Вертикальное земледелие
Вертикальное земледелие практика производить еду и медицину в вертикально штабелированных слоях, вертикально склонных поверхностях и/или интегрированных в других структурах (как в небоскреб, используемый пакгауз, или контейнер перевозкы груза). Современные идеи вертикального земледелия используют методы внутреннего земледелия и технологии сельского хозяйства с контролируемой средой (CEA), где можно контролировать многие факторы окружающей среды. На этих объектах применяется искусственный контроль освещенности, контроль окружающей среды (влажности, температуры, газов)...) и фертигации . Некоторые вертикальные фермы используют методы, подобные теплицам, где естественный солнечный свет можно увеличить с искусственным освещением и рефлекторами металла .
Гидропонные системы могут быть освещены светодиодами, имитирующими солнечный свет. Программное обеспечение может гарантировать, что все растения получают одинаковое количество света, воды и питательных веществ. Правильное управление означает, что гербициды или пестициды не требуются.
Типы[править]
Термин "вертикальное земледелие" был придуман Гилбертом Эллисом Бейли в 1915 году в его книге "вертикальное земледелие". Его употребление термина отличается от нынешнего значения-он писал о земледелии с особым интересом к происхождению почвы, ее питательности и взгляду на жизнь растений как на "вертикальные" формы жизни, конкретно относящиеся к их подземным корневым структурам. современное использование термина "вертикальное сельское хозяйство" обычно относится к выращиванию растений в слоях, будь то в многоэтажном небоскребе, используемом складе или транспортном контейнере.
Небоскребы смешанного использования[править]
Многофункциональные небоскребы были предложены и построены архитектором Кеном Янгом . Йанг предлагает, чтобы вместо герметично закрытого массового сельского хозяйства растительная жизнь выращивалась на открытом воздухе, в смешанных небоскребах для контроля климата и потребления. Эта версия вертикального сельского хозяйства основана на личном или общественном использовании, а не на оптовом производстве и распределении, которое стремится накормить весь город.[6]]
Небоскребы деспомье[править]
Эколог Диксон Деспомье утверждает, что вертикальное сельское хозяйство законно по экологическим причинам. Он утверждает, что выращивание растений в небоскребах потребует меньше воплощенной энергии и произведите меньше загрязнения чем некоторые методы производить жизнь завода на естественных ландшафтах. Переходя к вертикальным фермам, Деспомье считает, что сельскохозяйственные угодья вернутся к своему естественному состоянию (т. е. лесам), что поможет обратить вспять последствия изменения климата. Кроме того, он утверждает, что природные ландшафты слишком токсичны для естественного сельскохозяйственного производства. Вертикальное сельское хозяйство устранит некоторые паразитические риски, связанные с сельским хозяйством.
Концепция Despommier вертикальной фермы появилась в 1999 году в Колумбийском университете . Он способствует массовому выращиванию растений для коммерческих целей в небоскребах.
Штабелируемые транспортные контейнеры[править]
Несколько компаний начинали штабелировать рециркулированные контейнеры для перевозок в Урбанских установках. Brighterside Consulting создала полную систему вне сетки контейнеров. Грузовые фермы производят "зелень", которая представляет собой полную систему от фермы до стола, оснащенную вертикальной гидропоникой, светодиодным освещением и интуитивно понятным климат-контролем, построенным в транспортном контейнере размером 12 м × 2,4 м. Podponics построил вертикальную ферму в Атланте, состоящую из более чем 100 сложенных "growpods".аналогичная ферма строится в Омане. TerraFarms предлагают собственническое система 40-футовых транспортных контейнеров, которые включают компьютерное видение, интегрированное с искусственной нейронной сетью, чтобы контролировать заводы; и дистанционно проверены из Калифорнии. Утверждается, что система TerraFarm "достигла паритета стоимости с традиционным, наружным сельским хозяйством" с каждой единицей, производящей эквивалент "трех-пяти акров сельхозугодий", используя на 97% меньше воды через сбор воды и сбор испаренной воды через кондиционирование воздуха. по состоянию на декабрь 2017 система TerraFarm была в коммерческой эксплуатации. Растения могут использовать свет, который меняется по интенсивности в течение дня. Управление светом управляет циклом роста растения. Например, инфракрасные светодиоды могут имитировать 5 минут заката, стимулируя некоторые растения, чтобы начать цветение.
В заброшенных шахтных стволах[править]
Вертикальное земледелие в заброшенных шахтных стволах называется "глубоким земледелием" и предлагается использовать в своих интересах устойчивые подземные температуры и местоположения вблизи или в городских районах.
