Kapalı Tarım, AI Entegrasyonlarıyla Verimlilik Artışı Görmeye Hazır

Kapalı tarım, kontrollü ortam tarımı olarak da bilinir, adının tam olarak önerdiği gibi — genellikle iç mekanlarda kontrollü bir ortamda ürün yetiştirme uygulamasıdır. 

Küresel kapalı tarım şu anda 40,51 milyar dolar değerinde, Fact.MR’den bir rapora göre, ve önümüzdeki on yılda 118 milyar doları aşması bekleniyor.

Bu tarım türünde, yapay ışıklar ve teknoloji, büyüme koşullarını optimize etmek ve ürün verimliliğini artırmak için kullanılır.

“İnsan konforu için bir binada göreceğiniz birçok aynı teknoloji, ancak bitkiler için kullanılmaktadır.”

– Amerikan Enerji Verimliliği Konseyi’nden Jennifer Amann

Yüksek besin değerine sahip taze gıdalara artan talep, iklim değişikliğinin etkilerini hafifletme çabaları ve sınırlı alan ve suyla yıl boyunca daha yüksek verim ihtiyacı nedeniyle, kapalı bir alanda ürün yetiştirmeye olan ilgi artmaktadır.

Sonuçta, kapalı tarım, gıda yetiştirmenin ekonomik, kaynak verimli ve çevresel olarak sürdürülebilir bir yolunu sunar.

Ayrıca, nem, ışık, sıcaklık ve besin seviyeleri gibi çevresel faktörler üzerinde kesin kontrol sağlanarak verimlilik artırılır ve geleneksel tarımla ilgili zorlukların üstesinden gelinir.

Kapalı tarımda kullanılan popüler yöntemlerden bazıları hidroponik, aeroponik ve akuaponiktir; bunlar iç mekanda neyin yetiştirilebileceği sınırlarını genişletmiştir. Ayrıca, LED aydınlatma, Nesnelerin İnterneti ve yapay zekanın entegrasyonu sektörü ilerletmektedir. 

Örneğin, Texas ve ABD’de, 82.500 metrekarelik tesisinde her bitkinin yaşamının her yönünü kontrol eden dikey hidroponik sera şirketi Eden Green Technology, yedi mil uzunluğunda borularla besin açısından zengin suyu taşıyor ve soğuk hava pompalayarak marul için ideal mikroklima oluşturuyor; bu marul daha sonra Walmart’a satılıyor. Tesis, programlanmış algoritmalarla doğru miktarda ışık sağlayan LED ışıklar kullanıyor ve doğal ışık da ekleniyor; bu da onu “dış ortamdan büyük ölçüde bağımsız” kılıyor.

Tarımda teknolojinin kullanımı, maliyetleri azaltma, ürün üretimini artırma ve verimliliği iyileştirme yeteneği sayesinde artmaktadır. 

Büyük veri, IoT, robotik ve AI kullanımı, tarım operasyonlarını otomatikleştirmede özellikle faydalıdır. GPS ve sensörler veri odaklı bir yaklaşımla ürün üretimini optimize ederken, dronlar saha denetimi ve ürün büyümesi ile hayvanların izlenmesinde yardımcı olur.

Kapalı Tarımda Enerji Kullanımını Azaltmak İçin AI Kullanımı

Kapalı tarım, teknolojinin kullanımıyla geliştirilen yeni bir tarım yöntemidir. Ancak, yapay aydınlatmalı bitki fabrikaları (PFAL’lar) birim alanda gıda üretimini artırabilse de, optimal bitki büyüme koşullarını sürdürmek için karbondioksit ve enerji gibi kaynaklara ihtiyaç duyar. 

Bu nedenle, yeni bir çalışma, AI adlı yeni bir teknolojiyi kullanarak kapalı tarımın enerji tüketimini %25’e kadar azaltmıştır.

AI’yi bitki fabrikalarına entegre etmek, ışık ve iklim sistemlerini düzenlemeye yardımcı olur, fabrikalardaki enerji kullanımını önemli ölçüde azaltır ve değerli kaynakları tasarruf ettirirken verimliliği artırır.

Bu bitki fabrikaları, tam iklim ve aydınlatma kontrolüne sahip büyük kapalı çiftliklerdir. Cornell Engineering’de Fengqi You laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı Benjamin Decardi-Nelson’a göre, bu bitkiler dünya çapında AI kullanırsa, “bu binalarda bitki fotosentezi, terleme ve solunumu kolaylaştırabilir”.

Bu büyük bir başarıdır ve nüfus artışıyla birlikte dünya çapındaki gıda talebini karşılamaya potansiyel olarak yardımcı olabilir. Dünya nüfusu şu anda 8,2 milyar ve Birleşmiş Milletler projeksiyonlarına göre 2050’de 9,7 milyar, 2100’de ise 11,2 milyar olacak.

