Дори сред техните доста необичайни колеги - творчески гении и леко луди учени от Медийната лаборатория на Масачузетския технологичен институт (MIT), която се намира близо до Бостън (САЩ), където от тавана висят гигантски надуваеми акули, масите често са украсени с глави на роботи , и слаби, късо подстригани учени в хавайски ризи, възхитено обсъждащи мистериозни формули, начертани с тебешир върху черна дъска – Салеб Харпър изглежда много необичаен човек. Докато неговите колеги в научните изследвания творят : изкуствен интелект, интелигентни протези, следващо поколение сгъваеми машини и медицински устройства, които показват човешката нервна система в 3D, Harper работи върху – Той отглежда зеле. През изминалата година той трансформира малкото фоайе на петия етаж на института (зад вратите на лабораторията) в супертехнологична градина, която изглежда сякаш е съживена от научнофантастичен филм. Няколко вида броколи, домати и босилек растат тук, сякаш във въздуха, окъпани в сини и червени неонови LED светлини; и белите им корени ги правят да изглеждат като медузи. Растенията се увиха около стъклената стена, дълга 7 метра и висока 2.5 метра, така че изглежда сякаш са се увили около офис сграда. Не е трудно да се досетите, че ако дадете воля на Харпър и колегите му, в близко бъдеще те могат да превърнат целия метрополис в такава жива и ядивна градина.
„Вярвам, че имаме силата да променим света и глобалната хранителна система“, казва Харпър, висок, набит 34-годишен мъж в синя риза и каубойски ботуши. „Потенциалът за градско земеделие е огромен. И това не са празни приказки. „Градското земеделие“ през последните години надрасна фазата „вижте, наистина е възможно“ (по време на която бяха направени експерименти за отглеждане на марули и зеленчуци по градските покриви и в празните градски пространства) и се превърна в истинска вълна от иновации, стартирана от мислители твърдо стъпили на краката си, като Харпър. Той е съосновател на проекта CityFARM преди година и сега Харпър проучва как високите технологии могат да помогнат за оптимизиране на добивите от зеленчуци. В същото време се използват сензорни системи, които следят нуждата на растенията от вода и торове и захранват разсада със светлина с оптимална честота на вълната: диодите, в отговор на нуждите на растението, изпращат светлина, която не само дава живот на растения, но и определя техния вкус. Харпър мечтае в бъдеще такива плантации да заемат мястото си на покривите на сградите - в реални градове, където живеят и работят много хора.
Иновациите, които Харпър предлага да въведе, могат да намалят разходите за селско стопанство и да намалят въздействието му върху околната среда. Той твърди, че чрез измерване и контролиране на светлината, поливане и торене по неговия метод е възможно да се намали потреблението на вода с 98%, да се ускори растежът на зеленчуците с 4 пъти, напълно да се премахне използването на химически торове и пестициди, да се удвои хранителната стойност на зеленчуците и подобряване на вкуса им.
Производството на храни е сериозен екологичен проблем. Преди да попадне на трапезата ни, обикновено изминава път от хиляди километри. Кевин Фредияни, ръководител на органичното земеделие в Bicton College, селскостопанско училище в Девън, Обединеното кралство, е изчислил, че Обединеното кралство внася 90% от своите плодове и зеленчуци от 24 страни (от които 23% идват от Англия). Оказва се, че доставката на глава зеле, отгледана в Испания и доставена с камион до Обединеното кралство, ще доведе до отделянето на около 1.5 кг вредни въглеродни емисии. Ако отглеждате тази глава в Обединеното кралство, в оранжерия, цифрата ще бъде още по-висока: около 1.8 kg емисии. „Просто нямаме достатъчно светлина, а стъклото не задържа топлината много добре“, отбелязва Фредияни. Но ако използвате специална изолирана сграда с изкуствено осветление, можете да намалите емисиите до 0.25 кг. Фредияни знае за какво говори: преди това той е управлявал овощни градини и зеленчукови насаждения в зоологическата градина в Пейнтън, където през 2008 г. е предложил метод на вертикално засаждане за по-ефективно отглеждане на храна за животни. Ако успеем да приложим такива методи, ще получим по-евтина, по-свежа и по-питателна храна, ще можем да намалим емисиите на парникови газове с милиони тонове годишно, включително в частта от производството, която се отнася до опаковането, транспортирането и сортирането на селскостопански продукти, което общо произвежда 4 пъти повече вредни емисии от самото отглеждане. Това може значително да забави наближаването на предстоящата световна хранителна криза.
