الزراعة
الزراعة الداخلية تستعد لتحقيق زيادة في الكفاءة من خلال تكاملات الذكاء الاصطناعي
الزراعة الداخلية، المعروفة أيضًا بالزراعة في بيئات خاضعة للسيطرة، هي بالضبط ما يوحي به الاسم — ممارسة زراعة المحاصيل في بيئة خاضعة للسيطرة، عادةً في الداخل.
تُقدر قيمة الزراعة الداخلية العالمية حاليًا بـ 40.51 مليار دولار، وفقًا لـتقرير من Fact.MR، ومن المتوقع أن تتجاوز 118 مليار دولار في العقد القادم.
في هذا النوع من الزراعة، تُستخدم الأضواء الاصطناعية والتقنية لتحسين ظروف النمو وزيادة غلات المحاصيل.
“إنها الكثير من نفس التقنيات التي تراها في مبنى لتوفير الراحة للإنسان، ولكن تُستَخدم الآن للنباتات.”
– جنيفر أمان من المجلس الأمريكي للاقتصاد الفعال في الطاقة
نظرًا للطلب المتزايد على الأطعمة الطازجة ذات القيمة الغذائية العالية، والجهود المبذولة للتخفيف من آثار تغير المناخ، والحاجة إلى غلات أعلى على مدار السنة باستخدام مساحة ومياه محدودة، ارتفع الاهتمام بزراعة المحاصيل في مساحة مغلقة.
في النهاية، توفر الزراعة الداخلية طريقة اقتصادية وفعّالة في استخدام الموارد ومستدامة بيئيًا لزراعة الطعام.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق تحكم دقيق في العوامل البيئية مثل الرطوبة والضوء ودرجة الحرارة ومستويات المغذيات بهدف تعزيز الإنتاجية ومعالجة التحديات المرتبطة بالزراعة التقليدية.
بعض الطرق الشائعة المستخدمة في الزراعة الداخلية تشمل الزراعة المائية، الزراعة الهوائية، والزراعة المائية-الهوائية، والتي وسعت حدود ما يمكن زراعته في الداخل. علاوة على ذلك، يساعد دمج إضاءة LED، وإنترنت الأشياء، والذكاء الاصطناعي في تقدم القطاع.
على سبيل المثال، في تكساس والولايات المتحدة، تتحكم شركة Eden Green Technology المتخصصة في البيوت الزجاجية العمودية المائية في كل جانب من حياة النبات في منشآتها التي تبلغ مساحتها 82,500 قدم مربع، حيث تنقل سبعة أميال من الأنابيب ماءً غنيًا بالمغذيات وتُضخ هواءً باردًا لإنشاء المناخ الصغري المثالي للخس، الذي يُباع لاحقًا إلى Walmart. تستخدم المنشأة إضاءة LED، التي تعتمد على خوارزميات مبرمجة لتوفير الكمية المناسبة من الضوء، بالإضافة إلى الضوء الطبيعي، مما يجعلها “تقريبًا غير متأثرة بالبيئة الخارجية”.
ازداد استخدام التكنولوجيا في الزراعة بفضل قدرتها على خفض التكاليف، وزيادة إنتاجية المحاصيل، وتحسين الكفاءة.
يُعد استخدام البيانات الضخمة، وإنترنت الأشياء، والروبوتات، والذكاء الاصطناعي مفيدًا بشكل خاص في أتمتة عمليات الزراعة. بينما تستخدم أنظمة GPS وأجهزة الاستشعار نهجًا قائمًا على البيانات لتحسين إنتاجية المحاصيل، تساعد الطائرات بدون طيار في فحص الحقول ومراقبة نمو المحاصيل والماشية.
استخدام الذكاء الاصطناعي لتقليل استهلاك الطاقة في الزراعة الداخلية
الزراعة الداخلية هي الطريقة الجديدة لممارسة الزراعة، والتي تُعزز باستخدام التكنولوجيا. ومع ذلك، بينما يمكن لمصانع النباتات ذات الإضاءة الاصطناعية (PFALs) زيادة إنتاج الغذاء لكل وحدة مساحة، فإنها تتطلب موارد مثل ثاني أكسيد الكربون والطاقة للحفاظ على ظروف نمو مثالية للنباتات.
