O Futuro da Agricultura: Entre a Alta Tecnologia e a Ecologia

A necessidade de uma nova revolução agrícola

A agricultura é a tecnologia central que permitiu que as civilizações humanas prosperassem. Na era moderna, tornou-se mais mecanizada e industrializado e é uma preocupação distante para a maioria da população. Apenas 2% da população dos EUA trabalha em fazendas e ranchos hoje. Em média, uma fazenda nos EUA alimenta 169 pessoas anualmente nos EUA e no exterior.

A agricultura industrial liberou mão de obra para indústrias e serviços e para alimentar uma população global em constante crescimento. Mas também traz uma ampla gama de problemas:

• Declínio do valor nutricional dos alimentos.
• Poluição dos recursos hídricos e da cadeia alimentar por pesticidas, herbicidas e fertilizantes.
• Danos ao ecossistema, desde a população de insetos até a biodiversidade global.
• Erosão do solo, ameaçando terras aráveis ​​e a fertilidade das terras agrícolas.
• Emissões de efeito estufa, com 22% de emissões globais provenientes da agricultura, silvicultura e outros usos da terra.

Está se tornando cada vez mais claro que a Revolução Verde, embora alivie o medo de fomes globais dos anos 1970, precisa de uma atualização para lidar com esses problemas. Felizmente, a tendência de tratores maiores, fazendas maiores e mais produtos químicos está sendo revertida pelo progresso em biotecnologia, robótica, software e até mesmo tecnologia espacial.

Robôs e Drones

Talvez a próxima maior mudança na prática agrícola seja o surgimento de robôs e drones agrícolas. Essa chegada repentina de novas máquinas na fazenda se deve a alguns saltos tecnológicos nos últimos anos:

• Sensores e peças mecânicas mais baratos, reduzindo custos.
• Visão de máquina, permitindo que os robôs realmente vejam as plantações.
• Baterias, aumentando a resistência dos sistemas.
• IA, tornando-os semiautônomos e provavelmente totalmente autônomos em breve.

Isso pode ajudar a substituir muito trabalho que não pode ser mecanizado com tratores maiores e mais pesados, como colheita de frutas, capina, remoção de insetos, etc.

Fonte: Corteva

O tamanho menor dos robôs agrícolas e sua autonomia alimentada por IA também podem criar novos métodos de cultivo.

Por exemplo, o laser pode ser usado para “zapear” ervas daninhas em vez de removê-las mecanicamente. Ou o herbicida pode ser pulverizado em plantas individuais identificadas com visão de máquina, em vez de em todo o campo.

Grandes drones voadores também podem ser usados ​​para operações agrícolas, desde o transporte de cargas pesadas como sacos de fertilizantes e colheita (especialmente em terrenos montanhosos) até até mesmo polinizando artificialmente os campos de milho.

Você pode ler mais detalhes sobre esta tecnologia, suas aplicações e empresas líderes neste campo em “Os investidores devem tomar nota: a robótica está assumindo o controle da agricultura".

Dados

A agricultura está se tornando cada vez mais um negócio orientado por dados. Em vez de depender da experiência e do instinto de agricultores individuais, os dados agora podem orientar a tomada de decisões sobre irrigação, usos químicos, etc.

Um elemento-chave aqui é a imagem multiespectral ou a imagem sintética de plantações em múltiplos comprimentos de onda de luz. Ela ajuda a identificar qual segmento de um campo precisa de água, é atacado por uma doença e pode antecipar futuras colheitas.

Fonte: Nebraska CornBoard

Essas imagens são, na maioria das vezes, geradas de cima, seja por meio de um drone de longo alcance ou satélite. Elas podem ser complementadas por sensores em campo medindo nutrientes no solo ou seu teor de umidade.

Software / IA

As fazendas também estão usando cada vez mais software para gerenciar suas operações do dia a dia. Isso inclui dados como imagens multiespectrais, mas também operações do dia a dia tratadas por software ERP, como folha de pagamento, cronograma, manutenção de máquinas, faturamento, etc.

Fonte: AgriERP

Quanto mais dados na fazenda estiverem disponíveis e centralizados, mais a análise de IA pode ajudar. Por exemplo, a combinação de previsões do tempo, dados de safra e maquinário disponível pode ajudar a otimizar o cronograma para a temporada de colheita.

