Αεροπονική: καλλιέργεια χωρίς χώμα και εξοικονόμηση πόρων — επισκόπηση του 2023

Η αεροπονική είναι μία από τις τεχνικές καλλιέργειας χωρίς χώμα που εξετάζει αυτό το άρθρο του 2023. Το όνομά της παραπέμπει στην ανάπτυξη φυτών με τις ρίζες εκτεθειμένες στον αέρα.

Οι ρίζες τροφοδοτούνται με λεπτό ψεκασμό θρεπτικού διαλύματος, αντί να αναπτύσσονται στο έδαφος.

Οι εκτιμήσεις αγοράς χρειάζονται προσοχή ως προς την τεχνική που μετρούν. Η παρακάτω πηγή αφορά την ενυδρειοπονική —συνδυασμό υδατοκαλλιέργειας και υδροπονίας— και όχι την αεροπονική: προέβλεπε αύξηση της αγοράς από 523,7 εκατ. δολάρια το 2017 σε 870,6 εκατ. το 2022. Το δεύτερο ποσό ήταν πρόβλεψη, όχι μέτρηση της αγοράς αεροπονικής το 2022.

Ένα βασικό πλεονέκτημα είναι η μειωμένη χρήση νερού. Σε ορισμένα συστήματα αναφέρονται μειώσεις 80–90% σε σχέση με υπαίθρια καλλιέργεια. Η εξοικονόμηση και η απόδοση εξαρτώνται από το φυτό, τον σχεδιασμό και τη βάση σύγκρισης.

Η κατακόρυφη διάταξη μπορεί επίσης να μειώσει την απαιτούμενη επιφάνεια γης. Το συνολικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα εξαρτάται όμως από την ηλεκτρική ενέργεια, τον φωτισμό, την ψύξη και τον εξοπλισμό, όχι μόνο από την απουσία εδάφους.

Στο ιστορικό τοπίο της αεροπονικής και της ευρύτερης καλλιέργειας ελεγχόμενου περιβάλλοντος περιλαμβάνονταν επιχειρήσεις και προμηθευτές όπως:

• AeroFarms LLC,
• AEssense Corp
• Agrihouse Brands
• Altius Farms
• Barton Breeze
• Bifarm Tech
• Biopolus
• Bowery Farming
• CleanGreens Solutions
• Evergreen Farm
• Freight Farms
• Future Growing
• Good Life Growing
• Hexagro Urban Farming
• LettUs Grow
• Living Greens Farm
• Neofarms GmbH και άλλες.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε τα πάντα για την κάθετη γεωργία.

Η Επιστήμη Πίσω από την Αεροπονική

Στην αεροπονική, οι ρίζες αιωρούνται σε αέρα μέσα σε κατάλληλο θάλαμο και ψεκάζονται με θρεπτικό διάλυμα. Το σύστημα στηρίζει το φυτό χωρίς χώμα και παρέχει νερό, ανόργανα θρεπτικά στοιχεία και πρόσβαση των ριζών σε οξυγόνο.

Ο θάλαμος των ριζών είναι πλήρως ή μερικώς κλειστός, με έλεγχο υγρασίας, θερμοκρασίας και ψεκασμού. Οι ρίζες συνήθως προστατεύονται από το φως· ο φωτισμός για τη φωτοσύνθεση αφορά το υπέργειο, φυλλώδες μέρος.

Η έκθεση των ριζών στον αέρα ευνοεί την οξυγόνωσή τους. Ένα ελεγχόμενο περιβάλλον μπορεί να περιορίσει ορισμένους εχθρούς και ασθένειες, αλλά δεν εξαλείφει τους κινδύνους ούτε αντικαθιστά την υγιεινή και την παρακολούθηση.

Η τεχνική επιτρέπει τη διαχείριση της ριζόσφαιρας και του περιβάλλοντος του φυλλώματος. Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση κυρίως από τα φύλλα· δεν υπάρχει εγγενής «100% πρόσβαση» ή καθολικό εύρος 450–780 ppm για όλες τις εγκαταστάσεις. Αναφερόμενες μειώσεις νερού έναντι υδροπονίας, ακόμη και 70% σε συγκεκριμένες συγκρίσεις, δεν είναι καθολική εγγύηση.

Υλικά στήριξης, όπως ύφασμα ή αφρώδεις υποδοχές, συγκρατούν το φυτό στις οπές του θαλάμου. Δεν είναι όλα βιοδιασπώμενα. Το διάλυμα διανέμεται στις ρίζες με ελεγχόμενο ψεκασμό ή νεφέλωση σε κατάλληλα διαστήματα.

