Agricultura Indoor Deve Ver Aumento de Eficiência Através de Integrações de IA

Agricultura indoor, também conhecida como agricultura de ambiente controlado, é exatamente o que o nome sugere — a prática de cultivar plantas em um ambiente controlado, geralmente em ambientes internos. 

A agricultura indoor global está atualmente avaliada em $40.51 bln, de acordo com um relatório da Fact.MR, e espera-se que ultrapasse $118bln na próxima década.

Nesse tipo de cultivo, luzes artificiais e tecnologia são usadas para otimizar as condições de crescimento e aumentar o rendimento das colheitas.

“É muito das mesmas tecnologias que você veria em um edifício para conforto humano, mas sendo aplicadas às plantas.”

– Jennifer Amann, do American Council for an Energy-Efficient Economy

Devido ao aumento da demanda por alimentos frescos com alto valor nutricional, aos esforços para mitigar os efeitos das mudanças climáticas e à necessidade de maiores rendimentos ao longo do ano usando espaço e água limitados, tem havido um interesse crescente em cultivar plantas em um espaço fechado.

A agricultura indoor, afinal, oferece uma forma econômica, eficiente em recursos e ambientalmente sustentável de produzir alimentos.

Além disso, é possível alcançar controle preciso sobre fatores ambientais como umidade, luz, temperatura e níveis de nutrientes, a fim de aumentar a produtividade e enfrentar desafios relacionados à agricultura tradicional.

Alguns dos métodos populares usados na agricultura indoor incluem hidroponia, aeroponia e aquaponia, que expandiram os limites do que pode ser cultivado em ambientes internos. Além disso, a integração de iluminação LED, Internet das Coisas e inteligência artificial estão ajudando a avançar o setor. 

Por exemplo, no Texas e nos EUA, a empresa de estufas hidropônicas verticais Eden Green Technology controla todos os aspectos da vida de uma planta em sua instalação de 82,500 square feet, onde sete milhas de tubos fornecem água rica em nutrientes e ar frio é bombeado para criar o microclima ideal para alface, que é então vendida ao Walmart. A instalação utiliza luzes LED, que usam algoritmos programados para fornecer a quantidade certa de luz, além da luz natural, o que a torna “pretty agnostic to the outside environment”.

O uso de tecnologia na agricultura tem aumentado graças à sua capacidade de reduzir custos, aumentar a produção de culturas e melhorar a eficiência. 

O uso de big data, IoT, robótica e IA é particularmente benéfico na automação das operações agrícolas. Enquanto GPS e sensores utilizam uma abordagem orientada por dados para otimizar a produção de culturas, drones ajudam na inspeção de campos e no monitoramento do crescimento de culturas e de animais.

Usando IA para Reduzir o Consumo de Energia na Agricultura Indoor

A agricultura indoor é a nova forma de fazer agricultura, que é aprimorada com o uso de tecnologia. No entanto, embora fábricas de plantas com iluminação artificial (PFALs) possam aumentar a produção de alimentos por unidade de área, elas requerem recursos como dióxido de carbono e energia para manter condições ótimas de crescimento das plantas. 

Portanto, um novo estudo utilizou uma nova tecnologia, IA, para reduzir o consumo de energia da agricultura indoor em até 25%.

Incorporar IA nas fábricas de plantas pode ajudar a regular os sistemas de luz e clima, reduzindo substancialmente o consumo de energia nas fábricas e economizando recursos preciosos enquanto aumenta a eficiência.

Essas fábricas de plantas são grandes fazendas indoor equipadas com controle completo de clima e iluminação. Segundo Benjamin Decardi-Nelson, bolsista de pós-doutorado no laboratório de Fengqi You em Engenharia de Sistemas de Energia na Cornell Engineering, se essas plantas em todo o mundo usarem IA, isso pode ajudar a “facilitar a fotossíntese, transpiração e respiração das culturas nesses edifícios”.