Ele poderia fazer muitas outras coisas, por exemplo, detectar vazamentos em sistemas de irrigação, otimizar o uso de fertilizantes e pesticidas, monitorar a localização e a saúde do gado, automatizar a triagem da colheita, etc.

Engenharia genética

Embora as práticas agrícolas tenham permanecido inalteradas por muito tempo, os humanos sempre trabalharam duro para desenvolver novas variedades de culturas que fossem superiores de uma forma ou de outra: mais produtivas, mais resistentes, mais nutritivas, etc.

Tradicionalmente, isso só podia ser feito em um ritmo muito lento, e usando apenas mutações naturais. Mesmo a maioria dos métodos recentes para desenvolver novas variedades dependia principalmente de mutações aleatórias (induzidas) selecionadas.

A biotecnologia moderna mudou nossa abordagem. Embora controversas, as culturas OGM provavelmente serão uma ferramenta central da medicina futura, especialmente à medida que nos afastamos da primeira geração projetada em torno do uso de pesticidas e herbicidas químicos.

Em vez disso, as novas gerações de culturas geneticamente modificadas serão capazes de:

• Resista aos efeitos da instabilidade climática usando menos água, resistindo ao calor intenso, à seca, etc.
• Lida com níveis mais altos de salinidade, permitindo o cultivo em águas levemente salinas, uma preocupação especial para o cultivo de arroz e campos altamente irrigados.
• Resista a pragas e doenças com genes modificados em vez de apenas produzir toxinas como 1^stgeração de OGM.

Por último, em “Microbiomas Vegetais Projetados – Protegendo Culturas com Bactérias”, também discutimos como os OGMs poderiam ser projetados para nutrir um ecossistema de bactérias melhor e mais rico no solo, o que por sua vez ajudaria a tornar as plantações mais resistentes e produtivas.

De Novo Domesticação

A maioria das plantas que consumimos eram inicialmente plantas selvagens que foram domesticadas. Isso foi feito em apenas um punhado de locais, o que indica fortemente que provavelmente muitas outras plantas poderiam ser domesticadas.

Fonte: Revista Internacional de Ciências Moleculares

Então, uma nova opção está surgindo, chamada de “domesticação de novo”. A ideia é que, em vez de pegar culturas modernas de alto rendimento e tentar torná-las tão resistentes quanto ervas daninhas selvagens, por que não pegar ervas daninhas selvagens já resistentes e torná-las tão produtivas quanto culturas modernas?

Fonte: Revista Internacional de Ciências Moleculares

Discutimos essa ideia em detalhes em “Avançando a Agricultura com IA e Engenharia Genética – O Futuro do Cultivo“, incluindo como poderia ser combinado com imagens multiespectrais para que robôs agrícolas pudessem eliminar todas as ervas daninhas sem a “etiqueta” modificada.

Novos tipos de alimentos

Outra opção para melhorar a agricultura é criar novos tipos de produtos alimentícios. Por exemplo, abordamos em “Usando CRISPR-Cas9 para transformar micélio comestível em substitutos de carne"como os fungos podem ser geneticamente modificados para terem a aparência e o sabor da carne e serem ainda mais saudáveis.

Com o tempo, adicionar mais nutrientes, como no projeto Arroz Dourado, ou melhorar o sabor pode ser uma ótima maneira de aumentar a produtividade agrícola.

Novo método de cultivo

Embora abordagens focadas em tecnologia, como robótica, orientada por dados/IA ou OGMs, farão parte do futuro da agricultura, isso não é tudo. Quanto mais entendemos a complexidade de nossos ecossistemas e as interações entre todos os seus componentes, mais percebemos como fazer fazendas melhores também.

Isso está no centro de uma revolução silenciosa na agricultura, coberta por muitos rótulos como permacultura, agricultura regenerativa, agricultura biodinâmica, etc.

Permacultura e Agricultura Regenerativa

Inicialmente, mais um contramovimento que rejeitava os métodos agrícolas modernos, a permacultura evoluiu para um campo científico respeitado e demonstrou sua capacidade de criar fazendas mais ecologicamente corretas, que também são lucrativas e produtivas.

