Sisätilojen viljely odottaa tehokkuuden nousua tekoälyintegraatioiden avulla

Sisätilojen viljely, joka tunnetaan myös nimellä hallitun ympäristön maatalous, on juuri nimensä mukainen — käytäntö, jossa viljellään kasveja hallitussa ympäristössä, yleensä sisätiloissa. 

Maailmanlaajuinen sisätilojen viljely on tällä hetkellä arvoltaan 40,51 miljardia dollaria Fact.MR-raportin mukaan, ja sen odotetaan ylittävän 118 miljardia dollaria seuraavan vuosikymmenen aikana.

Tässä viljelytyypissä käytetään keinovaloja ja teknologiaa kasvatusolosuhteiden optimoimiseksi ja satojen tuottavuuden lisäämiseksi.

“Se on paljon samoja teknologioita, joita näkee rakennuksessa ihmisten mukavuuden vuoksi, mutta niitä käytetään kasveille.”

– Jennifer Amann, American Council for an Energy-Efficient Economy -laitokselta

Kasvanneen kysynnän vuoksi tuoreille, ravintoarvoltaan korkeille elintarvikkeille, ilmastonmuutoksen vaikutusten lieventämiseen tähtäävien ponnistelujen sekä tarpeen saada korkeampia vuotuista satoja rajoitetuilla tiloilla ja vedellä, on noussut kiinnostus viljellä kasveja suljetussa tilassa.

Lopulta sisätilojen viljely tarjoaa taloudellisen, resurssitehokkaan ja ympäristön kannalta kestävän tavan kasvattaa ruokaa.

Lisäksi voidaan saavuttaa tarkka hallinta ympäristötekijöihin, kuten kosteuteen, valoon, lämpötilaan ja ravinnepitoisuuksiin, tuotannon tehostamiseksi ja perinteiseen viljelyyn liittyvien haasteiden ratkaisemiseksi.

Joihinkin suosittuihin sisätilojen maataloudessa käytettäviin menetelmiin kuuluvat hydroponiikka, aeroponiikka ja akvaponii, jotka ovat laajentaneet sitä, mitä voidaan kasvattaa sisätiloissa. Lisäksi LED-valaistuksen, esineiden internetin (IoT) ja tekoälyn integrointi edistää alaa. 

Esimerkiksi Texasissa ja Yhdysvalloissa pystysuora hydroponinen kasvihuoneyritys Eden Green Technology hallitsee kasvin elämän kaikkia osa-alueita 82 500 neliöjalan tilassaan, jossa seitsemän mailia putkia toimittaa ravinteikasta vettä ja viileää ilmaa pumpataan luomaan ihanteellinen mikroilmasto salaattia varten, joka myydään sitten Walmartille. Laitos käyttää LED-valoja, jotka ohjelmoitujen algoritmien avulla tarjoavat oikean valomäärän, lisäksi luonnonvaloa, mikä tekee siitä \”melko riippumattoman ulkoisesta ympäristöstä\”.

Teknologian käyttö viljelyssä on kasvanut sen kyvyn ansiosta vähentää kustannuksia, lisätä sadon tuotantoa ja parantaa tehokkuutta. 

Suurten tietomäärien, IoT:n, robotiikan ja tekoälyn käyttö on erityisen hyödyllistä viljelyn automatisoinnissa. GPS ja anturit käyttävät dataohjattua lähestymistapaa sadon tuotannon optimoimiseksi, kun taas droonit auttavat pellon tarkastuksessa ja kasvien sekä karjan kasvun seurannassa. 

Tekoälyn käyttö energian kulutuksen vähentämiseksi sisätilojen viljelyssä

Sisätilojen viljely on uusi tapa harjoittaa maataloutta, jota tehostaa teknologian käyttö. Kuitenkin, vaikka kasvitehtaat, joissa on keinovalo (PFAL:t), voivat nostaa ruoan tuotantoa neliömetriä kohti, ne vaativat resursseja, kuten hiilidioksidia ja energiaa, optimaalisien kasvuolosuhteiden ylläpitämiseksi. 

Uusi tutkimus käytti uutta teknologiaa, tekoälyä, sisätilojen viljelyn energian kulutuksen vähentämiseksi jopa 25 prosentilla.

