Indoor farming staat op het punt een efficiëntieboost te zien door AI‑integraties

Indoor farming, ook wel gecontroleerde‑omgeving‑landbouw genoemd, is precies wat de naam suggereert — de praktijk van het verbouwen van gewassen in een gecontroleerde omgeving, meestal binnenshuis. 

De wereldwijde indoor farming wordt momenteel gewaardeerd op $40,51 mlrd, volgens een rapport van Fact.MR, en zal naar verwachting $118 mlrd overschrijden in het komende decennium.

Bij dit type landbouw worden kunstmatige lampen en technologie gebruikt om de groeiomstandigheden te optimaliseren en de opbrengst te verhogen.

“Het is veel van dezelfde technologieën die je in een gebouw voor menselijk comfort ziet, maar nu toegepast op planten.”

– Jennifer Amann van de American Council for an Energy‑Efficient Economy

Door de toenemende vraag naar verse voedingsmiddelen met een hoge voedingswaarde, de inspanningen om de effecten van klimaatverandering te beperken, en de behoefte aan hogere, het hele jaar door opbrengsten met beperkt ruimte‑ en watergebruik, groeit de belangstelling voor het verbouwen van gewassen in een afgesloten ruimte.

Indoor farming biedt immers een economische, hulpbronnenefficiënte en milieuvriendelijke manier om voedsel te verbouwen.

Bovendien kun je precieze controle uitoefenen over omgevingsfactoren zoals luchtvochtigheid, licht, temperatuur en nutriënten om de productiviteit te verhogen en de uitdagingen van traditionele landbouw aan te pakken.

Enkele populaire methoden die in indoor‑landbouw worden gebruikt, zijn hydroponics, aeroponics en aquaponics, die de grenzen hebben verlegd van wat er binnenshuis kan worden gekweekt. Bovendien helpen de integratie van LED‑verlichting, het Internet of Things en kunstmatige intelligentie de sector vooruit te stuwen. 

Zo controleert het verticale hydroponische kassenbedrijf Eden Green Technology in Texas en de VS elk aspect van het leven van een plant in hun faciliteit van 82.500 vierkante voet, waar zeven mijl aan buizen voedingsrijk water leveren en koele lucht wordt gepompt om het ideale microklimaat voor sla te creëren, die vervolgens aan Walmart (WMT ) wordt verkocht. De faciliteit maakt gebruik van LED‑lampen die met geprogrammeerde algoritmen de juiste hoeveelheid licht leveren, naast natuurlijk licht, waardoor het “tamelijk agnostisch is ten opzichte van de buitenomgeving.”

Het gebruik van technologie in de landbouw neemt toe dankzij de mogelijkheid om kosten te verlagen, de productie te verhogen en de efficiëntie te verbeteren. 

Het gebruik van big data, IoT, robotica en AI is bijzonder nuttig bij het automatiseren van landbouwprocessen. Terwijl GPS en sensoren een datagedreven aanpak gebruiken om de gewasproductie te optimaliseren, helpen drones bij veldinspectie en het monitoren van gewasgroei en vee.

AI gebruiken om het energieverbruik in indoor farming te verminderen

Indoor farming is de nieuwe manier van landbouw, versterkt door technologie. Echter, terwijl plantfabrieken met kunstmatige verlichting (PFAL’s) de voedselproductie per vierkante meter kunnen verhogen, vereisen ze bronnen zoals kooldioxide en energie om optimale groeiomstandigheden te behouden. 

Een nieuwe studie maakte gebruik van een nieuwe technologie, AI, om het energieverbruik van indoor farming met wel 25 % te verminderen.

Het integreren van AI in plantfabrieken kan helpen licht‑ en klimaatsystemen te reguleren, waardoor het energieverbruik in fabrieken aanzienlijk wordt gereduceerd, kostbare hulpbronnen worden bespaard en de efficiëntie wordt verhoogd.

Deze plantfabrieken zijn grote indoor farms uitgerust met volledige klimaat‑ en lichtregeling. Volgens Benjamin Decardi‑Nelson, postdoc‑medewerker in het laboratorium van Fengqi You in Energy Systems Engineering aan Cornell Engineering, kan AI “de fotosynthese, transpiratie en ademhaling van gewassen in deze gebouwen faciliteren.”