A ideia é integrar o efeito de solos saudáveis ​​na sobrevivência das plantas, as sinergias entre diferentes espécies de plantas, predadores de pragas de culturas, o conteúdo de carbono dos solos, etc.

Fonte: Bom Design da Terra

Muitos rótulos semelhantes aos mais conhecidos rótulos de “agricultura biológica” estão agora surgindo para a agricultura regenerativa.

Este método cria um design de fazenda mais complexo, integrando em um sistema árvores, arbustos, sebes e lagoas em cima de fileiras de plantações. O método é muito produtivo, mas na maioria dos casos, pode ser complicado integrar com os tratores gigantes da agricultura industrial moderna.

Felizmente, é muito mais fácil implantar alavancando as tendências de eletrificação, robótica e drones. E como é mais complexo, uma abordagem orientada por dados tende a ter um bom desempenho também com agricultura regenerativa.

Agrofloresta, Agricultura de Carbono e Biochar

As emissões de carbono da agricultura são frequentemente uma preocupação. E quanto mais entendemos o ciclo do carbono, mais claro fica que os solos são uma parte essencial, e que manter o carbono bloqueado em solos ricos em matéria orgânica pode ser um dos métodos mais eficientes para captura de carbono.

A agricultura moderna, com aração profunda e solos descobertos, tende a esgotar o teor de carbono do solo. Isso não só libera CO2, mas também reduz a capacidade do solo de reter água e nutrientes, levando a uma maior necessidade de irrigação e fertilizantes dispendiosos.

Portanto, a “agricultura de carbono” é uma nova tendência, em que os agricultores trabalham a terra de uma forma que leva à captura de carbono em vez de sua liberação.

O primeiro método é agrofloresta, onde plantações ou animais de fazenda são cultivados em conjunto com uma fileira de árvores. Dessa forma, a árvore fornece sombra, umidade, folhas caídas e captura de carbono enquanto as plantações ainda são cultivadas. Após várias décadas, as árvores podem fornecer uma renda adicional na forma de madeira.

Fonte: Vi Agrofloresta

Segundo vem a agricultura de carbono. Em geral, toda prática agrícola que adiciona matéria orgânica ao solo contribui para captura de carbono. Muitos países e blocos econômicos, incluam a UE, estão agora a fornecer incentivos para a agricultura de carbono ” para melhorar o sequestro e o armazenamento de carbono nas florestas e nos solos, bem como reduzir as emissões de gases com efeito de estufa dos solos”.

Fonte: Pare o desperdício

Por fim, uma nova tecnologia está sendo explorada por cientistas, amadores e agricultores: biocarvão. Isso ocorre quando matéria orgânica como resíduos de colheita ou madeira é queimada por pirólise. Em vez de queimar completamente até virar cinzas, isso deixa um resíduo de carvão muito poroso.

Esta forma de carbono sólido é muito estável e pode permanecer inalterada por milhares de anos. Também fornece abrigo para bactérias e fungos benéficos. O biochar está começando a ser usado em larga escala, por exemplo por campos de golfe para reduzir as necessidades de irrigação em 30%.

Fonte: Dirigindo o Verde

Energias renováveis

As fazendas estão adotando progressivamente a energia renovável, especialmente a solar e a eólica. Em 2022, um total de 153,101 fazendas e ranchos nos EUA usaram sistemas de produção de energia renovável, em comparação com 57,299 em 2012, um aumento de 167% em 10 anos.

Essas instalações solares também podem ser integradas com culturas em vez de cobrir terras agrícolas nobres, uma técnica chamada agrivoltaica, que explicamos em “Agrivoltaics para fundir fazendas “reais” com fazendas solares. "

Os fazendeiros também estão começando a incorporar digestores de metano para reciclar resíduos agrícolas em biogás, especialmente em fazendas que produzem grandes quantidades de resíduos animais.

Outra nova fonte de energia é a geotermia, que abordamos com mais detalhes em “Estufas Geotérmicas e Passivas – Reduzindo as Emissões de Carbono na Agricultura".

Fertilizantes Zero Carbono

Entre os principais fertilizantes, fósforo e potássio (o P e K em fertilizantes NPK) são elementos naturais que são minerados. Então, em última análise, para que esses fertilizantes sejam neutros em carbono, será necessário que as operações de mineração sejam eletrificadas e usem energia verde para produzir a energia necessária.

