Переосмысление устойчивого сельского хозяйства для XXI века
В гонке за создание более устойчивой, устойчивой и эффективной продовольственной системы одна технология выделяется среди остальных: Фабрика растений с искусственным освещением (PFAL). Эти передовые внутренние фермы предлагают контролируемую среду, где растения растут на вертикально расположенных полках под оптимизированным искусственным освещением, независимо от внешней погоды, вредителей или сезонов. PFAL представляют собой не только шаг вперед в производстве продуктов питания, но и преобразование того, как мы мыслим о сельском хозяйстве в мире с ограниченными ресурсами.
Но что делает PFAL по-настоящему революционными, так это не просто возможность выращивать салат в помещении, а их беспрецедентная устойчивость. При правильном проектировании и эксплуатации PFAL могут достигать чрезвычайно высокого уровня эффективности использования ресурсов, продуктивности и надежности — тех самых ориентиров устойчивого сельского хозяйства.

Три индекса устойчивого производства пищи
Для оценки устойчивости любой системы производства свежих продуктов ученые и инженеры ориентируются на три ключевых показателя:

1. Эффективность использования ресурсов (RUE):
Это отношение количества ресурса (например, воды, питательных веществ, энергии), который фиксируется в собранном продукте, к количеству, изначально поставленному. Высокий RUE означает минимальные потери и максимальную эффективность.

2. Стоимостная эффективность (CP):
Это отношение дохода от продаж к производственным затратам. Высокий CP означает прибыльную, экономически устойчивую систему — критически важную для долгосрочного принятия.

3. Уязвимость (V):

Определяется как годовое отклонение урожайности и качества продукции, этот индекс измеряет, насколько последовательно система может производить высококачественную пищу в условиях изменения факторов.
PFAL значительно превосходят традиционное полевое или тепличное сельское хозяйство по всем трем показателям.

Основные компоненты PFAL
Успех PFAL зависит от его способности создавать точную, контролируемую среду для роста растений. Это включает несколько технических элементов проектирования:

• Герметичная конструкция
Здания PFAL почти герметичны, с коэффициентом обмена воздуха ниже 0,015 ч⁻¹, что обеспечивает защиту от загрязнителей и поддержание энергоэффективности.

• Тепловая изоляция
Стены и крыши имеют высокую теплоизоляцию с коэффициентом теплопередачи ниже 0,15 Вт/м²/°C, минимизируя потери энергии.

• Системы чистого доступа
Для поддержания гигиены и предотвращения загрязнения в помещениях для культивации и эксплуатации предусмотрены воздушные или горячие водяные души для персонала и оборудования.

• Многоуровневое вертикальное культивирование
Растения выращиваются на полках, оснащенных светодиодным освещением и гидропонными кроватями, что позволяет максимизировать использование пространства.

• Современные системы HVAC
Системы кондиционирования воздуха выполняют двойную функцию — охлаждение и осушение, обеспечивая правильную циркуляцию воздуха.

• Обогащение CO₂
Уровень CO₂ в помещении поддерживается на уровне около 1000 ppm, что стимулирует фотосинтез и ускоряет рост растений.

• Гигиеничные покрытия полов
Половое покрытие из эпоксидной смолы облегчает уборку и помогает поддерживать стерильную среду.

• Системы повторного использования воды
Конденсированная вода, собранная с охладительных катушек, стерилизуется и повторно используется в питательном растворе, экономя воду.

• Закрытая питательная система
Использованный питательный раствор фильтруется, стерилизуется и повторно циркулируется, что значительно снижает потери питательных веществ.

Эффективность воды и питательных веществ в PFAL
Одна из выдающихся особенностей устойчивости PFAL — их замечательная эффективность использования воды. Вот как это происходит:

• 95% воды, испаренной с растений, улавливается через конденсацию на охлаждающих панелях.
• Эта вода стерилизуется и повторно используется, что снижает чистое потребление до 2% от того, что требуется в теплицах.
• Питательный раствор также повторно циркулируется, с эффективностью использования питательных веществ более 90%.

Кроме того, поскольку продукты, выращенные в PFAL, не содержат пестицидов и являются гигиеничными, их не нужно мыть. Это устраняет необходимость в воде, используемой для традиционной очистки после сбора урожая — часто с использованием водопроводной воды, электролитической воды или дезинфицирующих средств.

В целом, сочетая орошение и процессы после сбора урожая, PFAL могут сократить потребление воды до 99% по сравнению с овощами, выращенными в теплицах.

Расширение ассортимента культур: новые возможности
Хотя в настоящее время основными культурами в PFAL являются зелёные листья, испытания по производству расширяются на овощи с мелким корнем и лечебные растения, такие как:

• Репа
• Мини-картофель
• Женьшень Панакса
• Ангелика акутилоба

Эти растения компактны, быстро созревают и имеют дополнительную экономическую и кулинарную ценность. Множество из них невозможно эффективно вырастить в открытых полях, что дает PFAL конкурентное преимущество на специализированных рынках.

Особенно хорошо растут в PFAL клубнеплоды, которые процветают при высоком уровне CO₂ и контролируемых условиях. Благодаря улучшенному движению углеводов от листьев к корням фотосинтез усиливается, и рост ускоряется.

Экономическая целесообразность: к коммерческой жизнеспособности
Когда-то PFAL критиковались за свою дороговизну и невозможность масштабирования. Но это быстро меняется. Благодаря умному проектированию и эффективной эксплуатации экономические перспективы значительно улучшаются:

• Стоимость производства на килограмм может быть снижена до 30%
• Рыночная стоимость на килограмм может быть увеличена на 15% за счет премиум-качества
• Начальные капитальные затраты снизились на 30% в последние годы

Кроме того, если овощи, выращенные в PFAL, выйдут за пределы свежих салатов и проникнут в сектор переработанных продуктов или нутрацевтиков, рынок и прибыль могут значительно увеличиться — открывая новую эпоху в городской пищевой промышленности.

Заключение: PFAL как новый столп городского сельского хозяйства
Фабрики растений с искусственным освещением уже не являются футуристической концепцией — это современное решение многих проблем продовольственной системы. С их способностью значительно снижать использование воды и питательных веществ, устранять потребность в пестицидах и производить стабильные, высококачественные культуры круглый год, PFAL прокладывают путь к более устойчивому, локализованному и устойчивому сельскому будущему.

По мере того как технологии продолжают развиваться, а спрос на городские продукты питания растет, PFAL могут стать важной частью мировых продовольственных систем — производя больше с меньшими затратами, ближе к местам проживания людей.