ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ФЕРМЫ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

АННОТАЦИЯ

Анализ преимуществ и недостатков внедрения технологии вертикальных ферм, а также примеры проектов, основанных на современных технологиях выращивания сельскохозяйственных культур.

Ключевые слова: вертикальная ферма, сельское хозяйство.

Вступление

На сегодняшний день все более широкое распространение получают идеи и проекты, направленные на защиту экологии нашей планеты. Оптимизация использования ресурсов, применение возобновляемых источников энергии, создание эргономичных технологически-продвинутых систем - все это плоды усилий, направленных на решение существующих экологических проблем.

Помимо этого, в мире до сих пор актуальна проблема обеспечения продовольствием постоянно увеличивающейся популяции людей. Даже многократный рост урожайности основных агрокультур или внедрение генетически модифицированных видов растений не решают две важные проблемы сельского хозяйства - деградацию почв и зависимость урожаев от природных катаклизмов. В результате деятельности человека ущерб получили около 25% плодородных земель на планете, негативные последствия чего так или иначе ощущает на себе до 15% человечества.

Фермы-небоскребы или иначе “вертикальные фермы” - это одно из инновационных решений, которое в перспективе могло бы способствовать снижению остроты вышеуказанных проблем сельского хозяйства без ущерба экологии. Это становится возможным благодаря более широкому распространению сверхинтенсивного роботизированного растениеводства, при котором исчезнет зависимость урожая от погодных условий, а также отсутствует необходимость в огромных сельскохозяйственных площадях. В теории такое решение могло бы стать актуальным для крупных мегаполисов и северных городов, которые благодаря строительству вертикальных ферм смогут хотя бы частично самостоятельно обеспечивать себя продовольствием, а также получить положительный экономический эффект за счет снижения логистических издержек.

Для более широкого представления о применении вертикальных ферм, ниже проведен анализ основных всех преимуществ и недостатков данного вида агропромышленного хозяйства через метод SWOT-анализа. Этот метод строится на сборе информации по четырем пунктам:

• Strength (преимущества);
• Weaknesses (слабые стороны);
• Opportunities (возможности);
• Threats (угрозы).

SWOT-анализ технологии вертикального фермерства.

1. S – Strength (преимущества)

- Высокая производительность. Круглосуточный сбор урожая, вне зависимости от погодных условий. Автоматизация процессов существенно ускорить сбор урожая в сравнении применением обычных методов, применяемых в полевом сельском хозяйстве.

-Экономия земельных ресурсов. Вертикальное фермерство позволяет на малых площадях выращивать большое количество агрокультур, существенно снижая использование ресурса плодородных почв планеты. [1]

-Близость к потребителю. Вертикальные фермы возможно расположить в центре города, или непосредственно прямо в жилом доме. В настоящее время разрабатываются проекты, совмещающие вертикальное фермерство с жильем.

-Санитарные показатели. Технология сильно снижает или полностью исключает риск попадания возможных инфекций благодаря замкнутой экосистеме.

-Вторичные источники энергии. Образование метана в процессе компостирования остатков растительного и животного происхождения позволяет использовать его в качестве вторичного источника энергии.

-Экономия углеводородного топлива. При перенесении сельского хозяйства из полей в башни отпадает необходимость задействовать при производстве тяжелую сельскохозяйственную технику, что в конечном итоге приводит к снижению использования углеводородного топлива.

Хорошим примером указанного выше преимущества вертикального фермерства, заключающегося в экономии топливных ресурсов, может стать проект пирамидальной фермы «Pyramid Farm», разработанный профессором архитектуры Эриком Эллингсеном.

Рисунок 1. Концепция пирамидальной фермы Д. Деспомье и Э. Эллингсена

Этот проект не только обеспечивает экономию топлива, но в основу его концепции заложено и много других технологий, обеспечивающих его энергоэффективность. 30-этажная «Пирамидальная ферма» будет использовать 10% воды, используемой в традиционных методах ведения сельского хозяйства. И только 5% земли, необходимой для традиционных фермерских полей. В проекте создана сельскохозяйственная экосистема с замкнутым циклом, в которой почти каждый элемент процесса, включая воду и питательные вещества, рециркулируется и используется. Постройка будет получать энергию, как от классических фотоэлектрических панелей, так и от ветрогенераторов и тепла земных недр.