Технология[править]
Освещение может быть естественным или через светодиоды. По состоянию на 2018 коммерческие светодиоды были эффективны около 28%, что сохраняет стоимость продукции высокой и не позволяет вертикальным фермам конкурировать в регионах, где в изобилии распространены дешевые овощи. Однако светотехники Philips продемонстрировали светодиоды с эффективностью 68%.[4] энергетические затраты могут быть уменьшены, потому что белый свет полного спектра не требуется. Вместо этого красный, синий или фиолетовый свет может генерироваться с меньшим количеством электричества.
История[править]
Один из самых ранних рисунков высокого здания, которое выращивает пищу, был опубликован в журнале Life в 2009 году. воспроизведенные рисунки показывают вертикально сложенные усадьбы, установленные среди сельского пейзажа. Это предложение можно увидеть в бреду Рема Колхаса в Нью-Йорке . Колхас писал, что эта теорема является "небоскребом как утопическим устройством для производства неограниченного количества девственных объектов в столичном регионе".
Гидропоникум[править]
Ранние архитектурные предложения, которые вносят вклад в VF, включают Immeubles-виллы Ле Корбюзье (1922) и высотку домов (1972). высотка места домов-близкое возрождение теоремы журнала жизни 1909 года. построенные примеры гидропоники башни зарегистрированы в стеклянном доме Джоном Хиксом. Изображения вертикальных ферм в Школе садоводов в Лангенлойсе, Австрия, и стеклянной башни на Венской международной выставке садоводства (1964) показывают, что вертикальные фермы существовали. Технологические прецеденты, которые делают возможным вертикальное земледелие, можно проследить до истории садоводства через развитие тепличных и гидропонных технологий. Ранние гидропоники интегрировали гидропонные технологии в Строительные системы. Эти садоводческие Строительные системы развились из тепличных технологий. Британское межпланетное общество разработало гидропоникум для лунных условий, в то время как другие прототипы зданий были разработаны в первые дни освоения космоса. Первые башенные гидропонные установки были разработаны в Армении.
Армянские гидропоники башни являются первыми построенными примерами вертикальной фермы и задокументированы в гидропонике Шолто Дугласа : Бенгальская система, впервые опубликованная в 1951 году с данными из тогдашнего Восточного Пакистана , сегодняшнего Бангладеш и индийского штата Западная Бенгалия .
Более поздние предшественники, которые были опубликованы или построены,-это биоклиматический небоскреб Кена Йанга (Menara Mesiniaga, построенный 1992); MVRDV PigCity, 2000; MVRDV Meta City/ Datatown (1998-2000); садовые башни Pich-Aguilera (2001).
Кен Йен является, пожалуй, самым известным архитектором, который продвигал идею Биоклиматического небоскреба "смешанного использования", который сочетает в себе жилые помещения и производство продуктов питания.
Вертикальная ферма[править]
Диксон Деспомье-профессор наук об охране окружающей среды и микробиологии . Он вновь открыл тему VF в 1999 году с аспирантами в классе медицинской экологии. Он предположил, что 30-этажная ферма в одном городском квартале может обеспечить продовольствием 50 000 человек, включая овощи, фрукты, яйца и мясо, объяснив, что гидропонные культуры можно выращивать на верхних этажах; в то время как нижние этажи будут пригодны для кур и рыб, которые едят растительные отходы.
Хотя многие из предложений Despommier были оспорены с точки зрения экологической науки и техники, Despommier успешно популяризировал свое утверждение о том, что производство продуктов питания может быть преобразовано. Критики утверждали, что дополнительная энергия, необходимая для искусственного освещения, отопления и других операций, перевесит выгоду от непосредственной близости здания к областям потребления.[26][27]
Деспомье первоначально бросил вызов своему классу, чтобы накормить все население Манхэттена (около 2 000 000 человек), используя только 5 гектаров (13 акров) садов на крыше . Класс подсчитал, что методы садоводства на крыше могут прокормить только два процента населения. Неудовлетворенный результатами, Деспомье сделал неожиданное предложение выращивать растения в помещении, вертикально. К 2001 году был введен первый план вертикальной фермы. В интервью Despommier рассказал, как будут функционировать Вертикальные фермы:
- Каждый этаж будет иметь свои собственные системы полива и мониторинга питательных веществ. Там будут датчики для каждого растения, которые отслеживают, сколько и какие питательные вещества растение поглотило. У вас даже будут системы для мониторинга болезней растений с использованием технологий ДНК-чипов, которые обнаруживают присутствие патогенов растений, просто отбирая образцы воздуха и используя фрагменты из различных вирусных и бактериальных инфекций. Это очень легко сделать.