Експерти на ООН са изчислили, че до 2050 г. световното население ще нарасне с 4.5 милиарда, а 80% от жителите на света ще живеят в градове. Още днес 80% от земята, подходяща за земеделие, се използва, а цените на продуктите се покачват поради увеличените суши и наводнения. При такива условия новаторите в селското стопанство са насочили погледа си към градовете като възможно решение на проблема. В крайна сметка зеленчуците могат да се отглеждат навсякъде, дори на небостъргачи или в изоставени бомбоубежища.
Броят на корпорациите, които започват да използват иновативни оранжерийни технологии за отглеждане на зеленчуци и храненето им със светодиоди, включва например такъв гигант като Philips Electronics, който има собствен отдел за селскостопански светодиоди. Учените, работещи там, създават нови видове опаковъчни линии и системи за управление, изследвайки възможностите на технологиите за микроклимат, аеропоника*, аквапоника**, хидропоника***, системи за събиране на дъждовна вода и дори микротурбини, които позволяват използването на енергията на бурята. Но досега никой не е успял да накара подобни иновации да се изплатят. Най-трудната част е консумацията на енергия. Вдигналата много шум в научните среди хидропонна система VertiCorp (Ванкувър), която беше обявена за Откритие на 2012 г. от списание TIME, се срина, защото. консумира твърде много електроенергия. „В тази област има много лъжи и празни обещания“, казва Харпър, син на пекар, който е израснал във ферма в Тексас. „Това доведе до много пропилени инвестиции и колапс на много големи и малки компании.“
Харпър твърди, че благодарение на използването на неговите разработки ще бъде възможно да се намали консумацията на електроенергия с 80%. За разлика от технологиите за индустриално земеделие, защитени с патенти, неговият проект е отворен и всеки може да използва неговите иновации. Вече има прецедент за това, какъвто беше случаят с проектираните от MIT лазерни ножове и XNUMXD принтери, които Институтът произвежда и дарява на лаборатории по целия свят. „Те създадоха производствена мрежа, която виждам като модел за нашето движение за отглеждане на зеленчуци“, казва Харпър.
… В един хубав юнски следобед Харпър тества новата си настройка. Той държи парче картон, взет от комплект детски играчки. Пред него има кутия със зелева салата, осветена от сини и червени светодиоди. Кацанията се „наблюдават“ от видеокамера за проследяване на движението, взета назаем от Харпър от PlayStation. Покрива камерата с картонен лист – диодите светят по-силно. „Можем да вземем предвид данните за времето и да създадем алгоритъм за компенсиране на диодното осветление“, казва ученият, „Но системата няма да може да предвиди дъждовно или облачно време. Имаме нужда от малко по-интерактивна среда.“
Харпър сглоби такъв модел от алуминиеви ламели и плексигласови панели – нещо като стерилна операционна зала. Вътре в този стъклен блок, по-висок от човек, живеят 50 растения, някои с висящи надолу корени и автоматично напоявани с хранителни вещества.
Сами по себе си такива методи не са уникални: малките оранжерийни ферми ги използват от няколко години. Иновацията се крие именно в използването на диоди със синя и червена светлина, които създават фотосинтеза, както и нивото на контрол, което Харпър е постигнал. Оранжерията е буквално натъпкана с различни сензори, които отчитат атмосферните условия и изпращат данни към компютър. „С течение на времето тази оранжерия ще стане още по-интелигентна“, уверява Харпър.
Той използва система от етикети, дадени на всяко растение, за да проследи растежа на всяко растение. „Досега никой не е правил това“, казва Харпър. „Имаше много фалшиви доклади за подобни експерименти, но нито един от тях не премина теста. Сега в научната общност има много информация за подобни изследвания, но никой не знае със сигурност дали са били успешни и като цяло дали наистина са били проведени.
Неговата цел е да създаде линия за производство на зеленчуци по заявка, доставяна като Amazon.com. Вместо да берете зеленчуци зелени (например, както зелените домати се берат в Холандия през лятото или Испания през зимата – бедни на хранителни вещества и безвкусни), след това ги пратете стотици километри, газирайте ги, за да придадат вид на зрялост – можете да поръчате вашите домати също тук, но стават наистина узрели и свежи, от градината и почти на съседната улица. „Доставката ще бъде бърза“, казва Харпър. „Без загуба на вкус или хранителни вещества в процеса!“
Към днешна дата най-големият нерешен проблем на Харпър е с източниците на светлина. Той използва както слънчева светлина от прозорец, така и светодиоди, контролирани от интернет, направени от швейцарския стартъп Heliospectra. Ако поставите зеленчукови насаждения върху офис сгради, както Харпър предлага да направите, тогава ще има достатъчно енергия от Слънцето. „Моите насаждения използват само 10% от светлинния спектър, останалото просто затопля стаята – това е като парников ефект“, обяснява Харпър. – Значи нарочно трябва да охлаждам оранжерията, което изисква много енергия и разрушава самозадоволяването. Но ето един риторичен въпрос: колко струва слънчевата светлина?