Dit is een enorme prestatie en kan potentieel helpen de groeiende voedselvraag van de wereld te voeden naarmate de bevolking stijgt. De wereldbevolking bedraagt momenteel 8,2 miljard en volgens de VN‑projecties zal dit tegen 2050 9,7 miljard en tegen 2100 11,2 miljard bedragen. 

In combinatie met urbanisatie en klimaatverandering is er een noodzaak om de huidige voedselproductiesystemen efficiënter te maken zodat ze aan de stijgende vraag kunnen voldoen. Daarom ligt de focus op indoor farming, dat technologie gebruikt om gecontroleerde omgevingen te creëren. Dit maakt ze minder kwetsbaar voor klimaatverandering en andere factoren die traditionele landbouw beïnvloeden.

Maar indoor farming kent ook uitdagingen. Volgens You zijn de huidige systemen voor milieuregeling simpelweg “niet slim genoeg.” Ze zijn energie‑intensief en vereisen zorgvuldige hulpbronnemanagement om duurzaam te zijn. 

Een mogelijke oplossing is ventilatie, maar terwijl dit het energieverbruik kan verlagen, beïnvloedt het de kooldioxide‑niveaus en het vocht‑evenwicht, wat de plantengroei bemoeilijkt. Hier kan AI enorm helpen door verschillende complexiteiten te beheren.

Kunstmatige intelligentie wordt al veel ingezet in de sector, variërend van het voorspellen van opbrengsten op basis van satellietdata, het analyseren van diverse data (veld‑foto’s en satelliet, weer‑ en bodemvocht) om gewasproblemen te identificeren, en het voorspellen van ziektes door planten te analyseren en vervolgens behandelingen aan te bevelen, tot het verminderen van pesticidengebruik door alleen aangetaste gebieden aan te wijzen. AI helpt boeren bovendien hulpbronnen te optimaliseren en oogstprijzen te onderhandelen door opbrengst‑ en kwaliteitsniveaus te beoordelen.

De nieuwste studie gebruikte ondertussen AI om het energieverbruik in indoor farming te reduceren. Volgens Decardi‑Nelson kan het stroomlijnen van operaties met AI om energie te besparen indoor farms levensvatbaar maken, zelfs in regio’s met beperkte energiebesparingsmogelijkheden. Hij voegde daaraan toe:

“Door de technologie van milieuregelsystemen strategisch af te stemmen op plantbiologie, kan energie worden bespaard met ventilatie terwijl kooldioxide‑verspilling wordt geminimaliseerd en ideale groeiomstandigheden worden behouden.”

Een slim systeem om voedselproductie duurzaam te maken

Gepubliceerd in Nature op 9 sep., gebruikte de studie deep reinforcement learning en computationele modellering om plant‑omgeving interacties te onderzoeken.

De onderzoekers van Cornell University gebruikten AI‑technieken om sla te beoordelen die in indoor‑landbouwfaciliteiten op tien verschillende wereldlocaties met uiteenlopende klimaten werd gekweekt. Dit omvatte acht locaties in de VS, waaronder Ithaca (New York), Fargo (North Dakota), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago en Los Angeles. De andere twee locaties waren Dubai, Verenigde Arabische Emiraten, en Reykjavík, IJsland.

De studie toonde aan dat AI de energiebesparing in PFAL’s aanzienlijk kan verbeteren en tevens duurzame voedselproductie ondersteunt. AI behaalde energiebesparing door verlichting en klimaatsystemen te optimaliseren, waardoor het energieverbruik daalde.

In koelere klimaten die momenteel niet‑AI‑technologie gebruiken, verlaagt de introductie van AI de energie die nodig is om één kilogram sla binnenshuis te produceren met 32,42 %. Concreet daalt het energieverbruik van 9,5 kWh naar 6,42 kWh per kilogram vers gewicht.

In warmere klimaten, zoals Dubai of het zuidelijke deel van de VS, verminderde AI het energieverbruik met 22,28 %, van 10,5 kWh naar 7,26 kWh per kilogram vers gewicht.

Volgens de studie bevorderen buitentemperaturen tussen 0 en 25 °C de reductie van energiegebruik door ventilatie. Echter, energiebesparing door ventilatie heeft een negatieve impact op andere hulpbronnen, zoals CO₂‑gebruik. Buitenvochtigheid had geen duidelijk patroon of effect op energieverbruik. 

