Poljoprivreda se suočava s nizom izazova. Rast populacije, smanjeni resursi, klimatske promjene, „bacanje“ hrane u razvijenijim državama i istovremena glad u nerazvijenim. Za prevladavanje navedenih izazova potreban je zajednički odgovor vlada, investitora i inovativnih poljoprivrednih tehnologija Europske unije, ali i cijelog svijeta.
Odgovor je pokušao dati „World Government Summit“, globalna platforma koja okuplja donosioce političkih odluka, stručnjake i osobe iz društvenog razvoja, kroz „Agriculture 4.0“, što predstavlja „zelenu“ poljoprivrednu revoluciju s tehnologijom i obrazovanjem u njezinoj suštini. Jedno od rješenja je u razvoju tehničkih sustava, točnije vertikalne farme. Prema predviđanjima UN-a, do 2050. godine dvije trećine stanovništva će živjeti u urbanim područjima. Tako će radna snaga u ruralnim područjima biti neupitno smanjena. Nove tehnologije bit će neophodne da se prevlada taj izazov, a zahvati i procesi morat će biti automatizirani. Poljoprivreda će kao i sve ostalo biti temeljena na podacima, analizama i međusobnoj vezi između podataka o vremenu, tipu sjemena, kvaliteti tla, štetočinjama, povijesnim podacima, tržišnim trendovima, na osnovu čega će poljoprivrednici moći donositi bolje odluke.
Prema navodima OECD-a (Organisation for Economic Co-operation and Development) za navodnjavanje u poljoprivredi troši se čak 70 % vode u svijetu. Potrošnja vode od 1980. godine u porastu je za 1 % godišnje. UN predviđaju da bi se unutar idućeg desetljeća 700 milijuna ljudi moglo raseliti zbog oskudice vode. Ako tome pridodamo klimatske promjene i rizik od ekstremnih suša na globalnoj razini, glavne negativne čimbenike tradicionalne poljoprivrede, projekt vertikalnih farmi postaje kao savršeno tehničko rješenje brojnih briga.
Što su vertikalne farme?
Godinama se vertikalna (okomita) poljoprivreda nudi kao primamljivo rješenje za mnoge moderne potrebe, uključujući potražnju potrošača da se cvijeće proizvodi bliže kući, učinkovitije korištenje zemljišta i uklanjanje pesticida. Iako su se mnogi izazovi suočili s vertikalnim farmama tijekom godina – uključujući visoke početne troškove i velike potrebe za resursima – nedavna tehnološka otkrića počela su vertikalnu poljoprivredu činiti održivijom, održivom opcijom. Vertikalne farme su građevine u kojima se uzgajaju biljke na vertikalnim i horizontalnim stalcima pod prilagođenim LED svjetlima. Zatvoreni prostor štiti biljke od štetočinja, bolesti i prljavštine. Temperatura i vlaga su optimizirani za brzi rast biljaka koje roboti prihranjuju, njeguju i ubiru. Cilj vertikalnih farmi je bez izlaganja biljaka vremenskim uvjetima proizvesti jeftinije određeno dobro. To su cvijeće, organsko povrće/voće, odnosno ublažiti utjecaj klimatskih promjena te proizvesti veću količinu uz dobru kvalitetu za prodaju po fiksnim cijenama tijekom cijele godine, bez upotrebe pesticida.
Tipovi vertikalnih farmi
Vertikalne farme su građevine koje mogu biti izvedene prema sljedećim tipovima:
(a) razine su postavljene vodoravno i s ugrađenom rotacijom; b) razine su postavljene vodoravno bez rotacije; c) razine su postavljene vodoravno te je svaka razina izolirana od okoline; d) korištenje balkona za biljnu proizvodnju koji koristi složene vodoravne rastuće površine. Okomito rastuća površina uključuje zelene zidove; (e) koji se mogu postaviti sa strane zgrada i ostalih vertikalnih površina i cilindrične jedinice za rast; (f) s vertikalnim rasporedom biljaka.
