Klimastyring til vertikale landbrug: Forbedret udbytte med reduceret energiforbrug

Der er ingen vej uden om, at verdens tilgang til landbruget vil skulle ændres betydeligt inden for en overskuelig fremtid.

"I øjeblikket er vi ved at ændre den måde, vi producerer fødevarer på", siger dr. William Stiles. "De måder, vi har gjort det på hidtil, kan være miljøskadelige og bliver mere og mere usikre som produktionssystem under klimaforandringerne."

"I de kommende årtier vil udfordringerne med at opretholde planteproduktionen kun vokse. Selv om det ikke nødvendigvis betyder, at der hvert år vil være problemer med afgrødeubbytter, så kan det medføre stor fødevareusikkerhed."

Med disse meget reelle udsigter i horisonten udgør vertikal landbrug - også kendt som Controlled Environment Agriculture (CEA) - fremtiden for dyrkning af afgrøder. En fremtid, hvor fødevareproduktionen kan kontrolleres og optimeres mere end nogensinde før.

I denne artikel gennemgår vi CEA, italesætter "elefanten i rummet", nemlig energiomkostningerne, og forklarer, hvordan Dantherm og Vertikit sammen skaber klimastyringsløsninger til vertikale landbrug, der imødegår problemstillingen.

Hvad er vertikalt landbrug?

Vertikalt landbrug eller CEA er en dyrkningsmetode, hvor afgrøder dyrkes oven på hinanden indendørs, hvilket giver mulighed for at kontrollere vækstbetingelserne optimalt for at forbedre både udbyttet og kvaliteten af produkterne. Det kan foregå i alt fra et lille skur eller drivhus til store anlæg og lagerhaller.

Med den øgede risiko for store afgrødeudfald efter 2030 på grund af klimaændringerne er teknologi afgørende for fortsat fødevaresikkerhed i verden.

"Kernen med vertikalt landbrug er, at det kan bidrage til fødevaresikkerheden", siger Stiles.

"Når man ser på potentialet for massehungersnød over hele verden på grund af fejlslagne afgrøder forårsaget af ekstremt vejr - scenarier, der er meget realistiske fra 2030 og frem - vil det at have teknologi på plads til at skifte fra markproduktion til vertikale dyrkningsmetoder sikre, at vi har en vis fødevareproduktion uanset hvad."

Få mere at vide om landbrug i kontrolleret miljø.

Fordele ved indendørs vertikale landbrug

Ud over den vigtige sikkerhed i fødevareproduktionen har vertikale landbrug mange fordele i forhold til traditionelle landbrugsmetoder:

Større udbytte og bedre kvalitet af afgrøder

Ud over at øge konsistensen i afgrødeproduktionen forbedrer vertikalt landbrug udbyttet betydeligt og kan forbedre den generelle kvalitet. Dyrkningsmetoden er 5-10 gange så effektiv som traditionelle landbrug.

På en "standard" salatbedrift kan man f.eks. forvente at høste 1-2 afgrøder om året. På et velfungerende vertikalt landbrug vil man sandsynligvis høste en afgrøde hver måned.

Desuden er vertikale landbrug ret kompakte, hvorfor producenterne har mulighed for at diversificere deres afgrødeudbud.

Styring af væksten af nøgleprodukter

Vertikalt landbrug gør det muligt for producenterne at ændre miljøet omkring planterne, som de ønsker. Man kan tvinge planterne til at vokse på en bestemt måde eller forbedre udbyttet ved at ændre miljøet.

"Planter har en høj grad af plasticitet," forklarer Dr. Stiles. "De er ude af stand til at flytte sig, så hvis forholdene er suboptimale for vækst, så de er nødt til at tilpasse deres fysiologi."

"Derfor er det muligt at tvinge planterne til at tilpasse deres kropsform og kemiske struktur ved at fremkalde bestemte belastninger. Dette kan resultere i produktion af forbindelser, som kan være gavnlige ud fra et produktionsperspektiv."

Et godt eksempel på dette er påskeliljer, som er kendt for at producere et stof kaldet galantamin; et stof, der bruges i Alzheimersmedicin. Produktionen af dette stof øges, når denne plante dyrkes i højlandsmiljøer (et fænomen, der kaldes "Black Mountain Effect", opkaldt efter det sted, hvor det først blev observeret). Men det er en udfordring at dyrke planter i højlandsmiljøer.