لذلك، استخدمت دراسة جديدة تقنية جديدة، وهي الذكاء الاصطناعي، لتقليل استهلاك الطاقة في الزراعة الداخلية بنسبة تصل إلى 25٪.
يمكن أن يساعد دمج الذكاء الاصطناعي في مصانع النباتات على تنظيم أنظمة الإضاءة والمناخ، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة في المصانع ويوفر الموارد الثمينة مع تعزيز الكفاءة.
هذه المصانع النباتية هي مزارع داخلية كبيرة مجهزة بتحكم كامل في المناخ والإضاءة. وفقًا لبنجامين ديكاردي-نيلسون، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر فنقى يو في هندسة أنظمة الطاقة في جامعة كورنيل، إذا استخدمت هذه المصانع الذكاء الاصطناعي حول العالم، يمكنه المساعدة في “تسهيل عملية التمثيل الضوئي للنباتات، والنقل والتنفس داخل هذه المباني”.
هذا إنجاز هائل ويمكن أن يساعد في إطعام الطلب المتزايد على الغذاء في العالم مع ارتفاع عدد السكان. يبلغ عدد سكان العالم حاليًا 8.2 مليار وفقًا لتوقعات الأمم المتحدة، ومن المتوقع أن يصل إلى 9.7 مليار بحلول عام 2050 و11.2 مليار بحلول عام 2100.
بالإضافة إلى التحضر وتغير المناخ، هناك حاجة للعمل على أنظمة إنتاج الغذاء الحالية وجعلها أكثر كفاءة لتلبية الطلب المتزايد. لذا، يتركز الاهتمام على الزراعة الداخلية، التي تعتمد على التكنولوجيا لإنشاء بيئات خاضعة للسيطرة. هذا يجعلها أقل عرضة لتغير المناخ والعوامل الأخرى التي تؤثر على الزراعة التقليدية.
لكن الزراعة الداخلية ليست خالية من التحديات أيضًا. وفقًا ليو، فإن أنظمة التحكم البيئي الحالية ليست “ذكية بما فيه الكفاية”. فهي مستهلكة للطاقة وتتطلب إدارة دقيقة للموارد لتكون مستدامة.
إحدى الحلول هي التهوية، ولكن بينما يمكنها خفض استهلاك الطاقة، فإنها تؤثر على مستويات ثاني أكسيد الكربون وتوازن الرطوبة، مما يعقّد نمو النبات. هنا، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يكون عونًا كبيرًا من خلال إدارة عدة تعقيدات.
يُستخدم الذكاء الاصطناعي بالفعل على نطاق واسع في هذا القطاع، بدءًا من توقع الغلات بناءً على بيانات الأقمار الصناعية، وتحليل بيانات مختلفة (صور الحقول والأقمار الصناعية، والطقس، ورطوبة التربة) لتحديد مشكلات المحاصيل، وتوقع أنماط الأمراض من خلال تحليل النباتات ثم توصية بالعلاجات، وتقليل استخدام المبيدات عن طريق تحديد المناطق المتأثرة فقط. كما يساعد الذكاء الاصطناعي المزارعين على تحسين استخدام الموارد والتفاوض على أسعار الحصاد من خلال تقييم معدلات الغلة ومستويات الجودة.
في الوقت نفسه، استخدمت الدراسة الأخيرة الذكاء الاصطناعي لتقليل استهلاك الطاقة في الزراعة الداخلية. وفقًا لديكاردي-نيلسون، يمكن لتبسيط العمليات باستخدام الذكاء الاصطناعي لتقليل استهلاك الطاقة أن يجعل المزارع الداخلية قابلة للتنفيذ حتى في تلك المناطق التي لديها فرص محدودة لتوفير الطاقة. وأضاف:
“من خلال مواءمة تقنية نظام التحكم البيئي مع علم أحياء النبات بشكل استراتيجي، يمكن توفير الطاقة باستخدام التهوية مع تقليل هدر ثاني أكسيد الكربون والحفاظ على ظروف النمو المثالية.”
نظام ذكي لجعل إنتاج الغذاء مستدامًا
نُشر في مجلة Nature في 9 سبتمبر، واستخدمت الدراسة التعلم المعزز العميق والنمذجة الحاسوبية لفحص تفاعلات النبات مع البيئة.
