Pertanian Dalam Ruangan Siap Meningkatkan Efisiensi Melalui Integrasi AI

Pertanian dalam ruangan, juga dikenal sebagai pertanian lingkungan terkendali, persis seperti yang disebutkan namanya — praktik menanam tanaman dalam lingkungan yang dikendalikan, biasanya di dalam ruangan. 

Pertanian dalam ruangan global saat ini bernilai $40,51 miliar, menurut sebuah laporan dari Fact.MR, dan diperkirakan akan melampaui $118 miliar dalam dekade berikutnya.

Dalam jenis pertanian ini, lampu buatan dan teknologi digunakan untuk mengoptimalkan kondisi pertumbuhan dan meningkatkan hasil panen.

“Ini banyak teknologi yang sama yang Anda lihat di sebuah bangunan untuk kenyamanan manusia, tetapi diterapkan untuk tanaman.”

– Jennifer Amann dari American Council for an Energy-Efficient Economy

Karena meningkatnya permintaan akan makanan segar dengan nilai gizi tinggi, upaya untuk mengurangi dampak perubahan iklim, dan kebutuhan akan hasil tahunan yang lebih tinggi dengan menggunakan ruang dan air terbatas, minat dalam menanam tanaman di ruang tertutup semakin meningkat.

Pertanian dalam ruangan, pada akhirnya, menawarkan cara menanam makanan yang ekonomis, efisien sumber daya, dan berkelanjutan secara lingkungan.

Selain itu, Anda dapat mencapai kontrol yang tepat atas faktor lingkungan seperti kelembapan, cahaya, suhu, dan tingkat nutrisi untuk meningkatkan produktivitas dan mengatasi tantangan yang terkait dengan pertanian tradisional.

Beberapa metode populer yang digunakan dalam pertanian dalam ruangan meliputi hidroponik, aeroponik, dan akuaponik, yang telah memperluas batas apa yang dapat ditanam di dalam ruangan. Selain itu, integrasi pencahayaan LED, Internet of Things, dan kecerdasan buatan membantu memajukan sektor ini. 

Misalnya, di Texas dan AS, perusahaan rumah kaca vertikal hidroponik Eden Green Technology mengontrol setiap aspek kehidupan tanaman di fasilitas seluas 82.500 kaki persegi, di mana tujuh mil pipa mengalirkan air kaya nutrisi dan udara dingin dipompa untuk menciptakan mikroklimat ideal bagi selada, yang kemudian dijual ke Walmart. Fasilitas tersebut menggunakan lampu LED, yang menggunakan algoritma terprogram untuk memberikan jumlah cahaya yang tepat, selain cahaya alami, yang membuatnya “cukup netral terhadap lingkungan luar”.

Penggunaan teknologi dalam pertanian telah meningkat berkat kemampuannya mengurangi biaya, meningkatkan produksi tanaman, dan memperbaiki efisiensi. 

Penggunaan big data, IoT, robotika, dan AI sangat bermanfaat dalam mengotomatisasi operasi pertanian. Sementara GPS dan sensor menggunakan pendekatan berbasis data untuk mengoptimalkan produksi tanaman, drone membantu dalam inspeksi lapangan serta pemantauan pertumbuhan tanaman dan ternak.

Menggunakan AI untuk Mengurangi Penggunaan Energi dalam Pertanian Dalam Ruangan

Pertanian dalam ruangan adalah cara baru dalam pertanian, yang ditingkatkan dengan penggunaan teknologi. Namun, meskipun pabrik tanaman dengan pencahayaan buatan (PFAL) dapat meningkatkan produksi makanan per unit area, mereka memerlukan sumber daya seperti karbon dioksida dan energi untuk mempertahankan kondisi pertumbuhan optimal. 

Jadi, sebuah studi baru memanfaatkan teknologi baru, AI, untuk mengurangi konsumsi energi pertanian dalam ruangan hingga 25%.

Mengintegrasikan AI ke dalam pabrik tanaman dapat membantu mengatur sistem cahaya dan iklim, secara signifikan mengurangi penggunaan energi di pabrik dan menghemat sumber daya berharga sekaligus meningkatkan efisiensi.

Pabrik tanaman ini adalah pertanian dalam ruangan besar yang dilengkapi dengan kontrol iklim dan pencahayaan lengkap. Menurut Benjamin Decardi-Nelson, seorang postdoc fellow di laboratorium Fengqi You di Energy Systems Engineering, Cornell Engineering, jika tanaman ini di seluruh dunia menggunakan AI, itu dapat membantu “memfasilitasi fotosintesis, transpirasi, dan respirasi tanaman di dalam bangunan ini”.

