Climatización de cultivos verticales: Optimización del rendimiento y los costes energéticos

A nadie se le escapa que el enfoque de la agricultura mundial tendrá que cambiar significativamente en un futuro próximo.

"En este momento, estamos cambiando la forma de producir alimentos", afirma el Dr. William Stiles. "Las formas en que lo hemos hecho hasta ahora pueden ser perjudiciales para el medio ambiente y son cada vez más precarias como sistema de producción bajo el el paraguas del cambio climático".

"En la próxima década, más o menos, los retos para mantener la producción de cultivos van a ser cada vez más comunes. Aunque esto no signifique necesariamente la pérdida de cosechas cada año, podría causar una gran inseguridad alimentaria en todo el hemisferio norte."

Con estas perspectivas tan reales en el horizonte, la agricultura vertical -también conocida como Agricultura en Ambiente Controlado (CEA)- representa el futuro de los cultivos. Un futuro en el que la producción de alimentos puede estar más controlada y optimizada que nunca.

Aquí, exploramos CEA, abordamos el gran problema de los costes de energía, y explicamos cómo Dantherm y Vertikit crean soluciones de control climático de agricultura vertical que combaten estos gastos.

¿Qué es la agricultura vertical?

La agricultura vertical o CEA es un proceso agrícola en el que los cultivos se realizan unos encima de otros en interiores, lo que permite controlar de forma óptima las condiciones de crecimiento para mejorar tanto el rendimiento como la calidad de los productos. Puede llevarse a cabo en cualquier lugar, desde un pequeño cobertizo o invernadero hasta grandes instalaciones y almacenes.

Con el aumento de la probabilidad de grandes pérdidas de cosechas después de 2030 debido al cambio climático, esta tecnología va a ser fundamental para la seguridad alimentaria del planeta.

"El quid de la cuestión de por qué el CEA es esencial es que puede contribuir a la seguridad alimentaria", afirma el Dr. Stiles.

"Cuando se contempla la posibilidad de hambrunas masivas en todo el planeta debido a la pérdida de cosechas causada por condiciones meteorológicas extremas -escenarios que son muy realistas a partir de 2030-, disponer de tecnología para pasar de la producción en el campo a la producción CEA garantiza instantáneamente que tendremos cierta producción de alimentos en cualquier condición."

Más información sobre la agricultura en ambiente controlado.

Ventajas de las granjas verticales de interior

Más allá de la seguridad vital de la producción alimentaria, el CEA presenta numerosas ventajas frente a las prácticas agrícolas tradicionales:

Mayor rendimiento y calidad de las cosechas

Además de aumentar la consistencia de la producción de los cultivos, la agricultura vertical mejora sustancialmente los rendimientos y puede aumentar su calidad general. Como aproximación, este método es entre 5 y 10 veces más eficiente que la agricultura tradicional.

Por ejemplo, en una explotación "estándar" de lechugas, se cosecharían de 1 a 2 cultivos al año. En una granja vertical bien controlada, es probable que se recoja una cosecha cada mes.

Además, el carácter relativamente compacto de la agricultura vertical puede permitir a los agricultores diversificar su oferta con mayor éxito, algo útil en una época en la que sólo el 5% de los ingresos de las explotaciones procede de la "agricultura".

Controlar el crecimiento de los productos clave

La agricultura vertical permite a los cultivadores modificar a su antojo el entorno que rodea a las plantas. Se puede obligar a las plantas a crecer de una determinada manera o a producir materiales en mayor abundancia sometiéndolas a tensiones ambientales específicas.

"Las plantas tienen un alto grado de plasticidad", explica el Dr. Stiles. "Son incapaces de moverse si las condiciones no son óptimas para el crecimiento, por lo que tienen que ajustar su fisiología para gestionar el estrés ambiental".

"Por lo tanto, al inducir ciertas tensiones, es posible obligar a las plantas a ajustar su forma corporal y su estructura química. Esto puede dar lugar a la producción de compuestos que pueden ser beneficiosos desde el punto de vista de la producción."

Un buen ejemplo de ello son los narcisos, conocidos por producir un compuesto llamado galantamina; un material utilizado en la medicación contra el Alzheimer. La producción de este compuesto aumenta cuando la planta se cultiva en tierras altas (fenómeno conocido como "efecto Black Mountain", por el lugar donde se observó por primera vez). Pero cultivar plantas en tierras altas es todo un reto.