استخدم الباحثون من جامعة كورنيل تقنيات الذكاء الاصطناعي لتقييم الخس المزروع في مرافق الزراعة الداخلية عبر عشرة مواقع عالمية متنوعة ذات مناخات مختلفة. وشملت هذه المواقع ثمانية مواقع في الولايات المتحدة، بما في ذلك إيثاكا (نيويورك)، فارغو (داكوتا الشمالية)، فينيكس، ميلووكي، سياتل، ميامي، شيكاغو، ولوس أنجلوس. وتشمل الموقعين الآخرين دبي، الإمارات العربية المتحدة، وريكييف، آيسلندا.
وجدت الدراسة أن الذكاء الاصطناعي يمكنه تحسين توفير الطاقة في PFALs بشكل كبير، بالإضافة إلى دعم إنتاج غذائي مستدام. حقق الذكاء الاصطناعي توفيرًا في الطاقة من خلال تحسين أنظمة الإضاءة وتنظيم المناخ، مما قلل من استهلاك الطاقة.
في الأماكن ذات المناخات الباردة التي تستخدم حاليًا تقنيات غير مدعومة بالذكاء الاصطناعي، أدى إدخال الذكاء الاصطناعي إلى خفض الطاقة المطلوبة لإنتاج كيلوغرام واحد من الخس داخلًا بنسبة 32.42٪. تحديدًا، انخفض استهلاك الطاقة من 9.5 كيلوواط ساعة إلى 6.42 كيلوواط ساعة لكل كيلوغرام من الوزن الطازج.
في المناخات الدافئة، مثل دبي أو جنوب الولايات المتحدة، خفض الذكاء الاصطناعي استهلاك الطاقة بنسبة 22.28٪، من 10.5 كيلوواط ساعة إلى 7.26 كيلوواط ساعة لكل كيلوغرام من الوزن الطازج.
وفقًا للدراسة، فإن درجات الحرارة الخارجية بين 0 و25 درجة مئوية تفضّل تقليل استهلاك الطاقة المرتبط بالتهوية. ومع ذلك، فإن توفير الطاقة المتعلق بالتهوية يؤثر سلبًا على استهلاك موارد أخرى، مثل استخدام ثاني أكسيد الكربون. بينما لم يظهر للرطوبة الخارجية نمط واضح أو تأثير على استهلاك الطاقة.
وجدت الدراسة أن وجود تهوية عالية خلال الفترة المظلمة، التي تمثل ثماني ساعات من محاكاة الليل، وتهوية منخفضة خلال الفترات المضيئة، التي تمثل ست عشرة ساعة من محاكاة النهار/الشمس، يوفر حلاً فعالًا للطاقة لتحقيق مستويات مثالية من ثاني أكسيد الكربون داخلية للتمثيل الضوئي، والأكسجين للتنفس ونمو النبات، وتوازن متطلبات التهوية الأخرى.
“هذا مفهوم مشابه جدًا للمنازل الذكية.”
– يو، المدير المشارك لمعهد الذكاء الاصطناعي للعلوم بجامعة كورنيل والمدير المشارك لمعهد كورنيل للزراعة الرقمية
تمامًا كما نرغب في أن نكون مرتاحين في منازلنا مع تقليل استهلاك الطاقة، فإن المحاصيل تحتاج ذلك أيضًا، كما صرح، مشيرًا إلى أن الذكاء الاصطناعي يساعد في ذلك بشكل جيد. من خلال استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين الإضاءة الاصطناعية وأنظمة الطاقة الأخرى، يمكننا توفير التكاليف.
“يركز هذا العمل على نظام ذكي لجعل إنتاج الغذاء أمثل، مستدامًا ويقلل من البصمة الكربونية.”
– يو
تحقيق التوازن بين استهلاك الطاقة والاستدامة هو المفتاح للربحية
تقليل استهلاك الطاقة هو أحد أهم الجوانب لنجاح الزراعة الداخلية. نظرًا لاستهلاكها طاقة أكثر من الصوبات التقليدية، فإنها تشكل تكلفة رئيسية للزراعة الداخلية، حيث يمثل الإضاءة الجزء الأكبر من استهلاك الطاقة هنا.