Esta é uma grande conquista e pode potencialmente ajudar a alimentar a crescente demanda por alimentos no mundo à medida que a população aumenta. A população mundial está atualmente em 8.2 bilhões e, segundo projeções das Nações Unidas, chegará a 9.7 bilhões até 2050 e 11.2 bilhões até 2100. 

Combinado com urbanização e mudanças climáticas, há necessidade de trabalhar nos sistemas atuais de produção de alimentos e torná-los mais eficientes para que possam atender à demanda crescente. Por isso, o foco na agricultura indoor, que depende da tecnologia para criar ambientes controlados. Isso os torna menos vulneráveis às mudanças climáticas e a outros fatores que afetam a agricultura tradicional.

Mas a agricultura indoor também não está isenta de desafios. Segundo You, os atuais sistemas de controle ambiental são simplesmente “não inteligentes o suficiente”. Eles consomem muita energia e requerem gestão cuidadosa de recursos para serem sustentáveis. 

Uma solução é a ventilação, mas embora possa reduzir o consumo de energia, afeta os níveis de dióxido de carbono e o equilíbrio de umidade, o que complica o crescimento das plantas. Aqui, a IA pode ser de grande ajuda ao gerenciar várias complexidades.

A inteligência artificial já está sendo muito utilizada no setor, variando desde a previsão de rendimentos com base em dados de satélite, análise de diversos dados (fotos de campo e satélite, clima e umidade do solo) para identificar problemas nas culturas, e previsão de padrões de doenças analisando as plantas e então recomendando tratamentos, até a redução do uso de pesticidas ao apontar apenas as áreas afetadas. A IA ainda ajuda os agricultores a otimizar o uso de recursos e negociar preços de colheita ao avaliar taxas de rendimento e níveis de qualidade.

O estudo mais recente, por sua vez, usou IA para reduzir o uso de energia na agricultura indoor. Segundo Decardi-Nelson, otimizar as operações usando IA para reduzir o consumo de energia pode tornar as fazendas indoor viáveis mesmo em regiões que têm oportunidades limitadas de economia de energia. Ele acrescentou:

“Ao alinhar estrategicamente a tecnologia do sistema de controle ambiental com a biologia das plantas, a energia pode ser conservada usando ventilação, ao mesmo tempo que se minimiza o desperdício de dióxido de carbono e se mantém condições de crescimento ideais.”

Um Sistema Inteligente para Tornar a Produção de Alimentos Sustentável

Publicado na Nature em 9 de setembro, o estudo utilizou aprendizado por reforço profundo e modelagem computacional para examinar as interações planta-ambiente.

Os pesquisadores da Universidade Cornell usaram técnicas de IA para avaliar alface cultivada em instalações de agricultura indoor em dez locais globais diversos com climas distintos. Isso incluiu oito locais nos EUA, incluindo Ithaca (Nova York), Fargo (Dakota do Norte), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago e Los Angeles. Os outros dois incluíram Dubai, Emirados Árabes Unidos, e Reykjavík, Islândia.

O estudo constatou que a IA pode melhorar consideravelmente a economia de energia em PFALs, bem como apoiar a produção de alimentos sustentável. A IA alcançou economias de energia ao otimizar os sistemas de iluminação e regulação climática, o que reduziu o consumo de energia.

Em locais com climas mais frios que atualmente utilizam tecnologia sem IA, a introdução da IA reduz a energia necessária para produzir um quilograma de alface indoor em 32.42%. Especificamente, o consumo de energia cai de 9.5 kWh para 6.42 kWh por quilograma de peso fresco.

Em climas mais quentes, como Dubai ou o sul dos Estados Unidos, a IA reduziu o uso de energia em 22.28%, diminuindo de 10.5 kWh para 7.26 kWh por quilograma de peso fresco.

De acordo com o estudo, temperaturas externas entre 0 e 25 graus Celsius favorecem a redução do consumo de energia relacionado à ventilação. No entanto, as economias de energia da ventilação impactam negativamente a utilização de outros recursos, como o uso de CO2. A umidade externa, por sua vez, não apresentou padrão claro ou efeito no consumo de energia. 