В традиционните „слънчеви“ оранжерии вратите трябва да се отварят, за да се охлади помещението и да се намали натрупаната влага – така вътре влизат неканени гости – насекоми и гъбички. Научни екипи в корпорации като Heliospectra и Philips смятат, че използването на Слънцето е остарял подход. Всъщност най-големият научен пробив в областта на селското стопанство сега се прави от компаниите за осветление. Heliospectra не само доставя лампи за оранжерии, но и провежда академични изследвания в областта на методите за ускоряване на растежа на биомасата, ускоряване на цъфтежа и подобряване на вкуса на зеленчуците. НАСА използва лампи, които правят в своя експеримент, за да модулират „марсианска космическа база“ в Хавай. Осветлението тук се създава от табла с диоди, които имат собствен вграден компютър. „Можете да изпратите сигнал до растение, като го попитате как се чувства, а в замяна то изпраща информация за това каква част от спектъра използва и как се храни“, казва един от ръководителите на Heliosphere Кристофър Стийл от Гьотеборг. „Например синята светлина не е оптимална за растежа на босилека и се отразява неблагоприятно на вкуса му.“ Освен това Слънцето не може да осветява идеално равномерно зеленчуците – това се дължи на появата на облаци и въртенето на Земята. „Можем да отглеждаме зеленчуци без тъмни бъчви и петна, които изглеждат страхотно и имат добър вкус“, добавя изпълнителният директор Стефан Хилберг.
Такива осветителни системи се продават на цена от 4400 паунда, което не е никак евтино, но търсенето на пазара е много голямо. Днес в оранжериите по света има около 55 милиона лампи. „Лампите трябва да се сменят на всеки 1-5 години“, казва Хилбърг. „Това са много пари.“
Растенията предпочитат диодите пред слънчевата светлина. Тъй като диодите могат да бъдат поставени директно над растението, то не трябва да изразходва допълнителна енергия за създаване на стъбла, то расте ясно нагоре и листната част е по-дебела. В GreenSenseFarms, най-голямата вътрешна вертикална ферма в света, разположена на 50 км от Чикаго, цели 7000 лампи са разположени в две осветителни помещения. „Марулята, отглеждана тук, е по-ароматна и по-хрупкава“, казва изпълнителният директор Робърт Коланджело. – Всяко легло осветяваме с 10 лампи, имаме 840 легла. Получаваме 150 глави марули от градината на всеки 30 дни.
Лехите са разположени вертикално във фермата и достигат до 7.6 м височина. Фермата Green Sense използва технологията на така наречения „хидрохранителен филм“. На практика това означава, че богатата на хранителни вещества вода се просмуква през „почвата“ – натрошени кокосови черупки, които тук се използват вместо торф, защото е възобновяем ресурс. „Тъй като лехите са подредени вертикално, зеленчуците растат поне десет пъти по-дебели и дават 25 до 30 пъти повече реколта, отколкото при нормални хоризонтални условия“, казва Коланджело. „Това е добре за Земята, защото няма отделяне на пестициди, освен това използваме рециклирана вода и рециклиран тор.“ „Използва много по-малко енергия (от конвенционалното)“, казва Колангело, говорейки за своята фабрика за зеленчуци, създадена съвместно с Philips, която е най-голямата на планетата.
Коланджело вярва, че скоро селскостопанската индустрия ще се развива само в две посоки: първо, големи, открити пространства, засадени със зърна като пшеница и царевица, които могат да се съхраняват с месеци и бавно да се транспортират по света – тези ферми са разположени далеч от градовете. Второ, вертикални ферми, които ще отглеждат скъпи, нетрайни зеленчуци като домати, краставици и зеленчуци. Фермата му, която отвори врати през април тази година, се очаква да генерира 2-3 милиона долара годишен оборот. Colangelo вече продава своите характерни продукти на ресторанти и дистрибуторския център WholeFood (разположен само на 30 минути), който доставя пресни зеленчуци до 48 магазина в 8 американски щата.
„Следващата стъпка е автоматизацията“, казва Коланджело. Тъй като лехите са разположени вертикално, директорът на завода смята, че ще бъде възможно с роботика и сензори да се определи кои зеленчуци са узрели, да се приберат и да се заменят с нови разсади. „Ще бъде като Детройт с неговите автоматизирани фабрики, където роботи сглобяват коли. Автомобилите и камионите се сглобяват от части, поръчани от дилъри, а не се произвеждат масово. Ще наречем това „отглеждане по поръчка“. Ще берем зеленчуци, когато магазинът има нужда от тях.”