Καινοτομίες στον Χώρο της Αεροπονικής

Ο ρόλος της τεχνολογίας στην Αεροπονική είναι εμφανής σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής της, συμπεριλαμβανομένης της ακριβούς διαχείρισης περιβαλλοντικών παραγόντων όπως η εξοικονόμηση νερού, η βελτιστοποίηση χώρου και ο έλεγχος παρασίτων και ασθενειών. 

Οι τεχνολογίες μπορούν να οργανωθούν σε τέσσερις τομείς: αισθητήρες περιβάλλοντος, χρήση τεχνητής νοημοσύνης και Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT), συστήματα παροχής διαλύματος και ενεργειακές λύσεις.

Αισθητήρες Παρακολούθησης Περιβάλλοντος

Αυτοί οι αισθητήρες παρακολουθούν μια σειρά περιβαλλοντικών παραγόντων σε πραγματικό χρόνο, συμπεριλαμβανομένων της θερμοκρασίας, της υγρασίας και των επιπέδων θρεπτικών ουσιών. Ενδυναμώνουν τους αγρότες να λαμβάνουν ενημερωμένες αποφάσεις για τη βελτίωση της διαδικασίας τους. Επιπλέον, αυτές οι λύσεις προσφέρουν επιλογές ενσωμάτωσης αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου για προσαρμογή στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Χρήση AI, IoT και Δεδομένων

Αυτές οι λύσεις, που συχνά αναφέρονται μαζί ως Βιομηχανία 4.0, βοηθούν στη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας με πολλούς τρόπους. Μπορούν να αυτοματοποιούν επαναλαμβανόμενες εργασίες, να εντοπίζουν έγκαιρα ασθένειες των φυτών, να προτείνουν κατάλληλα προληπτικά μέτρα και να αναλύουν μεγάλα σύνολα δεδομένων που είναι κρίσιμα για την ανάπτυξη των φυτών. 

Τεχνολογία παροχής θρεπτικού διαλύματος

Τα συστήματα παροχής διανέμουν νερό και θρεπτικά στοιχεία στις ρίζες. Περιλαμβάνουν ακροφύσια ψεκασμού, νεφελοποιητές, υπερηχητικές διατάξεις και αντλίες, μεταξύ αυτών φυγοκεντρικές αντλίες, ανάλογα με τον σχεδιασμό.

Η σωστή επιλογή και ρύθμιση εξοπλισμού βοηθά στον έλεγχο της δόσης. Ο αυτοματισμός μπορεί να μειώσει τη χειρωνακτική εργασία και την κατανάλωση πόρων, με ανάγκη συντήρησης και ελέγχου.

Τεχνικές Ανανεώσιμης Ενέργειας

Η ηλιακή και η αιολική ενέργεια μπορούν να τροφοδοτήσουν εγκαταστάσεις, άμεσα ή μέσω του δικτύου και αποθήκευσης. Το κόστος και οι εκπομπές εξαρτώνται από την πηγή ηλεκτρισμού, τη διαθεσιμότητα και το φορτίο της μονάδας. Οι ανανεώσιμες πηγές δεν καθιστούν κάθε εγκατάσταση αυτόματα οικονομικότερη.

Ο συνδυασμός αυτών των τεχνολογιών μπορεί να βελτιώσει την αποδοτικότητα στη γεωργία. 

Η οικονομική απόδοση των επενδύσεων εξαρτάται από την κλίμακα, το κόστος ενέργειας και εργασίας, την καλλιέργεια και την αγορά.

Σε αυτό το πλαίσιο, πρέπει επίσης να θυμόμαστε ότι χρειάστηκαν πολλά χρόνια έρευνας και αρκετές δοκιμές και σφάλματα στην εφαρμοσμένη πλευρά για να φτάσουμε εκεί που βρισκόμαστε σήμερα.

Η Χρονολογική Εξέλιξη της Αεροπονικής

Η ιστορία της αεροπονικής ανάγεται στην έρευνα του 20ού αιώνα. Ο όρος συνδέεται συχνά με τον F. W. Went και το 1957. Ο R. J. Stoner και οι επιχειρήσεις του συνέβαλαν αργότερα στην εμπορική ανάπτυξη συστημάτων.

