Inomhusodling förväntas få en effektivitetshöjning genom AI-integrationer

Inomhusodling, även kallad jordbruk i kontrollerad miljö, är precis vad namnet antyder — praktiken att odla grödor i en kontrollerad miljö, vanligtvis inomhus. 

Den globala inomhusodlingen värderas för närvarande till 40,51 miljarder dollar, enligt en rapport från Fact.MR, och förväntas överstiga 118 miljarder dollar under det kommande decenniet.

Vid denna odlingsform används konstgjorda lampor och teknik för att optimera odlingsförhållandena och öka skördar.

“Det är många av samma teknologier som man ser i en byggnad för mänskligt komfort, men som nu används för växter.”

– Jennifer Amann från American Council for an Energy-Efficient Economy

På grund av den ökade efterfrågan på färska livsmedel med hög näringsvärde, ansträngningar för att mildra klimatförändringarnas effekter och behovet av högre året‑runt‑skördar med begränsat utrymme och vatten, har intresset för odling av grödor i ett slutet utrymme ökat.

Inomhusodling erbjuder trots allt ett ekonomiskt, resurseffektivt och miljömässigt hållbart sätt att odla mat.

Dessutom får man möjlighet att uppnå exakt kontroll över miljöfaktorer såsom luftfuktighet, ljus, temperatur och näringsnivåer för att öka produktiviteten och tackla utmaningar relaterade till traditionellt jordbruk.

Några av de populära metoderna som används inom inomhusjordbruk inkluderar hydroponik, aeroponik, och akvaponik, vilka har utökat gränserna för vad som kan odlas inomhus. Dessutom hjälper integrationen av LED-belysning, Internet of Things och artificiell intelligens sektorn att utvecklas. 

Till exempel, i Texas och USA, kontrollerar det vertikala hydroponiska växthusföretaget Eden Green Technology varje aspekt av en växts liv i sin 82 500 kvadratfot stora anläggning, där sju mil långa rör levererar näringsrikt vatten och sval luft pumpas för att skapa det ideala mikroklimatet för sallad, som sedan säljs till Walmart. Anläggningen använder LED-lampor, som med programmerade algoritmer ger rätt mängd ljus, utöver naturligt ljus, vilket gör den “ganska oberoende av den yttre miljön”.

Användningen av teknik inom jordbruk har ökat tack vare dess förmåga att minska kostnader, öka skörd och förbättra effektiviteten. 

Användningen av big data, IoT, robotik, och AI är särskilt fördelaktig för att automatisera jordbruksoperationer. Medan GPS och sensorer använder ett datadrivet tillvägagångssätt för att optimera skörd, hjälper drönare till med fältinspektion och övervakning av växttillväxt och boskap.

Att använda AI för att minska energianvändning i inomhusodling

Inomhusodling är det nya sättet att bedriva jordbruk, förstärkt med teknik. Men medan växtfabriker med artificiell belysning (PFAL) kan öka livsmedelsproduktionen per ytenhet, kräver de resurser såsom koldioxid och energi för att upprätthålla optimala växttillväxtförhållanden. 

Så använde en ny studie en ny teknik, AI, för att minska energiförbrukningen i inomhusodling med så mycket som 25 %.

Att integrera AI i växtfabriker kan hjälpa till att reglera ljus- och klimatsystem, vilket avsevärt minskar energianvändningen i fabrikerna och sparar värdefulla resurser samtidigt som effektiviteten ökas.

Dessa växtfabriker är stora inomhusodlingar utrustade med komplett klimat- och ljuskontroll. Enligt Benjamin Decardi-Nelson, postdoktoral forskare i Fengqi Yous laboratorium för energisystemteknik vid Cornell Engineering, om dessa växter världen över använder AI, kan det hjälpa “att underlätta växtens fotosyntes, transpiration och respiration i dessa byggnader”.

