El cultivo bajo techo está listo para ver un impulso de eficiencia mediante integraciones de IA

La agricultura interior, también conocida como agricultura de entorno controlado, es exactamente lo que su nombre sugiere: la práctica de cultivar cosechas en un entorno controlado, generalmente bajo techo.

La agricultura interior global está valorada actualmente en $40.51 mil millones, según un informe de Fact.MR, y se espera que supere los $118 mil millones en la próxima década.

En este tipo de cultivo, se utilizan luces artificiales y tecnología para optimizar las condiciones de crecimiento y aumentar los rendimientos de los cultivos.

“Es gran parte de las mismas tecnologías que verías en un edificio para la comodidad humana, pero aplicadas a las plantas.”

– Jennifer Amann del Consejo Americano para una Economía Energéticamente Eficiente

Debido al aumento de la demanda de alimentos frescos con alto valor nutricional, los esfuerzos por mitigar los efectos del cambio climático y la necesidad de rendimientos más altos durante todo el año utilizando espacio y agua limitados, ha surgido un creciente interés en cultivar cosechas en un espacio cerrado.

Después de todo, la agricultura interior ofrece una forma económica, eficiente en recursos y ambientalmente sostenible de producir alimentos.

Además, permite lograr un control preciso sobre factores ambientales como la humedad, la luz, la temperatura y los niveles de nutrientes para aumentar la productividad y abordar los desafíos relacionados con la agricultura tradicional.

Algunos de los métodos populares utilizados en la agricultura interior incluyen hidroponía, aeroponía, y acuaponía, los cuales han ampliado los límites de lo que se puede cultivar bajo techo. Además, la integración de iluminación LED, el Internet de las Cosas y la inteligencia artificial están ayudando a avanzar el sector. 

Por ejemplo, en Texas y EE. UU., la empresa de invernaderos verticales hidropónicos Eden Green Technology controla cada aspecto de la vida de una planta en su instalación de 82 500 pies cuadrados, donde siete millas de tuberías entregan agua rica en nutrientes y se bombea aire fresco para crear el microclima ideal para la lechuga, que luego se vende a Walmart. La instalación utiliza luces LED, que emplean algoritmos programados para proporcionar la cantidad adecuada de luz, además de luz natural, lo que la hace “bastante agnóstica al entorno exterior”.

El uso de la tecnología en la agricultura ha ido en aumento gracias a su capacidad para reducir costos, aumentar la producción de cultivos y mejorar la eficiencia.

El uso de big data, IoT, robótica e IA es particularmente beneficioso para automatizar las operaciones agrícolas. Mientras que el GPS y los sensores utilizan un enfoque basado en datos para optimizar la producción de cultivos, los drones ayudan en la inspección de campos y el monitoreo del crecimiento de los cultivos y el ganado.

Uso de IA para Reducir el Consumo de Energía en la Agricultura Interior

La agricultura interior es la nueva forma de hacer agricultura, que se ve potenciada por el uso de la tecnología. Sin embargo, aunque las fábricas de plantas con iluminación artificial (PFALs) pueden aumentar la producción de alimentos por unidad de área, requieren recursos como dióxido de carbono y energía para mantener condiciones óptimas de crecimiento de las plantas.

Así, un nuevo estudio utilizó una nueva tecnología, la IA, para reducir el consumo de energía de la agricultura interior hasta en un 25 %.

Incorporar IA en las fábricas de plantas puede ayudar a regular los sistemas de luz y clima, reduciendo sustancialmente el uso de energía en las fábricas y ahorrando recursos valiosos mientras se amplifica la eficiencia.

Estas fábricas de plantas son grandes granjas interiores equipadas con control completo del clima y la iluminación. Según Benjamin Decardi‑Nelson, investigador postdoctoral en el laboratorio de Fengqi You en Ingeniería de Sistemas Energéticos en Cornell Engineering, si estas plantas de todo el mundo usan IA, puede ayudar a “facilitar la fotosíntesis, la transpiración y la respiración de los cultivos en estos edificios”.