Още по-невероятна иновация в областта на селското стопанство са „контейнерните ферми“. Представляват вертикални кутии за отглеждане, оборудвани със система за отопление, напояване и осветление с диодни лампи. Тези контейнери, лесни за транспортиране и съхранение, могат да бъдат подредени по четири един върху друг и поставени точно пред магазини и ресторанти, за да им доставят пресни зеленчуци.
Няколко компании вече са запълнили тази ниша. Базираната във Флорида Growtainer е компания, която произвежда както цели ферми, така и решения на място за ресторанти и училища (където се използват като визуални помагала по биология). „Вложих милион долара в това“, казва главният изпълнителен директор на Grotainer Глен Берман, който е ръководил производители на орхидеи във Флорида, Тайланд и Виетнам в продължение на 40 години и сега е най-големият дистрибутор на живи растения в САЩ и Европа. „Усъвършенствахме системите за напояване и осветление“, казва той. „Ние растем по-добре от самата природа.“
Той вече има десетки дистрибуторски центрове, много от които работят по системата „собственик-потребител“: те ви продават контейнер и вие сами отглеждате зеленчуци. Уебсайтът на Berman дори твърди, че тези контейнери са отлична „жива реклама“, върху която могат да бъдат поставени лога и друга информация. Други компании работят на различен принцип – продават контейнери със собствено лого, в които вече растат зеленчуци. За съжаление, докато и двете схеми са скъпи за потребителя.
„Микрофермите имат обратна възвръщаемост на инвестициите за площ“, казва Пол Лайтфут, главен изпълнителен директор на Bright Farms. Bright Farms произвежда малки оранжерии, които могат да бъдат поставени до супермаркета, като по този начин намаляват времето и разходите за доставка. „Ако трябва да отоплявате стая, по-евтино е да отоплявате десет квадратни километра, отколкото сто метра.“
Някои новатори в селското стопанство не са от академичните среди, а от бизнеса. Такъв е и Bright Farms, който се основава на проекта с нестопанска цел ScienceBarge от 2007 г., прототип на иновативна градска ферма, която е закотвена в река Хъдсън (Ню Йорк). Тогава супермаркетите по света забелязаха нарастващо търсене на пресни, местно отгледани зеленчуци.
Поради факта, че 98% от марулята, продавана в американските супермаркети, се отглежда в Калифорния през лятото и в Аризона през зимата, цената й (която включва цената на водата, която е скъпа в западната част на страната) е относително висока . В Пенсилвания Bright Farms подписа договор с местен супермаркет, получи данъчен кредит за създаване на работни места в региона и купи ферма от 120 хектара. Фермата, която използва система за дъждовна вода на покрива и вертикални конфигурации като Saleb Harper's, продава зеленина със собствена марка на стойност 2 милиона долара годишно на супермаркети в Ню Йорк и близката Филаделфия.
„Ние предлагаме алтернатива на по-скъпите, не толкова пресни зеленчуци от Западния бряг“, казва Лайтфут. – Нетрайните зеленчуци са много скъпи за транспортиране в страната. Така че това е нашата възможност да представим по-добър, по-свеж продукт. Не е нужно да харчим пари за доставка на дълги разстояния. Нашите основни ценности са извън сферата на технологиите. Нашата иновация е самият бизнес модел. Ние сме готови да внедрим всяка технология, която ще ни позволи да постигнем резултати.”
Лайтфут вярва, че фермите за контейнери никога няма да успеят да се наложат в големите супермаркети поради липсата на изплащане. „Има някои реални ниши, като скъпи зеленчуци за избрани ресторанти“, казва Лайтфут. „Но няма да работи при скоростите, с които работя. Въпреки че такива контейнери могат например да бъдат хвърлени във военната база на морската пехота в Афганистан.
Все пак иновациите в селското стопанство носят слава и доходи. Това става очевидно, когато погледнете фермата, разположена на 33 метра под улиците на North Capham (район на Лондон). Тук, в бивше убежище от Първата световна война, предприемачът Стивън Дринг и партньорите са събрали £1 милион, за да превърнат непотърсеното градско пространство в създаване на авангардно земеделие, което е устойчиво и печелившо и успешно отглежда маруля и други зеленчуци.