- Защита от неблагоприятных погодных условий. Такие погодные явления, как ураган, град, засуха и заморозки практически не оказывают влияния на продукты вертикального сельского хозяйства. В условиях постоянно меняющейся глобальной температуры, многие фермеры склонны считать подобный метод возделывания наиболее подходящим.

- Экономия водных ресурсов. Сравнительный анализ вертикального и традиционного сельских хозяйств показывает: первый метод значительно снижает потребление воды. Почти 70% мировой питьевой воды используется в традиционном земледелии, в то время как вертикальное сельское хозяйство нуждается лишь в 30-40% водных ресурсов.

- Контроль качества продукции. Риск порчи продукции чрезвычайно мал или равен нулю. Продукция однородна. Особенность вертикального фермерства состоит в том, что полученный урожай потребляется непосредственно после сбора. Существенно снижается необходимость задействования обширных логистических ресурсов и несения соответствующих расходов, так как производимая сельскохозяйственная продукция может потребляться непосредственно в черте города.

-Снижение стоимости продуктов в северных регионах, благодаря экономии на транспортировке. Розничная стоимость овощей в северных городах может снизиться на 40–50% (в реальном выражении), приближаясь к уровню цен на сельскохозяйственную продукцию на юге России. [2]

Уже в середине прошлого века советские инженеры оценили возможные преимущества вертикальных ферм и начали разработки различных сельскохозяйственных объектов нового типа. К сожалению, эти работы свернулись к концу 20 века. Одним из проектов, разработанных в тот период, стала Башенная теплица в совхозе-техникуме Малпилсе, расположенном в 58 км от Риги, в Латвии. Это вертикальная ферма называлась конвейерной теплицей. Основной частью этой теплицы является конвейер с подвешенными к нему полками, движущийся вверх и вниз в застекленной вертикальной башне высотой до 40 м. На полки устанавливают поддоны с горшочками, в которых выращиваются растения. Благодаря непрерывному движению конвейера каждое растение равномерно освещается и получает оптимальные условия для своего роста. Конвейерная теплица в Малписе была высотой 22 м и 5,5 м в диаметре, полезная площадь 250 м2, на конвейере устанавливаются 400 полок по 50 горшочков на каждой, цикл вращения конвейера примерно равнялся одному часу.

Рисунок 2. Конвейерная теплица в Латвии

2. W – Weakness (недостатки)

- Высокие издержки. Вертикальное фермерство – это энергоемкое производство. Оно требует больших затрат при строительство несущих конструкций, и на энергию в процессе эксплуатации.

- Ограниченность сортов овощей и фруктов. Невозможность культивирования различных сортов овощей и фруктов служит еще одной помехой на пути к развитию вертикального фермерства. Причина состоит в том, что подобный контролируемый микроклимат позволяет выращивать лишь ограниченный перечень сортов овощей и фруктов.

- Низкая информированность населения и предпринимателей о преимуществах внегрунтового выращивания. Следствием низкой информированности общества о новейших технологиях, применяемых в вертикальных фермах, служит недостаток квалифицированных кадров для проектирования, строительства и обслуживания таких объектов, а также сложность с привлечением капитала для реализации подобных проектов.

3. O – Opportunities (возможности)

- Технология вертикального фермерства дает возможность странам с засушливым климатом и малой территорией (таким как Сингапур, Бахрейн, Катар) перестать зависеть от импорта сторонних производителей сельскохозяйственных культур и повысить уровень продовольственной безопасности.

- В последние десятилетия получили развитие несколько технологий внегрунтового растениеводства:

• гидропоника (выращивание растений в питательных водных растворах, при этом их корни закреплены в неорганическом водонепроницаемом субстрате);
• аквапоника (разновидность гидропоники, при которой питательные вещества извлекаются из отходов жизнедеятельности рыб);
• аэропоника (выращивание растений со свободно свисающими в воздухе корнями, которые опрыскиваются питательным раствором).

-Туристические центры. Футуристическая архитектура, сложные конструкции и множество современных инженерных систем – все это формирует необычный облик таких ферм, который будет привлекать туристов и развивать сектор агротуризма в стране строительства.