Ved hjælp af CEA-teknologier kan producenterne i stedet genskabe de nøjagtige miljøforhold, der er nødvendige for at maksimere produktionen af dette stof under forhold, hvor produktionen er håndterbar og ensartet.

Vertikale landbrug giver også mulighed for konsekvent udvikling af ønskværdige fødevarer til forbrugerne, f.eks. rødkarse, eller mulighed for at dyrke afgrøder, der ikke er hjemmehørende i visse lande.

Reduceret jordforringelse

Når afgrøderne stables vertikalt i et specialbygget anlæg, er det potentiale for store arealbesparelser:

For regionale landmænd kan fremgangsmåden give mulighed for at dedikere et skur eller en lille container til hver afgrøde og genanvende landbrugsjord til andre formål, f.eks. dyrkning af alternative afgrøder eller diversificering af jorden.

Hvorfor er klimastyring afgørende for vertikalt landbrug?

Effektiv klimastyring er hele kernen i vertikal landbrugets forbedrede udbytte og mulighed for at dyrke hele året rundt. Klimastyringsteknologien opretholder nemlig den temperatur, luftfugtighed, luftkvalitet og meget andet, som afgrøderne har brug for for at vokse med optimal hastighed og kvalitet.

Med de rigtige affugtere, varmeapparater, køleapparater og luftbehandlingssystemer på plads kan et vertikalt landbrug skabe den "perfekte sommerdag" (eller perfekte vinterdag afhængigt af afgrøden!) i et skur eller en container og opretholde disse forhold 365 dage om året.

Hvad er de optimale betingelser for dyrkning af afgrøder?

Dette varierer betydeligt afhængigt af, hvilken afgrøde du vil dyrke, men mange planter trives ved temperaturer på omkring 25ºC og en luftfugtighed på 65% RH. Det optimale klima for en plante vil dog ændre sig på forskellige stadier af dens udvikling:

Hvad er de største udfordringer med klimastyring til vertikale landbrug?

I de vertikale landbrugsprojekter, som vi har støttet hos Dantherm, har en af de mest fremtrædende udfordringer været varmebelastningen. LED-lys, affugtere og andre ting afgiver megen varme i de lukkede rum.

Vi har hjulpet med at levere affugtere med fjernkondenseringsenheder (RCU), der samtidig køler luften og styrer luftfugtigheden. I større vertikale landbrug sikrer vores effektive luftbehandlingssystemer avanceret styring af temperatur, luftfugtighed og luftkvalitet.

Vi har også rådgivet om løsninger til at kontrollere damptryksunderskuddet (VPD). Dette styrer transpirationen fra en plantes spalteåbninger og påvirkes i høj grad af den omgivende luftfugtighed. De fleste planter trives med et VPD på mellem 0,4 og 1,6 - hvis det er lavere eller højere, kan en plante miste sin evne til at lave fotosyntese.

I tæt samarbejde med landmænd, der er begyndt at arbejde med vertikalt landbrug, har vi hjulpet med at implementere energieffektive affugtningsløsninger, der sikrer, at VPD-niveauerne forbliver inden for et ideelt område.

Energiomkostningerne ved vertikalt landbrug

På trods af de utrolige muligheder, som vertikal landbrug giver, har energikravene hidtil forhindret det i at blive den nye standard for landmænd.

"Problemet med CEA er, at det er enormt energikrævende, og energi er dyrt - især i den nuværende situation", forklarer Stiles.

"Sammenlignet med konventionelle landbrugssystemer er det en dyr produktionsmetode, hvilket betyder, at de dyrkede produkter skal være af tilstrækkelig høj værdi eller produceres i tilstrækkeligt store mængder for at opveje de højere omkostninger."

Vertikal landbrug har i vid udstrækning været begrænset til produktion af varer af høj værdi, f.eks. mikrogrønt, der giver en høj pris på landmandsmarkederne.

På dette tidlige tidspunkt i udviklingen af vertikale landbrug er det vanskeligt at gøre det økonomisk rentabelt at dyrke korn og andre almindelige afgrøder i forhold til energibehovet. Men i takt med at behovet for vertikalt landbrug vokser, er det noget, der sbvør løses inden for en overskuelig fremtid.

"Vertikale landbrug vil højst sandsynligt blive mainstream på grund af de udfordringer, vi står over for," siger Dr. Stiles. "De får i øjeblikket en masse kritik, fordi folk ikke kan se, hvordan det nogensinde skal blive økonomisk rentabelt - men når man står over for udbredt fødevaremangel, er prisen på energi måske ikke længere den vigtigste faktor, der styrer det."