Tekoälyn integroiminen kasvitehtaisiin voi auttaa säätelemään valaistus- ja ilmastojärjestelmiä, vähentäen merkittävästi tehtaiden energiankulutusta ja säästäen arvokkaita resursseja samalla kun tehokkuus kasvaa.

Nämä kasvitehtaat ovat suuria sisätilojen maatiloja, joissa on täydellinen ilmasto- ja valaistuksen ohjaus. Cornell Engineeringin Energy Systems Engineering -laboratorion Fengqi Youn laboratoriossa työskentelevä postdoc-tutkija Benjamin Decardi-Nelson toteaa, että jos nämä kasvit ympäri maailmaa käyttävät tekoälyä, se voi auttaa \”edistämään kasvien fotosynteesiä, transpiraatiota ja hengitystä näissä rakennuksissa\”.

Tämä on suuri saavutus ja voi potentiaalisesti auttaa ruokkimaan maailman kasvavaa ruokatarvetta väestönkasvun myötä. Maailman väkiluku on tällä hetkellä 8,2 miljardia ja Yhdistyneiden Kansakuntien ennusteiden mukaan se nousee 9,7 miljardiin vuoteen 2050 mennessä ja 11,2 miljardiin vuoteen 2100 mennessä.

Yhdistettynä urbanisaatioon ja ilmastonmuutokseen, on tarpeen kehittää nykyisiä elintarviketuotantojärjestelmiä ja tehdä niistä tehokkaampia, jotta ne pystyvät vastaamaan kasvavaan kysyntään. Siksi keskitytään sisätilojen viljelyyn, joka hyödyntää teknologiaa hallittujen ympäristöjen luomisessa. Tämä tekee niistä vähemmän alttiita ilmastonmuutokselle ja muille perinteistä viljelyä vaikuttaville tekijöille.

Mutta sisätilojen viljelyssäkin on haasteita. Youn mukaan nykyiset ympäristönhallintajärjestelmät ovat yksinkertaisesti \”ei tarpeeksi älykkäitä\”. Ne kuluttavat paljon energiaa ja vaativat tarkkaa resurssien hallintaa, jotta ne olisivat kestäviä.

Yksi ratkaisu on ilmanvaihto, mutta vaikka se voi vähentää energiankulutusta, se vaikuttaa hiilidioksidipitoisuuksiin ja kosteustasapainoon, mikä monimutkaistaa kasvien kasvua. Tässä tekoäly voi olla valtava apu hallitsemalla useita monimutkaisuuksia.

Tekoälyä hyödynnetään jo laajasti alalla, esimerkiksi satojen ennustamisessa satelliittidatan perusteella, erilaisten tietojen (kenttäkuvat ja satelliitti, sää ja maaperän kosteus) analysoinnissa kasvi-ongelmien tunnistamiseksi, taudinmallien ennustamisessa kasvien analysoinnin avulla ja hoitosuositusten antamisessa, torjunta-aineiden käytön vähentämisessä osoittamalla vain vaikuttavat alueet. Tekoäly auttaa myös viljelijöitä optimoimaan resurssien käyttöä ja neuvottelemaan sadon hintaa arvioimalla satoasteita ja laatutasoa.

Viimeisin tutkimus puolestaan käytti tekoälyä sisätilojen viljelyn energian käytön vähentämiseksi. Decardi-Nelsonin mukaan toimintojen virtaviivaistaminen tekoälyn avulla energian kulutuksen vähentämiseksi voi tehdä sisätilojen maatiloista kannattavia myös alueilla, joilla on rajoitetut energiansäästömahdollisuudet. Hän lisäsi:

“Strategisesti sovittamalla ympäristönhallintajärjestelmän teknologia kasvien biologiaan, energiaa voidaan säästää ilmanvaihdon avulla samalla kun hiilidioksidijätettä minimoidaan ja ihanteelliset kasvatusolosuhteet säilyvät.”

Älykäs järjestelmä ruoan tuotannon kestävyyden varmistamiseksi

Nature-lehdessä 9. syyskuuta julkaistu tutkimus käytti syvävahvistusoppimista ja laskennallista mallintamista tarkastellakseen kasvien ja ympäristön vuorovaikutuksia.

