Η κλιματική αλλαγή φαίνεται πως κάνει πιο επιτακτική την ανάπτυξη της υβριδικής, «κάθετης» καλλιέργειας, αλλά εμποδίζεται από το υψηλό κόστος ενέργειας, γεγονός που στρέφει τους επιχειρηματίες του εν λόγω κλάδου στη χρήση της τεχνητής νοημοσύνης.

Με τον όρο «κάθετη» καλλιέργεια, εννοούμε την αστική γεωργία, η οποία αποτελεί μια μέθοδο καλλιέργειας εντός ενός πολυώροφου θερμοκηπίου ή σε κάθετες επιφάνειες. Μια κοινή εκδοχή της κάθετης γεωργίας χρησιμοποιεί παρόμοιες τεχνικές με αυτές που χρησιμοποιούνται όπου το φυσικό ηλιακό φως μπορεί να ενισχυθεί με τεχνητό φωτισμό και με μεταλλικά κάτοπτρα.

Πιο συγκεκριμένα, τα φυτά καλλιεργούνται σε εσωτερικούς χώρους. Σε αντίθεση με τη συμβατική καλλιέργεια, οι βλαστοί δεν αναπτύσσονται έξω από το έδαφος, αλλά αντίθετα ευδοκιμούν σε ένα υδατικό, πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά διάλυμα, ένα υδροπονικό σύστημα.

Η έρευνα για την κάθετη καλλιέργεια βρίσκεται ακόμη στα σπάργανα, αλλά οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η μέθοδος καλλιέργειας έχει μεγάλες δυνατότητες: «Η κάθετη καλλιέργεια είναι μια από τις πιο ελπιδοφόρες τεχνολογίες της εποχής μας», λέει ο Μοχιντίνε Γελάλι, διευθυντής του Ινστιτούτου Ανάπτυξης Προϊόντων και Κατασκευαστικής Τεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Επιστημών της Κολωνίας στην Handelsblatt.

Θα μπορούσε να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην επίλυση του τριλήμματος των τροφίμων, των πόρων και του περιβάλλοντος.

Η γεωργία του μέλλοντος: Οι ακραίες καιρικές συνθήκες θέτουν σε κίνδυνο τη συγκομιδή

Οι προκλήσεις για τη γεωργία του μέλλοντος είναι τεράστιες. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των Ηνωμένων Εθνών, περισσότεροι από δέκα δισεκατομμύρια άνθρωποι θα ζουν στον πλανήτη μέχρι το 2060.

Λόγω των μονοκαλλιεργειών, της χρήσης χημικών, της υπερβόσκησης και της σφράγισης, όλο και περισσότερο γόνιμο έδαφος χάνεται παγκοσμίως, ενώ ακραία καιρικά φαινόμενα όπως η ξηρασία και οι πλημμύρες θέτουν σε κίνδυνο τις σοδειές.

Η κάθετη γεωργία μπορεί να προσφέρει μια λύση. Η μέθοδος καλλιέργειας δεν απαιτεί λιπάσματα, δεν χρησιμοποιεί φυτοφάρμακα και είναι ανεξάρτητη από τις καιρικές συνθήκες.

Οι ειδικοί βλέπουν τις δυνατότητές της κυρίως σε αστικά περιβάλλοντα: Σύμφωνα με τη Γερμανική Γεωργική Εταιρεία (DLG), τα πολυεπίπεδα, κάθετα διατεταγμένα συστήματα καλλιέργειας είναι κατάλληλα για τον εφοδιασμό του πληθυσμού, όπου ο μικρός χώρος συναντά υψηλή ζήτηση για τρόφιμα.

Κάθετη γεωργία: Μια αναπτυσσόμενη αγορά με εμπόδια

Η κάθετη γεωργία γίνεται επίσης όλο και πιο συναρπαστική για την οικονομία. Σύμφωνα με τον πάροχο υπηρεσιών δεδομένων Statista (γερμανική στατιστική υπηρεσία), ο μέσος ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης της κάθετης γεωργίας στη Γερμανία θα είναι 13,9% έως το 2030.

Αυτό τοποθετεί την ανάπτυξη περίπου στο ίδιο επίπεδο με τον Καναδά και την Ιαπωνία, αλλά αρκετά πίσω από την Κίνα, η οποία έχει πλεονέκτημα θέσης για την κάθετη γεωργία λόγω της πρόσβασής της σε φθηνή ενέργεια.

Οι προβλέψεις του ινστιτούτου έρευνας αγοράς Straits Research εκτιμούν τον όγκο της παγκόσμιας αγοράς αυτής της μεθόδου καλλιέργειας σε περίπου 59 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ μέχρι το 2031.

Στην πράξη, ωστόσο, υπάρχουν εμπόδια για την οικονομική επιτυχία της κάθετης καλλιέργειας. Το παράδειγμα της Infarm το δείχνει αυτό. Η εταιρεία με έδρα το Βερολίνο ήταν η πρώτη γερμανική νεοφυής επιχείρηση τεχνολογίας τροφίμων που πέτυχε την ιδιότητα του μονόκερου το 2021. Αυτό αναφέρεται σε αποτίμηση άνω του ενός δισεκατομμυρίου δολαρίων ΗΠΑ. Η εταιρεία αναγκάστηκε να καταθέσει αίτηση πτώχευσης στα τέλη του 2023. Ένας λόγος για την αποτυχία της: οι υψηλές τιμές της ενέργειας.