Ο Stoner προώθησε το Genesis Rooting System και συνεργάστηκε με ερευνητές σε τεχνολογίες καλλιέργειας χωρίς χώμα. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το Dewey Mister του Dewey Davison. Το σχετικό αμερικανικό δίπλωμα US10492387B1 έχει ημερομηνία προτεραιότητας το 2013 και χορηγήθηκε το 2019, όχι το 2013.

Από τότε, νέες εφευρέσεις, καινοτομίες και τεχνολογικές έννοιες έχουν βοηθήσει την αεροπονική να αναπτύσσεται χρόνο με το χρόνο για να πραγματοποιήσει το δυναμικό της. 

Μετασχηματιστικές Επιχειρήσεις στον Τομέα της Αεροπονικής

 1. Aerofarms

AeroFarms δραστηριοποιείται από το 2004 στην καλλιέργεια ελεγχόμενου περιβάλλοντος. Η τεχνολογία της συνδυάζει φυτική βιολογία, δεδομένα και υλικά στήριξης της καλλιέργειας.

Η εταιρεία αναφέρει έως 95% λιγότερο νερό σε σχέση με την παραδοσιακή υπαίθρια καλλιέργεια και παραγωγή χωρίς φυτοφάρμακα. Πρόκειται για ισχυρισμούς για τα συστήματά της, όχι για καθολικές επιδόσεις κάθε αεροπονικής μονάδας.

Η ανάπτυξη των συστημάτων συνδυάζει κηπευτική, γενετική, μηχανική, ασφάλεια τροφίμων, επιστήμη δεδομένων και διατροφή.

Στο ιστορικό υλικό της εταιρείας αναφέρονταν περισσότερες από 550 ποικιλίες που είχαν δοκιμαστεί, όπως φυλλώδη λαχανικά, μούρα και ντομάτες. Το εύρος δοκιμών δεν σημαίνει ότι όλες παράγονταν εμπορικά στην ίδια κλίμακα.

Η εταιρεία συνδέεται με τους David Rosenberg, Ed Harwood και Marc Oshima και την έδρα της στο Newark του New Jersey. Στις 18 Σεπτεμβρίου 2023 ανακοίνωσε την ολοκλήρωση αναδιάρθρωσης βάσει Chapter 11 και συμφωνία με υφιστάμενους επενδυτές, με επικεφαλής την Grosvenor Food & AgTech και συμμετοχή της Doha Venture Capital. Η ανακοίνωση δεν τεκμηριώνει νέο γύρο άνω των 70 εκατ. δολαρίων στις 28 Σεπτεμβρίου ούτε μόνιμη εξασφάλιση χρηματοδότησης.

2. LettUs Grow

LettUs Grow αναπτύσσει τεχνολογία αεροπονικής για καλλιέργειες ελεγχόμενου περιβάλλοντος (CEA). Οι Aeroponic Rolling Benches είναι κινητοί πάγκοι σχεδιασμένοι για ενσωμάτωση σε εμπορικά θερμοκήπια και εσωτερικές εγκαταστάσεις.

Η τεχνολογία χρησιμοποιεί υπερήχους για την παραγωγή λεπτού θρεπτικού νέφους χωρίς ακροφύσια υψηλής πίεσης. Πρόκειται για αεροπονική, όχι ενυδρειοπονική, η οποία περιλαμβάνει εκτροφή υδρόβιων οργανισμών.

Οι πάγκοι σχεδιάζονται ως αρθρωτές, επεκτάσιμες μονάδες που ενσωματώνονται σε συμβατές εγκαταστάσεις. Η καταλληλότητα εξαρτάται από τη διάταξη και την καλλιέργεια.

Η παρουσίαση του 2023 ανέφερε πιθανή αύξηση απόδοσης έως 20% σε σύγκριση με υδροπονία. Πρόκειται για ισχυρισμό της εταιρείας που εξαρτάται από τις συνθήκες και το φυτό.

Η LettUs Grow ιδρύθηκε από τους Ben Crowther, Charlie Guy και Jack Farmer, με έδρα το Bristol του Ηνωμένου Βασιλείου. Το αρχικό άρθρο ανέφερε χρηματοδότηση 2,5 εκατ. λιρών τον Μάρτιο του 2023. Η ιστορική αυτή αναφορά δεν αποτελεί δήλωση για τον σημερινό τελευταίο γύρο ή τη συνολική χρηματοδότησή της.