Este es un gran logro y puede ayudar potencialmente a alimentar la creciente demanda de alimentos del mundo a medida que la población aumenta. La población mundial se sitúa actualmente en 8,2 mil millones y, según proyecciones de las Naciones Unidas, alcanzará 9,7 mil millones para 2050 y 11,2 mil millones para 2100.

Combinado con la urbanización y el cambio climático, es necesario trabajar en los sistemas actuales de producción de alimentos y hacerlos más eficientes para que puedan satisfacer la demanda creciente. Por ello, el enfoque en la agricultura interior, que depende de la tecnología para crear entornos controlados. Esto los hace menos vulnerables al cambio climático y a otros factores que afectan la agricultura tradicional.

Pero la agricultura interior tampoco está exenta de desafíos. Según You, los sistemas actuales de control ambiental simplemente “no son lo suficientemente inteligentes”. Son intensivos en energía y requieren una gestión cuidadosa de los recursos para ser sostenibles.

Una respuesta es la ventilación, pero aunque puede reducir el consumo de energía, afecta los niveles de dióxido de carbono y el equilibrio de humedad, lo que complica el crecimiento de las plantas. Aquí, la IA puede ser de gran ayuda al gestionar varias complejidades.

La inteligencia artificial ya se está utilizando mucho en el sector, desde la previsión de rendimientos basados en datos satelitales, el análisis de diversos datos (fotos de campo y satélite, clima y humedad del suelo) para identificar problemas de cultivos, y la predicción de patrones de enfermedades mediante el análisis de plantas y luego recomendar tratamientos, hasta la reducción del uso de pesticidas al señalar solo las áreas afectadas. La IA también ayuda a los agricultores a optimizar el uso de recursos y negociar precios de cosecha al evaluar las tasas de rendimiento y los niveles de calidad.

El estudio más reciente, mientras tanto, utilizó IA para reducir el uso de energía en la agricultura interior. Según Decardi‑Nelson, optimizar las operaciones mediante IA para reducir el consumo de energía puede hacer que las granjas interiores sean viables incluso en regiones con oportunidades limitadas de ahorro energético. Él añadió:

“Alineando estratégicamente la tecnología del sistema de control ambiental con la biología de las plantas, se puede conservar energía mediante la ventilación mientras se minimiza el desperdicio de dióxido de carbono y se mantienen condiciones de crecimiento ideales.”

Un Sistema Inteligente para Hacer la Producción de Alimentos Sostenible

Publicado en Nature el 9 de septiembre, el estudio utilizó aprendizaje profundo por refuerzo y modelado computacional para examinar las interacciones planta‑entorno.

Los investigadores de la Universidad de Cornell utilizaron técnicas de IA para evaluar lechugas cultivadas en instalaciones de agricultura interior en diez ubicaciones globales diversas con climas distintos. Esto incluyó ocho ubicaciones en EE. UU., como Ithaca (Nueva York), Fargo (Dakota del Norte), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago y Los Ángeles. Las otras dos fueron Dubái, Emiratos Árabes Unidos, y Reikiavik, Islandia.

El estudio encontró que la IA puede mejorar considerablemente el ahorro de energía en los PFALs, así como apoyar la producción de alimentos sostenible. La IA logró ahorros energéticos al optimizar los sistemas de iluminación y regulación del clima, lo que redujo el consumo de energía.

En lugares con climas más fríos que actualmente utilizan tecnología sin IA, la introducción de IA reduce la energía requerida para producir un kilogramo de lechuga bajo techo en un 32,42 %. Específicamente, el consumo energético disminuye de 9,5 kWh a 6,42 kWh por kilogramo de peso fresco.

En climas más cálidos, como Dubái o el sur de los Estados Unidos, la IA redujo el uso de energía en un 22,28 %, bajándolo de 10,5 kWh a 7,26 kWh por kilogramo de peso fresco.

Según el estudio, las temperaturas exteriores entre 0 y 25 grados Celsius favorecen la reducción del consumo de energía relacionado con la ventilación. Sin embargo, los ahorros energéticos por ventilación impactan negativamente en la utilización de otros recursos, como el uso de CO₂. La humedad exterior, por su parte, no mostró un patrón claro ni efecto sobre el consumo de energía.

