Μπορούν τα Vertical Farms να είναι κερδοφόρα χρησιμοποιώντας τα LED Grow Lights;  – Urban Ag News

Μπορούν τα Vertical Farms να είναι κερδοφόρα χρησιμοποιώντας τα LED Grow Lights; – Urban Ag News

Ο Bruce Bugbee, καθηγητής φυσιολογίας καλλιεργειών στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Γιούτα, αναφέρεται στην αποκλειστική χρήση των LED σε κλειστά εσωτερικά αγροκτήματα ως ηλεκτρική ελαφριά γεωργία. Είπε ότι ανεξάρτητα από το πόσο αποτελεσματικά γίνονται τα LED, εξακολουθούν να ανταγωνίζονται τα ελεύθερα φωτόνια από τον ήλιο. Φωτογραφία του John Frey

Ενώ η γεωργία ελεγχόμενου περιβάλλοντος συνεχίζει να επεκτείνεται, εξακολουθεί να τίθεται το ερώτημα εάν μπορεί να επιτύχει ταυτόχρονα οικονομική και περιβαλλοντική βιωσιμότητα.

Ακόμη και όταν οι γεωργικές εταιρείες ελεγχόμενου περιβάλλοντος παύουν να λειτουργούν ή υποβάλλουν αίτηση πτώχευσης, οι επενδυτές βλέπουν οικονομικές ευκαιρίες. Νέες φάρμες εσωτερικού χώρου έρχονται στο διαδίκτυο και άλλες επεκτείνουν τις δραστηριότητές τους. Αυτοί οι επενδυτές, ωστόσο, συχνά παραβλέπουν τα ζητήματα οικονομικής και περιβαλλοντικής βιωσιμότητας της καλλιέργειας τροφίμων χωρίς ηλιακό φως και επικεντρώνονται στα πλεονεκτήματα απόδοσης του CEA σε σχέση με την παραδοσιακή υπαίθρια καλλιέργεια.

«Μερικοί άνθρωποι συγχέουν την κερδοφορία με την περιβαλλοντική βιωσιμότητα», δήλωσε ο Bruce Bugbee, καθηγητής φυσιολογίας καλλιεργειών στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Γιούτα και πρόεδρος της Apogee Instruments. «Δεν είναι όλα τα κερδοφόρα πράγματα για το περιβάλλον. Συχνά υποθέτουμε ότι το εσωτερικό ag είναι καλό για όλους.

«Αν ένας καλλιεργητής μπορεί να παραμείνει στην επιχείρηση, πρέπει να είναι καλό για το περιβάλλον. Δεν είναι απαραίτητα έτσι. Μια εταιρεία που παραμένει στη δουλειά είναι οικονομικά βιώσιμη, αλλά αυτό δεν σημαίνει πάντα ότι είναι περιβαλλοντικά βιώσιμη».

Ο Bugbee παρουσίασε την κεντρική ομιλία στην πρόσφατη GLASE 2023 Summitη οποία επικεντρώθηκε στην Ενεργειακή Ανθεκτικότητα του Θερμοκηπίου.

«Η εσωτερική γεωργία θα πρέπει να περιλαμβάνει τόσο θερμοκήπια όσο και εσωτερικές φάρμες», είπε. «Η διαφορά είναι ότι τα θερμοκήπια χρησιμοποιούν το φυσικό ηλιακό φως και τα εσωτερικά αγροκτήματα χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό για να παράγουν φωτόνια για φωτοσύνθεση. Η αποκλειστική χρήση των LED σε κλειστά εσωτερικά αγροκτήματα θα πρέπει να κληθεί ηλεκτρική ελαφριά γεωργία. Τα φυτά δεν μπορούν να πουν αν τα φωτόνια προέρχονται από ηλεκτρικά φώτα ή από τον ήλιο. Τα φωτόνια από τον ήλιο είναι ελεύθερα, ενώ τα φωτόνια από τα φώτα παράγονται από την ηλεκτρική ενέργεια. Ανεξάρτητα από το πόσο αποτελεσματικά γίνονται τα LED, εξακολουθούν να ανταγωνίζονται τα ελεύθερα φυσικά φωτόνια από τον ήλιο».