Το απόθεμα υψηλής τεχνολογίας της Infarm συνεχίζει να χρησιμοποιείται σήμερα στην Hydrofarms στο Wesseling. «Καταφέραμε να αποκτήσουμε μέρος του αποθέματος της Infarm σε δημόσια δημοπρασία», λέει ο Γιάνικ Χόιερ, συνιδρυτής της νεοφυούς επιχείρησης.

Σε αντίθεση με την Infarm, η οποία έπρεπε να αντιμετωπίσει τεράστιο κόστος επένδυσης λόγω του εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας, η Hydrofarms θέλει προς το παρόν να αποφύγει την πολύπλοκη τεχνολογία αισθητήρων και τις πλήρως αυτοματοποιημένες διαδικασίες στην καλλιέργεια των φυτών, εξοικονομώντας έτσι κόστος.

Το πρόβλημα της κάθετης καλλιέργειας: Υψηλή κατανάλωση ενέργειας

Η υψηλή κατανάλωση ενέργειας για τον φωτισμό, τη θέρμανση και την ψύξη των φυτών αποτελεί κεντρικό πρόβλημα της κάθετης καλλιέργειας.

Περίπου 650 κιλοβατώρες (kWh) απαιτούνται για την παραγωγή μόλις ενός κιλού σιταριού σε μια εσωτερική εγκατάσταση, εξήγησε ο γεωπόνος Σέντχολντ Άσενγκ από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου σε μια ερευνητική εκδήλωση που διοργάνωσε το Ίδρυμα Körber στις αρχές του 2024.

Συγκριτικά, σύμφωνα με στοιχεία της Ομοσπονδιακής Στατιστικής Υπηρεσίας, η ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ενός μονοπρόσωπου νοικοκυριού το 2021 ήταν 2105 κιλοβατώρες.

Το σιτάρι και τα σύνθετα φυτά δεν είναι προς το παρόν κατάλληλα για την έννοια της κάθετης καλλιέργειας, λέει ο καθηγητής Γελάλι από το Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Επιστημών της Κολωνίας. Ο ίδιος τάσσεται υπέρ της υβριδικής καλλιέργειας, όπου οι εσωτερικές φάρμες συμπληρώνουν τη συμβατική καλλιέργεια. «Για βασικά τρόφιμα όπως το σιτάρι, υποθέτω ότι θα τα αφήσουμε να αναπτυχθούν στα χωράφια προς το παρόν».

Η καλλιέργεια φρούτων και λαχανικών είναι πιο επικερδής. Το μαρούλι και οι φράουλες έχουν υψηλότερη τιμή στην παγκόσμια αγορά από το σιτάρι, γεγονός που δικαιολογεί το ενεργειακό κόστος. Οι ντομάτες και οι πιπεριές θα ήταν επίσης κατάλληλες για να πωληθούν ως νεαρά φυτά στους λιανοπωλητές, λέει ο Τίμον Σολτς από την Hydrofarms.

Προκειμένου να διατηρηθεί το ενεργειακό κόστος όσο το δυνατόν χαμηλότερο κατά τη διάρκεια της καλλιέργειας, ο επιχειρηματίας έχει σχεδιάσει ειδικές λάμπες LED που καταναλώνουν μόλις 18 Watt ανά λάμπα.

Αν και αυτό είναι διπλάσιο από μια συμβατική λάμπα LED, είναι σημαντικά χαμηλότερο από την κατανάλωση που προκαλούν τμήματα της βιομηχανίας.

Τεχνητή νοημοσύνη για την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης της κάθετης γεωργίας

Σύμφωνα με τον επιστήμονα Γελάλι, υπάρχουν σίγουρα έννοιες και ιδέες για τον συνδυασμό του ηλιακού φωτός και του τεχνητού φωτισμού για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Ωστόσο, αυτό δεν είναι ακόμη εφικτό σε μεγάλη κλίμακα.

Αντ’ αυτού, η έρευνα επικεντρώνεται σε πιο αποδοτικά και ελεγχόμενα από τεχνητή νοημοσύνη συστήματα φωτισμού που βασίζονται στη φωτοσύνθεση των φυτών. Οι φράουλες, οι τσίλι και η βανίλια, για παράδειγμα, έχουν διαφορετικούς κύκλους ανάπτυξης στους οποίους ο φωτισμός πρέπει να προσαρμόζεται ξεχωριστά.

Για παράδειγμα, υπάρχουν σκέψεις να μην τροφοδοτούνται τα μεμονωμένα φυτά συνεχώς με φως, αλλά να διακόπτεται η ακτινοβολία με βάση τα χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Σύμφωνα με τον Γελάλι, οι δοκιμές και οι προσομοιώσεις έχουν ήδη δείξει ότι αυτό μπορεί να εξοικονομήσει 20-30% της ενέργειας. Συλλέγονται δεδομένα και η τεχνητή νοημοσύνη μαθαίνει ποια είναι η βέλτιστη συνταγή για τον φωτισμό, τα θρεπτικά συστατικά και το νερό.

Η τεχνητή νοημοσύνη πρόκειται επίσης να διαδραματίσει μεγαλύτερο ρόλο για την Hydrofarms στο μέλλον. «Εργαζόμαστε προς την κατεύθυνση της αυτοματοποίησης. Θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα που συλλέγουμε για τον καλύτερο συντονισμό του προγραμματισμού της παραγωγής και τον εξορθολογισμό των διαδικασιών στο μέλλον», λέει ο συνιδρυτής Χόιερ.