Даже у своих довольно необычных коллег – творческих гениев и слегка сумасшедших ученых из Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института (MIT), что находится недалеко от Бостона (США), где с потолка свисают гигантские надувные акулы, столы часто украшают головы роботов. и худощавые, коротко стриженные учёные в гавайских рубашках, восхищенно обсуждающие загадочные формулы, нарисованные мелом на доске, – Салеб Харпер кажется весьма необычным человеком. Пока его коллеги по научным исследованиям создают : искусственный интеллект, умные протезы, складные машины нового поколения и медицинские устройства, отображающие нервную систему человека в 3D, над которыми работает Харпер – Он выращивает капусту. За последний год он превратил небольшой вестибюль Института на пятом этаже (за дверями своей лаборатории) в супертехнологичный сад, который выглядит так, будто его оживили из научно-фантастического фильма. Здесь растут несколько сортов брокколи, помидоров и базилика, словно витающие в воздухе, залитые синими и красными неоновыми светодиодными огнями; а их белые корни делают их похожими на медуз. Растения обвили стеклянную стену длиной 7 метров и высотой 2.5 метра, так что кажется, будто они обвили офисное здание. Нетрудно догадаться, что если дать волю Харперу и его коллегам, то в ближайшем будущем они смогут превратить весь мегаполис в такой живой и съедобный сад.
«Я верю, что у нас есть возможность изменить мир и глобальную продовольственную систему», — говорит Харпер, высокий, коренастый 34-летний мужчина в синей рубашке и ковбойских сапогах. «Потенциал городского сельского хозяйства огромен. И это не пустые слова. «Городское фермерство» за последние годы переросло фазу «посмотрите, это действительно возможно» (во время которой проводились эксперименты по выращиванию салата и овощей на городских крышах и в пустых городских пространствах) и превратилось в настоящую волну инноваций, запущенную мыслителями твердо стоит на ногах, как Харпер. Год назад он стал соучредителем проекта CityFARM, а сейчас Харпер исследует, как высокие технологии могут помочь оптимизировать урожайность овощей. При этом используются сенсорные системы, которые контролируют потребность растений в воде и удобрениях, а также питают рассаду светом оптимальной частоты волн: диоды, реагируя на потребности растения, посылают свет, который не только дает жизнь растениям. растений, но и определяет их вкус. Харпер мечтает, чтобы такие плантации в будущем заняли свое место на крышах зданий – в реальных городах, где живет и работает множество людей.
Инновации, которые предлагает внедрить Харпер, способны снизить затраты сельского хозяйства и снизить его воздействие на окружающую среду. Он утверждает, что, измеряя и контролируя свет, полив и внесение удобрений по его методу, можно сократить потребление воды на 98%, ускорить рост овощей в 4 раза, полностью отказаться от использования химических удобрений и пестицидов, вдвое увеличить питательные вещества. ценность овощей и улучшить их вкус.
Производство продуктов питания является серьезной экологической проблемой. Прежде чем оказаться на нашем столе, он обычно совершает путь в тысячи километров. Кевин Фредияни, руководитель отдела органического земледелия в Биктон-колледже, сельскохозяйственной школе в Девоне, Великобритания, подсчитал, что Великобритания импортирует 90% своих фруктов и овощей из 24 стран (из которых 23% поступает из Англии). Оказывается, доставка кочана капусты, выращенного в Испании и доставленного грузовиком в Великобританию, приведет к выбросу около 1.5 кг вредных выбросов углерода. Если вырастить эту голову в Великобритании, в теплице, цифра будет еще выше: около 1.8 кг выбросов. «Нам просто не хватает света, а стекло плохо удерживает тепло», — отмечает Фредияни. Но если использовать специальное утепленное здание с искусственным освещением, выбросы можно снизить до 0.25 кг. Фредияни знает, о чем говорит: ранее он управлял садами и овощными плантациями в зоопарке Пейнтона, где в 2008 году предложил метод вертикальной посадки для более эффективного выращивания корма для животных. Если мы сможем поставить такие методы на поток, мы получим более дешевые, свежие и питательные продукты питания, сможем сократить выбросы парниковых газов на миллионы тонн ежегодно, в том числе в той части производства, которая касается упаковки, транспортировки и сортировки продуктов питания. сельскохозяйственная продукция, которая в совокупности производит в 4 раза больше вредных выбросов, чем само выращивание. Это может существенно задержать приближение надвигающегося глобального продовольственного кризиса.
