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Aquaponia – Tudo o Que Você Precisa Saber

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O Que é Aquaponia

Aquaponia é um método de cultivo que faz crescer plantas em combinação com a aquicultura, ou a criação de animais aquáticos como peixes e, eventualmente, lagostins, caracóis, conchas ou camarões. Faz parte dos métodos de cultivo “sem solo” mais amplos, incluindo hidroponia e aeroponia.

Em sua forma moderna, a aquaponia costuma ser combinada com a hidroponia relativamente avançada – o cultivo de plantas sem solo – usando água para fornecer os nutrientes. Muitas vezes pode fazer parte de um sistema de agricultura vertical ou de cultivo interno.

Discutimos em detalhes os diferentes sistemas possíveis para o cultivo hidropônico e seus prós e contras em nosso artigo “Hidroponia – Tudo o Que Você Precisa Saber“.

A combinação de agricultura e aquicultura, porém, é muito antiga. Os astecas cultivavam nas terras altas agrícolas chamadas chinampas sobre lagos, agricultores chineses cultivavam arroz com peixes nos arrozais há milênios, e o mesmo ocorria nas culturas nativas do Sudeste Asiático, incluindo a notável cidade de Angkor Wat.

O tamanho do mercado de aquaponia representa quase US$ 1,2 bilhão em 2024 e espera‑se que cresça 9,6% ao ano (CAGR) até 2029. Os maiores mercados estão localizados na América do Norte e na Ásia.

A Ciência da Aquaponia

A hidroponia oferece controle muito preciso sobre as condições de cultivo, ajudando a produzir colheitas de alta qualidade de forma confiável. Também é muito eficiente em água e espaço. Mas e se ela pudesse também produzir carne densa e saudável com a mesma água? Isso se torna possível ao conectar a água que o sistema hidropônico usa aos tanques de crescimento da aquicultura.

O argumento mais forte a favor da aquaponia é formar um círculo em que cada componente resolve um problema presente na hidroponia e na aquicultura quando separados.

A hidroponia é um sistema de cultivo muito eficiente, mas requer a adição constante de fertilizante na água para manter a planta saudável e em crescimento.

Enquanto isso, a aquicultura requer muita água fresca e limpa e filtragem, pois os resíduos dos peixes (ou de outros animais aquáticos) se acumulam e poluem a água.

Em um sistema aquapônico, ambos são “resolvidos”. Os dejetos dos peixes deixam de ser poluição e se tornam fertilizantes ricos em nitrogênio para as plantas. Então as raízes das plantas limpam e filtram a água “gratuitamente” ao absorvê‑la.

Tipos de Sistemas Aquapônicos

Sistema Aquapônico Baseado em Meio

Um meio inerte como cascalho, rochas de lava ou perlita de argila fixa as raízes das plantas. O leito de crescimento das plantas é periodicamente inundado com água do tanque de peixes através de um sifão de campânula. Isso traz os nutrientes para as plantas.

A água é então devolvida ao tanque de peixes para fechar o ciclo depois de ser filtrada pelas plantas. Às vezes, vermes são adicionados ao leito de meio inerte para ajudar a decompor os dejetos dos peixes.

Como este sistema não usa filtro e tem o menor número de componentes, é o mais simples.

Sistema de Balsa

As plantas são posicionadas em balsas flutuantes, com raízes penduradas na água. A água rica em nutrientes do tanque de aquicultura flui continuamente para um sistema de filtragem, e então para as balsas de plantas.

O filtro contém bactérias que ajudam a tornar o nutriente mais “digestível” para as plantas.

Este sistema é mais complexo, mas pode ser ampliado com muito mais facilidade, sem limite para o número de balsas ou o tamanho do tanque de peixes, desde que os canos de água e o filtro sejam compatíveis.

Técnica do Filme Nutriente (NFT)

Este sistema é semelhante aos sistemas aquapônicos baseados em meio, mas com um filme fino de água que flui continuamente a partir do tanque de peixes. Não há filtro intermediário como no sistema de balsa.

O sistema oferece algumas vantagens, mas também limitações.