Неговата компания, ZeroCarbonFood (ZCF, храна с нулеви емисии), отглежда зеленчуци във вертикални стелажи, използвайки система за „прилив“: водата измива растящите зеленчуци и след това се събира (подсилена с хранителни вещества), за да се използва повторно. Зеленината е засадена в изкуствена почва, направена от рециклирани килими от олимпийското село в Стратфорд. Електричеството, използвано за осветление, идва от малки микрохидроелектрически турбини. „Имаме много дъжд в Лондон“, казва Дринг. „Така че поставяме турбини в системата за оттичане на дъждовна вода и те ни захранват с енергия.“ Dring също работи върху решаването на един от най-големите проблеми с вертикалното отглеждане: съхранението на топлина. „Проучваме как топлината може да бъде отстранена и превърната в електричество и как може да се използва въглероден диоксид – той действа като стероиди върху растенията.“
В източна Япония, която беше силно засегната от земетресението и цунамито през 2001 г., известен специалист по заводи превърна бивша фабрика за полупроводници на Sony във втората по големина закрита ферма в света. С площ от 2300 м2, фермата е осветена с 17500 10000 нискоенергийни електрода (произведени от General Electric) и произвежда XNUMX XNUMX глави зеленина на ден. Компанията зад фермата – Mirai („Mirai” означава „бъдеще” на японски) – вече работи с инженери на GE за създаването на „растяща фабрика” в Хонконг и Русия. Шигехару Шимамура, който стои зад създаването на този проект, формулира плановете си за бъдещето по следния начин: „Най-накрая сме готови да започнем индустриализацията на селското стопанство.“
В момента няма недостиг на пари в селскостопанския сектор на науката и това се вижда от нарастващия брой иновации, вариращи от тези, предназначени за домашна употреба (има много интересни проекти в Kickstarter, например Niwa, което ви позволява да отглеждате домати у дома в контролирана от смартфон хидропонна инсталация), до глобални. Икономическият гигант от Силиконовата долина SVGPartners, например, обедини усилията си с Forbes, за да бъде домакин на международна конференция за иновации в селското стопанство през следващата година. Но истината е, че ще отнеме много време – десетилетие или повече – за иновативното земеделие да спечели значително парче от пая на световната хранителна индустрия.
„Наистина важното е, че нямаме транспортни разходи, нямаме емисии и минимално потребление на ресурси“, казва Харпър. Друг интересен момент, който ученият отбеляза: един ден ще можем да надминем регионалните характеристики на отглеждането на зеленчукови продукти. Ресторантите ще отглеждат зеленчуци по свой вкус, навън, в специални контейнери. Чрез промяна на светлината, киселинно-алкалния баланс, минералния състав на водата или специално ограничаване на напояването, те могат да контролират вкуса на зеленчуците - да речем, да направят салатата по-сладка. Постепенно по този начин можете да създадете собствени маркови зеленчуци. „Вече няма да има „най-доброто грозде да расте тук и там“, казва Харпър. – „Ще бъде“ най-доброто грозде се отглежда в тази ферма в Бруклин. И най-добрият манголд идва от онази ферма в Бруклин. Това е невероятно".
Google ще внедри откритията на Харпър и неговия дизайн на микроферма в кафенето на централата им в Маунтин Вю, за да нахрани служителите си със свежа и здравословна храна. Той също така се свърза с компания за памук, питайки дали е възможно да се отглежда памук в такава иновативна оранжерия (Харпър не е сигурен – може би е възможно). Проектът на Harper, OpenAgProject, привлече значително внимание от академични среди и публични компании в Китай, Индия, Централна Америка и Обединените арабски емирства. А друг партньор, който е по-близо до дома, Мичиганският държавен университет, е на път да превърне бивш автомобилен склад с площ от 4600 квадратни фута в покрайнините на Детройт в това, което ще се превърне в най-голямата „вертикална фабрика за зеленчуци“ в света. „Къде е най-доброто място за разбиране на автоматизацията, ако не в Детройт? – пита Харпър. – И някои все още питат „какво е новата индустриална революция“? Ето каква е тя!“
* Аеропониката е процес на отглеждане на растения във въздуха без използване на почва, при който хранителните вещества се доставят до корените на растенията под формата на аерозол
** Аквапоника – високи технологиилогичен начин на отглеждане, който комбинира аквакултура – отглеждане на водни животни и хидропоника – отглеждане на растения без почва.
***Хидропониката е безпочвен начин за отглеждане на растения. Кореновата система на растението не е в земята, а във влажен въздух (вода, добре аерирана; твърда, но влаго- и въздушно интензивна и доста пореста) среда, добре наситена с минерали, поради специални разтвори. Такава среда допринася за добрата оксигенация на коренищата на растението.