O estudo descobriu que ter alta ventilação durante o período escuro, que são oito horas de simulação noturna, e baixa ventilação durante os períodos de luz, que são dezesseis horas de simulação diurna/solar, proporcionou uma solução energeticamente eficiente para níveis ótimos de CO2 indoor para fotossíntese, oxigênio para respiração e crescimento das plantas, e equilibrou outros requisitos de ventilação.

“Este é um conceito muito semelhante ao de casas inteligentes.”

– You, co-diretor do Cornell University AI for Science Institute e co-diretor do Cornell Institute for Digital Agriculture

Assim como queremos estar confortáveis em casa enquanto reduzimos o consumo de energia, as culturas também desejam isso, afirmou ele, observando que a IA ajuda muito nisso. Ao usar IA para otimizar a iluminação artificial e outros sistemas de energia, podemos economizar nos custos.

“Este trabalho foca em um sistema inteligente para tornar a produção de alimentos ótima, sustentável e reduzir a pegada de carbono.”

– You

Equilibrar o Uso de Energia e Sustentabilidade é Fundamental para a Rentabilidade

Reduzir o consumo de energia é um dos aspectos mais críticos para o sucesso da agricultura indoor. Por consumir mais energia que estufas tradicionais, isso representa um custo significativo para a agricultura indoor, com a iluminação representando a maior parte do consumo de energia aqui. 

Custos elevados podem ameaçar a rentabilidade deste empreendimento, tornando a sustentabilidade e viabilidade da agricultura vertical extremamente difíceis. Além disso, custos crescentes tendem a ser repassados aos consumidores, portanto, reduzir o consumo de energia e, consequentemente, o custo pode ajudar a aliviar o ônus financeiro. 

Nesse contexto, muita pesquisa e desenvolvimento contínuos no mundo da agricultura indoor estão focados em reduzir esses custos e encontrar métodos sustentáveis para que os desafios da produção de alimentos sejam abordados de forma eficaz.

No mês passado, pesquisadores da Ben-Gurion University of the Negev criaram um sistema de circuito fechado para produzir mais peixes e vegetais enquanto utilizam menos energia. Como parte da pesquisa sobre sistemas aquapônicos, esse novo sistema formou uma unidade de quase zero resíduos ao tratar os resíduos sólidos dos peixes com digestão anaeróbica e recuperar energia e nutrientes no sistema.

Liderado pelo Prof. Amit Gross, diretor do Zuckerberg Institute for Water Research, o sistema mostrou 1.6x mais produtividade vegetal, 2.1x menor uso de água e 16% menos consumo de energia por quilograma de ração em comparação com sistemas convencionais. 

Ter uma tonelada de peixe, que é uma fonte de proteína de alta qualidade com uma pegada de carbono muito menor, pode realmente permitir que o sistema opere sem energia externa, conforme o estudo. Além disso, ao ter produção de resíduos quase nula e significativo sequestro de carbono, esse sistema tem potencial para ser uma unidade autônoma sustentável.

“Alimentar mais de 8 bilhões de pessoas no planeta enquanto se reduz as emissões de gases de efeito estufa exigirá tecnologias inovadoras. Aqueles que combinam duas funções em uma são obviamente preferíveis.”

– Prof. Gross

Uma pesquisa separada de julho deste ano reduziu a conta de eletricidade das estufas em quase um quarto ao ajustar o cronograma de iluminação artificial.

Neste experimento de um mês dos pesquisadores da Skoltech, diferentes variedades de alface e endívia (chicória) foram testadas em duas estufas idênticas. Todas as condições, exceto o regime de iluminação, foram as mesmas. Enquanto ambas receberam 16 horas de luz diariamente, apenas uma teve horas escuras distribuídas ao longo do dia com base em quando a eletricidade era mais cara, e isso “não afetou de forma mensurável o crescimento das plantas”.

Empresas Envolvidas no Avanço da Agricultura Indoor

Agora, vamos dar uma olhada em algumas empresas que estão ampliando os limites da tecnologia agrícola por meio de soluções inovadoras de agricultura indoor.