A água em fluxo e a camada fina de água permitem uma rica oxigenação, benéfica tanto para as raízes das plantas quanto para os peixes, já que a água retorna ao tanque. Também é muito eficiente em termos de espaço e pode ser usado em áreas estreitas ou em sistemas de agricultura vertical alta. Por fim, o fluxo contínuo de nutrientes e água impulsiona o crescimento das plantas melhor do que um sistema baseado em meio, mas sem a necessidade do filtro do sistema de balsa.

No entanto, os sistemas NFT são adequados apenas para plantas com raízes pequenas, como verduras de folhas; sistemas radiculares maiores não funcionam bem. Também é possível que as raízes obstruam os canais rasos, o que pode causar deficiência de nutrientes. A temperatura da água pode variar rapidamente, especialmente se as plantas forem expostas ao sol direto, o que pode gerar problemas tanto para as plantas quanto para os peixes.

O Que Pode Ser Cultivado com Aquaponia

Lado das Plantas

A maioria das plantas que podem ser cultivadas com hidroponia também podem ser cultivadas com aquaponia. O mercado de hidroponia é dominado principalmente por culturas de alto valor com demanda constante e necessidade de um ambiente de crescimento de alta qualidade e controlado:

  • Tomates.
  • Ervas.
  • Alface.
  • Pepino.
  • Pimentões.

Outras culturas de alto valor podem ser cultivadas com hidroponia e aquaponia, como, por exemplo, cannabis ou lúpulo. Nesse caso, hidroponia/aquaponia trazem um alto nível de consistência nas condições de crescimento, resultando em sabor e composição química consistentes.

Lado da Aquicultura

Criação de Peixes

O animal aquático mais popular para criação são os peixes.

Água doce é obrigatória para sistemas aquapônicos, pois água salgada seria tóxica para o componente vegetal do sistema.

Algumas pesquisas estão sendo realizadas para desenvolver aquaponia em água salgada, buscando plantas com tolerância suficiente ao sal. As opções exploradas incluem a planta de gelo comum (uma cultura hidropônica popular no Japão), variedades de arroz transgênico tolerante ao sal, ou algas marinhas.

  • Tilápia (de longe o peixe mais comum em aquaponia).
  • Bluegill/brim/sunfish/crappie.
  • Bagre.
  • Perca.
  • Carpa.
  • Koi.
  • Pacu.
  • Vários peixes ornamentais como peixe-anjo, guppies, tetras, peixe-espada, molinés, peixes dourados.

Em geral, os melhores peixes terão as seguintes características, também benéficas para a aquicultura em geral:

  • Vivem bem juntos em tanques pequenos e confinados, com tamanho máximo adulto suficientemente pequeno.
    • Boa reprodução em cativeiro é outra característica valiosa.
  • Crescimento rápido, especialmente para peixes de carne, e idealmente uma boa taxa de conversão alimentar (quantas libras de alimento são necessárias para crescer uma libra de peixe).
  • Boa resistência a doenças.
  • Boa tolerância à água fria (reduz a necessidade de aquecimento caro e intensivo em energia) e variações de temperatura (difícil de controlar com mudanças sazonais).
    • A temperatura do tanque de peixes e as espécies de peixes devem ser adaptadas ao local.
  • Forte demanda de mercado por esta espécie.

Outros Animais Aquáticos

Peixes não são os únicos animais que podem ser criados com aquaponia, existem alternativas, como:

  • Lagostins/yabbies, um pequeno parente de água doce da lagosta.
  • Camarões e lagostins, desde que sejam de água doce. Eles requerem temperaturas de água relativamente altas.
  • Mexilhões, ostras e outras conchas
    • As conchas ajudarão a manter a água limpa e fornecerão um produto de alto valor para venda.
    • No entanto, podem causar problemas se se espalharem e se instalarem dentro dos canos do sistema, criando entupimentos.
    • Como as conchas se alimentam principalmente de microalgas e plâncton, o cultivo hidropônico de algas poderia criar um sistema aquapônico original sem plantas ou peixes.
  • Tartarugas e répteis aquáticos. Répteis aquáticos às vezes são criados como animais de estimação, ou até para consumo em alguns países. Portanto, poderiam desempenhar o mesmo papel que os peixes em um sistema aquapônico, especialmente em ambientes quentes.
  • Vermes (“vermiponics”).
    • Os vermes podem ser alimentados com resíduos agrícolas, restos de cozinha, esterco de coelho e outros produtos que não serviriam como ração para peixes.
    • Eles requerem menos oxigênio e geralmente são mais resilientes que animais mais complexos.