Detta är en enorm prestation och kan potentiellt hjälpa till att föda den växande livsmedelsbehovet i världen i takt med att befolkningen ökar. Världsbefolkningen är för närvarande 8,2 miljarder och enligt FN:s prognoser kommer den att nå 9,7 miljarder år 2050 och 11,2 miljarder år 2100. 

Kombinerat med urbanisering och klimatförändringar finns ett behov av att arbeta med de nuvarande livsmedelsproduktionssystemen och göra dem mer effektiva så att de kan möta den ökande efterfrågan. Därför fokuserar man på inomhusodling, som förlitar sig på teknik för att skapa kontrollerade miljöer. Detta gör dem mindre sårbara för klimatförändringar och andra faktorer som påverkar traditionellt jordbruk.

Men inomhusodling är inte utan utmaningar. Enligt You är de nuvarande miljökontrollsystemen helt enkelt “inte tillräckligt smarta”. De är energikrävande och kräver noggrann resurshantering för att vara hållbara. 

Ett svar är ventilation, men medan det kan minska energianvändningen påverkar det koldioxidnivåerna och fuktbalansen, vilket komplicerar växttillväxten. Här kan AI vara till enorm hjälp genom att hantera flera komplexiteter.

Artificiell intelligens används redan i stor utsträckning i sektorn, från att förutsäga skördar baserat på satellitdata, analysera olika data (fältfoton och satellit, väder och markfuktighet) för att identifiera växtproblem, och förutsäga sjukdomsmönster genom att analysera växter och sedan rekommendera behandlingar till att minska bekämpningsmedelsanvändning genom att peka ut endast drabbade områden. AI hjälper dessutom jordbrukare att optimera resursanvändning och förhandla om skördespriser genom att bedöma avkastningsnivåer och kvalitet.

Den senaste studien använde samtidigt AI för att minska energianvändning i inomhusodling. Enligt Decardi-Nelson kan strömlinjeformning av verksamheten med AI för att minska energiförbrukning göra inomhusodlingar livskraftiga även i regioner med begränsade möjligheter till energibesparingar. Han tillade:

“Genom att strategiskt anpassa tekniken för miljökontrollsystem med växtbiologi kan energi sparas genom ventilation samtidigt som koldioxidavfall minimeras och ideala odlingsförhållanden upprätthålls.”

Ett smart system för att göra livsmedelsproduktion hållbar

Publicerad i Nature den 9 september använde studien djup förstärkningsinlärning och beräkningsmodellering för att undersöka växt‑miljöinteraktioner.

Forskare från Cornell University använde AI‑tekniker för att bedöma sallad odlad i inomhusjordbruksanläggningar på tio olika globala platser med olika klimat. Detta inkluderade åtta platser i USA, inklusive Ithaca (New York), Fargo (North Dakota), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago och Los Angeles. De två andra inkluderade Dubai, Förenade Arabemiraten, och Reykjavík, Island.

Studien fann att AI kan avsevärt förbättra energibesparingar i PFAL samt stödja hållbar livsmedelsproduktion. AI uppnådde energibesparingar genom att optimera belysnings‑ och klimatregleringssystem, vilket minskade energianvändningen.

På platser med kallare klimat som för närvarande använder icke‑AI‑teknik, minskar införandet av AI den energi som krävs för att producera ett kilogram sallad inomhus med 32,42 %. Specifikt sjunker energiförbrukningen från 9,5 kWh till 6,42 kWh per kilogram färskvikt.

I varmare klimat, såsom Dubai eller södra USA, minskade AI energianvändningen med 22,28 %, vilket sänkte den från 10,5 kWh till 7,26 kWh per kilogram färskvikt.

Enligt studien gynnar utomhustemperaturer mellan 0 och 25 grader Celsius ventilationsrelaterade energibesparingar. Dock påverkar ventilationsrelaterade energibesparingar negativt annan resursanvändning, såsom CO₂‑användning. Utomhusfuktigheten hade ingen tydlig påverkan på energianvändning. 