Ini adalah pencapaian besar dan berpotensi membantu memberi makan permintaan makanan dunia yang terus meningkat seiring pertumbuhan populasi. Populasi dunia saat ini berada pada 8,2 miliar dan menurut proyeksi PBB, akan mencapai 9,7 miliar pada 2050 dan 11,2 miliar pada 2100. 

Bersama dengan urbanisasi dan perubahan iklim, ada kebutuhan untuk memperbaiki sistem produksi makanan saat ini dan membuatnya lebih efisien agar dapat memenuhi permintaan yang meningkat. Oleh karena itu, fokus pada pertanian dalam ruangan, yang mengandalkan teknologi untuk menciptakan lingkungan terkendali. Hal ini membuatnya kurang rentan terhadap perubahan iklim dan faktor lain yang memengaruhi pertanian tradisional.

Namun, pertanian dalam ruangan juga tidak tanpa tantangan. Menurut You, sistem kontrol lingkungan saat ini “tidak cukup pintar”. Mereka intensif energi dan memerlukan manajemen sumber daya yang cermat agar berkelanjutan. 

Salah satu jawabannya adalah ventilasi, tetapi meskipun dapat menurunkan penggunaan energi, hal itu memengaruhi tingkat karbon dioksida dan keseimbangan kelembapan, yang mempersulit pertumbuhan tanaman. Di sini, AI dapat sangat membantu dengan mengelola berbagai kompleksitas.

Kecerdasan buatan sudah banyak digunakan di sektor ini, mulai dari memprediksi hasil panen berdasarkan data satelit, menganalisis berbagai data (foto lapangan dan satelit, cuaca, dan kelembapan tanah) untuk mengidentifikasi masalah tanaman, serta memprediksi pola penyakit dengan menganalisis tanaman & kemudian merekomendasikan perawatan hingga mengurangi penggunaan pestisida dengan menunjukkan area yang terpengaruh saja. AI lebih lanjut membantu petani mengoptimalkan penggunaan sumber daya dan menegosiasikan harga panen dengan menilai tingkat hasil dan kualitas.

Studi terbaru, sementara itu, menggunakan AI untuk mengurangi penggunaan energi dalam pertanian dalam ruangan. Menurut Decardi-Nelson, menyederhanakan operasi dengan AI untuk mengurangi konsumsi energi dapat membuat pertanian dalam ruangan layak bahkan di wilayah yang memiliki peluang penghematan energi terbatas. Ia menambahkan:

“Dengan secara strategis menyelaraskan teknologi sistem kontrol lingkungan dengan biologi tanaman, energi dapat disimpan menggunakan ventilasi sambil meminimalkan limbah karbon dioksida dan mempertahankan kondisi pertumbuhan ideal.”

Sistem Cerdas untuk Membuat Produksi Makanan Berkelanjutan

Diterbitkan di Nature pada 9 Sep, studi tersebut menggunakan pembelajaran penguatan mendalam dan pemodelan komputasi untuk memeriksa interaksi tanaman-lingkungan.

Para peneliti dari Cornell University menggunakan teknik AI untuk menilai selada yang ditanam di fasilitas pertanian dalam ruangan di sepuluh lokasi global yang beragam dengan iklim berbeda. Ini termasuk delapan lokasi di AS, termasuk Ithaca (New York), Fargo (North Dakota), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago, dan Los Angeles. Dua lokasi lainnya termasuk Dubai, Uni Emirat Arab, dan Reykjavík, Islandia.

Studi menemukan bahwa AI dapat secara signifikan meningkatkan penghematan energi di PFAL serta mendukung produksi makanan berkelanjutan. AI mencapai penghematan energi dengan mengoptimalkan sistem pencahayaan dan regulasi iklim, yang mengurangi penggunaan energi.

Di tempat dengan iklim lebih sejuk yang saat ini menggunakan teknologi non-AI, pengenalan AI mengurangi energi yang diperlukan untuk memproduksi satu kilogram selada dalam ruangan sebesar 32,42%. Secara khusus, konsumsi energi turun dari 9,5 kWh menjadi 6,42 kWh per kilogram berat segar.

Di iklim yang lebih hangat, seperti Dubai atau Amerika Serikat bagian selatan, AI mengurangi penggunaan energi sebesar 22,28%, menurunkannya dari 10,5 kWh menjadi 7,26 kWh per kilogram berat segar.

Menurut studi, suhu luar antara 0 dan 25 derajat Celsius mendukung pengurangan penggunaan energi terkait ventilasi. Namun, penghematan energi terkait ventilasi berdampak negatif pada penggunaan sumber daya lain, seperti penggunaan CO2. Kelembapan luar, sementara itu, tidak menunjukkan pola atau efek yang jelas pada penggunaan energi. 

