Vertikal klimakontroll i landbruket: Optimalisering av avlinger og energikostnader

Det er ingen vei utenom at verdens tilnærming til landbruket må endres betydelig i overskuelig fremtid.

"For øyeblikket er vi i ferd med å endre måten vi produserer mat på", sier Dr. William Stiles. "Måtene vi har gjort det på til nå, kan være miljøskadelige og blir stadig mer usikre som produksjonssystem på grunn av klimaendringene."

"I løpet av det neste tiåret eller så vil utfordringene med å opprettholde avlingsproduksjonen bli mer og mer vanlige. Selv om dette ikke nødvendigvis betyr avlingssvikt hvert år, kan det føre til stor matvareusikkerhet på hele den nordlige halvkule."

Med disse svært reelle utsiktene i horisonten representerer vertikalt landbruk - også kjent som Controlled Environment Agriculture (CEA) - fremtiden for dyrking av avlinger. En fremtid der matproduksjonen kan bli mer kontrollert og optimalisert enn noensinne.

Her utforsker vi CEA, tar for oss elefanten i rommet, energikostnadene, og forklarer hvordan Dantherm og Vertikit skaper klimakontrolløsninger for vertikalt landbruk som bekjemper disse utgiftene.

Hva er vertikalt landbruk?

Vertikalt landbruk eller CEA er en landbruksprosess der avlinger dyrkes oppå hverandre innendørs, slik at vekstforholdene kan kontrolleres optimalt for å forbedre både avlingene og kvaliteten på produktene. Det kan foregå i alt fra et lite skur eller drivhus til store anlegg og lagerbygninger.

Med den økte sannsynligheten for store avlingssvikt etter 2030 på grunn av klimaendringer, vil denne teknologien være avgjørende for planetens fortsatte matsikkerhet.

"Kjernen i hvorfor CEA er viktig, er at det kan bidra til matsikkerhet", sier Dr. Stiles.

"Når du ser på potensialet for massesult over hele kloden på grunn av avlingssvikt forårsaket av ekstremvær - scenarier som er svært realistiske fra 2030 og fremover - vil det å ha teknologi på plass for å bytte fra feltproduksjon til CEA-produksjon umiddelbart garantere at vi vil ha en viss matproduksjon under alle forhold."

Lær mer om kontrollert miljø i landbruket.

Fordeler med innendørs vertikale oppdrettsanlegg

I tillegg til den livsviktige sikkerheten i matproduksjonen gir CEA mange fordeler i forhold til tradisjonell landbrukspraksis:

Større avlinger og bedre kvalitet

I tillegg til å øke konsistensen i avlingsproduksjonen, forbedrer vertikalt jordbruk avlingene betydelig og kan forbedre den generelle kvaliteten. Som en tilnærming er denne metoden mellom 5-10 ganger mer effektiv enn tradisjonelt jordbruk.

For eksempel, på en "standard" salatgård vil du forvente at 1-2 avlinger skal høstes per år. I en godt kontrollert vertikal gård vil du sannsynligvis høste en avling hver måned.

Videre kan den relativt kompakte naturen til vertikalt jordbruk gjøre det mulig for produsenter å diversifisere tilbudene sine med større suksess - nyttig i en tid der bare 5% av gårdsinntektene kommer fra "jordbruk".

Kontrollere veksten av viktige produkter

Vertikalt jordbruk gjør det mulig for dyrkere å kontrollere miljøet rundt plantene slik de ønsker. Du kan tvinge planter til å vokse på en bestemt måte eller produsere materialer i større mengder ved å påføre dem spesifikke miljøbelastninger.

"Planter har en høy grad av plastisitet," forklarer Dr. Stiles. "De er ikke i stand til å bevege seg hvis forholdene ikke er optimale for vekst, så de må tilpasse sin fysiologi for å håndtere miljøstress."

"Ved å indusere visse påkjenninger er det derfor mulig å tvinge planter til å justere sin kroppsform og kjemiske struktur. Dette kan resultere i produksjon av forbindelser som kan være gunstige fra et produksjonsperspektiv."

Et godt eksempel på dette er påskeliljer, som er kjent for å produsere et stoff som kalles galantamin, et stoff som brukes i medisiner mot Alzheimers sykdom. Produksjonen av denne forbindelsen øker når denne planten dyrkes i høyereliggende områder (et fenomen som kalles "Black Mountain-effekten", oppkalt etter stedet der det først ble observert). Men det er utfordrende å dyrke planter i høyereliggende områder.