Reduktion af energiomkostningerne ved indendørs landbrug

Men hvad kan landmænd, der ønsker at diversificere deres produktion ved hjælp af vertikalt landbrug, gøre nu og her for at nedbringe energiomkostningerne?

For det første anbefaler vi, at man starter i det små i stedet for at kaste sig hovedkulds ud i et stort anlæg. På den måde lærer man bedre udfordringer, der er forbundet med dyrkning af en bestemt afgrøde, at kende. Og man kan gradvist indføre den teknologi, der er brug for til at løse dem.

Derfra bliver det et spørgsmål om at afveje kontrolparametre mod energiomkostninger. Tænk på dette som en kurve - på den ene side er der 100% total kontrol over forholdene, men en stor energiregning. På den anden side er der en mere grundlæggende opsætning, men med mindre energikrav.

Din ideelle løsning vil ligge et sted mellem disse to punkter. Du bliver nødt til at give afkald på en vis kontrol og koncentrere energiforbruget om de vigtigste variabler - temperatur, luftfugtighed, belysning, vand, næringsstoffer osv.

Det er mere effektivt, når du forstår, hvilken afgrøde du dyrker, og hvad du har til hensigt at opnå. Uanset om det drejer sig om maksimalt udbytte, om at skabe et bestemt produkt eller om at dyrke afgrøder af en bestemt farve eller form, kan du bygge din klimastyring op omkring disse mål.

Endelig er det klogt at investere i energieffektiv teknologi for at reducere energiomkostningerne ved vertikalt landbrug.

LED-pærer sparer energi, når de påvirker lysets bølgelængder på dine planter. Varmegenvindingsteknologi genbruger energi på en omkostningseffektiv måde. Affugtere og luftbehandlingsaggregater med automatisk styring holder forholdene optimale og begrænser energiforbruget.

Kom i gang med landbrug i kontrolleret miljø med Dantherm & Vertikit

Hos Dantherm er vi klar over, hvor afgørende vertikalt landbrug er for vores langsigtede fremtid. Derfor har vi investeret i at udvikle løsninger, der hjælper med at minimere omkostningerne for landmænd, der ønsker at etablere disse faciliteter - et mål, som deles af vores partnere hos Vertikit.

"Jeg talte meget med avlere, der ønskede at komme ind på CEA-området, men som ikke var økonomisk i stand til at gøre det", forklarer Stiles. "Prisen for en færdigbygget container til vertikalt landbrug er ca. 100.000 £ (116.000 €), hvilket er en uoverkommelig investering for mange eksisterende fødevareproduktionsvirksomheder."

"Vertikit arbejder på at finde den teknologi, der kan skabe disse kontrollerede rum mere omkostningseffektivt. Vi søgte efter enheder som f.eks. affugtere, hvilket førte os til Dantherm Group."

Vores udvalg af klimakontrolløsninger til vertikalt landbrug, der spænder fra effektive affugtere til opstart af CEA-anlæg til kraftige luftbehandlingssystemer til større anlæg, gør det muligt for os at hjælpe dyrkere med at skabe ideelle opsætninger på ethvert tidspunkt i deres rejse til vertikalt landbrug.

Men hos Dantherm er vi mere end en produktproducent - vi udvikler og leverer komplette klimastyringsløsninger baseret på mange års erfaring. Og med adgang til Dr. Stiles' og Vertikit-teamets ekspertise inden for landbrug kan vi henvise vores kunder til den ideelle konsulent, der kan udforme en komplet og effektiv CEA-installation.

"Vi mener, at dette er en teknologi, der er helt afgørende for vores fremtid," siger Dr. Stiles. "Hele vores formål er at få denne industri til at fungere aktivt og være kommercielt levedygtig, så vi hurtigt nok diversificerer os for at undgå de værst tænkelige scenarier med hensyn til tab af fødevaresikkerhed."

"Vi har fået en enorm hjælp og støtte fra Dantherm. De har åbnet veje for os, som ellers ikke ville have været mulige for at støtte vores fortsatte vækst."

Hvis du er interesseret i at udforske potentialet ved vertikal landbrug eller er interesseret i vores bredere udvalg af klimakontrolløsninger til landbruget, kan du kontakte vores team i dag ved hjælp af formularen nedenfor.

Dr. William Stiles er lektor ved Aberystwyth University for BioInnovation Wales. Han leder Knowledge Exchange Hub i IBERS for Farming Connect og Biomass Connect, og han er direktør for Vertikit.