L’Agricoltura Indoor Pronta a Vedere un Incremento di Efficienza grazie alle Integrazioni AI

L’agricoltura indoor, nota anche come agricoltura a ambiente controllato, è esattamente ciò che suggerisce il nome — la pratica di coltivare piante in un ambiente controllato, solitamente al chiuso. 

L’agricoltura indoor globale è attualmente valutata a 40,51 miliardi di dollari, secondo unrapporto di Fact.MR, e si prevede che supererà i 118 miliardi di dollari nel prossimo decennio.

In questo tipo di agricoltura, luci artificiali e tecnologia sono utilizzate per ottimizzare le condizioni di crescita e aumentare i rendimenti delle colture.

“È gran parte delle stesse tecnologie che vedresti in un edificio per il comfort umano, ma impiegate per le piante.”

– Jennifer Amann dell’American Council for an Energy-Efficient Economy

A causa della crescente domanda di alimenti freschi ad alto valore nutrizionale, degli sforzi per mitigare gli effetti del cambiamento climatico e della necessità di rese più elevate durante tutto l’anno utilizzando spazi e acqua limitati, è aumentato l’interesse per la coltivazione di colture in uno spazio chiuso.

L’agricoltura indoor, dopotutto, offre un modo economico, efficiente in termini di risorse e ambientalmente sostenibile di coltivare cibo.

Inoltre, è possibile ottenere un controllo preciso sui fattori ambientali come umidità, luce, temperatura e livelli di nutrienti per aumentare la produttività e affrontare le sfide legate all’agricoltura tradizionale.

Alcuni dei metodi più popolari usati nell’agricoltura indoor includono idroponica, aeroponica e acquaponica, che hanno ampliato i confini di ciò che può essere coltivato al chiuso. Inoltre, l’integrazione di illuminazione a LED, l’Internet delle Cose e l’intelligenza artificiale stanno contribuendo a far progredire il settore. 

Ad esempio, in Texas e negli Stati Uniti, l’azienda di serre verticali idroponiche Eden Green Technology controlla ogni aspetto della vita di una pianta nella sua struttura di 82.500 piedi quadrati, dove sette miglia di tubi forniscono acqua ricca di nutrienti e l’aria fresca viene pompata per creare il microclima ideale per la lattuga, che viene poi venduta a Walmart. La struttura utilizza luci a LED, che impiegano algoritmi programmati per fornire la giusta quantità di luce, oltre alla luce naturale, il che la rende “abbastanza indipendente dall’ambiente esterno”.

L’uso della tecnologia in agricoltura è in aumento grazie alla sua capacità di ridurre i costi, aumentare la produzione agricola e migliorare l’efficienza. 

L’uso di big data, IoT, robotica e IA è particolarmente vantaggioso nell’automazione delle operazioni agricole. Mentre GPS e sensori utilizzano un approccio basato sui dati per ottimizzare la produzione delle colture, i droni aiutano nell’ispezione dei campi e nel monitoraggio della crescita delle colture e del bestiame.

Utilizzare l’IA per Ridurre il Consumo Energetico nell’Agricoltura Indoor

L’agricoltura indoor è il nuovo modo di fare agricoltura, potenziato dall’uso della tecnologia. Tuttavia, mentre le fabbriche di piante con illuminazione artificiale (PFAL) possono aumentare la produzione alimentare per unità di superficie, richiedono risorse come anidride carbonica ed energia per mantenere condizioni ottimali di crescita delle piante. 

Quindi, un nuovo studio ha utilizzato una nuova tecnologia, l’IA, per ridurre il consumo energetico dell’agricoltura indoor fino al 25%.

L’integrazione dell’IA nelle fabbriche di piante può aiutare a regolare i sistemi di luce e clima, riducendo sostanzialmente l’uso di energia nelle strutture e risparmiando risorse preziose, aumentando al contempo l’efficienza.

Queste fabbriche di piante sono grandi fattorie indoor dotate di controllo completo del clima e dell’illuminazione. Secondo Benjamin Decardi-Nelson, borsista postdoc nel laboratorio di Fengqi You in Energy Systems Engineering presso Cornell Engineering, se queste piante in tutto il mondo utilizzassero l’IA, potrebbe aiutare a “favorire la fotosintesi, la traspirazione e la respirazione delle colture in questi edifici”.