Эксперты ООН подсчитали, что к 2050 году население планеты вырастет на 4.5 миллиарда человек, а 80% жителей планеты будут жить в городах. Уже сегодня 80% земель, пригодных для сельского хозяйства, используется, а цены на продукцию растут из-за участившихся засух и наводнений. В таких условиях новаторы в сельском хозяйстве обратили внимание на города как на возможное решение проблемы. Ведь овощи можно выращивать где угодно, даже на небоскребах или в заброшенных бомбоубежищах.
В число корпораций, которые начинают использовать инновационные тепличные технологии для выращивания овощей и подпитки их светодиодами, входит, например, такой гигант, как Philips Electronics, у которого есть собственное подразделение сельскохозяйственных светодиодов. Работающие там ученые создают новые типы упаковочных линий и систем управления, исследуют возможности технологий микроклимата, аэропоники*, аквапоники**, гидропоники***, систем сбора дождевой воды и даже микротурбин, позволяющих использовать энергию штормов. Но пока никому не удалось заставить подобные нововведения окупиться. Самое сложное — это энергопотребление. Наделавшая много шума в научном сообществе гидропонная система VertiCorp (Ванкувер), названная журналом TIME «Открытием года 2012», разбилась потому, что. потреблял слишком много электроэнергии. «В этой области много лжи и пустых обещаний», — говорит Харпер, сын пекаря, выросший на ферме в Техасе. «Это привело к большому количеству напрасных инвестиций и краху многих компаний, больших и малых».
Харпер утверждает, что благодаря использованию его разработок удастся снизить потребление электроэнергии на 80%. В отличие от технологий промышленного сельского хозяйства, защищенных патентами, его проект открыт, и воспользоваться его инновациями может каждый. Прецедент для этого уже существует, как и в случае с лазерными резаками, разработанными MIT, и принтерами XNUMXD, которые институт производит и передает в дар лабораториям по всему миру. «Они создали производственную сеть, которую я рассматриваю как модель нашего движения по выращиванию овощей», — говорит Харпер.
… Прекрасным июньским днем Харпер тестирует свою новую установку. Он держит кусок картона, взятый из детского игрушечного набора. Перед ним стоит коробка салата из капусты, освещенная синими и красными светодиодами. За приземлением «отслеживает» видеокамера слежения за движением, которую Харпер позаимствовал у PlayStation. Накрывает камеру листом картона – диоды становятся ярче. «Мы можем учесть данные о погоде и создать алгоритм компенсации диодного освещения, — говорит учёный, — но система не сможет предсказать дождливую или пасмурную погоду. Нам нужна немного более интерактивная среда».
Харпер собрал такую модель из алюминиевых реек и панелей из плексигласа – своего рода стерильную операционную. Внутри этого стеклянного блока высотой с человека живут 50 растений, некоторые со свисающими корнями и автоматически орошаемые питательными веществами.
Сами по себе такие методы не уникальны: небольшие тепличные хозяйства используют их уже несколько лет. Инновация заключается именно в использовании диодов синего и красного света, создающих фотосинтез, а также в том уровне контроля, которого достиг Харпер. Теплица буквально напичкана различными датчиками, которые считывают атмосферные условия и отправляют данные на компьютер. «Со временем эта теплица станет еще умнее», — уверяет Харпер.
Он использует систему меток, присвоенных каждому растению, для отслеживания роста каждого растения. «На сегодняшний день никто этого не сделал», — говорит Харпер. «Было много ложных сообщений о таких экспериментах, но ни один из них не прошел проверку. В научном сообществе сейчас много информации о подобных исследованиях, но никто точно не знает, были ли они успешными, и вообще, проводились ли они на самом деле.
Его цель — создать линию по производству овощей по требованию, доставляемую по принципу Amazon.com. Вместо того, чтобы собирать овощи зелеными (например, как летом собирают зеленые помидоры в Нидерландах или зимой в Испании – бедные питательными веществами и невкусные), потом отправлять их за сотни километров, заправлять газом, чтобы придать видимость спелости – можно заказать ваши помидоры тоже здесь, но они очень спелые и свежие, из грядки и почти на соседней улице. «Доставка будет быстрой», — говорит Харпер. «Никаких потерь вкуса и питательных веществ в процессе!»
На сегодняшний день самая большая нерешенная проблема Харпера связана с источниками света. Он использует как солнечный свет из окна, так и управляемые через Интернет светодиоды, созданные швейцарским стартапом Heliospectra. Если разместить овощные плантации на офисных зданиях, как предлагает сделать Харпер, то энергии Солнца будет достаточно. «Мои насаждения используют только 10% светового спектра, остальная часть просто согревает комнату – это похоже на парниковый эффект», – объясняет Харпер. – Значит, мне приходится специально охлаждать теплицу, что требует много энергии и разрушает самодостаточность. Но вот риторический вопрос: сколько стоит солнечный свет?