Filtro de Bactérias

Embora nem todos os sistemas aquapônicos usem um filtro, ele costuma ser necessário para instalações em grande escala.

O objetivo de tal filtro é abrigar bactérias capazes de converter o animal aquático, rico em amônia, em nitritos e nitratos (“nitrificação”), mais benéficos para as plantas.

Se não forem convertidos em nitratos e usados pelas plantas, altas concentrações de amônia (e, em menor grau, nitrito) podem também matar os peixes e outros animais aquáticos. Como as plantas assimilam amônia de forma menos eficiente, isso torna a nitrificação essencial em muitos projetos.

A amônia é convertida em nitrito por bactérias Nitrosomonas e o nitrito em nitratos por bactérias Nitrobacter. O processo pode levar tempo, portanto isso deve ser considerado no projeto e operação de um sistema de aquicultura, com potencialmente vários tanques de filtros de bactérias liberando a água tratada sequencialmente.

Vantagens da Aquaponia

A aquaponia compartilha muitas das vantagens (e limitações) da hidroponia. Isso inclui de 1/6th a 1/10th do consumo de água em comparação com a agricultura tradicional, condições de crescimento altamente consistentes e produtivas, menor consumo de pesticidas e nenhum herbicida, e a eliminação de doenças transmitidas pelo solo.

A aquaponia também possui vantagens únicas além da hidroponia ou aquicultura isoladamente:

  • Todos os fertilizantes são naturais, provenientes inteiramente dos resíduos dos peixes.
    • A ração dos peixes, necessária na aquicultura, é agora reutilizada “duas vezes”, economizando no custo dos fertilizantes.
    • Pode permitir um cultivo hidropônico mais natural e orgânico, sem fertilizantes químicos entrando no sistema.
  • A água dos peixes é naturalmente filtrada. Isso substitui a necessidade de descarregar de 5 a 30% da água diariamente.
  • Produz simultaneamente alimentos ricos em proteína e produtos vegetais saudáveis.
  • Fonte de renda diversificada.
    • Os preços de vegetais e peixes podem flutuar amplamente, mas sem serem correlacionados entre si.
    • A colheita de peixes é menos regular, mas pode proporcionar um grande influxo de caixa além da renda mais regular do cultivo hidropônico.

Desvantagens da Aquaponia

Embora, no geral, seja mais eficiente que a hidroponia e a aquicultura separadamente, a aquaponia pode apresentar seu próprio conjunto de desafios.

Complexidade e Custos

Embora o custo já fosse a principal limitação da hidroponia, a aquaponia é ainda mais complexa e, portanto, cara de montar. Sistemas de aquicultura foram agora adicionados aos sistemas hidropônicos.

Cada um precisa ser dimensionado para combinar exatamente, de modo que haja plantas suficientes para filtrar a água, bem como peixes suficientes para fornecer fertilizante suficiente.

Este sistema mais complexo também precisa gerenciar bem a temperatura, tanto do ar quanto da água, considerando evaporação e umidade média. Além disso, plantas e animais podem modificar o pH da água, o que pode reduzir o crescimento ou até matá‑los se estiver fora de equilíbrio.

Controle e Habilidades

Devido à interconexão de todos os parâmetros a serem monitorados, supervisão constante e sensores são necessários para verificar essas métricas.

Da mesma forma, o monitoramento de surtos de doenças agora precisa ser feito tanto para peixes quanto para plantas. Tratá‑los pode ser mais difícil, por exemplo, administrar antibióticos aos peixes pode levar à contaminação das plantas, ou fungicida para a planta contaminando a carne dos peixes.

O monitoramento e cuidado de um sistema tão complexo requer bom conhecimento e treinamento, ainda mais do que o exigido para a hidroponia ou aquicultura “mais simples”, que já são campos bastante complexos na agricultura.

Demanda de Energia

Variações de temperatura podem ser mortais para animais aquáticos, ainda mais rapidamente do que para plantas com menor tolerância a mudanças grandes ou rápidas.

Portanto, um sistema aquapônico provavelmente precisará de um sistema de aquecimento e/ou resfriamento para manter a água dentro de uma faixa aceitável.