Kentleşme ve iklim değişikliğiyle birleştiğinde, mevcut gıda üretim sistemleri üzerinde çalışmak ve onları daha verimli hâle getirmek gerekir, böylece artan talebi karşılayabilirler. Bu nedenle, kontrollü ortamlar yaratmak için teknolojiye dayanan kapalı tarıma odaklanılıyor. Bu, onları iklim değişikliği ve geleneksel tarımı etkileyen diğer faktörlere karşı daha az savunmasız kılıyor.

Ancak kapalı tarım da zorluklardan muaf değildir. You’ya göre, mevcut çevresel kontrol sistemleri sadece “yeterince akıllı değil”. Enerji yoğunlardır ve sürdürülebilir olmaları için dikkatli kaynak yönetimi gerektirir.

Bir çözüm havalandırmadır, ancak enerji kullanımını azaltabilirken karbondioksit seviyelerini ve nem dengesini etkileyerek bitki büyümesini zorlaştırır. Burada AI, çeşitli karmaşıklıkları yöneterek büyük bir yardım sağlayabilir.

Yapay zeka, sektörde zaten uydu verilerine dayalı verim tahmini, çeşitli verilerin (saha fotoğrafları ve uydu, hava durumu ve toprak nemi) analiz edilerek ürün sorunlarının tespiti, bitkileri analiz ederek hastalık desenlerinin tahmini ve sadece etkilenen alanları göstererek pestisit kullanımını azaltma gibi birçok alanda kullanılmaktadır. AI ayrıca, verim oranlarını ve kalite seviyelerini değerlendirerek çiftçilerin kaynak kullanımını optimize etmelerine ve hasat fiyatları üzerinde pazarlık yapmalarına yardımcı olur.

Bu arada en son çalışma, kapalı tarımda enerji kullanımını azaltmak için AI kullandı. Decardi-Nelson’a göre, AI kullanarak operasyonları sadeleştirip enerji tüketimini azaltmak, enerji tasarrufu fırsatları sınırlı olan bölgelerde bile kapalı çiftlikleri sürdürülebilir kılabilir. Şöyle ekledi:

“Çevresel kontrol sistemi teknolojisini bitki biyolojisiyle stratejik olarak hizalayarak, havalandırma kullanarak enerji tasarrufu sağlanabilir, karbondioksit atığını en aza indirirken ideal büyüme koşulları korunur.”

Gıda Üretimini Sürdürülebilir Hale Getiren Akıllı Sistem

Nature dergisinde 9 Eylül’de yayımlanan çalışma, bitki-çevre etkileşimlerini incelemek için derin pekiştirmeli öğrenme ve hesaplamalı modelleme kullandı.

Cornell Üniversitesi araştırmacıları, farklı iklimlere sahip on çeşitli küresel konumdaki kapalı tarım tesislerinde yetiştirilen marulu değerlendirmek için AI teknikleri kullandı. Bu, ABD genelinde Ithaca (New York), Fargo (North Dakota), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago ve Los Angeles olmak üzere sekiz konumu içeriyordu. Diğer iki konum ise Birleşik Arap Emirlikleri’nden Dubai ve İzlanda’dan Reykjavík idi.

Çalışma, AI’nın PFAL’larda enerji tasarrufunu önemli ölçüde artırabileceğini ve sürdürülebilir gıda üretimini destekleyebileceğini buldu. AI, ışıklandırma ve iklim düzenleme sistemlerini optimize ederek enerji tasarrufu sağladı.

Şu anda AI dışı teknoloji kullanan daha soğuk iklimlerde, AI’nın tanıtılması, kapalı ortamda bir kilogram marul üretmek için gereken enerjiyi %32,42 azaltıyor. Özellikle, enerji tüketimi taze ağırlık başına 9,5 kWh’den 6,42 kWh’ye düşüyor.

Dubai veya güney ABD gibi daha sıcak iklimlerde, AI enerji kullanımını %22,28 azaltarak taze ağırlık başına 10,5 kWh’den 7,26 kWh’ye düşürdü.

Çalışmaya göre, 0‑25°C arasındaki dış sıcaklıklar, havalandırma kaynaklı enerji tasarrufunu destekliyor. Ancak, havalandırma ile elde edilen enerji tasarrufu, CO2 kullanımı gibi diğer kaynak kullanımını olumsuz etkiliyor. Dış nem ise enerji kullanımı üzerinde belirgin bir desen veya etki göstermedi.