#1. Village Farms International (VFF)

Esta empresa está envolvida em agricultura indoor, cultivando produtos e cannabis sob condições controladas. A empresa cultiva, comercializa e distribui frutas e vegetais de qualidade premium, cultivados em estufas na América do Norte, através da subsidiária integral Village Farms Fresh.

Estando no mercado desde 1987, a Village Farms atualmente possui 240 acres de estufas de vidro nos US e Canada. Em uma entrevista recente, o presidente e CEO Mike DeGiglio falou sobre o foco tecnológico da empresa em design de software para controlar o ambiente interno da estufa. A maior parte dos recursos da empresa também é investida na criação de um clima de estufa que funciona independentemente do ambiente externo. 

O outro foco está em ter tecnologia no lado da energia e suplementar dióxido de carbono. “Se pudermos reduzir os custos de energia, seremos muito mais sustentáveis,” disse DeGiglio. Portanto, a Village Farms investiu com FuelCell Energy, Quadrogen Power Systems e o National Research Council of Canada para construir um projeto piloto de tecnologia de célula de combustível para sua estufa na Colúmbia Britânica. 

Com uma capitalização de mercado de 110.61 million, VFF shares are currently trading at $0.99, up 30.09% YTD. It has an EPS (TTM) of -0.45 and a P/E (TTM) of -2.18. For Q2 of 2024, the company reported a 19% YoY increase in consolidated sales to $92.1 mln, with the Fresh Produce segment having a 7% increase and the Canadian Cannabis segment 45%, while the US Cannabis segment recorded a decline.

O prejuízo líquido foi de $23.5 mln while adjusted EBITDA reported a loss of $3.6 mln and cash flow improved to $5.7 mln during the quarter. This year, the company also filed a $200mln offering, proceeds of which would be used for working capital and general corporate purposes.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm é um fornecedor de equipamentos e suprimentos para agricultura de ambiente controlado (CEA) para hidroponia e agricultura indoor. Isso inclui nutrientes, iluminação, planos para otimizar ou escalar sua operação comercial, e mais.

Com uma capitalização de mercado de 31.26 million, HYFM shares are currently trading at $0.68, down 25.89% YTD. It has an EPS (TTM) of -1.55 and a P/E (TTM) of -0.44. For Q2 of 2024, the company reported a decrease of 13.1% in net revenue at $54.8 mln. With that, its net loss increased to $23.5 while gross profit came in at $10.9 mln and adjusted EBITDA at $1.7 mln.

“In the second quarter, we delivered positive Adjusted EBITDA for the fourth time in the last five quarters, illustrating the effectiveness of our restructuring plan and related cost savings efforts.”

– Bill Toler, chairman and CEO

Hydrofarm is currently working on achieving cost savings via enhanced utilization and productivity at its facilities while the company remains confident in its growth opportunities. Hydrofarm held $30.3 mln in cash at the end of the quarter and maintained $20 mln in borrowing capacity. 

Conclusão

Hoje, vivemos em um mundo que enfrenta o problema de crescimento populacional rápido, urbanização, mudanças climáticas, degradação de terras e uso generalizado de pesticidas e fertilizantes, enquanto a demanda dos consumidores por alimentos ricos em nutrientes e com impacto ambiental mínimo está em ascensão. 

É por isso que a agricultura indoor tem ganhado muita popularidade. Não só é bem adequada para ambientes urbanos, como também usa menos água, tem menos riscos ocupacionais e reduz o impacto ambiental. Com seus inúmeros benefícios, a agricultura indoor oferece uma solução promissora para os desafios da agricultura moderna. 

Ao aproveitar a tecnologia para criar ambientes controlados, a agricultura indoor ajuda a atender a crescente demanda por alimentos frescos, cultivados localmente e nutritivos, ao mesmo tempo que aborda preocupações de sustentabilidade.

Clique aqui para a lista das 10 principais empresas de agricultura indoor.