Isso pode tornar a aquaponia muito intensiva em energia, especialmente em alguns climas. Também pode complicar o uso de luz natural e estufas para o componente vegetal do sistema. Embora reduza a necessidade de luzes artificiais e aquecimento das plantas, pode levar ao superaquecimento da água nos meses de verão, o que pode se tornar um problema para os animais aquáticos.

Resiliência

Os sistemas aquapônicos são, por natureza, muito artificiais. Requerem muitas tubulações, bombas, sensores, filtros, etc. Isso significa que dependem de tudo funcionar perfeitamente:

  • Cadeia de suprimentos de peças e componentes.
  • Fornecimento de energia elétrica.
  • Sistema eletrônico conectado para operações altamente automatizadas e avançadas.
  • Mão de obra qualificada capaz de executar eficientemente o monitoramento e a manutenção necessários.

Essas questões são ainda mais pronunciadas do que na hidroponia, pois os peixes precisarão de fornecimento constante de ração, água filtrada e oxigênio.

Assim, o sistema aquapônico ficar offline por apenas 24 horas pode significar a morte de todos os peixes, algo que provavelmente as plantas sozinhas poderiam tolerar.

Embora existam maneiras de mitigar esses riscos, por exemplo com redundância de sistemas ou maior estoque (o que aumenta os custos de instalação), ou fornecimento localizado de energia por geração renovável, a aquaponia nunca será tão resiliente quanto a hidroponia, e muito menos que uma cultura irrigada por chuva em campo aberto.

Inovação na Aquaponia

Inovação Aquapônica

Como a aquaponia combina hidroponia e aquicultura, inovações em ambos os campos podem melhorar a produtividade.

Inovações em Hidroponia

Iluminação LED

As luzes LED são outra intervenção tecnológica crucial na hidroponia e na aquaponia. Essas luzes consomem muito menos energia, emitem menos calor e duram mais que outras fontes de luz.

Além disso, nem todo o espectro de luz visível é útil para as plantas na fotossíntese, portanto LEDs dedicados sem luz verde podem ser usados para reduzir ainda mais a eletricidade consumida pela iluminação artificial.

eSoil

O cultivo hidropônico permite controle direto sobre as plantas de forma impossível na agricultura tradicional. Isso abre caminho para experimentação de novas maneiras de aumentar a produtividade das culturas além de melhorar o acesso à luz ou aos nutrientes.

Por exemplo, exploramos uma dessas opções em nosso artigo “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Pesquisadores usaram um substrato artificial personalizado, ou “solo condutor / eSoil” feito de celulose (o principal componente do papel) misturado com um polímero condutor chamado PEDOT (polímero 3,4-etilenodioxifeno). Dessa forma, puderam expor as mudas a baixa voltagem contínua, resultando em um aumento de 50% na taxa de crescimento.

Este é apenas um exemplo de como os sistemas hidropônicos podem oferecer ganhos significativos de produtividade graças ao maior nível de controle que proporcionam.

Inovação em Aquicultura

Um dos principais problemas na aquicultura é o manejo de pragas e doenças. O progresso da biotecnologia torna possível a ideia de usar tratamentos de RNAi para reduzir o impacto de vírus como, por exemplo, o vírus da síndrome do ponto branco (WSSV), um vírus que tem um impacto negativo significativo nos camarões cultivados em aquicultura.

Vacinas também poderiam ser administradas com a alimentação dos peixes, seja através de microencapsulação especial ou até usando algas geneticamente modificadas que formam uma vacina comestível e autorreplicante.

Por fim, com os estoques de peixes selvagens sendo rapidamente esgotados, métodos de fornecimento altamente confiáveis usando soluções blockchain como Fishcoin podem ser usados para garantir que a carne de peixe que chega aos consumidores seja produzida da maneira mais ética e com o menor custo energético.

Outras soluções de alta tecnologia também podem ser usadas, como sensores de monitoramento individual de peixes, como o iFarm, desenvolvido em colaboração entre a fazenda de salmão Cermaq na Noruega e a empresa de sensores BioSort.