El estudio encontró que mantener una alta ventilación durante el período oscuro, que son ocho horas de simulación nocturna, y una baja ventilación durante los períodos de luz, que son dieciséis horas de simulación diurna/solar, proporcionó una solución energéticamente eficiente para niveles óptimos de CO₂ interior para la fotosíntesis, oxígeno para la respiración y el crecimiento de las plantas, y equilibró otros requisitos de ventilación.

“Este es un concepto muy similar al de las casas inteligentes.”

– You, co‑director del AI for Science Institute de la Universidad de Cornell y co‑director del Cornell Institute for Digital Agriculture

Al igual que queremos estar cómodos en nuestro hogar mientras reducimos el consumo de energía, los cultivos también lo desean, afirmó, señalando que la IA ayuda mucho en eso. Al usar IA para optimizar la iluminación artificial y otros sistemas energéticos, podemos ahorrar costos.

“Este trabajo se centra en un sistema inteligente para hacer la producción de alimentos óptima, sostenible y reducir la huella de carbono.”

– You

Equilibrar el Uso de Energía y la Sostenibilidad es Clave para la Rentabilidad

Reducir el consumo de energía es uno de los aspectos más críticos del éxito de la agricultura interior. Debido a que utiliza más energía que los invernaderos tradicionales, representa un costo importante para la agricultura interior, siendo la iluminación la que representa la mayor parte del consumo energético.

Los altos costos pueden amenazar la rentabilidad de este emprendimiento, haciendo que la sostenibilidad y viabilidad de la agricultura vertical sea extremadamente difícil. Además, los costos crecientes tienden a trasladarse a los consumidores, por lo que reducir el consumo de energía y, en consecuencia, el costo, puede ayudar a aliviar la carga financiera.

En ese contexto, mucha investigación y desarrollo continuo en el mundo de la agricultura interior se centra en reducir estos costos y encontrar métodos sostenibles para abordar eficazmente los desafíos de la producción de alimentos.

El mes pasado, investigadores de la Universidad Ben‑Gurion del Negev crearon un sistema de circuito cerrado para producir más pescado y verduras mientras utilizaban menos energía. Como parte de la investigación sobre sistemas acuapónicos, este nuevo sistema formó una unidad de residuos casi nula al tratar los desechos sólidos de los peces mediante digestión anaeróbica y recuperar energía y nutrientes en el sistema.

Dirigido por el Prof. Amit Gross, director del Zuckerberg Institute for Water Research, el sistema mostró 1,6 veces más productividad vegetal, 2,1 veces menos consumo de agua y un 16 % menos consumo de energía por kilogramo de alimento en comparación con los sistemas convencionales.

Tener una tonelada de pescado, que es una fuente de proteína de alta calidad con una huella de carbono mucho menor, puede permitir que el sistema opere sin energía externa, según el estudio. Además, al generar una producción de residuos insignificante y una importante captura de carbono, este sistema tiene el potencial de ser una unidad autónoma sostenible.

“Alimentar a los más de 8 mil millones de personas en el planeta mientras se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero requerirá tecnologías innovadoras. Aquellas que combinan dos funciones en una son obviamente preferibles.”

– Prof. Gross

Una investigación independiente de julio de este año redujo la factura eléctrica de los invernaderos en casi una cuarta parte al ajustar el horario de la iluminación artificial.

En este experimento de un mes realizado por investigadores de Skoltech, se probaron diferentes variedades de lechuga y escarola (achicoria) en dos invernaderos idénticos. Todas las condiciones, excepto el régimen de iluminación, fueron iguales. Mientras ambos recibían 16 horas de luz al día, solo uno tenía horas oscuras distribuidas a lo largo del día según cuándo la electricidad era más cara, y “no afectó de manera medible el crecimiento de las plantas”.

Empresas Involucradas en el Avance de la Agricultura Interior

Ahora, echemos un vistazo a un par de empresas que están impulsando los límites de la tecnología agrícola mediante soluciones innovadoras de agricultura interior.

#1. Village Farms International (VFF)

Esta empresa está involucrada en la agricultura interior, cultivando productos y cannabis bajo condiciones controladas. La compañía cultiva, comercializa y distribuye frutas y verduras de calidad premium, cultivadas en invernaderos en Norteamérica a través de su subsidiaria totalmente controlada Village Farms Fresh.