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας, έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν για την καλλιέργεια τροφίμων. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Bruce Bugbee, ακόμη και τα πιο αποδοτικά ηλιακά πάνελ σε συνδυασμό με τα πιο αποδοτικά LED απαιτούν 2 στρέμματα ηλιακών συλλεκτών για να παρέχουν το ισοδύναμο ηλιακό φως για 1 στρέμμα θερμοκηπίων. Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Bruce Bugbee, Utah St. Univ.

Γεωργία υψηλών εισροών

Η Bugbee χρησιμοποιεί τον όρο γεωργία υψηλών εισροών για να συμπεριλάβει μια μεγάλη ποικιλία συστημάτων παραγωγής.

Διαβάστε περισσότερα  Κρίση κλοπής αυτοκινήτων στον Καναδά: Τι σημαίνει για τη διαδρομή και την ασφάλειά σας

«Η παραγωγή κηπευτικών τροφίμων είναι πολύ μεγαλύτερη από την παραγωγή αγρονομικών τροφίμων», είπε. «Για την καλλιέργεια ντομάτας χρησιμοποιείται περισσότερη ενέργεια από τη σόγια ή το καλαμπόκι. Είναι απλώς η φύση των καλλιεργειών. Η κηπουρική είναι υψηλή εισροή και υψηλή αξία. Η προστατευμένη κηπουρική έχει μεγαλύτερη εισροή από την κηπουρική στον αγρό.

«Η ηλεκτρική ελαφριά γεωργία είναι ακόμη μεγαλύτερη εισροή. Μερικοί άνθρωποι υποθέτουν ότι η γεωργία υψηλών εισροών θα σώσει τον πλανήτη επειδή έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιεί λιγότερο νερό και λίπασμα. Αλλά η ηλεκτρική ελαφριά γεωργία χρησιμοποιεί επί του παρόντος ορυκτά καύσιμα».

Ο Bugbee είπε ότι υπάρχει η δυνατότητα χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας.

«Χρειάζονται πολλά φωτόνια για να αναπτυχθούν καλλιέργειες τροφίμων», είπε. «Αλλά ακόμη και τα πιο αποδοτικά ηλιακά πάνελ σε συνδυασμό με τα πιο αποδοτικά LED, χρειάζονται 2 στρέμματα ηλιακών συλλεκτών για να παρέχουν το ισοδύναμο ηλιακό φως για 1 στρέμμα θερμοκηπίων. Η άμεση χρήση του ηλιακού φωτός για τη φωτοσύνθεση είναι αποτελεσματική, αλλά θα μπορούσε να θεωρηθεί μια λύση χαμηλότερης τεχνολογίας».

Ένας από τους παράγοντες που ωθούν το ενδιαφέρον για την ηλεκτρική ελαφριά γεωργία είναι η κλιματική αλλαγή.

Η Agrivoltaics χρησιμοποιεί γη τόσο για τη γεωργία όσο και για την παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας. Τα θερμοκήπια έχουν τη δυνατότητα να είναι εξοπλισμένα με ηλιακούς συλλέκτες που μπορούν να περιστραφούν σε σκιά το καλοκαίρι και να ανοίξουν το χειμώνα ανάλογα με τις απαιτήσεις φωτός της καλλιέργειας. Φωτογραφία του Werner Slocum, Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

«Οι επενδυτές στη γεωργία εσωτερικών χώρων αναφέρονται συχνά στους κινδύνους της καλλιέργειας σε εξωτερικούς χώρους», είπε ο Bugbee. «Η εμπειρία μου είναι ότι η καλλιέργεια καλλιεργειών χωρίς ηλιακό φως είναι οικονομικά επικίνδυνη. Η ανάπτυξη σε εσωτερικούς χώρους εξαρτάται από τη σταθερή παροχή ενέργειας. Πολλές από τις χρεοκοπίες που σημειώθηκαν με τις ηλεκτρικές ελαφριές γεωργικές επιχειρήσεις στην Ευρώπη προκλήθηκαν από πολιτικά γεγονότα όπως ο πόλεμος στην Ουκρανία, που επηρέασε το κόστος της ενέργειας.