- Совмещение различных функций. Современные архитекторы за последнее десятилетие предложили уже множество проектов и концепций по совмещению вертикальной фермы с иными общественными и жилыми функциями – агропромышленные комплексы могут включать жилье, театры, магазины, и другие коммерчески-выгодные пространства. Это повысит окупаемость и привлечет дополнительные инвестиции к подобным проектам.

В международных конкурсах за последние десятилетие появилось немало проектов известных архитекторов, предлагающих объемно-пространственные решения для вертикального фермерства. Один из таких проектов - здание «Dragonfly» («Стрекоза») архитектора Винсента Каллебо. Концепция предполагает создание прототипа городской фермы, предлагающей функции жилья, офисов и лабораторий в области экологической инженерии, фермерских помещений, которые вертикально расположены на нескольких этажах и частично обрабатываются собственными жителями.

Рисунок 3. Проект здания «Dragonfly» («Стрекоза») архитектора Винсента Каллебо

Каждый год на мировом конкурсе eVolo представляется множество удивительных концепций. Идея вертикальных ферм приобрела популярность именно на этом конкурсе, и каждый год она трансформировалась во все более причудливые идеи. Таким образом в 2017 году был представлен проект небоскреба Машамбас (Mashambas). Авторы проекта – Павел Липинский и Матеуш Франковский из Польши.

Рисунок 4. Проект небоскреба «Машамбас» П. Липинского и М. Франковского

Модульное и масштабируемое здание задумано как образовательный центр и рынок для новых сельскохозяйственных общин в Африке южнее Сахары. Проект направлен на ликвидацию голода в этом регионе за счет расширения возможностей сельского хозяйства.

- Оценки рынка. К 2025 г. вертикальные фермы станут обычным для города явлением в развитых странах.

Исследователи оценивают перспективный потенциал развития сити-фермерства: производство продуктов питания 100-180 миллионов тонн в год, экономия энергии 14-15 миллиардов кВт*ч в год (обеспечивается городским сельским хозяйством на крышах зданий), связывание азота 100 000-170 000 тонн в год, поглощение ливневого стока 45-57 млрд. кубометров в год. Россия считается одной из тех стран, которые могут получить максимальную выгоду от развития технологии вертикальных ферм, в частности сэкономить 1 млрд. кВт*ч электроэнергии при интенсивном задействовании крыш зданий под озеленение или теплицы.

4. T – Threats (угрозы)

- Неразвитость нормативно-правовой базы и недостаток субсидирования проектов. Это может вызывать целый ряд проблем, связанный со строительством и эксплуатацией, который может оттолкнуть инвесторов и способствовать «плохой» рекламе этой технологии.

- Высокая стоимость роботизации и уменьшение рабочих мест. Такие комплексы не смогут эффективно функционировать без роботизации, но одновременно это значительно уменьшит число рабочих мест на момент эксплуатации таких комплексов.

Заключение

Одними из базовых потребностей человечества является питание, и наличие комфортного жилья. Поэтому, развитие сельского хозяйства и жилого сектора будет всегда актуально во всех странах мира. Вертикальные фермы – это лишь первый шаг на пути к новому этапу развития мирового сельского хозяйства. После освоения этой технологии, человечество будет двигаться дальше, и на данном этапе можно лишь предполагать и угадывать в каком именно направлении, но абсолютно очевидно, что вертикальные фермы скоро начнут появляться во всех уголках планеты, изменяя привычное представление о выращивании продуктов питания.

Список литературы:

1. [Электронный ресурс] «Вертикальные фермы в России (Vertical farms in Russia)» [URL: https://www.promgidroponica.ru/vertikalnyefermy]
2. HSE [Электронный ресурс] «Сельское хозяйство перемещается в небоскребы.» [URL: https://issek.hse.ru/trendletter/news/153326171.html]
3. RMNT.RU [Электронный ресурс] «Гидропоника: основные методы и способы выращивания огородных культур дома» [URL: https://www.rmnt.ru/story/garden/gidroponika-osnovnye-metody-isposoby-vyraschivanija-ogorodnyx-kultur-d.588931/]