Studi menemukan bahwa memiliki ventilasi tinggi selama periode gelap, yaitu delapan jam simulasi malam, dan ventilasi rendah selama periode terang, yaitu enam belas jam simulasi siang/hari, memberikan solusi hemat energi untuk tingkat CO2 dalam ruangan yang optimal bagi fotosintesis, oksigen untuk respirasi dan pertumbuhan tanaman, serta menyeimbangkan kebutuhan ventilasi lainnya.

“Ini adalah konsep yang sangat mirip dengan rumah pintar.”

– You, co-director Cornell University AI for Science Institute dan co-director Cornell Institute for Digital Agriculture

Sama seperti keinginan kita untuk nyaman di rumah sambil mengurangi penggunaan energi, tanaman juga menginginkannya, katanya, mencatat bahwa AI membantu hal itu dengan sangat baik. Dengan menggunakan AI untuk mengoptimalkan pencahayaan buatan dan sistem energi lainnya, kita dapat menghemat biaya.

“Pekerjaan ini berfokus pada sistem cerdas untuk membuat produksi makanan optimal, berkelanjutan, dan mengurangi jejak karbon.”

– You

Menyeimbangkan Penggunaan Energi dan Keberlanjutan adalah Kunci Profitabilitas

Mengurangi penggunaan energi adalah salah satu aspek paling kritis dari pertanian dalam ruangan yang sukses. Karena menggunakan lebih banyak energi daripada rumah kaca tradisional, ini menjadi biaya utama bagi pertanian dalam ruangan dengan pencahayaan yang menjadi mayoritas konsumsi energi di sini. 

Biaya tinggi dapat mengancam profitabilitas usaha ini, membuat keberlanjutan dan kelayakan pertanian vertikal sangat sulit. Belum lagi, biaya yang meningkat cenderung dibebankan kepada konsumen, jadi mengurangi penggunaan energi dan dengan demikian biaya dapat membantu meringankan beban keuangan. 

Dengan latar belakang itu, banyak penelitian dan pengembangan berkelanjutan di dunia pertanian dalam ruangan berfokus pada pengurangan biaya ini dan menemukan metode berkelanjutan sehingga tantangan produksi makanan dapat diatasi secara efektif.

Bulan lalu, peneliti dari Ben-Gurion University of the Negev menciptakan sistem loop tertutup untuk menghasilkan lebih banyak ikan dan sayuran sambil menggunakan lebih sedikit energi. Sebagai bagian dari penelitian pada sistem akuaponik, sistem baru ini membentuk unit hampir tanpa limbah dengan mengolah limbah padat ikan melalui pencernaan anaerob dan memulihkan energi serta nutrisi ke dalam sistem.

Dipimpin oleh Prof. Amit Gross, direktur Zuckerberg Institute for Water Research, sistem ini menunjukkan produktivitas tanaman 1,6 kali lebih tinggi, penggunaan air 2,1 kali lebih rendah, dan konsumsi energi 16% lebih sedikit per kilogram pakan dibandingkan sistem konvensional. 

Memiliki satu ton ikan, yang merupakan sumber protein berkualitas tinggi dengan jejak karbon jauh lebih kecil, sebenarnya dapat memungkinkan sistem beroperasi tanpa energi eksternal, menurut studi. Selain itu, dengan produksi limbah yang dapat diabaikan dan penyerapan karbon yang signifikan, sistem ini berpotensi menjadi unit mandiri yang berkelanjutan.

“Memberi makan lebih dari 8 miliar orang di planet ini sambil mengurangi emisi gas rumah kaca akan memerlukan teknologi inovatif. Teknologi yang menggabungkan dua fungsi dalam satu jelas lebih diutamakan.”

– Prof. Gross

Penelitian terpisah dari Juli tahun ini, mengurangi tagihan listrik rumah kaca hampir seperempat dengan mengatur jadwal pencahayaan buatan.

Dalam percobaan selama sebulan oleh peneliti Skoltech, berbagai varietas selada dan endive (chicory) diuji di dua rumah kaca identik. Semua kondisi kecuali regimen pencahayaan sama. Sementara keduanya menerima 16 jam cahaya setiap hari, hanya satu yang memiliki jam gelap tersebar sepanjang hari berdasarkan kapan listrik paling mahal, dan itu “tidak mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara terukur.”

Perusahaan yang Terlibat dalam Memajukan Pertanian Dalam Ruangan

Sekarang, mari kita lihat beberapa perusahaan yang mendorong batas teknologi pertanian melalui solusi pertanian dalam ruangan yang inovatif.

#1. Village Farms International (VFF)

Perusahaan ini terlibat dalam pertanian dalam ruangan, menanam produk, dan kanabis dalam kondisi terkendali. Perusahaan menanam, memasarkan, dan mendistribusikan buah dan sayuran berkualitas premium yang ditanam di rumah kaca di Amerika Utara melalui anak perusahaan milik penuh Village Farms Fresh.