Inovação para Hidroponia e Aquicultura

Automação Baseada em IoT e Sensores

A queda nos custos de sensores e eletrônicos possibilitou o monitoramento contínuo de temperatura, umidade, luz, níveis de pH e volume de nutrientes. Esse nível de monitoramento é ainda mais importante do que na hidroponia, pois a presença de animais torna variações indesejadas mais prováveis e com consequências mais graves.

Esse método baseado em sensores ajuda a rastrear e ajustar em tempo real para que as condições permaneçam constantemente ótimas.

Tecnologias Baseadas em IA

Como mencionado, a aquaponia requer um nível extremamente intenso de monitoramento do sistema de água, doenças, níveis de nutrientes, temperatura, pH, qualidade da filtragem, etc.

A IA pode ajudar a otimizar as condições ambientais existentes, incluindo níveis de luz, umidade e nutrientes. A IA também ajuda a otimizar investimentos e reduzir custos ao criar soluções personalizadas para condições específicas. Ao longo do tempo, isso pode reduzir a necessidade de operadores humanos altamente treinados e conhecedores da aquaponia.

A IA também pode usar visão computacional ou testes bioquímicos automatizados regulares para alertar sobre a presença de doenças antes que um humano possa.

Por fim, com o surgimento de robôs agrícolas autônomos, podemos imaginar um sistema aquapônico onde o plantio, poda, colheita e substituição de plantas, bem como a alimentação, reprodução e colheita dos peixes, podem ser realizados autonomamente pela IA que controla o sistema aquapônico.

Lançando uma Instalação Aquapônica

Também será necessária uma fase de iniciação lenta, que será essencial para obter um ciclo de nitrogênio equilibrado e estável. Antes de adicionar peixes, é melhor estabelecer o ciclo de nitrogênio introduzindo amônia no sistema e permitindo que o biofilme bacteriano cresça dentro do filtro, de modo que a amônia seja convertida eficientemente em nitritos e nitratos.

O mesmo vale para a adição de peixes e plantas, com introduções progressivas que permitem ajustar os parâmetros de qualidade da água, a alimentação dos peixes e o crescimento das plantas. Só quando o sistema estiver funcionando suavemente com plantas e animais em diferentes estágios de crescimento e colheita contínua o sistema de aquicultura poderá ser considerado totalmente configurado.

Dimensionamento

Devido à complexidade da aquaponia, a maioria desses sistemas tende a ser construída em escala comercial com um retorno sobre investimento preciso esperado. Também tendem a integrar um alto grau de automação e tecnologias de sensores.

Isso não significa que sistemas mais controlados manualmente ou menores não possam ser construídos, mas podem ser mais difíceis de manter equilibrados em relação à acidez, temperatura, níveis de amônia, etc., e requerem ajustes mais pontuais.

O setor ainda está em seus estágios iniciais, sem um modelo padronizado e com muita experimentação. No entanto, não é mais apenas um conceito em desenvolvimento, já existem algumas instalações de grande destaque:

Conclusão

A aquaponia é um design notavelmente eficiente, resolvendo muitas das limitações tanto dos métodos hidropônicos quanto da aquicultura atuais. Pode reduzir tanto a dependência da hidroponia de fertilizantes químicos quanto a poluição e o desperdício de água causados pela aquicultura.

No entanto, é muito mais técnica, e a maioria das pessoas e empresas provavelmente se beneficiará ao primeiro desenvolver experiência extensa trabalhando em pelo menos hidroponia ou aquicultura antes de combinar ambos com a aquaponia.

Dessa forma, terão mais chances de sucesso ao lidar com os múltiplos desafios impostos pela complexidade do sistema, como manejo de doenças e pragas, desequilíbrio químico (pH, níveis de amônia, etc.), seleção de espécies, flutuações de temperatura, etc.

No entanto, considerando o crescimento da população global combinado com a diminuição das populações de peixes selvagens e a redução da superfície de terras cultiváveis, a aquaponia pode ser uma solução poderosa para produzir produtos vegetais de alta qualidade e carne saudável rica em proteínas. E fazer isso com menor uso de terra e água, emitindo muito menos poluição.

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Jonathan é um ex-pesquisador bioquímico que trabalhou em análise genética e ensaios clínicos. Ele agora é um analista de ações e escritor de finanças com foco em inovação, ciclos de mercado e geopolítica em sua publicação The Eurasian Century.