O fertilizante de nitrogênio é outra história, pois atualmente é produzido principalmente a partir de gás natural ou outros combustíveis fósseis. Ou, para ser exato, os combustíveis fósseis estão alimentando as reações químicas que transformam o N2 atmosférico em amônia.

Felizmente, uma cadeia de suprimentos inteira para produzir amônia verde está se desenvolvendo. Isso pode incluir a descentralização da produção de amônia de sistemas modulares, como a oferta da FuelPositive Corporation e da AmmPower Corp. que apresentamos em “O outro combustível de hidrogênio – os 5 principais estoques de amônia verde".

Poderá mesmo um dia ser uma parte importante da equação substituir os combustíveis fósseis como fonte de combustível, tal como investigámos em “Descarbonizando as rotas globais de navegação por meio da amônia verde"

e talvez também equipamentos de agricultura motorizada.

Alternativamente, o nitrogênio poderia ser adicionado ao solo diretamente por micróbios especialmente projetados.

Agricultura sem solo

A agricultura está evoluindo rapidamente, e não apenas cuidando melhor dos solos ou incorporando novas tecnologias. Alguns métodos agora buscam remover completamente a necessidade de campos e solo para produzir alimentos.

Isso pode ser feito em fazendas urbanas, uma nova tendência que busca aproximar a produção de alimentos dos centros de consumo, que exploramos em “Ampliar a agricultura urbana para trazer muitos benefícios".

Agricultura Vertical

Uma maneira de praticar agricultura nas cidades é a agricultura vertical, onde a luz artificial e as estufas internas parecem substituir completamente a agricultura tradicional.

Esta é uma ideia promissora, que, no entanto, talvez precise ser otimizada para ser competitiva com a agricultura tradicional.

Você pode aprender mais sobre isso em “Um mergulho profundo na agricultura vertical e no seu impacto global", assim como "5 melhores empresas agrícolas verticais”E“As 10 principais empresas de agricultura interna".

A maioria dos métodos de cultivo indoor e vertical dependem da hidroponia, onde os nutrientes necessários às plantas não são fornecidos pelo solo, mas pela água corrente. Explicamos como isso funciona em “Hidroponia – tudo o que você precisa saber".

Métodos ainda mais avançados removem até mesmo a água, limitando o cultivo a uma névoa de aerossol, um método chamado aeroponia.

Outro passo adiante é combinar a criação de peixes com o cultivo de plantações, usando os excrementos dos peixes como fertilizante e as plantas como sistemas de purificação de água, um conceito chamado aquaponia.

Finalmente, algumas novas formas de alimentos podem ser cultivadas, como microalgas, que são ricas em proteínas e antioxidantes e pode então ser usado para fazer suplementos alimentares ou incorporado em bebidas.

Agricultura para materiais renováveis ​​e energia

Biocombustíveis

A agricultura também pode se tornar não apenas uma questão de alimentos, mas também de substituir muitos materiais não renováveis ​​por alternativas cultivadas naturalmente.

Por enquanto, isso foi feito através das primeiras gerações de biocombustíveis. No futuro, A agricultura de algas para biocombustível pode ser um novo modelo de negócio agrícola.

Biomateriais

Muitos materiais hoje são feitos de fontes não renováveis ​​ou são tóxicos de uma forma ou de outra. A nova biotecnologia pode tornar possíveis alternativas mais naturais e saudáveis.

Isto é ainda mais verdadeiro para o bioplástico, com muitas empresas liderando a iniciativa de tornar nosso vício em plástico um problema muito menor.

Outro material com grandes promessas é a madeira. Embora a madeira e a silvicultura já sejam uma indústria massiva que vale US$ 1.16T em 2024, a genética melhorada pode impulsionar a produção de madeira e a captura de carbono.

Fonte: Agricultura moderna

A madeira pode ser um material muito mais potente do que o esperado. Pesquisadores estão descobrindo que condições alcalinas, altas temperaturas e biopolímeros podem transformar madeira em “madeira aumentada que pode ter a resistência do aço e uma rigidez 23 vezes maior que o concreto”.

Investindo na agricultura

Existem muitas maneiras possíveis de investir na produção de alimentos e biomateriais. E este é um setor importante, com US$ 9.09 trilhões em receitas globalmente.