3. Barton Breeze

Η ιστορική παρουσίαση της Barton Breeze ανέφερε πάνω από 800.000 τετραγωνικά πόδια αυτοματοποιημένων εγκαταστάσεων στην Ινδία, πάνω από 60 ποικιλίες και ετήσια παραγωγή άνω των 1.450.000 κιλών. Αυτά είναι αναφερόμενα επιχειρησιακά στοιχεία, όχι ανεξάρτητη απόδειξη της απόδοσης κάθε συστήματος.

Άρθρο του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ στις 22 Μαρτίου 2022 μετέφερε διαφορετική ιστορική δήλωση της εταιρείας: σχεδόν 10 εκτάρια κάθετων εγκαταστάσεων, 3.250 τόνους παραγωγής και πάνω από 65 ποικιλίες. Η αναφορά περιλάμβανε υδροπονικές και αεροπονικές δραστηριότητες και δεν ήταν πιστοποίηση της παραγωγής από το WEF.

Το αρχικό άρθρο ανέφερε γύρο αρχικής χρηματοδότησης 66 εκατ. ινδικών ρουπιών τον Φεβρουάριο του 2023. Η Barton Breeze έχει έδρα το Gurugram της Haryana, στην Ινδία, και η σχετική εταιρεία δραστηριοποιείται από το 2018.

4. Aeroponics Saffron Farming

Στο Gandhinagar του Gujarat, μια νεοφυής επιχείρηση διερεύνησε καλλιέργεια κρόκου με αεροπονική σε ελεγχόμενο χώρο. Αυτό επιτρέπει τη διαχείριση συνθηκών για ένα φυτό που συνδέεται με ψυχρότερα κλίματα· δεν σημαίνει ότι ευδοκιμεί ανεξέλεγκτα στον θερμό, ξηρό εξωτερικό αέρα.

Το ιστορικό άρθρο τοποθετούσε την ίδρυση τον Δεκέμβριο του 2021 από τους Sahil Ninama και Mayank Dabhi. Η υποστήριξη από το Swarrnim Incubation Center του Swarrnim Startup & Innovation University τεκμηριώνεται και σε υλικό του ιδρύματος.

Οι ιδρυτές ανέφεραν δυνατότητα τεσσάρων κύκλων ετησίως με το ένα τέταρτο του παραδοσιακού κόστους και χωρίς υποβάθμιση της ποιότητας. Πρόκειται για ισχυρισμούς της συγκεκριμένης πιλοτικής περίπτωσης, όχι αποδεδειγμένο καθολικό αποτέλεσμα για τον κρόκο ή τέσσερις ανθοφορίες κάθε ίδιου βολβού.

Το Εμπορικό Σενάριο της Αεροπονικής: Ένα Παγκόσμιο Πλαίσιο

Άρθρο του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ του 2022 παρουσίαζε την αεροπονική ως πιθανό συμπλήρωμα των συμβατικών καλλιεργειών σε περιοχές με έλλειψη νερού, επισημαίνοντας παράλληλα την εξάρτηση από ηλεκτρισμό.

Στο παράδειγμα της Ιορδανίας, το άρθρο ανέφερε ότι οι γεωργικές εκμεταλλεύσεις χρησιμοποιούσαν 52% της παροχής νερού. Παρέπεμπε επίσης σε έρευνα με 114 νεοφυείς επιχειρήσεις αεροπονικής σε Αμερική, Ευρώπη, Μέση Ανατολή και Ινδία. Τα στοιχεία αφορούν εκείνη την περίοδο.

Αεροπονική: Ευκαιρίες και Προκλήσεις

Ο βασικός εξοπλισμός περιλαμβάνει στήριξη φυτών, θάλαμο ριζών, δεξαμενή διαλύματος και σύστημα παροχής. Το φύλλωμα χρειάζεται κατάλληλο φυσικό ή τεχνητό φωτισμό. Σε εμπορική κλίμακα απαιτούνται επίσης έλεγχος κλίματος, παρακολούθηση και αξιόπιστη τροφοδοσία.

Η ανακυκλοφορία του θρεπτικού διαλύματος στην αεροπονική μειώνει την κατανάλωση νερού, αλλά δεν μηδενίζει απώλειες ή ανάγκες αναπλήρωσης. Οι αντλίες, ο κλιματισμός και ο τεχνητός φωτισμός όπου χρησιμοποιείται απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια.