В традиционных «солнечных» теплицах дверцы приходится открывать, чтобы охладить помещение и уменьшить накопившуюся влажность — так внутрь попадают незваные гости — насекомые и грибки. Научные группы таких корпораций, как Heliospectra и Philips, считают, что использование Солнца — устаревший подход. Фактически, крупнейший научный прорыв в области сельского хозяйства сейчас совершают компании, занимающиеся освещением. Heliospectra не только поставляет лампы для теплиц, но и проводит научные исследования в области методов ускорения роста биомассы, ускорения цветения и улучшения вкусовых качеств овощей. НАСА использует лампы, которые они производят в своем эксперименте, для модуляции «марсианской космической базы» на Гавайях. Освещение здесь создается панелями с диодами, имеющими собственный встроенный компьютер. «Вы можете послать сигнал растению, спрашивая, как оно себя чувствует, и в ответ оно отправит информацию о том, какую часть спектра оно использует и как оно потребляет», — говорит соруководитель Heliography Кристофер Стил из Гетеборга. «Например, синий свет не оптимален для роста базилика и отрицательно влияет на его вкус». Также Солнце не может освещать овощи идеально равномерно – это связано с появлением облаков и вращением Земли. «Мы можем выращивать овощи без темных бочонков и пятен, которые будут выглядеть великолепно и иметь приятный вкус», — добавляет генеральный директор Стефан Хиллберг.
Такие системы освещения продаются по цене 4400 фунтов, что совсем недешево, но спрос на рынке очень высок. Сегодня в теплицах по всему миру имеется около 55 миллионов ламп. «Лампы необходимо заменять каждые 1–5 лет», — говорит Хиллберг. "Это много денег."
Растения предпочитают диоды солнечному свету. Поскольку диоды можно разместить прямо над растением, ему не придется тратить лишнюю энергию на создание стеблей, оно растет четко вверх и листовая часть становится толще. На GreenSenseFarms, крупнейшей крытой вертикальной ферме в мире, расположенной в 50 км от Чикаго, в двух осветительных комнатах размещено целых 7000 ламп. «Салат, выращенный здесь, более ароматный и хрустящий», — говорит генеральный директор Роберт Коланджело. – Мы освещаем каждую койку 10 лампами, у нас 840 кроватей. Каждые 150 дней мы получаем 30 кочанов салата из сада».
Грядки на ферме располагаются вертикально и достигают 7.6 м в высоту. На ферме Green Sense используется технология так называемой «гидропитательной пленки». На практике это означает, что богатая питательными веществами вода просачивается через «почву» — измельченную скорлупу кокосовых орехов, которую здесь используют вместо торфа, поскольку это возобновляемый ресурс. «Поскольку грядки расположены вертикально, овощи вырастают как минимум в десять раз толще и дают в 25–30 раз больше урожая, чем в обычных горизонтальных условиях», — говорит Коланджело. «Это хорошо для Земли, потому что не происходит выбросов пестицидов, плюс мы используем переработанную воду и переработанные удобрения». «Он потребляет гораздо меньше энергии (чем обычный)», — говорит Коланджело, говоря о своей овощной фабрике, созданной совместно с Philips, которая является крупнейшей на планете.
Коланджело считает, что вскоре сельскохозяйственная отрасль будет развиваться всего по двум направлениям: во-первых, большие открытые пространства, засеянные такими зернами, как пшеница и кукуруза, которые можно хранить месяцами и медленно транспортировать по всему миру — эти фермы расположены вдали от городов. Во-вторых, вертикальные фермы, которые будут выращивать дорогие скоропортящиеся овощи, такие как помидоры, огурцы и зелень. Ожидается, что его ферма, открывшаяся в апреле этого года, будет приносить годовой оборот в 2-3 миллиона долларов. Коланджело уже продает свою фирменную продукцию ресторанам и распределительному центру WholeFood (расположен всего в 30 минутах езды), который доставляет свежие овощи в 48 магазинов в 8 штатах США.
«Следующий шаг — автоматизация», — говорит Коланджело. Поскольку грядки расположены вертикально, директор завода считает, что можно будет с помощью робототехники и датчиков определять, какие овощи созрели, собирать их и заменять новыми саженцами. «Это будет похоже на Детройт с его автоматизированными заводами, где роботы собирают автомобили. Легковые и грузовые автомобили собираются из деталей, заказанных дилерами, а не производимых серийно. Мы назовем это «выращиванием по порядку». Мы будем собирать овощи, когда они понадобятся магазину».