Çalışma, karanlık dönemde (sekiz saatlik gece simülasyonu) yüksek havalandırma ve aydınlık dönemlerde (on altı saatlik gün/ışık simülasyonu) düşük havalandırmanın, iç CO2 seviyeleri, fotosentez için optimal, solunum ve bitki büyümesi için oksijen ve diğer havalandırma gereksinimlerini dengeleyen enerji verimli bir çözüm sağladığını buldu.

“Bu, akıllı evlere çok benzer bir kavramdır.”

– You, Cornell Üniversitesi AI for Science Enstitüsü ve Cornell Dijital Tarım Enstitüsü’nün ortak direktörü

Tıpkı evimizde konforlu olmak ve enerji kullanımını azaltmak istediğimiz gibi, bitkiler de aynı şekilde, AI bu konuda çok yardımcı oluyor. Yapay ışıklandırma ve diğer enerji sistemlerini optimize etmek için AI kullanarak maliyetlerden tasarruf edebiliriz.

“Bu çalışma, gıda üretimini optimal, sürdürülebilir ve karbon ayak izini azaltacak bir akıllı sistem üzerine odaklanmaktadır.”

– You

Enerji Kullanımını ve Sürdürülebilirliği Dengelemek Karlılığın Anahtarıdır

Enerji kullanımını azaltmak, başarılı kapalı tarımın en kritik yönlerinden biridir. Geleneksel seralardan daha fazla enerji kullandığı için, enerji maliyeti kapalı tarımda büyük bir maliyet oluşturur; ışıklandırma burada enerji tüketiminin büyük bir kısmını oluşturur. 

Yüksek maliyetler bu girişimin kârlılığını tehdit edebilir, dikey tarımın sürdürülebilirliğini ve uygulanabilirliğini son derece zorlaştırır. Ayrıca, artan maliyetler genellikle tüketicilere yansıtılır; bu nedenle enerji kullanımını ve dolayısıyla maliyeti azaltmak finansal yükü hafifletebilir. 

Bu bağlamda, kapalı tarım dünyasında maliyetleri azaltmak ve sürdürülebilir yöntemler bulmak için sürekli araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütülmekte, böylece gıda üretimindeki zorluklar etkili bir şekilde ele alınabilmektedir.

Geçtiğimiz ay, Ben-Gurion Üniversitesi araştırmacıları, daha az enerji kullanarak daha fazla balık ve sebze üretmek için kapalı döngü bir sistem oluşturdu. Akuaponik sistemler üzerine yapılan araştırmanın bir parçası olarak, bu yeni sistem balık katı atığını anaerobik sindirimle işleyerek enerji ve besinleri sisteme geri kazandıran neredeyse sıfır atık bir birim oluşturdu.

Zuckerberg Su Araştırma Enstitüsü müdürü Prof. Amit Gross liderliğinde, sistem geleneksel sistemlere göre 1,6 kat daha fazla bitki verimliliği, 2,1 kat daha az su kullanımı ve kilogram yem başına %16 daha az enerji tüketimi gösterdi.

Bir ton balık, daha düşük karbon ayak izine sahip yüksek kaliteli bir protein kaynağı olduğu için, sistemin dış enerji olmadan çalışmasını sağlayabilir, çalışma buna işaret ediyor. Ayrıca, ihmal edilebilir atık üretimi ve önemli karbon sekestrasyonu sayesinde bu sistem sürdürülebilir bağımsız bir birim olma potansiyeline sahiptir.

“Gezegende 8 milyardan fazla insanı beslemek ve sera gazı emisyonlarını azaltmak yenilikçi teknolojiler gerektirir. İki işlevi bir arada sunanlar açıkça daha tercih edilebilir.”

– Prof. Gross

Bu yıl Temmuz ayında yapılan ayrı bir araştırma, yapay aydınlatma programını ayarlayarak seraların elektrik faturalarını neredeyse yüzde 25 oranında azalttı.

Skoltech araştırmacılarının bir ay süren bu deneyinde, farklı marul ve hindiba (çikorya) çeşitleri iki aynı serada test edildi. Işık programı dışındaki tüm koşullar aynıydı. Her iki sera de günlük 16 saat ışık alırken, sadece birinde elektrik fiyatının en yüksek olduğu zamanlara göre gün içinde dağıtılmış karanlık saatler vardı ve bu “bitki büyümesini ölçülebilir bir şekilde etkilemedi”.

Kapalı Tarımın Gelişimine Katkıda Bulunan Şirketler

Şimdi, yenilikçi kapalı tarım çözümleriyle tarım teknolojisinin sınırlarını zorlayan birkaç şirkete bir göz atalım.

#1. Village Farms International (VFF)

Bu şirket, kontrollü koşullarda kapalı tarım, ürün ve kenevir yetiştirmektedir. Şirket, tamamen sahip olduğu yan kuruluş Village Farms Fresh aracılığıyla Kuzey Amerika’da premium kalite, sera içinde yetiştirilmiş meyve ve sebzeleri üretir, pazarlamaktadır ve dağıtmaktadır.