- Кроме того, газовый хроматограф покажет нам, когда выбрать растение, анализируя, какие флавеноиды продукт содержит. Эти флавоноиды, что дает пищу ароматы вы так любите, особенно для более ароматных продуктов, как помидоры и перец. Это все готовые технологии. В настоящее время существует возможность создания вертикальной фермы. Мы не должны делать ничего нового.
Архитектурные проекты были независимо произведены проектировщиками Крисом Джейкобсом, Эндрю Кранисом и Гордоном Граффом.
Внимание средств массовой информации началось со статьи, написанной в нью-йоркском журнале, за которой следовали другие, а также радио и телевидение.
В 2011 завод в Чикаго строил анаэробный варочный котел в здание. Это позволит ферме работать вне энергосистемы. Кроме того, анаэробный реактор будет перерабатывать отходы близлежащих предприятий, которые в противном случае отправились бы на свалки.
В 2013 году Ассоциация вертикального земледелия была основана в Мюнхене , Германия.
С 2014 вертикальные свежие фермы работали в Буффало , Нью-Йорк, специализируясь на салатной зелени , травах и ростках.В марте в Скрантоне, штат Пенсильвания, была открыта крупнейшая в мире вертикальная ферма, построенная компанией Green Spirit Farms (GSF). Фирма размещается в одноэтажном здании площадью 3,25 гектара со стеллажами в шесть этажей, в которых размещаются 17 миллионов растений. Ферма должна была выращивать 14 салатных культур в год, а также шпинат, капусту, помидоры, перец, базилик и клубнику. Вода очищается из атмосферы фермы с помощью осушителя .
Исследование 2015 года использовало недорогие металлические отражатели для подачи солнечного света на заводы, что снизило затраты на электроэнергию.
Киото на основе Nuvege (произносится как "new veggie") управляет фермой без окон. Свое освещение Сид настроено для обслуживания 2 типов хлорофилла, одного предпочитая красный свет и другую Синь. Nuvege производит 6 миллионов головок салата в год.
Американское Агентство перспективных исследований обороны управляет 18-этажным проектом, который производит генетически модифицированные растения, которые делают белки полезными в вакцинах .
Проблемы[править]
Экономика[править]
Противники ставят под сомнение потенциальную рентабельность вертикального земледелия.Его экономические и экологические преимущества частично основываются на концепции минимизации продовольственных миль,расстояния, которое пища проходит от фермы до потребителя .[оригинальное исследование?] Однако недавний анализ показывает, что транспорт вносит лишь незначительный вклад в экономические и экологические издержки поставок продовольствия городскому населению. Анализ пришел к выводу, что " продовольственные мили-это, в лучшем случае, маркетинговая причуда."Таким образом, объект должен был бы снизить затраты или взимать более высокие цены, чтобы оправдать пребывание в городе.
Точно так же, если энергетические потребности удовлетворяются ископаемым топливом, воздействие на окружающую среду может быть чистой потерей; даже строительство низкоуглеродистого потенциала для питания ферм может не иметь такого смысла, как просто оставить традиционные фермы на месте, сжигая меньше угля.
Первоначальные затраты на строительство вертикальной фермы площадью 60 гектаров превысят 100 миллионов долларов.Стоимость размещения офиса может быть высокой в крупных городах, с офисными помещениями в таких городах , как Токио , Москва , Мумбаи , Дубай , Милан , Цюрих и Сан-Паулу в пределах от $1850 до $880 за квадратный метр.
Разработчики системы TerraFarm, произведенной из вторых рук, 40-футовые транспортные контейнеры утверждали, что их система "достигла паритета стоимости с традиционным, наружным сельским хозяйством".
Использование энергии[править]
Во время вегетации солнце светит на вертикальную поверхность под таким углом, что урожай получает гораздо меньше света, чем при посадке на ровной земле. Поэтому потребуется дополнительный свет. Брюс Багби утверждал, что требования власти вертикального сельского хозяйства будут неконкурентоспособны с традиционными фермами, использующими только естественный свет. экологический писатель Джордж Монбиот подсчитал, что стоимость предоставления достаточного дополнительного света для выращивания зерна для одного хлеба составит около $15. Статья в The Economist утверждала, что" даже если зерновые культуры, растущие в стеклянном небоскребе, получат естественный солнечный свет в течение дня, этого будет недостаточно", а"стоимость питания искусственных огней сделает внутреннее сельское хозяйство непомерно дорогим".[44]
По мере того как "вертикальная ферма" предлагает контролируемую окружающую среду, топление и охлаждая цены походят те из любой другой башни. Водопроводные и лифтовые системы необходимы для распределения питательных веществ и воды. В северных континентальных Соединенных Штатах стоимость отопления ископаемым топливом может составлять более 200 000 долларов за гектар.