Questo è un grande risultato e può potenzialmente aiutare a soddisfare la crescente domanda alimentare del mondo con l’aumento della popolazione. La popolazione mondiale è attualmente di 8,2 miliardi e, secondo le proiezioni delle Nazioni Unite, raggiungerà 9,7 miliardi entro il 2050 e 11,2 miliardi entro il 2100.

Combinato con l’urbanizzazione e il cambiamento climatico, c’è la necessità di lavorare sui sistemi di produzione alimentare attuali e renderli più efficienti affinché possano soddisfare la domanda crescente. Perciò, l’attenzione si concentra sull’agricoltura indoor, che si basa sulla tecnologia per creare ambienti controllati. Questo le rende meno vulnerabili al cambiamento climatico e ad altri fattori che influenzano l’agricoltura tradizionale.

Ma l’agricoltura indoor non è priva di sfide. Secondo You, i sistemi di controllo ambientale attuali sono semplicemente “non abbastanza intelligenti”. Sono ad alta intensità energetica e richiedono una gestione attenta delle risorse per essere sostenibili.

Una risposta è la ventilazione, ma sebbene possa ridurre il consumo energetico, influisce sui livelli di anidride carbonica e sull’equilibrio dell’umidità, complicando la crescita delle piante. Qui, l’IA può essere di grande aiuto nella gestione di diverse complessità.

L’intelligenza artificiale è già ampiamente utilizzata nel settore, dal prevedere i rendimenti basati su dati satellitari, all’analizzare vari dati (foto di campo e satellitari, meteo e umidità del suolo) per identificare problemi delle colture, e prevedere i pattern di malattie analizzando le piante e poi raccomandare trattamenti, fino a ridurre l’uso di pesticidi evidenziando solo le aree interessate. L’IA aiuta inoltre gli agricoltori a ottimizzare l’uso delle risorse e a negoziare i prezzi del raccolto valutando i tassi di resa e i livelli di qualità.

Il più recente studio, nel frattempo, ha usato l’IA per ridurre l’uso di energia nell’agricoltura indoor. Secondo Decardi-Nelson, ottimizzare le operazioni usando l’IA per ridurre il consumo energetico può rendere le fattorie indoor sostenibili anche in quelle regioni con limitate opportunità di risparmio energetico. Ha aggiunto:

“Allineando strategicamente la tecnologia dei sistemi di controllo ambientale con la biologia delle piante, è possibile conservare energia usando la ventilazione, riducendo al minimo lo spreco di anidride carbonica e mantenendo condizioni di crescita ideali.”

Un Sistema Intelligente per Rendere la Produzione Alimentare Sostenibile

Pubblicato su Nature il 9 set., lo studio ha utilizzato deep reinforcement learning e modellazione computazionale per esaminare le interazioni tra pianta e ambiente.

I ricercatori della Cornell University hanno utilizzato tecniche di IA per valutare la lattuga coltivata in strutture di agricoltura indoor in dieci diverse località globali con climi distinti. Questo ha incluso otto località negli Stati Uniti, tra cui Ithaca (New York), Fargo (North Dakota), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago e Los Angeles. Le altre due erano Dubai, Emirati Arabi Uniti, e Reykjavík, Islanda.

Lo studio ha scoperto che l’IA può migliorare notevolmente il risparmio energetico nei PFAL e supportare la produzione alimentare sostenibile. L’IA ha ottenuto risparmi energetici ottimizzando i sistemi di illuminazione e regolazione del clima, riducendo così il consumo di energia.

In luoghi con climi più freschi che attualmente utilizzano tecnologie non IA, l’introduzione dell’IA riduce l’energia necessaria per produrre un chilogrammo di lattuga indoor del 32,42%. Specificamente, il consumo energetico scende da 9,5 kWh a 6,42 kWh per chilogrammo di peso fresco.

In climi più caldi, come Dubai o il sud degli Stati Uniti, l’IA ha ridotto l’uso di energia del 22,28%, portandolo da 10,5 kWh a 7,26 kWh per chilogrammo di peso fresco.

Secondo lo studio, le temperature esterne tra 0 e 25 gradi Celsius favoriscono la riduzione dell’energia legata alla ventilazione. Tuttavia, i risparmi energetici derivanti dalla ventilazione influiscono negativamente su altre risorse, come l’uso di CO2. L’umidità esterna, nel frattempo, non ha mostrato un pattern chiaro o un effetto sull’uso di energia. 