Studien fann att hög ventilation under mörka perioder, som är åtta timmars nattsimulering, och låg ventilation under ljusa perioder, som är sexton timmars dagsimulering, gav en energieffektiv lösning för optimala inomhus‑CO₂‑nivåer för fotosyntes, syre för respiration och växttillväxt, samt balanserade andra ventilationskrav.

“Detta är ett mycket liknande koncept som smarta hem.”

– You, meddirektör för  Cornell University AI for Science Institute och meddirektör för Cornell Institute for Digital Agriculture

Precis som vi vill vara bekväma i våra hem samtidigt som vi minskar energianvändningen, vill även grödor det, sade han och påpekade att AI hjälper mycket med detta. Genom att använda AI för att optimera artificiell belysning och andra energisystem kan vi spara på kostnader.

“Detta arbete fokuserar på ett smart system för att göra livsmedelsproduktion optimal, hållbar och minska koldioxidavtrycket.”

– You

Att balansera energianvändning och hållbarhet är nyckeln till lönsamhet

Att minska energianvändning är en av de mest kritiska aspekterna för framgångsrik inomhusodling. På grund av att den använder mer energi än traditionella växthus är det en stor kostnad för inomhusodling, där belysning står för majoriteten av energiförbrukningen här. 

Höga kostnader kan hota lönsamheten för denna verksamhet, vilket gör hållbarheten och livskraften för vertikal odling extremt svår. Dessutom tenderar stigande kostnader att överföras till konsumenterna, så att minska energianvändning och därmed kostnaden kan hjälpa till att lindra den ekonomiska bördan. 

Mot denna bakgrund pågår mycket kontinuerlig forskning och utveckling inom inomhusodling för att minska dessa kostnader och hitta hållbara metoder så att livsmedelsproduktionsutmaningar kan adresseras effektivt.

Förra månaden skapade forskare från Ben‑Gurion University of the Negev ett slutet kretsloppssystem för att producera mer fisk och grönsaker samtidigt som de använder mindre energi. Som en del av forskningen om akvaponiska system bildade detta nya system en nästan nollavfallsenhet genom att behandla fiskens fasta avfall med anaerob nedbrytning och återvinna energi och näringsämnen i systemet.

Under ledning av Prof. Amit Gross, chef för Zuckerberg Institute for Water Research, visade systemet 1,6 gånger högre växtproduktivitet, 2,1 gånger lägre vattenanvändning och 16 % mindre energiförbrukning per kilogram foder än konventionella system. 

Att ha en ton fisk, som är en högkvalitativ proteinkälla med ett mycket mindre koldioxidavtryck, kan faktiskt göra att systemet kan fungera utan någon extern energi, enligt studien. Dessutom, genom att ha försumbar avfallsproduktion och betydande koldioxidbindning, har detta system potential att bli en hållbar fristående enhet.

“Att föda de mer än 8 miljarder människor på planeten samtidigt som man minskar växthusgasutsläpp kräver innovativ teknik. De som kombinerar två funktioner i en är uppenbarligen att föredra.”

– Prof. Gross

En separat forskning från juli i år minskade elräkningen för växthus med nästan en fjärdedel genom att justera schemat för artificiell belysning.

I detta en‑månads experiment från Skoltech‑forskare testades olika sorters sallad och endiv (chicory) i två identiska växthus. Alla förhållanden förutom belysningsregimen var desamma. Medan båda fick 16 timmars ljus dagligen, hade endast ett mörka timmar utspridda under dagen baserat på när elen var dyrast, och det “påverkade inte mätbart växttillväxten.”

Företag som är involverade i att driva fram inomhusodling

Låt oss nu titta på ett par företag som driver gränserna för jordbruksteknik genom innovativa inomhusodlingslösningar.

#1. Village Farms International (VFF)

Detta företag är involverat i inomhusodling, odling av produkter och cannabis under kontrollerade förhållanden. Företaget odlar, marknadsför och distribuerar premiumkvalitativa, växthusodlade frukter och grönsaker i Nordamerika genom det helägda dotterbolaget Village Farms Fresh.