Raspoloživo zemljište za uzgoj određene kulture brzo nestaje diljem svijeta dok populacija ljudi na Zemlji i dalje raste. Danas na Zemlji ima dvostruko više ljudi nego što ih je bilo 1970. godine. S povećanjem stanovništva očekuje se da će do 2050. godine broj stanovnika prijeći devet milijardi. Kako stanovništvo svijeta raste, sve je manje zemljišta za poljoprivredu. No, napredak u znanju o biljkama, poboljšanim tehnikama, modernim alatima i opremi u kombinaciji s boljom poljoprivrednom praksom doveli su i do znatnog povećanja proizvodnje.
Korištenjem čiste tehnologije kao što su fotonaponske ćelije (solarni paneli) i geotermalna energija, operativni troškovi za urbane poljoprivrednike samo će se smanjiti u nadolazećim godinama. Procijenjeno je da bi zgrada od 30 katova mogla proizvesti prinos jednak onom horizontalne farme od 2400 hektara. Vertikalni uzgoj je superiorna metoda u usporedbi s negativnim utjecajem koji tradicionalna poljoprivreda ostavlja na okoliš. Uključuje robotiku koja obuhvaća područje vođenja procesa, analize procesa, svojstva proizvoda i njihovih karakteristika te posebnih higijenskih zahtjeva pri provedbi procesa.
Današnji tehnički sustavi su postali multidisciplinarni. To znači da se razvoj tehničkih sustava u poljoprivredi okreće prema robotici, informatici, programiranju i održavanju koda, upotrebi umjetne inteligencije i korištenju digitalne poljoprivrede. Kad je u pitanju primjena robota, mogu se naći različite vrste robota od manipulatora (serijskih, paralelnih, mikro i nano robota). Zatim različitih robotskih vozila (kopnenih, vodenih, zračnih), sustava robot-čovjek do biološki zasnovanih robota (humanoida).
Suvremene tehnologije u hortikulturi
Roboti danas obavljaju širok spektar operacija u cvjećarstvu, od precizne sjetve pa do zaštite i transporta cvijeća. Najnoviji pristup upotrebe robota u cvjećarskoj industriji je kontrola zaštite cvijeća od bolesti i nametnika i to u 24-satnom režimu.
Vertikalne farme koriste metodu hidroponike, gdje se biljke uzgajaju u mineralnim otopinama bez prisustva tla. Hidroponski uzgoj cvijeća sve je zastupljeniji i time način uzgoja biljaka ima veliki spektar mogućnosti. Hidroponski uzgoj biljaka može biti: kapilarni hidroponski uzgoj, sustav oseke i plime, vodena kultura/plutajući hidroponi; aeroponski uzgoj, tehnika hranjivog filma, kapajući ili drip sustav. Temelj hidroponskog uzgoja je uzgoj biljaka u tekućini prilikom kojeg je korijenje položeno u otopinu hranjivih elemenata koja je zaslužna za rast biljke.
U otopini mora obvezno biti prisutan kisik. Kad korijen dobije hranjivu otopinu, on vrlo brzo apsorbira kisik i hranjive elemente što utječe na rast biljke. Kod hidroponskog uzgoja postoji razlika u sustavu navodnjavanja, odnosno vlaženja supstrata. S obzirom na to oni se dijele na: otvorene sustave (hranjiva otopina se samo jednom koristi, a nakon što navlaži supstrat, istječe van), zatvorene sustave (hranjiva otopina kruži u zatvorenom sustavu i reciklira se. Nakon navodnjavanja, vraća se u korita gdje se kontrolira te joj se po potrebi dodaju voda i hraniva.)
Ovi sustavi su najprihvatljiviji jer su ekonomični i ekološki prihvatljivi te štede vodu čak do 70 %. Tehnika hranjivog filma ili NFT jedna je od najboljih hidroponskih metoda uzgoja. Razvijena je u Engleskoj 70-ih godina, a radi na principu spremnika s hranivima i vodom. U spremniku se nalazi crpka za raspršivanje vode i zraka. Ona stalno i jako sporo protječe duž plastičnih cijevi u vodovod gdje se nalaze biljke koje su položene u rupičaste lončiće. Zrak je glavni čimbenik rasta biljaka, uz ono malo hidrosupstrata koji se nalazi u lončićima.
