия . Доклады Европейской комиссии и Всемирного фонда природы признают бóльшую экологическую безопасность вертикальных ферм по сравнению с тепличными агропроизводством.

Проекты вертикальных ферм заявляют следующие характеристики:

• стабильность урожая, который не зависит от природных условий;
• применение информационных технологий, в частности интернета вещей и машинного зрения для контроля и оптимизации роста урожая;
• применение систем сбора и очистки воды, позволяющих снизить водопотребление на 95 % относительно традиционных агропроизводств;
• повышенное потребление углекислого газа;
• замкнутый цикл вентиляции, очистка и ионизация воздуха в залах выращивания, позволяющий исключить возникновение вредителя и фитопатологий, использование пестицидов , гербицидов и инсектицидов ;
• гибкая конструкция с возможностью лёгкого расширения производства;
• возможность размещения в черте городов, в перепрофилируемых объектах индустриальной инфраструктуры;
• энергетическая независимость (при использовании солнечной и ветровой энергии).

История

Концепция вертикальной фермы была сформулирована профессором Колумбийского университета . В 1999 году он провел исследование, призванное подсчитать, какое количество растительной пищи можно произвести тепличным методом, используя в качестве площадей крыши нью-йоркских небоскребов. Аспиранты, проводившие работу, пришли к выводу, что такие фермы смогут прокормить только около 1000 человек . Не удовлетворенный результатами, Деспоммье постулировал возможность выращивать растения в помещении на нескольких вертикальных уровнях и предложил проект 30-этажной вертикальной фермы, оснащенной искусственным освещением, гидропонными и аэропонными стеллажами , которая смогла бы производить количество пищи достаточное для пропитания 50 000 человек . На верхних этажах спроектированного им небоскреба планировалось выращивание около 100 видов фруктов и овощей, а на нижних — размещение птицефермы и аквариумов для промышленного производства рыбы, которое использовало бы отходы растениеводства как питание для рыб и птиц. Ферма-небоскреб Деспомье на сегодняшний день не построена, но она популяризировала идею вертикального земледелия и вдохновила многие последующие проекты .

Рост индустрии в 2000-2010 годах сдерживался высокими энергозатратами на фитоосвещение вертикальных ферм, коммерческие проекты не достигали рентабельности . Однако, в последующее десятилетие, рост эффективности светодиодного освещения и снижение цен на электроэнергию из возобновляемых источников сделали возможным коммерческое "вертикальное" производство салатных трав, овощей и ягод, а также появление разработчиков технологий и производителей оборудования для отрасли.

В период с 2014 по 2020 год cуммарно около 1,8 млрд долларов США было инвестировано в стартапы отрасли . Были созданы и в настоящее время существуют ряд специализированных отраслевых новостных изданий , а также международная со штаб-квартирой в Мюнхене, Германия.

Общий объем глобального рынка вертикальных ферм по данным Globe Newswire в 2020 году составил 3 млрд. долларов США, из которых наиболее значительными являются рынки США, Китая, Японии и Германии . На 2021, по оценкам Деспомье странами-лидерами по внедрению вертикальных ферм являются Япония (количество оценивается в сотнях), Тайвань (ок.150) и США (100-150),так же в последнее время появляются ягодные фермы. В том числе и в России начинаются эксперименты ягодных вертикальных ферм на подобии . В ближайшие годы аналитиками прогнозируется значительный рост объемов инвестиций и оборотов в отрасли.

Основные типы вертикальных ферм

• Гидропонные (реже, аэропонные ) агропроизводства, специализирующиеся на выращивание зелени, салатов, овощей, ягод, как правило располагающиеся в перепрофилифилированных торговых, складских, легкопромышленных помещениях;
• Аквапонные системы, сочетающие выращивание аквакультуры (рыбы или водных животных) и гидропонное выращивание растений;
• Помещения проращивания, позволяющие обеспечить высокий процент всхожести семян для предварительной подготовки рассады в крупных тепличных комплексах;
• Фермы контейнерного типа, перемещаемые с помощью грузового транспорта;
• Малообъёмные блоки доращивания, т. н. «кропперы», представляющие собой витрины для выращивания зелени на последней стадии дозревания, размещаемые в местах продаж.

Экологические преимущества

Экологи отмечают потенциальный долгосрочный позитивный экологический эффект вертикальных ферм, при их массовом внедрении . Отмечается что вертикальные фермы не загрязняют сточные воды и не требуют применения пестицидов, не приводят к эрозии почв, имеют существенно меньший выброс парниковых газов, таких как метан, азот и двуокись углерода . Полный контроль над процессом производства в т.ч. гигиенический контроль, сводит к минимуму вероятность патогенного загрязнения продукции и улучшает однородность, питательную ценность, вкус и срок хранения продукта .

На вертикальной ферме, благодаря контролируемому микроклимату и использованию замкнутого цикла ирригации значительно снижено потребление воды , что делает этот метод производства предпочтительным в регионах с ее дефицитом.

По мнению эколога и телеведущего сэра Дэвида Аттенборо , высказанного им в фильме следует переносить производство растительной пищи в помещения внутри городов с целью сохранения биоразнообразия и вклада в устойчивое развитие на фоне роста населения планеты.

По мнению Диксона Деспомье каждая единица площади выращивания на вертикальной ферме позволит освободить от 10 до 20 единиц земли той же площади в настоящее время занятой под сельское хозяйство .

Кулинарная спелость продукции

Вертикальные фермы обычно строятся в городах или в непосредственной близости от них, что позволяет максимально сократить время между сбором урожая и его продажей. Продукция вертикальных ферм, таким образом, может быть получена массовым потребителем на пике спелости , и исключает необходимость дозаривания , обработки этиленом или другими химреагентами, как это обыкновенно происходит в случае с массовой продукцией растениеводства . Предполагается, что такой подход способен решить проблему «безвкусных» продуктов промышленного растениеводства, обеспечив массового потребителя овощами полностью зрелыми, а не на стадиях «съемной», «технической» или «потребительской» спелости .

Экономическая целесообразность

Невероятно эффективное использование площади, как основное достоинство, противопоставляется высокому энергопотреблению, как основному недостатку вертикальных ферм. Отмечается, что производство на вертикальной ферме приблизительно в десять раз более эффективно, чем в теплицах и в сто раз более эффективно, чем в открытом поле , но высокие энергозатраты вертикального земледелия осложняют его конкуренцию с земледелием традиционным .

Пропоненты вертикальных ферм ссылаются на , согласно которому падение стоимости светодиодного люмена пропорционально росту его эффективности. Количество фотосинтетически активной радиации современных фитоламп за десятилетний период c 2008-го по 2018 год выросло более чем в три раза . При этом цены на осветительное оборудование на основе светодиодов продолжают снижаться. Согласно отчету Европейской комиссии рынок фитоосвещения в ближайшие годы будет существенно расти на фоне перехода от «эры теплиц» к «эре вертикальных ферм» .

Другие исследователи считают, что относительная экономическая рентабельность вертикальных ферм напрямую зависит от климатических условий, в которых расположены сравниваемые агропроизводства, и предпринимают попытки обозначить географические регионы в которых замена тепличного производства на вертикальную ферму оправдана . Однако детального сравнения затрат, которое бы включало операционные и транспортные, затраты на отопление и освещение, стоимость удобрений и средств обработки защиты растений и почвы, технического обслуживания, утилизации и переработки расходных материалов с учетом использования энергии как возобновляемых, так и не возобновляемых ресурсов, и возможности их рекуперации, на данный момент не проводилось .

Примечания