Διαβάστε περισσότερα  Το πιο απλό hack για κράτηση φθηνών πτήσεων στην Ιαπωνία

«Τα θερμοκήπια είναι κάπου στη μέση. Προστατεύονται και χρησιμοποιούν το ελεύθερο ηλιακό φως. Το επίπεδο του ηλιακού φωτός είναι πολύ μικρότερο το χειμώνα από ό,τι το καλοκαίρι, αλλά εξακολουθεί να είναι ένας προβλέψιμος πόρος. Η παροχή φθηνής ενέργειας είναι λιγότερο προβλέψιμη».

Δυνατότητα αγροβολταϊκών

Ο Bugbee είπε ότι μια πηγή βιώσιμης ενέργειας που έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση της γεωργίας ελεγχόμενου περιβάλλοντος είναι τα αγροβολταϊκά. Αγροβολταϊκάτο οποίο αναφέρεται επίσης ως agrisolar, χρησιμοποιεί γη τόσο για τη γεωργία όσο και για την παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας.

«Η Agrivoltaics προσφέρει την άμεση χρήση του ηλιακού φωτός όσο το δυνατόν περισσότερο», είπε ο Bugbee. «Τα θερμοκήπια θα μπορούσαν να εξοπλιστούν με ηλιακά πάνελ που μπορούν να περιστραφούν σε σκιά το καλοκαίρι και να ανοίξουν το χειμώνα, ανάλογα με το πόσο φως χρειάζονται οι καλλιέργειες».

Όταν υπάρχει υπερβολική θερμότητα από τον ήλιο, τα ηλιακά πάνελ μπορούν να περιστραφούν για να παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, όταν υπάρχει λιγότερο ηλιακό φως, τα πάνελ μπορούν να προσανατολιστούν κατακόρυφα και να επιτρέπουν τη μέγιστη ποσότητα ηλιακού φωτός να παρέχεται απευθείας στις καλλιέργειες.

«Αυτό βοηθά στον έλεγχο της θερμοκρασίας και τη συνδυασμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με την παραγωγή τροφίμων», είπε. «Αυτό διευκολύνει την άμεση χρήση του ηλιακού φωτός.

«Οι καλλιέργειες του αγρού καλλιεργούνται κάτω από ηλιακούς συλλέκτες με κατάλληλους χώρους και αυτό παρέχει μερική σκιά το καλοκαίρι. Για ορισμένες καλλιέργειες, το φως θα μπορούσε να μειωθεί στο μισό στη μέση της ημέρας χωρίς να μειωθεί σημαντικά η απόδοση. Υπάρχει τόσο πολύ ηλιακό φως στη μέση της ημέρας που τα φυτά μπορούν να είναι κορεσμένα με φως. Η Agrivoltaics παρέχει τόσο παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας όσο και παραγωγή τροφίμων σε αυτά τα συστήματα. Αυτή η προσέγγιση της γεωργίας με υψηλές εισροές έχει ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον».

Ο Bruce Bugbee είπε ότι η παραγωγή κηπευτικών τροφίμων είναι πολύ υψηλότερη από την παραγωγή αγρονομικών τροφίμων με την παραγωγή ηλεκτρικών ελαφρών τροφίμων να έχει την υψηλότερη εισροή. Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Bruce Bugbee, Utah St. Univ.

Βελτίωση της απόδοσης των LED

Ο Bugbee είπε ότι οι βελτιώσεις στα LED τα τελευταία 10 χρόνια έχουν αυξήσει την ενεργειακή τους απόδοση σε σχεδόν 90 τοις εκατό.