Prilikom ovog uzgoja korijen stalno mora visiti iz lončića i biti u dodiru s hranivima i vodom. Hranjiva otopina obogaćena je kisikom koji protječe duž cijele cijevi, vraća se u spremnik. Zatim ide ponovo u krug te se tako ujedno i reciklira. Pomoću LED svjetla stvara se specifično osvjetljenje za svaku biljku, dajući biljkama spektar, intenzitet i frekvenciju. Ona im je potrebna kako bi njihova fotosinteza bili učinkovitija. Samim time može se utjecati na veličinu, oblik, teksturu, boju i okus biljaka s obzirom na iznimno preciznu i povećanu produktivnost.
Uporaba ovakve tehnologije u agrokulturi omogućuje da se svaki segment u rastu usjeva, od korištenja vode, preko hranjivih tvari, do svjetla, može nadzirati, kontrolirati i programirati. Te postavke utječu na finalni proizvod. Rast biljaka nadzire se kamerama. Uz to se stalno prikupljaju i brojni podaci o razvoju biljke koji se unose u operativni sustav i na temelju kojih se automatski prilagođavaju uvjeti koji biljkama omogućuju planirani rast. Prema svemu navedenom postoje mnoge prednosti, odnosno pozitivne strane uzgoja u vertikalnim farmama, ali tako i negativne strane.
Prednosti i nedostaci vertikalnih farmi
Prednosti proizvodnje u vertikalnoj farmi su zatvoreni i kontrolirani uvjeti bez insekata, korova, gljivica, bolesti što omogućava uzgoj bez pesticida, herbicida i fungicida. Sustav je zatvoren i zaštićen i nema rizika od gubitka proizvoda zaraženim insektima, korovom, bakterijama, sušom, poplavama, nema potrebe za korištenje GMO-a, cjelogodišnja proizvodnja, lokalna proizvodnja bez narušavanja prirode tijekom cijele godine, vertikalna poljoprivreda koristi 70 % manje vode nego tradicionalna, smanjenje potrošnje fosilnih goriva (nema potrebe za korištenjem poljoprivrednih strojeva, traktora), povećanje broja radnih mjesta u okolici vertikalne farme, učinkovitije (manje energije i prostora koji se koristi za uzgoj), nema otrovnih otpadnih voda, manje korištenje tla (1 ha u vertikalnoj farmi je kao 4-6 ha u konvencionalnoj proizvodnji). Nedostaci proizvodnje u vertikalnoj farmi su troškovi proizvodnje i održavanja, problem oprašivanja, te ovisnost o tehnologiji i internetu.
Budućnost tehničkih sustava u vertikalnim farmama
Vertikalne farme su potencijalna budućnost poljoprivrede jer pružaju veće prinose u odnosu na konvencionalnu poljoprivredu kao i značajnu uštedu prostora. Osim uzgoja biljaka za prehranu ljudi, vertikalne farme pružaju izuzetno lijepu sliku u urbanim zgradama, vrtovima, kućama itd. Zeleni zidovi pružaju učinkovitost pri uštedi energije, biološkoj raznolikosti i kontroli temperature u odnosu na konvencionalnu poljoprivredu.
Isto tako zeleni zidovi u urbanim gradovima uz lijep izgled daju tračak prirode, odnosno zelenila koja sve više nedostaje u takvim sredinama. Na stambenim zgradama zeleni zidovi mogu pridonijeti energetskoj i ekonomskoj uštedi. Međutim, slaba edukacija i slab poticaj dovodi do male osviještenosti građana u pogledu vertikalnih farmi, odnosno zelenih zidova. U uzgoju cvijeća na malim površinama, prijelaz iz horizontalnog u vertikalno cvjećarstvo bi donijelo znatno veće prinose kao i manju zarazu biljaka bolestima i manje napada štetnih organizama. Vertikalno cvjećarstvo bi trebalo biti sve poznatiji pojam u svijetu. Treba ga poticati jer se radi o zanimljivom i produktivnom načinu uzgoja biljaka. Mnoge od najmodernijih implementacija vertikalne poljoprivrede omogućene su tek pojavom tehnologije 4.0. Te tehnologije smanjuju troškove proizvodnje poljoprivrednih komponenata. Pružaju podatke potrebne za razvoj fino prilagođenih rješenja i omogućuju poljoprivredne stanice povezane s IoT-om (Internet of Things) koje omogućuju pomno praćenje i povratne informacije o uvjetima uzgoja.