En cambio, mediante las tecnologías CEA, los cultivadores pueden recrear las condiciones ambientales exactas necesarias para maximizar la producción de este compuesto, en circunstancias en las que la producción es manejable y constante.

Estos entornos controlados con precisión también permiten el desarrollo constante de productos alimenticios de consumo deseables, como el berro rojo, o la oportunidad de cultivar plantas que no son autóctonas de determinados países.

Reducción de la degradación del suelo

Cuando los cultivos se apilan verticalmente en una instalación específica, el potencial de ahorro de tierras que esto ofrece es realmente revolucionario:

Para los agricultores regionales, este planteamiento puede permitirles dedicar un cobertizo o un pequeño contenedor a cada cultivo, y reutilizar las tierras de labranza para otros usos, como el cultivo de productos alternativos o la diversificación de la tierra.

¿Por qué es esencial el control climático en la agricultura vertical?

El control eficaz del clima es la base de la mejora del rendimiento y el potencial de cultivo durante todo el año de la agricultura vertical. Esta tecnología mantiene la temperatura, la humedad y la calidad del aire que los cultivos necesitan para crecer a un ritmo y con una calidad óptimos.

Con los deshumidificadores, calefactores, refrigeradores y sistemas de tratamiento del aire adecuados, cualquier agricultor puede crear el "día de verano perfecto" (o el día de invierno perfecto, según el cultivo) en una nave o un contenedor, y mantener estas condiciones los 365 días del año.

¿Cuáles son las condiciones óptimas para los cultivos?

Aunque esto varía significativamente en función del cultivo que se pretenda realizar, muchas plantas prosperan con temperaturas en torno a los 25ºC y una humedad relativa del 65%. Sin embargo, el clima óptimo para una planta cambiará en las distintas fases de su desarrollo:

¿Cuáles son los principales retos del control climático en la agricultura vertical?

En los proyectos de cultivo vertical que hemos apoyado en Dantherm, uno de los retos más destacados ha sido la carga térmica. Las luces LED, los deshumidificadores y otros factores añaden un calor significativo a estos espacios cerrados.

Hemos ayudado a suministrar deshumidificadores con unidades de condensación remotas (RCU) que enfrían el aire al mismo tiempo que gestionan la humedad. En las instalaciones más grandes de CEA, nuestros eficaces sistemas de tratamiento del aire proporcionan un control exhaustivo de la temperatura, la humedad y la calidad del aire.

También hemos asesorado sobre soluciones para controlar el déficit de presión de vapor (VPD). Este déficit impulsa la transpiración de los estomas de la planta y depende en gran medida de la humedad ambiental. La mayoría de las plantas prosperan con un VPD de entre 0,4 y 1,6. Si es mayor o menor, la planta puede perder su capacidad de fotosíntesis.

Trabajando en estrecha colaboración con los agricultores que se inician en el CEA, hemos ayudado a introducir soluciones de deshumidificación adecuadas y energéticamente eficientes que garantizan que los niveles de VPD se mantengan en un rango ideal.

Los costes energéticos de la agricultura vertical

A pesar de las increíbles posibilidades que ofrece la agricultura vertical, la demanda de energía ha impedido hasta ahora que se convierta en la nueva norma para los agricultores.

"El problema del CEA es que consume mucha energía, y la energía es cara, sobre todo en el contexto actual", explica Stiles.

"Comparado con los sistemas agrícolas convencionales, es un enfoque de producción caro, lo que en consecuencia significa que los productos cultivados deben tener un valor suficientemente alto o producirse en cantidades suficientemente mayores para compensar el mayor coste."

La agricultura vertical se ha limitado en gran medida a la producción de bienes de alto valor, como los microgreens, que alcanzan un precio elevado en los mercados agrícolas.

En esta fase inicial del desarrollo del CEA, es difícil que el cultivo de cereales y otros cultivos generales resulte rentable frente a sus necesidades energéticas. Pero, a medida que crezca la necesidad de la agricultura vertical, es algo que habrá que abordar en un futuro próximo.

"Es muy probable que el CEA se generalice debido a los retos a los que nos enfrentamos", afirma Stiles. "Actualmente recibe muchas críticas porque la gente no puede imaginar cómo puede llegar a ser económica, pero cuando nos enfrentamos a una escasez generalizada de alimentos, el coste de la energía puede dejar de ser el principal factor determinante".