Еще более невероятная инновация в сфере сельского хозяйства — «фермы морских контейнеров». Это вертикальные ящики для выращивания, оснащенные системой обогрева, полива и освещения диодными лампами. Эти контейнеры, которые легко транспортировать и хранить, можно складывать по четыре друг на друга и размещать прямо возле магазинов и ресторанов, чтобы обеспечить их свежими овощами.
Эту нишу уже заняли несколько компаний. Компания Growtainer со штаб-квартирой во Флориде производит как целые фермы, так и решения для ресторанов и школ (где они используются в качестве наглядных пособий по биологии). «Я вложил в это миллион долларов», — говорит генеральный директор Grotainer Глен Берман, который в течение 40 лет возглавлял производителей орхидей во Флориде, Таиланде и Вьетнаме, а сейчас является крупнейшим дистрибьютором живых растений в США и Европе. «Мы усовершенствовали системы орошения и освещения», — говорит он. «Мы растем лучше, чем сама природа».
Уже сейчас у него десятки распределительных центров, многие из которых работают по системе «собственник-потребитель»: тебе продают тару, а овощи ты выращиваешь сам. На сайте Бермана даже утверждается, что эти контейнеры представляют собой отличную «живую рекламу», на которой можно размещать логотипы и другую информацию. Другие компании работают по другому принципу — продают контейнеры со своим логотипом, в которых уже растут овощи. К сожалению, пока обе схемы дороги для потребителя.
«Микрофермы имеют обратную рентабельность инвестиций в расчете на площадь», — говорит Пол Лайтфут, генеральный директор Bright Farms. Компания Bright Farms производит небольшие теплицы, которые можно разместить рядом с супермаркетом, тем самым сокращая время и стоимость доставки. «Если вам нужно отопить помещение, дешевле отопить десять квадратных километров, чем сто метров».
Некоторые новаторы в сельском хозяйстве пришли не из академических кругов, а из бизнеса. Так же как и Bright Farms, основанная на некоммерческом проекте ScienceBarge 2007 года, прототипе инновационной городской фермы, стоящей на якоре на реке Гудзон (Нью-Йорк). Именно тогда супермаркеты по всему миру заметили растущий спрос на свежие овощи местного производства.
В связи с тем, что 98% продаваемого в супермаркетах США салата летом выращивается в Калифорнии, а зимой в Аризоне, его стоимость (включая стоимость воды, которая на западе страны дорогая) относительно высока. . В Пенсильвании Bright Farms подписала контракт с местным супермаркетом, получила налоговый кредит на создание рабочих мест в регионе и купила ферму площадью 120 гектаров. Ферма, которая использует систему дождевой воды на крыше и вертикальные конфигурации, как у Салеба Харпера, ежегодно продает зелень собственной торговой марки на сумму 2 миллиона долларов в супермаркеты в Нью-Йорке и близлежащей Филадельфии.
«Мы предлагаем альтернативу более дорогой и не очень свежей зелени Западного побережья», — говорит Лайтфут. – Скоропортящуюся зелень очень дорого транспортировать по стране. Так что это наша возможность представить лучший и более свежий продукт. Нам не придется тратить деньги на доставку на большие расстояния. Наши основные ценности лежат за пределами технологий. Наша инновация — это сама бизнес-модель. Мы готовы внедрить любую технологию, которая позволит нам добиться результата».
Лайтфут считает, что контейнерные фермы никогда не смогут закрепиться в крупных супермаркетах из-за отсутствия окупаемости. «Есть несколько реальных ниш, например, дорогая зелень для избранных ресторанов», — говорит Лайтфут. «Но это не будет работать на тех скоростях, с которыми я работаю. Хотя такие контейнеры можно, например, забросить на военную базу морской пехоты в Афганистане».
Тем не менее, инновации в сельском хозяйстве приносят славу и доход. Это становится очевидным, если посмотреть на ферму, расположенную в 33 метрах под улицей Норт-Кэпэм (район Лондона). Здесь, в бывшем бомбоубежище времен Первой мировой войны, предприниматель Стивен Дринг и партнеры собрали 1 миллион фунтов стерлингов, чтобы преобразовать невостребованные городские пространства для создания передового сельского хозяйства, которое является устойчивым и прибыльным, и успешно выращивает салат и другую зелень.