Cornellin yliopiston tutkijat käyttivät tekoälymenetelmiä arvioidakseen sisätilojen maatalouslaitoksissa kasvatettua salaattia kymmenessä erilaisessa maailmanlaajuisessa paikassa, joilla on erilaiset ilmastot. Näihin kuusiin Yhdysvaltojen paikkoihin kuuluivat Ithaca (New York), Fargo (North Dakota), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago ja Los Angeles. Muita kaksi olivat Dubai, Yhdistyneet Arabiemiirikunnat, ja Reykjavík, Islanti.

Tutkimus havaitsi, että tekoäly voi merkittävästi parantaa energiansäästöjä PFAL:issa sekä tukea kestävää elintarviketuotantoa. Tekoäly saavutti energiansäästöt optimoimalla valaistus- ja ilmastoinnin säätöjärjestelmiä, mikä vähensi energiankulutusta.

Kylmemmissä ilmastoissa, joissa tällä hetkellä käytetään ei-tietokonepohjaista teknologiaa, tekoälyn käyttöönotto vähentää sisätiloissa yhden kilogramman salaatin tuotantoon tarvittavaa energiaa 32,42 prosentilla. Energiankulutus laskee 9,5 kWh:sta 6,42 kWh:iin kilogrammaa tuoretta painoa kohden.

Lämpimämmissä ilmastoissa, kuten Dubai tai Yhdysvaltojen eteläosat, tekoäly vähensi energian käyttöä 22,28 prosentilla, laskien sen 10,5 kWh:sta 7,26 kWh:iin kilogrammaa tuoretta painoa kohden.

Tutkimuksen mukaan ulkolämpötilat 0–25 celsiusasteen välillä suosivat ilmanvaihtoon liittyvää energiansäästöä. Kuitenkin ilmanvaihtoon liittyvät energiansäästöt vaikuttavat negatiivisesti muihin resurssien käyttöihin, kuten CO2:n käyttöön. Ulkoinen kosteus puolestaan ei näyttänyt selkeää kaavaa tai vaikutusta energian käyttöön. 

Tutkimus havaitsi, että korkea ilmanvaihto pimeän jakson aikana, joka on kahdeksan tunnin yösimulaatio, ja alhainen ilmanvaihto valoisien jaksojen aikana, joka on kuusitoista tunnin päivä-/aurinkosimulaatio, tarjosi energiatehokkaan ratkaisun optimaalisille sisäisille CO2-tasoille fotosynteesiä, hapelle hengitystä ja kasvien kasvua varten, sekä tasapainotti muut ilmanvaihtotarpeet.

“Tämä on hyvin samanlainen käsite kuin älykodit.”

– You, Cornell University AI for Science Institute -instituutin ja Cornell Institute for Digital Agriculture -instituutin yhteisjohtaja

Samoin kuin haluamme olla kodissamme mukavia samalla kun vähennämme energian käyttöä, kasvitkin haluavat sen, hän totesi, korostaen että tekoäly auttaa siinä erinomaisesti. Käyttämällä tekoälyä keinovalon ja muiden energiajärjestelmien optimoimiseen, voimme säästää kustannuksissa.

“Tämä työ keskittyy älykkääseen järjestelmään, jonka tavoitteena on tehdä elintarviketuotannosta optimaalisesti kestävää ja pienentää hiilijalanjälkeä.”

– You

Energian käytön ja kestävyyden tasapaino on avain kannattavuuteen

Energian kulutuksen vähentäminen on yksi menestyvän sisätilojen viljelyn tärkeimmistä osa-alueista. Koska sisätilojen viljely käyttää enemmän energiaa kuin perinteiset kasvihuoneet, se on merkittävä kustannus, jossa valaistus muodostaa suurimman osan energiankulutuksesta.

Korkeat kustannukset voivat uhata tämän hankkeen kannattavuutta, mikä tekee pystysuoran viljelyn kestävyydestä ja elinkelpoisuudesta äärimmäisen vaikeaa. Lisäksi kustannusten nousu siirtyy usein kuluttajille, joten energian kulutuksen ja siten kustannusten vähentäminen voi lievittää taloudellista taakkaa.