1987’den beri piyasada olan Village Farms, şu anda ABD ve Kanada’da 240 dönümlük cam seralara sahiptir. Son bir röportajda Başkan ve CEO Mike DeGiglio, seranın iç ortamını kontrol etmek için yazılım tasarımına odaklandıklarını konuştu. Şirketin fonlarının büyük bir kısmı, dış ortamdan bağımsız çalışan bir sera iklimi yaratmaya da harcanmaktadır. 

Diğer odak, enerji tarafında teknolojiye sahip olmak ve karbondioksiti tamamlamaktır. “Enerji maliyetlerini azaltabilirsek, çok daha sürdürülebilir oluruz,” diye DeGiglio söyledi. Bu nedenle Village Farms, FuelCell Energy, Quadrogen Power Systems ve Kanada Ulusal Araştırma Konseyi ile birlikte Britanya Kolumbiyası’ndaki serası için bir yakıt hücresi teknolojisi pilot projesi inşa etmek üzere yatırım yaptı. 

110,61 milyonluk piyasa değerine sahip VFF hisseleri şu anda $0.99 seviyesinde işlem görmekte, YTD %30,09 artış göstermektedir. EPS (TTM) -0,45 ve P/E (TTM) -2,18’dir. 2024 ikinci çeyreği için şirket, konsolide satışlarda %19 yıllık artışla 92,1 milyon dolar elde etti; Fresh Produce segmenti %7, Canadian Cannabis segmenti %45 artarken, US Cannabis segmenti düşüş kaydetti.

Net zarar 23,5 milyon dolar iken, düzeltilmiş EBITDA 3,6 milyon dolar zarar bildirdi ve nakit akışı çeyrek boyunca 5,7 milyon dolara iyileşti. Bu yıl şirket ayrıca 200 milyon dolar tutarında bir teklif sundu; elde edilen gelir çalışma sermayesi ve genel kurumsal amaçlar için kullanılacak.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm, hidroponik ve kapalı tarım için kontrollü ortam tarımı (CEA) ekipman ve malzemeleri sağlayan bir tedarikçidir. Bu, besin maddeleri, aydınlatma, ticari operasyonunuzu optimize etmek veya ölçeklendirmek için planlar ve daha fazlasını içerir.

31,26 milyonluk piyasa değerine sahip HYFM hisseleri şu anda $0.68 seviyesinde işlem görmekte, YTD %25,89 düşüş göstermektedir. EPS (TTM) -1,55 ve P/E (TTM) -0,44’tür. 2024 ikinci çeyreği için şirket, net gelirde %13,1 azalışla 54,8 milyon dolar kaydetti. Bu durumla birlikte net zararı 23,5 milyon dolara yükseldi, brüt kar 10,9 milyon dolar ve düzeltilmiş EBITDA 1,7 milyon dolar oldu.

“İkinci çeyrekte, son beş çeyrekte dördüncü kez pozitif Düzeltilmiş EBITDA sağladık; bu, yeniden yapılandırma planımızın ve ilgili maliyet tasarrufu çabalarının etkinliğini göstermektedir.”

– Bill Toler, başkan ve CEO

Hydrofarm, tesislerindeki kullanım ve verimliliği artırarak maliyet tasarrufu sağlamaya çalışıyor ve şirket büyüme fırsatlarına olan güvenini koruyor. Hydrofarm çeyrek sonunda 30,3 milyon dolar nakit bulundurmuş ve 20 milyon dolar borçlanma kapasitesini sürdürmüştür.

Sonuç

Bugün, hızlı artan nüfus, kentleşme, iklim değişikliği, arazi bozulması ve yaygın pestisit ve gübre kullanımının yanı sıra, tüketicilerin çevresel etkiyi en aza indiren besin yoğun gıdalara olan talebinin arttığı bir dünyada yaşıyoruz.

Bu nedenle kapalı tarım büyük popülerlik kazanıyor. Sadece kentsel ortamlara uygun olmakla kalmayıp, daha az su kullanıyor, daha az mesleki risk taşıyor ve çevresel etkiyi azaltıyor. Birçok faydasıyla kapalı tarım, modern tarımın zorluklarına umut verici bir çözüm sunuyor.

Teknolojiyi kullanarak kontrollü ortamlar yaratarak, kapalı tarım taze, yerel olarak yetiştirilen ve besleyici gıdalara artan talebi karşılamaya yardımcı olurken sürdürülebilirlik endişelerini de ele alıyor.

En iyi 10 kapalı tarım şirketinin listesi için buraya tıklayın.