Его компания ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food) выращивает зелень на вертикальных стеллажах, используя «приливную» систему: вода омывает растущую зелень, а затем собирается (обогащается питательными веществами) для повторного использования. Зелень посажена в искусственную почву, сделанную из переработанных ковров из Олимпийской деревни в Стратфорде. Электричество, используемое для освещения, поступает от небольших микрогидроэлектрических турбин. «У нас в Лондоне много дождей», — говорит Дринг. «Поэтому мы ставим турбины в систему стока дождевой воды, и они снабжают нас энергией». Дринг также работает над решением одной из самых больших проблем вертикального выращивания: накоплением тепла. «Мы изучаем, как можно удалить тепло и превратить его в электричество, а также как можно использовать углекислый газ — он действует на растения как стероиды».
В восточной Японии, которая сильно пострадала от землетрясения и цунами 2001 года, известный специалист превратил бывшую фабрику полупроводников Sony во вторую по величине закрытую ферму в мире. Площадью 2300 м.2Ферма освещается 17500 низкоэнергетическими электродами (производства General Electric) и производит 10000 головок зелени в день. Компания Mirai («Мирай» по-японски означает «будущее») уже работает с инженерами GE над созданием «фабрики по выращиванию» в Гонконге и России. Сигэхару Симамура, стоящий за созданием этого проекта, так сформулировал свои планы на будущее: «Наконец-то мы готовы начать индустриализацию сельского хозяйства».
Дефицита денег в аграрном секторе науки сейчас нет, и это видно по растущему количеству инноваций, начиная от предназначенных для домашнего использования (на Kickstarter много интересных проектов, например, Нива, который позволяет выращивать помидоры дома на гидропонной установке, управляемой со смартфона), в глобальном масштабе. Экономический гигант Кремниевой долины SVGPartners, например, объединил усилия с Forbes, чтобы провести в следующем году международную конференцию по сельскохозяйственным инновациям. Но правда в том, что инновационному сельскому хозяйству потребуется много времени – десятилетие или больше – чтобы отвоевать значительную часть мирового пирога пищевой промышленности.
«Что действительно важно, так это отсутствие транспортных расходов, выбросов и минимальное потребление ресурсов», — говорит Харпер. Еще один интересный момент, который отметил ученый: однажды мы сможем превзойти региональные особенности выращивания овощной продукции. Рестораны будут выращивать овощи по своему вкусу прямо на улице, в специальных контейнерах. Изменяя свет, кислотно-щелочной баланс, минеральный состав воды или специально ограничивая полив, они могут контролировать вкус овощей – скажем, сделать салат слаще. Постепенно таким образом вы сможете создавать свои фирменные овощи. «Тут и там больше не будет «самого лучшего винограда», — говорит Харпер. – «Будет» лучший виноград выращивается на этой ферме в Бруклине. А лучший мангольд производят на ферме в Бруклине. Это потрясающе".
Google собирается внедрить выводы Харпера и его проект микрофермы в столовой своей штаб-квартиры в Маунтин-Вью, чтобы кормить сотрудников свежей, здоровой пищей. С ним также связалась хлопковая компания и спросила, возможно ли выращивать хлопок в такой инновационной теплице (Харпер не уверен – возможно, это возможно). Проект Харпера OpenAgProject привлек заметное внимание ученых и государственных компаний в Китае, Индии, Центральной Америке и Объединенных Арабских Эмиратах. А еще один партнер, расположенный ближе к дому, Мичиганский государственный университет, собирается превратить бывший автосклад площадью 4600 квадратных футов на окраине Детройта в крупнейшую в мире «вертикальную овощную фабрику». «Где лучше всего разбираться в автоматизации, если не в Детройте? — спрашивает Харпер. – А некоторые до сих пор спрашивают: «Что такое новая промышленная революция»? Вот она какая!»
* Аэропоника – это процесс выращивания растений на воздухе без использования почвы, при котором питательные вещества доставляются к корням растений в виде аэрозоля.
** Аквапоника – высокие технологии.логичный способ ведения сельского хозяйства, сочетающий в себе аквакультуру – выращивание водных животных и гидропонику – выращивание растений без почвы.
***Гидропоника – это беспочвенный способ выращивания растений. Корневая система растения находится не в земле, а во влажно-воздушной (водной, хорошо аэрируемой; твердой, но влаго- и воздухоемкой и достаточно пористой) среде, хорошо насыщенной минеральными веществами за счет специальных растворов. Такая среда способствует хорошей оксигенации корневищ растения.