Tätä taustaa vasten sisätilojen viljelyn alalla tehdään jatkuvaa tutkimusta ja kehitystä näiden kustannusten vähentämiseksi ja kestävien menetelmien löytämiseksi, jotta elintarviketuotannon haasteisiin voidaan vastata tehokkaasti.

Viime kuussa Ben-Gurionin Negev-yliopiston tutkijat loivat suljetun kierron järjestelmän, joka tuottaa enemmän kaloja ja vihanneksia samalla kun käyttää vähemmän energiaa. Osana akvaponisten järjestelmien tutkimusta tämä uusi järjestelmä muodostaa lähes nollajätesysteemin käsittelemällä kalan kiinteän jätteen anaerobisella hajotuksella ja palauttamalla energiaa ja ravinteita järjestelmään.

Professori Amit Grossin, Zuckerberg Institute for Water Research -instituutin johtajan, johdolla järjestelmä osoitti 1,6‑kertaisesti suuremman kasvien tuottavuuden, 2,1‑kertaisesti pienemmän vedenkulutuksen ja 16 % vähemmän energian kulutuksen kilogrammaa kohden kuin perinteiset järjestelmät.

Yhden tonnin kalan, joka on korkealaatuinen proteiinin lähde, pienemmällä hiilijalanjäljellä, avulla järjestelmä voi itse toimia ilman ulkoista energiaa, tutkimuksen mukaan. Lisäksi, lähes nollajätteen tuotanto ja merkittävä hiilen sitoutuminen antavat tälle järjestelmälle potentiaalin olla kestävä itsenäinen yksikkö.

“Yli kahdeksan miljardin planeetan asukkaan ruokkiminen samalla kun vähennetään kasvihuonekaasupäästöjä vaatii innovatiivisia teknologioita. Ne, jotka yhdistävät kaksi toimintoa yhteen, ovat selvästi suositeltavampia.”

– Prof. Gross

Erillinen tutkimus heinäkuulta tänä vuonna vähensi kasvihuoneiden sähkölaskua lähes neljänneksellä säätämällä keinovalon aikataulua.

Tässä kuukauden mittaisessa kokeessa Skoltechin tutkijoiden toteuttamana testattiin erilaisia salaatti- ja endiivilajikkeita kahdessa identtisessä kasvihuoneessa. Kaikki olosuhteet olivat samat lukuun ottamatta valaistusohjelmaa. Vaikka molemmat saivat 16 tuntia valoa päivittäin, toisessa oli pimeitä tunteja hajautettuna päivän aikana sähkön kalleimman hinnan mukaan, eikä sillä “vaikutettu mitattavissa kasvien kasvuun”.

Yritykset, jotka edistävät sisätilojen viljelyä

Katsotaanpa nyt muutamaa yritystä, jotka työntävät maatalousteknologian rajoja innovatiivisten sisätilojen viljelyratkaisujen avulla.

#1. Village Farms International (VFF)

Tämä yritys on mukana sisätilojen viljelyssä, kasvattaen tuotteita ja kannabista hallituissa olosuhteissa. Yritys kasvattaa, markkinoi ja jakaa korkealaatuisia, kasvihuoneissa kasvatettuja hedelmiä ja vihanneksia Pohjois-Amerikassa täysin omistamansa tytäryhtiön Village Farms Freshin kautta.

Vuodesta 1987 lähtien markkinoilla toimiva Village Farms omistaa tällä hetkellä 240 hehtaaria lasikasvihuoneita Yhdysvalloissa ja Kanadassa. Äskettäisessä haastattelussa Presidentti ja toimitusjohtaja Mike DeGiglio puhui heidän teknologisesta keskittymisestään ohjelmistosuunnitteluun kasvihuoneen sisäympäristön hallitsemiseksi. Suuri osa yrityksen varoista käytetään myös kasvihuoneen ilmaston luomiseen, joka toimii riippumatta ulkoisesta ympäristöstä. 