Διαβάστε περισσότερα  Επισκευή βλάβης μετάδοσης CVT σε Toyota C-HR

«Με περαιτέρω Ε&Α η απόδοση των LED μπορεί να αυξηθεί στο 95 τοις εκατό», είπε. «Αλλά ο ρυθμός βελτίωσης της αποτελεσματικότητας θα είναι πολύ μικρότερος από αυτό που έχει συμβεί τα τελευταία 10 χρόνια. Η τέλεια συσκευή θα ήταν εντελώς ελαφριά και χωρίς θερμότητα. Τα LED προσεγγίζουν αυτό, αλλά υπάρχει ακόμα ενέργεια στα φωτόνια και δεν υπάρχει τρόπος να παραχθεί ένα φωτόνιο χωρίς ενέργεια».

Η Bugbee προβλέπει ότι δύο πράγματα θα συνεχίσουν να συμβαίνουν με τα φώτα ανάπτυξης LED: μείωση του κόστους και βελτίωση της αξιοπιστίας.

«Η αξιοπιστία έχει συμβεί σε μεγάλο βαθμό», είπε. «Πριν από δέκα χρόνια, οι κατασκευαστές ισχυρίστηκαν ότι τα φώτα ανάπτυξης LED θα διαρκούσαν 50.000 ώρες, αλλά δεν άντεχαν τόσο όσο οι λαμπτήρες νατρίου υψηλής πίεσης που χρησιμοποιούσαμε. Δεν ήταν τα LED, ήταν κάποιο άλλο εξάρτημα του συστήματος φωτός, όπως το τροφοδοτικό που θα αποτύγχανε. Αυτά τα ζητήματα έχουν λυθεί σε μεγάλο βαθμό».

Η Bugbee είπε ότι τα φωτιστικά LED είναι πλέον πολύ πιο αξιόπιστα και θα συνεχίσουν να βελτιώνονται.

«Τα φωτόνια από τα φώτα ανάπτυξης LED εξακολουθούν να είναι πιο ακριβά από τα φωτόνια από εξαρτήματα νατρίου υψηλής πίεσης διπλής απόληξης όσον αφορά το αρχικό κόστος κεφαλαίου», είπε. «Αλλά βλέπω ότι το κόστος των φωτιστικών LED συνεχίζει να μειώνεται λόγω οικονομιών κλίμακας.

«Η βελτιστοποίηση του φάσματος φωτός για μεμονωμένες καλλιέργειες θα βελτιώσει επίσης την απόδοση φωτός, αλλά οι περισσότερες από τις μεγαλύτερες πρόοδοι έχουν ήδη σημειωθεί, τουλάχιστον στην εργαστηριακή μας έρευνα. Δεν βλέπω περαιτέρω διπλασιασμό της απόδοσης της φασματικής βελτιστοποίησης, αλλά αυξήσεις 20-30 τοις εκατό εξακολουθούν να βρίσκονται στον ορίζοντα και κάθε αύξηση παρέχει συναρπαστικές νέες ευκαιρίες».

Για περισσότερα: Bruce Bugbee, Utah State University, Department of Plants, Soils, and Climate, [email protected]; https://caas.usu.edu/labs/cpl/. Apogee Instruments Inc., https://www.apogeeinstruments.com/.

Σημείωση του συντάκτη: Ο Bruce Bugbee θα κάνει μια παρουσίαση με θέμα «Αρχές διαχείρισης θρεπτικών ουσιών και νερού για τη γεωργία εσωτερικού χώρου» στο VertiFarm2024το 3ο Διεθνές Εργαστήριο για την Κάθετη Γεωργία, στη Μπολόνια, Ιταλία, 16-19 Ιανουαρίου 2024.

Αυτό το άρθρο είναι ιδιοκτησία της Urban Ag News και γράφτηκε από τον David Kuack, έναν ανεξάρτητο τεχνικό συγγραφέα στο Fort Worth του Τέξας.