Για να ανθίσει πραγματικά η αεροπονική, η εκπαίδευση και η κατάρτιση των αγροτών είναι απαραίτητες. Ο αγρότης χρειάζεται συνεχή αναβάθμιση δεξιοτήτων για να συμβαδίζει με έναν τομέα που ανθίζει με καινοτομία και την εμφάνιση νέων τεχνολογιών. Ένας από τους τομείς όπου η εκπαίδευση είναι απαραίτητη είναι η διατήρηση του συστήματος καθαρού. 

Η επιτυχία εξαρτάται από τον συνδυασμό παραγόντων. Διακοπή του ψεκασμού, κακή ποιότητα νερού ή ανεπαρκής υγιεινή μπορεί να απειλήσουν ολόκληρη την καλλιέργεια.

Το σύστημα πρέπει να παρέχει κατάλληλο φωτισμό και αερισμό στο φύλλωμα, μαζί με ελεγχόμενο ψεκασμό και οξυγόνωση στις ρίζες.

Οι βασικές ζώνες είναι το ριζικό σύστημα και η κόμη του φυτού. Η αεροπονική είναι συγγενής τεχνική με την υδροπονία, αλλά δεν απαιτεί υποχρεωτικά δεύτερο υδροπονικό σύστημα. Εφεδρική παροχή ρεύματος ή άρδευσης μπορεί να προστατεύσει τις ρίζες όταν διακοπεί η κύρια λειτουργία.

Ορισμένα συστήματα υψηλής πίεσης χρησιμοποιούν διαφραγματικές αντλίες περίπου 80 psi ή περισσότερο για τη δημιουργία πολύ μικρών σταγονιδίων. Τα 20–50 αναφέρονται σε μικρόμετρα (μm), όχι χιλιοστά, σε τέτοιες περιγραφές νέφους. Η πίεση και το μέγεθος σταγόνας πρέπει να επιλέγονται για τον συγκεκριμένο εξοπλισμό και το φυτό.

Η κατάρτιση πρέπει να συνδέει τη φυσιολογία των φυτών με τη ρύθμιση, τον καθαρισμό, τη συντήρηση και την αντιμετώπιση βλαβών.

Αεροπονική: Τι Φέρνει το Μέλλον

Η ζήτηση τροφίμων συνδέεται με τον πληθυσμό και τις διατροφικές συνήθειες. Η πρόβλεψη του ΟΗΕ του 2022 έδινε περίπου 10,4 δισ. ανθρώπους στη δεκαετία του 2080 και έως το 2100. Η αναθεώρηση του 2024 εκτιμά κορύφωση περίπου 10,3 δισ. και 10,2 δισ. το 2100· οι προβλέψεις δεν είναι βέβαια αποτελέσματα.

Η διαθέσιμη καλλιεργήσιμη γη και το γλυκό νερό υπόκεινται σε πιέσεις. Η γεωργία αντιπροσωπεύει περίπου 70% των παγκόσμιων αντλήσεων γλυκού νερού, όχι 70% όλου του νερού του πλανήτη. Το νερό ανανεώνεται μέσω του υδρολογικού κύκλου, αλλά η τοπική διαθεσιμότητα και ποιότητά του είναι περιορισμένες. Οι παλαιές προβλέψεις για υδατικό στρες το 2025 δεν αποτελούν σημερινή καταμέτρηση.

Στην αναφορά του WEF του 2022 μεταφέρονταν ισχυρισμοί της AeroFarms ότι οι εγκαταστάσεις της χρησιμοποιούν μόλις 1% της γης μιας συγκεκριμένης συμβατικής σύγκρισης. Αναφέρονταν επίσης έως 390 φορές μεγαλύτερη παραγωγικότητα γης και έως 26 συγκομιδές τον χρόνο. Πρόκειται για επιδόσεις συγκεκριμένων πολυεπίπεδων συστημάτων και καλλιεργειών, όχι καθολικό πλεονέκτημα της αεροπονικής.

Η κλιμάκωση απαιτεί αξιόπιστη παραγωγή, οικονομική βιωσιμότητα και κατάλληλες αγορές. Η αεροπονική μπορεί να συμπληρώνει τη συμβατική γεωργία σε ορισμένες καλλιέργειες, χωρίς να αντικαθιστά αυτόματα όλο τον απαιτούμενο όγκο τροφίμων.

Η καινοτομία διευρύνει τις εφαρμογές της αεροπονικής. Η πρακτική αξία της κρίνεται ανά καλλιέργεια και εγκατάσταση, με συνεκτίμηση νερού, γης, ενέργειας και κόστους.

Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε πώς η ρομποτική επαναπροσδιορίζει τη γεωργία.