Toinen painopiste on energiateknologiassa ja hiilidioksidin täydentämisessä. “Jos voimme vähentää energiakustannuksia, olisimme paljon kestävämpiä,” sanoi DeGiglio. Tästä syystä Village Farms on investoinut FuelCell Energyyn, Quadrogen Power Systemsiin ja Kanadan National Research (NRC ) Counciliin rakentaakseen polttosoluteknologian pilottihankkeen kasvihuoneelleen Brittiläisessä Kolumbiassa. 

110,61 miljoonan dollarin markkina-arvolla VFF‑osakkeet käyvät tällä hetkellä 0,99 dollaria, +30,09 % YTD. EPS (TTM) on -0,45 ja P/E (TTM) -2,18. Vuoden 2024 Q2‑kaudella yritys raportoi 19 % vuotuista kasvua konsolidoiduissa myynneissä 92,1 milj. $, jossa Fresh Produce -segmentti kasvoi 7 % ja kanadalainen kannabis‑segmentti 45 %, kun taas Yhdysvaltain kannabis‑segmentti väheni.

Nettotappio oli 23,5 milj. $, kun taas säädetty EBITDA ilmoitti 3,6 milj. $‑tappion ja kassavirta parani 5,7 milj. $ neljänneksen aikana. Tänä vuonna yritys myös julkaisi 200 milj. $‑liikkeeseenlaskun, jonka tuotot käytetään käyttöpääomaan ja yleisiin yritystarkoituksiin.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm on hallitun ympäristön maatalouden (CEA) laitteiden ja tarvikkeiden toimittaja hydroponiseen ja sisätilojen viljelyyn. Tämä sisältää ravinteet, valaistuksen, suunnitelmia kaupallisen toiminnan optimoimiseksi tai laajentamiseksi ja paljon muuta.

31,26 miljoonan dollarin markkina-arvolla HYFM‑osakkeet käyvät tällä hetkellä 0,68 dollaria, -25,89 % YTD. EPS (TTM) on -1,55 ja P/E (TTM) -0,44. Vuoden 2024 Q2‑kaudella yritys raportoi 13,1 %:n nettotuloksen laskun 54,8 milj. $:iin. Tämän myötä nettotappio nousi 23,5 $:iin, bruttovoitto oli 10,9 milj. $ ja säädetty EBITDA 1,7 milj. $.

“Toisella neljänneksellä toimitimme positiivisen säädetyn EBITDA:n neljäs kerta viimeisen viiden neljänneksen aikana, mikä osoittaa uudelleenjärjestelysuunnitelmamme ja siihen liittyvien kustannussäästötoimenpiteiden tehokkuuden.”

– Bill Toler, hallituksen puheenjohtaja ja toimitusjohtaja

Hydrofarm pyrkii tällä hetkellä saavuttamaan kustannussäästöjä parantuneen hyödyntämisen ja tuottavuuden avulla laitoksissaan, samalla kun yritys on luottavainen kasvumahdollisuuksiinsa. Hydrofarmilla oli 30,3 milj. $ käteistä neljänneksen lopussa ja se säilytti 20 milj. $ lainakapasiteetin.

Johtopäätös

Tänään elämme maailmassa, joka kohtaa nopeasti kasvavan väestön, urbanisaation, ilmastonmuutoksen, maaperän köyhtymisen ja laajalle levinneen torjunta-aineiden ja lannoitteiden käytön ongelmia, samalla kun kuluttajien kysyntä ravinteikkaalle ruoalle, jonka ympäristövaikutus on minimaalinen, kasvaa. 

Siksi sisätilojen viljely on saanut paljon suosiota. Se soveltuu hyvin kaupunkiympäristöihin, käyttää vähemmän vettä, siinä on vähemmän työpaikkariskejä ja se vähentää ympäristövaikutuksia. Monien hyötyjen ansiosta sisätilojen viljely tarjoaa lupaavan ratkaisun nykyaikaisen maatalouden haasteisiin. 

Hyödyntämällä teknologiaa hallittujen ympäristöjen luomiseksi, sisätilojen viljely auttaa vastaamaan kasvavaan kysyntään tuoreelle, paikallisesti tuotetulle ja ravinteikkaalle ruoalle samalla kun se käsittelee kestävyyshuolia.

Klikkaa tästä saadaksesi listan kymmenestä parhaasta sisätilojen maatalousyrityksestä.