FS: Вертикальные фермы в помещениях помогут покрыть спрос на продовольствие

Чтобы все люди в мире хорошо питались, нужны инновации. Один из способов решения проблемы — системы вертикального земледелия. Они позволяют выращивать растения в закрытых помещениях.

Но чтобы использовать такие системы повсеместно, нужно решить проблему с энергозатратным освещением, необходимым для роста растений.

Учёные выяснили, как сделать так, чтобы свет соответствовал потребностям конкретных культур. Это позволит вырастить более сильные и здоровые растения и при этом сэкономить энергию.

Доктор Элиас Кайзер, первый автор статьи в журнале Frontiers in Science, говорит:

Главное преимущество систем вертикального земледелия — возможность выращивать здоровые продукты питания близко к потребителям. Это особенно актуально для мегаполисов, пустынь и регионов с холодным и тёмным климатом.

Основная проблема — расходы на электроэнергию.

Проливая свет на проблему

Многие системы вертикального земледелия нуждаются в дорогостоящей электроэнергии для поддержания постоянных условий окружающей среды.

Учёные выяснили, что можно обойтись без этого: используя динамический контроль окружающей среды, можно создать более экономически эффективную вертикальную ферму, которая будет выращивать здоровые растения.

Профессор Лео Марселис из Вагенингенского университета, старший автор работы, говорит, что их стратегия основана на ритмах роста растений и требует регулярной корректировки среды выращивания. В ней используются знания физиологии растений, новые методы зондирования и моделирования, а также новые сорта, специально выведенные для систем вертикального земледелия.

Развитие растений зависит от условий окружающей среды: температуры, длины световых волн и количества углекислого газа в атмосфере. Поэтому в системах вертикального земледелия можно управлять развитием растений, меняя условия окружающей среды.

Особенно важно освещение: оно необходимо растениям для фотосинтеза, а разные длины волн по-разному влияют на разные виды. При этом цены на электроэнергию сильно влияют на стоимость освещения — это открывает возможности для повышения эффективности систем.

Марселис пояснил, что можно использовать колебания цен на электроэнергию в интересах систем вертикального земледелия: тратить больше электроэнергии тогда, когда она дешевле.

Авторы создали модель умного освещения, которая поддерживает фотосинтез и снижает затраты на электроэнергию. Они выяснили, что оптимизационный алгоритм может сократить расходы на 12% без ущерба для фиксации углерода, просто меняя интенсивность света.

Эксперименты показали, что изменение интенсивности света не влияет на рост листовых растений, таких как шпинат, которые часто выращивают на вертикальных фермах. Это справедливо даже при нерегулярном изменении интенсивности.

Семена будущего

Прежде чем вертикальное земледелие поможет решить проблему голода, нужно ответить на другие вопросы.

Кайзер предупреждает, что некоторые решения не были проверены в более масштабных условиях вертикальных ферм — их тестировали только на отдельных растениях, но не на целых культурах.

Динамическая регулировка воздуха, температуры и уровня CO₂ в соответствии с потребностями растений может снизить затраты на электроэнергию. Фермерам понадобятся датчики и модели для контроля окружающей среды, а также новые сорта для вертикального земледелия. Эти сорта позволят сосредоточиться на питательных и вкусовых качествах вместо прочности или срока хранения. Необходимы дополнительные исследования, чтобы найти баланс между качеством и урожайностью культур.

В вертикальной ферме можно контролировать все условия роста растений, что важно для повышения урожайности и качества продукции. Но даже если поддерживать эти условия на постоянном уровне, это не всегда лучшее решение.

Когда будет налажен динамический контроль за состоянием окружающей среды, вертикальные фермы смогут снизить потребление энергии и затраты на неё. Это повысит их рентабельность и устойчивость.

24.09.2024