Setelah berada di pasar sejak 1987, Village Farms saat ini memiliki 240 acre rumah kaca kaca di AS dan Kanada. Dalam sebuah wawancara, Presiden dan CEO Mike DeGiglio membicarakan fokus teknologi mereka pada desain perangkat lunak untuk mengontrol lingkungan internal rumah kaca. Sebagian besar dana perusahaan juga dihabiskan untuk menciptakan iklim rumah kaca yang berfungsi terlepas dari lingkungan luar. 

Fokus lain adalah pada teknologi di sisi energi dan suplementasi karbon dioksida. “Jika kami dapat mengurangi biaya energi, kami akan jauh lebih berkelanjutan,” kata DeGiglio. Oleh karena itu, Village Farms telah berinvestasi dengan FuelCell Energy (FCEL ), Quadrogen Power Systems, dan National Research (NRC ) Council of Canada untuk membangun proyek percontohan teknologi sel bahan bakar untuk rumah kaca mereka di British Columbia. 

Dengan kapitalisasi pasar sebesar 110,61 juta, saham VFF saat ini diperdagangkan pada $0,99, naik 30,09% YTD. Memiliki EPS (TTM) sebesar -0,45 dan P/E (TTM) sebesar -2,18. Untuk Q2 2024, perusahaan melaporkan peningkatan penjualan konsolidasi sebesar 19% YoY menjadi $92,1 mln, dengan segmen Fresh Produce meningkat 7% dan segmen Cannabis Kanada naik 45%, sementara segmen Cannabis AS mencatat penurunan.

Kerugian bersih sebesar $23,5 mln sementara EBITDA yang disesuaikan melaporkan kerugian $3,6 mln dan arus kas meningkat menjadi $5,7 mln selama kuartal tersebut. Tahun ini, perusahaan juga mengajukan penawaran $200mln, hasilnya akan digunakan untuk modal kerja dan keperluan korporat umum.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm adalah pemasok peralatan dan pasokan pertanian lingkungan terkendali (CEA) untuk hidroponik dan pertanian dalam ruangan. Ini termasuk nutrisi, pencahayaan, rencana untuk mengoptimalkan atau memperluas operasi komersial Anda, dan lainnya.

Dengan kapitalisasi pasar sebesar 31,26 juta, saham HYFM saat ini diperdagangkan pada $0,68, turun 25,89% YTD. Memiliki EPS (TTM) sebesar -1,55 dan P/E (TTM) sebesar -0,44. Untuk Q2 2024, perusahaan melaporkan penurunan pendapatan bersih sebesar 13,1% menjadi $54,8 mln. Dengan itu, kerugian bersih meningkat menjadi $23,5 sementara laba kotor mencapai $10,9 mln dan EBITDA yang disesuaikan sebesar $1,7 mln.

“Pada kuartal kedua, kami menghasilkan EBITDA yang disesuaikan positif untuk keempat kalinya dalam lima kuartal terakhir, menunjukkan efektivitas rencana restrukturisasi kami dan upaya penghematan biaya terkait.”

– Bill Toler, chairman dan CEO

Hydrofarm saat ini bekerja untuk mencapai penghematan biaya melalui pemanfaatan dan produktivitas yang ditingkatkan di fasilitasnya sementara perusahaan tetap yakin akan peluang pertumbuhan. Hydrofarm memiliki $30,3 mln kas pada akhir kuartal dan mempertahankan kapasitas pinjaman $20 mln. 

Kesimpulan

Saat ini, kita hidup di dunia yang menghadapi masalah pertumbuhan populasi yang cepat, urbanisasi, perubahan iklim, degradasi lahan, dan penggunaan pestisida serta pupuk yang luas sementara permintaan konsumen akan makanan kaya nutrisi dengan dampak lingkungan minimal terus meningkat. 

Inilah mengapa pertanian dalam ruangan semakin populer. Tidak hanya cocok untuk lingkungan perkotaan, tetapi juga menggunakan lebih sedikit air, memiliki lebih sedikit bahaya pekerjaan, dan mengurangi dampak lingkungan. Dengan banyak manfaatnya, pertanian dalam ruangan menawarkan solusi menjanjikan untuk tantangan pertanian modern. 

Dengan memanfaatkan teknologi untuk menciptakan lingkungan terkendali, pertanian dalam ruangan membantu memenuhi permintaan yang meningkat akan makanan segar, lokal, dan bergizi sambil mengatasi kekhawatiran keberlanjutan.

Klik di sini untuk daftar 10 perusahaan pertanian dalam ruangan teratas.