Este também é um setor muito fragmentado, com a maior parte da atividade agrícola realizada por empresas relativamente pequenas, empresas familiares, etc. No geral, a agricultura raramente é integrada verticalmente, com diferentes empresas fornecendo insumos em diferentes estágios da cadeia de valor: equipamentos, sementes, produtos químicos, mão de obra, processamento, revenda e marketing, etc.

Você pode investir em empresas relacionadas à alimentação por meio de muitas corretoras, e você pode encontrar aqui, em títulos.io, nossas recomendações para os melhores corretores em dos EUA, Canada, Australia, do Reino Unido, assim como muitos outros países.

Se você não estiver interessado em investir em uma empresa específica, você também pode procurar ETFs de biotecnologia como o ETF Global X AgTech e Inovação Alimentar (KROP), iShares MSCI Produtores Agrícolas ETF (VEGI), ou o VanEck Agronegócio ETF (MOO), o que proporcionará uma exposição mais diversificada para capitalizar a vital indústria de produção de alimentos.

Empresa de Inovação em Produção de Alimentos e Agricultura

A Corteva é líder global em tecnologia agrícola, especialmente produtos químicos e sementes. Ela também é muito ativa em novas tecnologias agrícolas, como robótica.

Com US$ 17.2 bilhões em vendas líquidas em 2023, mais de 22,500 funcionários e mais de 10,000,000 de clientes, a empresa está entre as maiores do setor, junto com as concorrentes americanas Bayer e Syngenta.

No geral, e talvez refletindo uma tendência mais profunda de redução do consumo e aumento da concorrência, as vendas de produtos químicos (pesticidas, herbicidas, etc.) caíram em 2024, enquanto as vendas de sementes aumentaram.

Fonte: Corteva

Em uma análise mais aprofundada, o negócio principal da Corteva em sementes é milho e soja, constituindo a maior parte da receita da empresa neste segmento. Mais notavelmente, Soja “Enlist E3” da Corteva, com resistência a 3 herbicidas (2,4-D colina, glifosato e glufosinato), cresceu de menos de 5% em 2019 para compor >65% do mercado dos EUA.

Fonte: Corteva

Em proteção de cultivos/produtos químicos, mais da metade das vendas foram de herbicidas, com o restante composto principalmente de inseticidas e fungicidas.

Fonte: Corteva

A Corteva construiu seu negócio atual em torno da agricultura industrial tradicional, que ainda é uma atividade muito lucrativa que sustenta o orçamento atual de P&D.

No entanto, também estamos ansiosos pelo futuro da agricultura, que discutimos neste artigo. Notavelmente, a Corteva tem trabalhado em:

• Edição de gene de culturas existentes, incluindo usando tecnologia CRISPR.
• Um centro de inovação para startups de tecnologia agrícola, Catalisador Corteva. "Uma plataforma de aprendizado de máquina está auxiliando nos esforços para paisagismo do setor e identificar tecnologias relevantes para as prioridades de pesquisa da Corteva. "
• Bioestimulantes, biocontrole e outros produtos de origem natural, como feromônios de insetos com desempenho comprovado e previsível.
• Bactéria fixadora de nitrogênio (BlueN™ ou Utrisha™ N) para criar fertilizante extra livre de produtos químicos.
• Grão biofortificado com vitamina A para melhorar a nutrição em países pobres.
• Robôs ambulantes para culturas em linha.
• Experimentos com a implementação de IA em fazendas, desde a colheita de frutas até a identificação das melhores plantas para seleção de características para produção de sementes.
• Conjunto completo de soluções de software, desde dados de imagens de terras até software de gerenciamento de fazendas e monitoramento e venda de créditos de carbono.

A Corteva também está analisando ativamente a crescente demanda futura por biocombustíveis verdes e proteínas especiais, cada um com um mercado potencial de US$ 10 bilhões a US$ 30 bilhões até 2035.

Fonte: Corteva

Portanto, no geral, embora a Corteva seja uma gigante dos “antigos” métodos agrícolas industriais, ela também está claramente ciente das mudanças no setor e se posiciona para se tornar uma empresa igualmente grande e bem-sucedida, adaptada às práticas agrícolas em rápida mudança.