Sedan företaget kom in på marknaden 1987 har Village Farms för närvarande 240 tunnland glasväxthus i USA och Kanada. I en nylig intervju berättade President och VD Mike DeGiglio om deras teknologiska fokus på mjukvarudesign för att kontrollera växthusets interna miljö. En stor del av företagets medel spenderas också på att skapa ett växthusklimat som fungerar oavsett den yttre miljön. 

Den andra fokusen ligger på teknik på energisidan och att komplettera koldioxid. “Om vi kan minska energikostnaderna skulle vi vara mycket mer hållbara,” sade DeGiglio. Därför har Village Farms investerat tillsammans med FuelCell Energy (FCEL ), Quadrogen Power Systems och National Research (NRC ) Council of Canada i ett pilotprojekt för bränslecellsteknik för sitt växthus i British Columbia. 

Med ett börsvärde på 110,61 miljoner är VFF-aktier för närvarande handlade till $0,99, upp 30,09 % år till datum. Den har ett EPS (TTM) på -0,45 och ett P/E (TTM) på -2,18. För Q2 2024 rapporterade företaget en 19 % år‑till‑år ökning i konsoliderade försäljningar till $92,1 miljoner, med Fresh Produce‑segmentet som ökade med 7 % och det kanadensiska cannabissegmentet med 45 %, medan det amerikanska cannabissegmentet noterade en nedgång.

Nettförlusten var $23,5 miljoner medan justerad EBITDA rapporterade en förlust på $3,6 miljoner och kassaflödet förbättrades till $5,7 miljoner under kvartalet. I år har företaget också lämnat in ett erbjudande på $200 miljoner, vars intäkter ska användas för rörelsekapital och allmänna företagsändamål.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm är en leverantör av utrustning och förnödenheter för kontrollerat miljöjordbruk (CEA) för hydroponisk och inomhusodling. Detta inkluderar näringsämnen, belysning, planer för att optimera eller skala din kommersiella verksamhet, och mer.

Med ett börsvärde på 31,26 miljoner handlas HYFM-aktier för närvarande till $0,68, ner 25,89 % år till datum. Den har ett EPS (TTM) på -1,55 och ett P/E (TTM) på -0,44. För Q2 2024 rapporterade företaget en minskning med 13,1 % i nettointäkter till $54,8 miljoner. Med detta ökade nettförlusten till $23,5 miljoner medan bruttovinsten var $10,9 miljoner och justerad EBITDA var $1,7 miljoner.

“Under det andra kvartalet levererade vi positiv justerad EBITDA för fjärde gången under de senaste fem kvartalen, vilket illustrerar effektiviteten i vår omstruktureringsplan och relaterade kostnadsbesparingsinsatser.”

– Bill Toler, ordförande och VD

Hydrofarm arbetar för närvarande med att uppnå kostnadsbesparingar genom förbättrad utnyttjandegrad och produktivitet i sina anläggningar samtidigt som företaget förblir förtroendefullt för sina tillväxtmöjligheter. Hydrofarm hade $30,3 miljoner i kontanter i slutet av kvartalet och behöll en lånekapacitet på $20 miljoner. 

Slutsats

Idag lever vi i en värld som står inför problem med snabbt växande befolkning, urbanisering, klimatförändringar, markförsämring och omfattande användning av bekämpningsmedel och gödningsmedel, samtidigt som konsumenternas efterfrågan på näringsrik mat med minimal miljöpåverkan ökar. 

Det är därför inomhusodling har blivit så populär. Den är inte bara väl lämpad för urbana miljöer utan använder också mindre vatten, har färre arbetsrelaterade risker och minskar miljöpåverkan. Med sina många fördelar erbjuder inomhusodling en lovande lösning på de moderna jordbrukets utmaningar. 

Genom att utnyttja teknik för att skapa kontrollerade miljöer hjälper inomhusodling till att möta den växande efterfrågan på färsk, lokalt odlad och näringsrik mat samtidigt som hållbarhetsfrågor adresseras.

Klicka här för listan över de 10 bästa inomhusjordbruksföretagen.