Reducir los costes energéticos de la agricultura de interior

Los agricultores que deseen diversificar su producción mediante la agricultura vertical, ¿qué pueden hacer ahora para reducir los costes energéticos?

En primer lugar, recomendamos empezar poco a poco con el CEA, en lugar de lanzarse de cabeza a una gran instalación. Esto le permitirá comprender los retos que plantea un cultivo concreto e ir incorporando gradualmente la tecnología necesaria para afrontarlos.

A partir de ahí, se trata de equilibrar los parámetros de control con los costes energéticos. Piense en esto como en una curva de campana: en un lado está el control total del 100% de las condiciones, pero con una factura energética elevada. En el otro lado hay una configuración más básica, pero con menos demanda de energía.

Su solución ideal se situará entre estos dos puntos. Tendrás que sacrificar algo de control y concentrar el consumo de energía en las variables más importantes: temperatura, humedad, iluminación, agua, nutrientes, etc.

Esto resulta más eficaz cuando se sabe qué cultivo se está cultivando y qué se pretende conseguir. Ya se trate de obtener el máximo rendimiento, crear un producto concreto o cultivar plantas de un color o una forma determinados, puedes diseñar tu sistema de control climático en función de estos objetivos.

Por último, para reducir los costes energéticos de la agricultura vertical, conviene invertir en tecnología eficiente desde el punto de vista energético.

Las bombillas LED ahorran energía al influir en las longitudes de onda de la luz sobre sus plantas. La tecnología de recuperación de calor reutiliza la energía de forma rentable. Los deshumidificadores y las unidades de tratamiento de aire con ajustes de control automático mantienen unas condiciones óptimas y limitan el gasto energético.

Introducción a la agricultura en entornos controlados con Dantherm y Vertikit

En Dantherm somos conscientes de que la agricultura vertical es crucial para nuestro futuro a largo plazo. Por ello, hemos invertido en el desarrollo de soluciones que ayuden a minimizar los gastos de los agricultores que desean establecer estas instalaciones, un objetivo que comparten nuestros socios de Vertikit.

"Hablaba mucho con cultivadores que querían entrar en el espacio CEA, pero no tenían capacidad financiera para hacerlo", explica el Dr. Stiles. "El coste de un contenedor de cultivo vertical prefabricado es de aproximadamente 100.000 libras (116.000 euros), lo que supone una inversión prohibitiva para muchas empresas de producción de alimentos ya existentes".

"Vertikit trabaja para encontrar la tecnología que pueda crear estos espacios controlados de forma más rentable. Buscamos unidades como los deshumidificadores, que nos llevaron a Dantherm Group".

Nuestra gama de soluciones de control climático para cultivos verticales, que abarca desde deshumidificadores eficientes para el inicio de CEA hasta potentes sistemas de tratamiento de aire para instalaciones de mayor tamaño, nos permite ayudar a los cultivadores a crear configuraciones ideales en cualquier fase de su andadura en el cultivo vertical.

Pero en Dantherm, somos más que un fabricante de productos: somos un proveedor de soluciones. Con décadas de experiencia en control climático, diseñamos sistemas adaptados y rentables que satisfacen sus necesidades. Y con el acceso a la experiencia agrícola del Dr. Stiles y el equipo de Vertikit, podemos dirigir a nuestros clientes al asesor ideal para elaborar una configuración CEA completa y eficiente.

"Creemos que se trata de una tecnología absolutamente esencial para nuestro futuro", afirma el Dr. Stiles. "Todo nuestro propósito es conseguir que esta industria funcione activamente y sea comercialmente viable, de modo que nos diversifiquemos con la suficiente rapidez para evitar los peores escenarios en términos de pérdida de seguridad alimentaria".

"Hemos recibido una enorme ayuda y apoyo de Dantherm. Nos han abierto vías que no habrían sido posibles de otro modo para apoyar nuestro crecimiento continuo."

Si le interesa explorar el potencial de la agricultura vertical, o está interesado en nuestra amplia gama de soluciones de control climático agrícola, póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo mediante el siguiente formulario.

El Dr. William Stiles es profesor en la Universidad de Aberystwyth de BioInnovación Gales. Dirige el Centro de Intercambio de Conocimientos en IBERS para Farming Connect y Biomass Connect, y es Director de Vertikit.