Estando en el mercado desde 1987, Village Farms cuenta actualmente con 240 acres de invernaderos de vidrio en EE. UU. y Canadá. En una reciente entrevista, el presidente y CEO Mike DeGiglio habló sobre su enfoque tecnológico en el diseño de software para controlar el entorno interno del invernadero. La mayor parte de los fondos de la empresa también se destinan a crear un clima de invernadero que funcione sin importar el entorno exterior.

El otro enfoque está en la tecnología del lado energético y en suplementar dióxido de carbono. “Si podemos reducir los costos de energía, seríamos mucho más sostenibles,” dijo DeGiglio. Por lo tanto, Village Farms ha invertido con FuelCell Energy (FCEL ), Quadrogen Power Systems y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá para construir un proyecto piloto de tecnología de pilas de combustible para su invernadero en Columbia Británica.

Con una capitalización de mercado de 110,61 millones, las acciones de VFF cotizan actualmente a $0.99, con un aumento del 30,09 % en lo que va del año. Tiene un EPS (TTM) de -0.45 y un P/E (TTM) de -2.18. Para el segundo trimestre de 2024, la empresa informó un aumento interanual del 19 % en ventas consolidadas a $92,1 millones, con el segmento de Productos Frescos registrando un aumento del 7 % y el segmento de Cannabis canadiense un 45 %, mientras que el segmento de Cannabis de EE. UU. mostró una disminución.

La pérdida neta fue de $23,5 millones, mientras que el EBITDA ajustado reportó una pérdida de $3,6 millones y el flujo de efectivo mejoró a $5,7 millones durante el trimestre. Este año, la empresa también presentó una oferta de $200 millones, cuyos ingresos se utilizarán para capital de trabajo y propósitos corporativos generales.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm es un proveedor de equipos y suministros para la agricultura de entorno controlado (CEA) para la hidroponía y la agricultura interior. Esto incluye nutrientes, iluminación, planes para optimizar o escalar su operación comercial, y más.

Con una capitalización de mercado de 31,26 millones, las acciones de HYFM cotizan actualmente a $0.68, con una caída del 25,89 % en lo que va del año. Tiene un EPS (TTM) de -1.55 y un P/E (TTM) de -0.44. Para el segundo trimestre de 2024, la empresa informó una disminución del 13,1 % en los ingresos netos a $54,8 millones. Con ello, su pérdida neta aumentó a $23,5 millones mientras que el beneficio bruto fue de $10,9 millones y el EBITDA ajustado de $1,7 millones.

“En el segundo trimestre, entregamos un EBITDA ajustado positivo por cuarta vez en los últimos cinco trimestres, lo que ilustra la efectividad de nuestro plan de reestructuración y los esfuerzos de ahorro de costos relacionados.”

– Bill Toler, presidente y CEO

Hydrofarm está trabajando actualmente en lograr ahorros de costos mediante una mayor utilización y productividad en sus instalaciones, mientras la empresa mantiene la confianza en sus oportunidades de crecimiento. Hydrofarm disponía de $30,3 millones en efectivo al final del trimestre y mantuvo una capacidad de endeudamiento de $20 millones.

Conclusión

Hoy vivimos en un mundo que enfrenta el problema del rápido aumento de la población, la urbanización, el cambio climático, la degradación del suelo y el uso generalizado de pesticidas y fertilizantes, mientras que la demanda de los consumidores por alimentos ricos en nutrientes con un impacto ambiental mínimo está en aumento.

Por eso la agricultura interior ha ganado mucha popularidad. No solo se adapta bien a entornos urbanos, sino que también utiliza menos agua, tiene menos riesgos ocupacionales y reduce el impacto ambiental. Con sus numerosos beneficios, la agricultura interior ofrece una solución prometedora a los desafíos de la agricultura moderna.

Al aprovechar la tecnología para crear entornos controlados, la agricultura interior ayuda a satisfacer la creciente demanda de alimentos frescos, cultivados localmente y nutritivos, al tiempo que aborda las preocupaciones de sostenibilidad.

Haga clic aquí para la lista de las 10 principales empresas de agricultura interior.