Ved hjelp av CEA-teknologier kan produsentene i stedet gjenskape de nøyaktige miljøforholdene som trengs for å maksimere produksjonen av denne forbindelsen, under omstendigheter der produksjonen er håndterbar og jevn.

Disse nøyaktig kontrollerte miljøene muliggjør også konsekvent utvikling av ettertraktede matvarer, som rød karse, eller muligheten til å dyrke vekster som ikke er hjemmehørende i visse land.

Redusert jordforringelse

Når avlingene stables vertikalt i et spesialbygd anlegg, er potensialet for å spare areal virkelig banebrytende:

For regionale bønder kan denne tilnærmingen gi deg mulighet til å dedikere et skur eller en liten beholder til hver avling, og omdisponere jordbruksland til andre bruksområder, for eksempel dyrking av alternative avlinger eller diversifisering av jorden.

Hvorfor er klimakontroll viktig for vertikalt jordbruk?

Effektiv klimakontroll er kjernen i det vertikale jordbrukets forbedrede avlinger og vekstpotensial året rundt. Denne teknologien opprettholder temperaturen, luftfuktigheten, luftkvaliteten og mer som avlingene trenger for å vokse med optimal hastighet og kvalitet.

Med riktige avfuktere, varmeovner, kjølere og luftbehandlingssystemer på plass kan enhver bonde skape den "perfekte sommerdagen" (eller den perfekte vinterdagen, avhengig av avlingen!) i et skur eller en container, og opprettholde disse forholdene 365 dager i året.

Hva er optimale forhold for dyrking av avlinger?

Selv om dette varierer betydelig avhengig av hvilken avling du har tenkt å dyrke, trives mange planter i temperaturer på rundt 25 ºC og en luftfuktighet på 65 % RH. Det optimale klimaet for en plante vil imidlertid endre seg på ulike stadier av dens utvikling:

Hva er de viktigste klimakontrollutfordringene for vertikalt jordbruk?

I de vertikale oppdrettsprosjektene vi har støttet hos Dantherm, har en av de mest fremtredende utfordringene vært varmebelastning. LED-lys, avfuktere og andre faktorer tilfører betydelig varme til disse lukkede rommene.

Vi har bidratt til å levere avfuktere med eksterne kondenseringsenheter (RCU) som samtidig kjøler ned luften og styrer luftfuktigheten. I større CEA-anlegg gir våre effektive luftbehandlingssystemer omfattende temperatur-, fuktighets- og luftkvalitetskontroll.

Vi har også gitt råd om løsninger for å kontrollere damptrykkunderskudd (VPD). Dette driver transpirasjonen fra plantens spalteåpninger og påvirkes i stor grad av luftfuktigheten i omgivelsene. De fleste planter trives med et VPD mellom 0,4 og 1,6 - lavere eller høyere, og en plante kan miste evnen til fotosyntese.

I tett samarbeid med bønder som starter i CEA, har vi bidratt til å introdusere egnede, energieffektive avfuktingsløsninger som sikrer at VPD-nivåene holder seg i et ideelt område.

Energikostnadene ved vertikalt landbruk

Til tross for de utrolige mulighetene som ligger i vertikalt landbruk, har energikravene så langt hindret det i å bli den nye standarden for bønder.

"Problemet med CEA er at det er svært energikrevende, og energi er dyrt - særlig i dagens situasjon", forklarer Dr. Stiles.

"Sammenlignet med konvensjonelle jordbrukssystemer er det en kostbar produksjonsmetode, noe som betyr at produktene som dyrkes, må være av tilstrekkelig høy verdi eller produseres i tilstrekkelig større mengder for å oppveie de høyere kostnadene."

Vertikalt landbruk har i stor grad vært begrenset til produksjon av varer med høy verdi, for eksempel mikrogrønnsaker som oppnår en høy pris på bondens markeder.

På dette tidlige stadiet i CEAs utvikling er det vanskelig å gjøre dyrking av korn og andre generelle avlinger økonomisk i forhold til energibehovet. Men etter hvert som behovet for vertikalt landbruk øker, er dette noe som må løses i overskuelig fremtid.

"CEA vil høyst sannsynlig bli mainstream på grunn av utfordringene vi står overfor", sier Stiles. "Det får for tiden mye kritikk fordi folk ikke kan se for seg hvordan det noen gang kan være økonomisk - men når du står overfor utbredt matmangel, er det ikke sikkert at energikostnadene lenger er den viktigste styrende faktoren."