Lo studio ha scoperto che avere una ventilazione elevata durante il periodo di buio, che comprende otto ore di simulazione notturna, e una ventilazione bassa durante i periodi di luce, che comprende sedici ore di simulazione diurna/solare, ha fornito una soluzione energeticamente efficiente per livelli ottimali di CO2 indoor per la fotosintesi, ossigeno per la respirazione e la crescita delle piante, e ha bilanciato gli altri requisiti di ventilazione.

“Questo è un concetto molto simile alle case intelligenti.”

– You, co-direttore del Cornell University AI for Science Institute e co-direttore del Cornell Institute for Digital Agriculture

Proprio come desideriamo essere comodi a casa nostra riducendo il consumo energetico, anche le colture lo desiderano, ha affermato, osservando che l’IA aiuta molto in questo. Utilizzando l’IA per ottimizzare l’illuminazione artificiale e altri sistemi energetici, possiamo risparmiare sui costi.

“Questo lavoro si concentra su un sistema intelligente per rendere la produzione alimentare ottimale, sostenibile e ridurre l’impronta di carbonio.”

– You

Bilanciare l’Uso di Energia e la Sostenibilità è la Chiave per la Redditività

Ridurre il consumo energetico è uno degli aspetti più critici per il successo dell’agricoltura indoor. Poiché utilizza più energia rispetto alle serre tradizionali, rappresenta un costo importante per l’agricoltura indoor, con l’illuminazione che rappresenta la maggior parte del consumo energetico.

I costi elevati possono minacciare la redditività di questa impresa, rendendo la sostenibilità e la fattibilità dell’agricoltura verticale estremamente difficili. Inoltre, i costi in aumento tendono a essere trasferiti ai consumatori, quindi ridurre il consumo energetico e, di conseguenza, i costi può aiutare ad alleviare l’onere finanziario.

In questo contesto, molta ricerca e sviluppo continuo nel mondo dell’agricoltura indoor è focalizzata sulla riduzione di questi costi e sulla ricerca di metodi sostenibili affinché le sfide della produzione alimentare possano essere affrontate efficacemente.

Il mese scorso, ricercatori della Ben-Gurion University of the Negev hanno creato un sistema a ciclo chiuso per produrre più pesci e verdure consumando meno energia. Nell’ambito della ricerca sui sistemi acquaponici, questo nuovo sistema ha formato un’unità quasi a zero rifiuti trattando i rifiuti solidi dei pesci con digestione anaerobica e recuperando energia e nutrienti nel sistema.

Guidato dal Prof. Amit Gross, direttore del Zuckerberg Institute for Water Research, il sistema ha mostrato una produttività vegetale 1,6 volte superiore, un consumo d’acqua 2,1 volte inferiore e un consumo energetico del 16% inferiore per chilogrammo di mangime rispetto ai sistemi convenzionali.

Avere una tonnellata di pesce, che è una fonte di proteine di alta qualità con un’impronta di carbonio molto più piccola, può effettivamente consentire al sistema di operare senza alcuna energia esterna, secondo lo studio. Inoltre, avendo una produzione di rifiuti trascurabile e una significativa sequestro di carbonio, questo sistema ha il potenziale per essere un’unità autonoma sostenibile.

“Nutrire le più di 8 miliardi di persone sul pianeta riducendo le emissioni di gas serra richiederà tecnologie innovative. Quelle che combinano due funzioni in una sono ovviamente preferibili.”

– Prof. Gross

Una ricerca separata di luglio di quest’anno ha ridotto la bolletta elettrica delle serre di quasi un quarto modificando il programma di illuminazione artificiale.

In questo esperimento di un mese condotto da ricercatori di Skoltech, diverse varietà di lattuga e indivia (cicoria) sono state testate in due serre identiche. Tutte le condizioni, tranne il regime di illuminazione, erano le stesse. Mentre entrambe hanno ricevuto 16 ore di luce al giorno, solo una ha avuto ore di buio distribuite durante il giorno in base a quando l’elettricità era più costosa, e ciò “non ha influenzato misurabilmente la crescita delle piante”.

Aziende Coinvolte nell’Avanzamento dell’Agricoltura Indoor

Ora, diamo un’occhiata a un paio di aziende che stanno spingendo i confini della tecnologia agricola attraverso soluzioni innovative di agricoltura indoor.