يمكن أن تهدد التكاليف العالية ربحية هذا المشروع، مما يجعل استدامة وجدوى الزراعة العمودية صعبة للغاية. ولا ننسى أن الارتفاع في التكاليف يُنقل إلى المستهلكين، لذا فإن تقليل استهلاك الطاقة وبالتالي التكلفة يمكن أن يساعد في تخفيف العبء المالي.
في ظل ذلك، يجري الكثير من البحث والتطوير المستمر في مجال الزراعة الداخلية لتقليل هذه التكاليف وإيجاد طرق مستدامة لمعالجة تحديات إنتاج الغذاء بفعالية.
في الشهر الماضي، أنشأ باحثون من جامعة بن-غوريون في النقب نظامًا مغلقًا لإنتاج المزيد من الأسماك والخضروات مع استهلاك أقل للطاقة. كجزء من البحث حول أنظمة الزراعة المائية-الهوائية، شكل هذا النظام وحدة شبه خالية من النفايات من خلال معالجة نفايات الأسماك الصلبة بالهضم اللاهوائي واستعادة الطاقة والمغذيات إلى النظام.
بقيادة البروفيسور أميت غروس، مدير معهد زوكربيرغ لأبحاث المياه، أظهر النظام إنتاجية نباتية أعلى بمقدار 1.6 مرة، واستهلاك ماء أقل بمقدار 2.1 مرة، واستهلاك طاقة أقل بنسبة 16٪ لكل كيلوغرام من العلف مقارنة بالأنظمة التقليدية.
امتلاك طن واحد من الأسماك، وهو مصدر بروتين عالي الجودة مع بصمة كربونية أصغر بكثير، يمكن فعليًا أن يسمح للنظام بالعمل دون أي طاقة خارجية، وفقًا للدراسة. علاوةً على ذلك، بفضل إنتاج نفايات ضئيلة واحتجاز كبير للكربون، يمتلك هذا النظام القدرة على أن يكون وحدة مستقلة مستدامة.
“إطعام أكثر من 8 مليارات شخص على كوكب الأرض مع تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة سيتطلب تقنيات مبتكرة. تلك التي تجمع وظيفتين في واحدة هي بالطبع مفضلة.”
– البروفيسور غروس
بحث منفصل من يوليو هذا العام، خفض فاتورة الكهرباء للبيوت الزجاجية بنحو الربع تقريبًا من خلال تعديل جدول إضاءة LED.
في هذه التجربة التي استمرت شهرًا من باحثي Skoltech، تم اختبار أصناف مختلفة من الخس والهندباء (الشيكوري) في بيتين زجاجيين متطابقين. كانت جميع الظروف باستثناء نظام الإضاءة متساوية. بينما تلقى كلاهما 16 ساعة من الضوء يوميًا، كان أحدهما يحتوي على ساعات مظلمة موزعة على مدار اليوم بناءً على أوقات ارتفاع تكلفة الكهرباء، ولم يؤثر ذلك “بشكل ملحوظ على نمو النبات”.
الشركات المشاركة في تعزيز الزراعة الداخلية
الآن، دعونا نلقي نظرة على بعض الشركات التي تدفع حدود التكنولوجيا الزراعية من خلال حلول الزراعة الداخلية المبتكرة.
#1. Village Farms International (VFF)
تشارك هذه الشركة في الزراعة الداخلية، وتزرع المنتجات والقنب تحت ظروف خاضعة للسيطرة. تنمو الشركة وتسوق وتوزع الفواكه والخضروات ذات الجودة الممتازة المزروعة في البيوت الزجاجية في أمريكا الشمالية عبر الشركة الفرعية المملوكة بالكامل Village Farms Fresh.
منذ أن دخلت السوق في عام 1987، تمتلك Village Farms حاليًا 240 فدانًا من البيوت الزجاجية في الولايات المتحدة وكندا. في مقابلة حديثة، تحدث الرئيس التنفيذي مايك ديجيلو عن تركيزهم التكنولوجي على تصميم البرمجيات للتحكم في البيئة الداخلية للبيت الزجاجي. تُنفق الشركة الجزء الأكبر من أموالها أيضًا على إنشاء مناخ للبيت الزجاجي يعمل بغض النظر عن البيئة الخارجية.