De studie ontdekte dat hoge ventilatie tijdens de donkere periode (acht uur nachtsimulatie) en lage ventilatie tijdens de lichte periode (zestien uur dag‑/zonnesimulatie) een energie‑efficiënte oplossing bood voor optimale binnen‑CO₂‑niveaus voor fotosynthese, zuurstof voor ademhaling en plantengroei, en een gebalanceerde ventilatie‑behoefte.

“Dit is een zeer vergelijkbaar concept met slimme huizen.”

– You, de co‑directeur van het Cornell University AI for Science Institute en de co‑directeur van het Cornell Institute for Digital Agriculture

Net zoals we thuis comfortabel willen zijn terwijl we energie besparen, willen gewassen dat ook, stelde hij, waarbij AI daarbij uitstekend helpt. Door AI te gebruiken om kunstmatige verlichting en andere energiesystemen te optimaliseren, kunnen we kosten besparen.

“Dit werk richt zich op een slim systeem om voedselproductie optimaal, duurzaam en met een lagere CO₂‑voetafdruk te maken.”

– You

Balanceren van energiegebruik en duurzaamheid is cruciaal voor winstgevendheid

Het verminderen van energiegebruik is een van de meest kritieke aspecten van succesvolle indoor farming. Omdat indoor farms meer energie verbruiken dan traditionele kassen, vormt dit een grote kostenpost, waarbij verlichting het grootste deel van het energieverbruik uitmaakt.

Hoge kosten kunnen de winstgevendheid van dit ondernemingsmodel bedreigen, waardoor de duurzaamheid en levensvatbaarheid van verticale landbouw extreem moeilijk worden. Bovendien worden stijgende kosten vaak doorberekend aan consumenten, dus het verminderen van energiegebruik en daarmee de kosten kan de financiële last verlichten. 

Tegen deze achtergrond wordt er wereldwijd continu onderzoek en ontwikkeling gedaan om deze kosten te verlagen en duurzame methoden te vinden zodat de uitdagingen van voedselproductie effectief kunnen worden aangepakt.

Afgelopen maand ontwikkelden onderzoekers van de Ben‑Gurion Universiteit van de Negev een gesloten‑cirkel‑systeem om meer vis en groenten te produceren terwijl ze minder energie verbruiken. Als onderdeel van onderzoek naar aquaponische systemen vormde dit nieuwe systeem een bijna‑nul‑afval‑eenheid door de vaste visafval te behandelen met anaerobe vergisting en energie en nutriënten terug te winnen in het systeem.

Onder leiding van prof. Amit Gross, directeur van het Zuckerberg Institute for Water Research, liet het systeem 1,6 × meer plantproductiviteit zien, 2,1 × minder waterverbruik, en 16 % minder energieverbruik per kilogram voer dan conventionele systemen. 

Het hebben van één ton vis, een hoogwaardige eiwitbron met een veel kleinere CO₂‑voetafdruk, kan het systeem in staat stellen zonder externe energie te functioneren, volgens de studie. Bovendien, door vrijwel geen afval te produceren en aanzienlijke koolstofsequestratie te realiseren, heeft dit systeem het potentieel om een duurzame, zelfstandige eenheid te worden.

“Het voeden van meer dan 8 miljard mensen op de planeet terwijl de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd, vereist innovatieve technologieën. Degenen die twee functies in één combineren, zijn duidelijk de voorkeur.”

– Prof. Gross

Een afzonderlijk onderzoek van juli dit jaar verlaagde de elektriciteitsrekening van kassen met bijna een kwart door te experimenteren met het schema van kunstmatige verlichting.

In dit maandlange experiment van Skoltech‑onderzoekers werden verschillende variëteiten sla en witlof (cichorei) getest in twee identieke kassen. Alle omstandigheden waren gelijk, behalve het verlichtingsregime. Terwijl beide dagelijks 16 uur licht kregen, had één kas donkere uren verspreid over de dag op basis van wanneer elektriciteit het duurst was, en dit “beïnvloedde de plantengroei niet merkbaar.”

Bedrijven die bijdragen aan de vooruitgang van indoor farming

Laten we nu een paar bedrijven bekijken die de grenzen van agrarische technologie verleggen met innovatieve indoor‑farming‑oplossingen.

#1. Village Farms International (VFF)

Dit bedrijf is actief in indoor farming, het telen van producten en cannabis onder gecontroleerde omstandigheden. Het bedrijf kweekt, markett en distribueert premium‑kwaliteit, kas‑gekweekte fruit‑ en groenteproducten in Noord‑Amerika via de volledig‑eigendom‑subsidiaire Village Farms Fresh.