#1. Village Farms International (VFF)

Questa azienda è coinvolta nell’agricoltura indoor, coltivando prodotti e cannabis in condizioni controllate. L’azienda coltiva, commercializza e distribuisce frutta e verdura di qualità premium, coltivate in serra, in Nord America tramite la controllata al 100% Village Farms Fresh.

Essendo presente sul mercato dal 1987, Village Farms attualmente vanta 240 acri di serre di vetro negli Stati Uniti e in Canada. In una recente intervista, il presidente e CEO Mike DeGiglio ha parlato del loro focus tecnologico sul design del software per controllare l’ambiente interno della serra. La maggior parte dei fondi dell’azienda è anche spesa per creare un clima di serra che funzioni indipendentemente dall’ambiente esterno. 

L’altro focus è sulla tecnologia lato energia e sul supplemento di anidride carbonica. “Se possiamo ridurre i costi energetici, saremmo molto più sostenibili,” ha detto DeGiglio. Pertanto, Village Farms ha investito con FuelCell Energy, Quadrogen Power Systems e il National Research Council of Canada per costruire un progetto pilota di tecnologia a celle a combustibile per la sua serra in British Columbia. 

Con una capitalizzazione di mercato di 110,61 milioni, le azioni VFF attualmente scambiano a $0,99, in rialzo del 30,09% YTD. Ha un EPS (TTM) di -0,45 e un P/E (TTM) di -2,18. Per il Q2 del 2024, l’azienda ha riportato un aumento del 19% su base annua nelle vendite consolidate a $92,1 mln, con il segmento Fresh Produce in crescita del 7% e il segmento Canadian Cannabis del 45%, mentre il segmento US Cannabis ha registrato un calo.

La perdita netta è stata di $23,5 mln mentre l’EBITDA rettificato ha registrato una perdita di $3,6 mln e il flusso di cassa è migliorato a $5,7 mln durante il trimestre. Quest’anno, l’azienda ha anche presentato un’offerta da $200 mln, i proventi dei quali saranno utilizzati per capitale di lavoro e scopi aziendali generali.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm è un fornitore di attrezzature e forniture per l’agricoltura a ambiente controllato (CEA) per l’idroponica e l’agricoltura indoor. Questo include nutrienti, illuminazione, piani per ottimizzare o scalare la tua operazione commerciale, e altro.

Con una capitalizzazione di mercato di 31,26 milioni, le azioni HYFM attualmente scambiano a $0,68, in calo del 25,89% YTD. Ha un EPS (TTM) di -1,55 e un P/E (TTM) di -0,44. Per il Q2 del 2024, l’azienda ha riportato una diminuzione del 13,1% del fatturato netto a $54,8 mln. Con ciò, la sua perdita netta è aumentata a $23,5 mentre il profitto lordo è stato di $10,9 mln e l’EBITDA rettificato di $1,7 mln.

“Nel secondo trimestre, abbiamo conseguito un EBITDA rettificato positivo per la quarta volta negli ultimi cinque trimestri, dimostrando l’efficacia del nostro piano di ristrutturazione e degli sforzi di riduzione dei costi correlati.”

– Bill Toler, presidente e CEO

Hydrofarm sta attualmente lavorando per ottenere risparmi sui costi tramite una maggiore utilizzo e produttività delle sue strutture, mentre l’azienda rimane fiduciosa nelle sue opportunità di crescita. Hydrofarm ha detenuto $30,3 mln in contanti alla fine del trimestre e ha mantenuto una capacità di indebitamento di $20 mln. 

Conclusione

Oggi viviamo in un mondo che affronta il problema di una popolazione in rapida crescita, urbanizzazione, cambiamento climatico, degrado del suolo e uso diffuso di pesticidi e fertilizzanti, mentre la domanda dei consumatori per cibi ricchi di nutrienti con un impatto ambientale minimo è in aumento. 

Ecco perché l’agricoltura indoor sta guadagnando molta popolarità. Non solo è adatta agli ambienti urbani, ma utilizza meno acqua, presenta meno rischi occupazionali e riduce l’impatto ambientale. Con i suoi numerosi vantaggi, l’agricoltura indoor offre una soluzione promettente alle sfide dell’agricoltura moderna. 

Sfruttando la tecnologia per creare ambienti controllati, l’agricoltura indoor aiuta a soddisfare la crescente domanda di cibo fresco, locale e nutriente, affrontando al contempo le preoccupazioni sulla sostenibilità.

Clicca qui per l’elenco delle prime 10 aziende di agricoltura indoor.