التركيز الآخر هو على التكنولوجيا في جانب الطاقة وتكميل ثاني أكسيد الكربون. “إذا استطعنا تقليل تكاليف الطاقة، فسنكون أكثر استدامة،” قال ديجيلو. وبالتالي، استثمرت Village Farms مع FuelCell Energy، Quadrogen Power Systems، والمجلس الوطني للبحوث في كندا لبناء مشروع تجريبي لتقنية خلايا الوقود لبيت الزجاجي في كولومبيا البريطانية.
(VFF )
بقيمة سوقية تبلغ 110.61 مليون، يتم تداول أسهم VFF حاليًا بسعر 0.99 دولار، بارتفاع 30.09٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (TTM) بقيمة -0.45 ومضاعف السعر إلى الأرباح (TTM) بقيمة -2.18. في الربع الثاني من عام 2024، أعلنت الشركة عن زيادة بنسبة 19٪ على أساس سنوي في المبيعات المجمعة لتصل إلى 92.1 مليون دولار، مع زيادة 7٪ في قطاع المنتجات الطازجة وزيادة 45٪ في قطاع القنب الكندي، بينما سجل قطاع القنب الأمريكي انخفاضًا.
بلغ صافي الخسارة 23.5 مليون دولار بينما أظهر EBITDA المعدل خسارة قدرها 3.6 مليون دولار وتحسّن التدفق النقدي إلى 5.7 مليون دولار خلال الربع. هذا العام، قدمت الشركة أيضًا عرضًا بقيمة 200 مليون دولار، ستُستخدم عوائده لرأس المال العامل والأغراض العامة للشركة.
#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM)
Hydrofarm هي مورد لمعدات وإمدادات الزراعة في بيئات خاضعة للسيطرة (CEA) للزراعة المائية والزراعة الداخلية. يشمل ذلك المغذيات، والإضاءة، وخطط تحسين أو توسيع عملياتك التجارية، وأكثر.
(HYFM )
بقيمة سوقية تبلغ 31.26 مليون، يتم تداول أسهم HYFM حاليًا بسعر 0.68 دولار، بانخفاض 25.89٪ منذ بداية العام. لديها ربحية السهم (TTM) بقيمة -1.55 ومضاعف السعر إلى الأرباح (TTM) بقيمة -0.44. في الربع الثاني من عام 2024، أعلنت الشركة عن انخفاض بنسبة 13.1٪ في صافي الإيرادات لتصل إلى 54.8 مليون دولار. ومع ذلك، ارتفعت صافي الخسارة إلى 23.5 مليون دولار، بينما بلغ الربح الإجمالي 10.9 مليون دولار وEBITDA المعدل 1.7 مليون دولار.
“في الربع الثاني، قدمنا EBITDA معدل إيجابي للمرة الرابعة خلال الخمس أرباع الأخيرة، مما يوضح فعالية خطة إعادة الهيكلة وجهود توفير التكاليف المرتبطة بها.”
– بيل تولر، الرئيس التنفيذي ورئيس مجلس الإدارة
تعمل Hydrofarm حاليًا على تحقيق توفير في التكاليف من خلال تحسين الاستفادة والإنتاجية في مرافقها بينما تظل الشركة واثقة من فرص نموها. احتفظت Hydrofarm بـ 30.3 مليون دولار نقدًا في نهاية الربع وحافظت على قدرة اقتراض قدرها 20 مليون دولار.
الخلاصة
نعيش اليوم في عالم يواجه مشكلة الزيادة السريعة في عدد السكان، والتحضر، وتغير المناخ، وتدهور الأراضي، والاستخدام الواسع للمبيدات والأسمدة، بينما يزداد طلب المستهلكين على الطعام الغني بالمغذيات بأقل تأثير بيئي.
لهذا السبب اكتسبت الزراعة الداخلية شعبية كبيرة. فهي ليست مناسبة فقط للبيئات الحضرية، بل تستخدم ماءً أقل، وتقلل المخاطر المهنية، وتقلل الأثر البيئي. مع فوائدها العديدة، تقدم الزراعة الداخلية حلًا واعدًا لتحديات الزراعة الحديثة.
من خلال الاستفادة من التكنولوجيا لإنشاء بيئات خاضعة للسيطرة، تساعد الزراعة الداخلية على تلبية الطلب المتزايد على الطعام الطازج المحلي النموذجي والمغذي مع معالجة مخاوف الاستدامة.