Sinds 1987 actief, beschikt Village Farms momenteel over 240 acre glazen kassen in de VS en Canada. In een recent interview sprak president en CEO Mike DeGiglio over hun technologische focus op software‑ontwerp om het interne klimaat van de kas te regelen. Het grootste deel van de fondsen van het bedrijf wordt ook besteed aan het creëren van een kasklimaat dat werkt ongeacht de buitentemperatuur. 

De andere focus ligt op technologie aan de energiezijde en het aanvullen van kooldioxide. “Als we de energiekosten kunnen verlagen, zouden we veel duurzamer zijn,” zei DeGiglio. Daarom heeft Village Farms geïnvesteerd samen met FuelCell Energy (FCEL ), Quadrogen Power Systems en de National Research (NRC ) Council of Canada in een pilot‑project voor brandstofceltechnologie voor hun kas in British Columbia. 

Met een marktkapitalisatie van 110,61 miljoen dollar worden VFF‑aandelen momenteel verhandeld tegen $0,99, een stijging van 30,09 % YTD. Het heeft een EPS (TTM) van -0,45 en een P/E (TTM) van -2,18. Voor Q2 2024 rapporteerde het bedrijf een stijging van 19 % YoY in geconsolideerde omzet tot $92,1 mln, waarbij de Fresh Produce‑segment een groei van 7 % liet zien en het Canadese Cannabis‑segment 45 %, terwijl het Amerikaanse Cannabis‑segment een daling noteerde.

Het nettoverlies bedroeg $23,5 mln terwijl aangepaste EBITDA een verlies van $3,6 mln liet zien en de cash‑flow verbeterde tot $5,7 mln gedurende het kwartaal. Dit jaar diende het bedrijf ook een aanbieding van $200 mln in, waarvan de opbrengsten zullen worden gebruikt voor werkkapitaal en algemene bedrijfsdoeleinden.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm is een leverancier van apparatuur en benodigdheden voor gecontroleerde‑omgeving‑landbouw (CEA) voor hydroponics en indoor farming. Dit omvat voedingsstoffen, verlichting, plannen om uw commerciële operatie te optimaliseren of uit te breiden, en meer.

Met een marktkapitalisatie van 31,26 miljoen dollar worden HYFM‑aandelen momenteel verhandeld tegen $0,68, een daling van 25,89 % YTD. Het heeft een EPS (TTM) van -1,55 en een P/E (TTM) van -0,44. Voor Q2 2024 rapporteerde het bedrijf een daling van 13,1 % in netto‑omzet tot $54,8 mln. Daarbij steeg het nettoverlies tot $23,5 mln, terwijl de brutowinst $10,9 mln bedroeg en aangepaste EBITDA $1,7 mln.

“In het tweede kwartaal leverden we positieve Adjusted EBITDA voor de vierde keer in de laatste vijf kwartalen, wat de effectiviteit van ons herstructureringsplan en de bijbehorende kostenbesparingsinspanningen aantoont.”

– Bill Toler, voorzitter en CEO

Hydrofarm werkt momenteel aan kostenbesparingen via een verbeterde benutting en productiviteit in haar faciliteiten, terwijl het bedrijf vertrouwen blijft hebben in haar groeikansen. Hydrofarm had $30,3 mln aan cash aan het einde van het kwartaal en behield een kredietlijn van $20 mln.

Conclusie

Vandaag leven we in een wereld die wordt geconfronteerd met een snelgroeiende bevolking, urbanisatie, klimaatverandering, landdegradatie en wijdverspreid gebruik van pesticiden en kunstmest, terwijl de consumentenvraag naar voedingsrijke voeding met minimale milieu‑impact toeneemt. 

Daarom wint indoor farming aan populariteit. Het is niet alleen geschikt voor stedelijke omgevingen, het verbruikt minder water, kent minder beroepsrisico’s en vermindert de milieu‑impact. Met al deze voordelen biedt indoor farming een veelbelovende oplossing voor de uitdagingen van de moderne landbouw. 

Door technologie te benutten om gecontroleerde omgevingen te creëren, helpt indoor farming te voldoen aan de groeiende vraag naar verse, lokaal geteelde en voedzame voeding, terwijl het duurzaamheidkwesties aanpakt.

Klik hier voor de lijst van de top 10 indoor landbouwbedrijven.