Redusere energikostnadene ved innendørs dyrking

For bønder som ønsker å diversifisere gjennom vertikalt landbruk, hva kan gjøres nå for å redusere energikostnadene?

For det første anbefaler vi at du begynner i det små med CEA, i stedet for å kaste deg over et stort anlegg. Dette vil gjøre deg i stand til å forstå utfordringene ved å dyrke en bestemt avling, og gradvis legge til teknologien du trenger for å takle disse.

Derfra blir det et spørsmål om å balansere kontrollparametrene mot energikostnadene. Tenk på dette som en klokkekurve - på den ene siden er 100 % kontroll over forholdene, men en stor energiregning. På den andre siden er et mer grunnleggende oppsett, men med mindre energibehov.

Den ideelle løsningen vil ligge et sted mellom disse to punktene. Du må ofre noe kontroll og konsentrere energibruken om de viktigste variablene - temperatur, fuktighet, belysning, vann, næringsstoffer osv.

Dette er mer effektivt når du forstår hvilken avling du dyrker og hva du har tenkt å oppnå. Enten dette er maksimal avkastning, skape et bestemt produkt eller dyrke avlinger med en bestemt farge eller form, kan du bygge klimakontrolloppsettet ditt rundt disse målene.

Til slutt, for å redusere energikostnadene for vertikalt landbruk, er det lurt å investere i energieffektiv teknologi.

LED-lyspærer sparer energi når de påvirker lysbølgelengdene på plantene dine. Varmegjenvinningsteknologi gjenbruker energi på en kostnadseffektiv måte. Avfuktere og luftbehandlingsenheter med automatiske kontrollinnstillinger holder forholdene optimale og begrenser energiforbruket.

Kom i gang med kontrollert miljø i landbruket med Dantherm & Vertikit

Hos Dantherm anerkjenner vi hvor viktig vertikalt landbruk er for vår langsiktige fremtid. Derfor har vi investert i å utvikle løsninger som bidrar til å minimere utgiftene for bønder som ønsker å sette opp disse anleggene - et mål som deles av våre partnere ved Vertikit.

"Jeg snakket mye med dyrkere som ønsket å gå inn i CEA-området, men som ikke hadde økonomisk mulighet til å gjøre det," forklarer Dr. Stiles. "Kostnaden for en ferdigbygd vertikal oppdrettscontainer er omtrent 100 000 pund (116 000 euro), noe som er en uoverkommelig investering for mange eksisterende matproduksjonsbedrifter."

"Vertikit jobber for å finne teknologien som kan skape disse kontrollerte rommene på en mer kostnadseffektiv måte. Vi søkte etter enheter som avfuktere, noe som førte oss til Dantherm Group."

Vårt utvalg av klimastyringsløsninger for vertikalt oppdrett, som spenner fra effektive avfuktere for oppstart av CEA, til kraftige luftbehandlingssystemer for større anlegg, gjør det mulig for oss å hjelpe dyrkere med å skape ideelle oppsett på alle stadier av deres vertikale oppdrettsreise.

Men hos Dantherm er vi mer enn en produktprodusent - vi er en løsningsleverandør. Med flere tiår med ekspertise innen klimakontroll utvikler vi tilpassede, kostnadsbevisste systemer som oppfyller dine behov. Og med tilgang til landbruksekspertisen til Dr. Stiles og teamet hos Vertikit, kan vi henvise kundene våre til den ideelle konsulenten for å lage et komplett, effektivt CEA-oppsett.

"Vi mener dette er en teknologi som er helt avgjørende for fremtiden vår", sier Dr. Stiles. "Hele formålet vårt er å få denne industrien til å fungere aktivt og være kommersielt levedyktig, slik at vi diversifiserer raskt nok til å unngå de verste scenariene når det gjelder tapt matsikkerhet."

"Vi har fått enormt mye hjelp og støtte fra Dantherm. De har åpnet veier for oss som ellers ikke ville vært mulige for å støtte vår fortsatte vekst."

Hvis du er interessert i å utforske potensialet i vertikalt landbruk, eller er interessert i vårt bredere utvalg av klimakontrolløsninger for landbruket, kan du ta kontakt med teamet vårt i dag ved å bruke skjemaet nedenfor.

Dr. William Stiles er foreleser ved Aberystwyth University og jobber for BioInnovation Wales. Han leder knutepunktet for kunnskapsutveksling i IBERS for Farming Connect og Biomass Connect, og er direktør for Vertikit.