Загрязнение[править]
В зависимости от используемого метода производства электроэнергии, парниковое производство может создать больше парниковых газов, чем полевое производство, в основном из-за более высокого использования энергии на килограмм. Вертикальные фермы требуют гораздо больше энергии на килограмм по сравнению с обычными теплицами, в основном за счет увеличения освещения. Количество произведенного загрязнения зависит от того, как произведена энергия.
Парники обыкновенно дополняют уровни CO 2 до 3-4 времен атмосферический тариф. Это увеличение CO 2 увеличивает тарифы фотосинтеза 50%, способствуя к более высоким выходам.Некоторые теплицы сжигают ископаемое топливо исключительно для этой цели, поскольку другие источники CO2, такие как те из печей, содержат загрязнители, такие как диоксид серы и этилен, которые значительно повреждают заводы. это означает, что вертикальная ферма требует источника CO2, скорее всего от сгорания . Также, необходимая вентиляция может позволить CO 2 протекать в атмосферу.
Тепличные производители обычно используют фотопериодизм в растениях, чтобы контролировать, находятся ли растения в вегетативной или репродуктивной стадии. Как часть этого контроля, света остаются дальше прошлый закат и перед восходом солнца или периодически в течение ночи. Одиночные теплицы истории привлекли критику по световому загрязнению .
Гидропонные теплицы регулярно меняют воду, производя воду, содержащую удобрения и пестициды, которые должны быть утилизированы. Наиболее распространенный метод распределения сточных вод по соседним сельскохозяйственным угодьям или водно-болотным угодьям был бы более трудным для городской вертикальной фермы.
Преимущества[править]
Многие из потенциальных преимуществ VF получены от масштабирования гидропонных или аэропонных методов выращивания.
По оценкам исследования 2018 года, стоимость четырех экосистемных услуг, предоставляемых существующей растительностью в городских районах, составляет порядка 33 млрд. долл.США в год. Количественная структура исследования прогнозирует ежегодное производство продуктов питания в 100-180 миллионов тонн, энергосбережение от 14 до 15 миллиардов киловатт-часов, секвестр азота от 100 000 до 170 000 тонн и сокращение ливневых стоков от 45 до 57 миллиардов кубометров в год. Производство продуктов питания, фиксация азота, энергосбережение, опыление, регулирование климата, почвообразование и биологическая борьба с вредителями могут стоить до 80-160 миллиардов долларов в год.
Подготовка к будущему[править]
По оценкам, к 2050 году население мира увеличится на 3 миллиарда человек и почти 80% будет жить в городских районах.Вертикальные фермы имеют потенциал для сокращения или устранения необходимости создания дополнительных сельскохозяйственных угодий.
Увеличение производства сельскохозяйственных культур[править]
В отличие от традиционного сельского хозяйства в нетропических районах, внутреннее сельское хозяйство может производить урожай круглый год. Всесезонное земледелие умножает продуктивность обрабатываемой поверхности в 4-6 раз в зависимости от урожая. С урожаями как клубника, фактор может быть как высок как 30.
Кроме того, поскольку сельскохозяйственные культуры будут потребляться там, где они выращиваются, междугородний транспорт с сопутствующими временными задержками должен уменьшить порчу, заражение и энергетические потребности. Во всем мире около 30% собранных культур тратится впустую из-за порчи и заражения, хотя в развитых странах это число намного ниже.
Despommier говорит о том, что когда-то карликовые разновидности культур (например, карликовая пшеница , которая меньше по размеру, но богаче питательными веществами), круглогодичный культур и "укладчик" завод держатели учитываются, в 30-этажного здания с основой из строительных блоков (2 га (5 акров)) даст годовой урожай по аналогии с 1000 га (2,400 га) традиционных культур.
Нарушение погоды[править]
Зерновые культуры, выращенные в традиционном наружном сельском хозяйстве, зависят от благоприятной погоды и страдают от нежелательных температур дождь, Муссон, Град, Торнадо, наводнение, лесные пожары и засуха. "Три недавних наводнения (в 1993, 2007 и 2008 годах) стоили Соединенным Штатам миллиарды долларов потерянных культур с еще более разрушительными потерями в верхнем слое почвы. Изменения в характере дождей и температуре могут привести к сокращению сельскохозяйственного производства Индии на 30 процентов к концу века."
Производительность VF в основном не зависит от погоды, хотя землетрясения и торнадо по-прежнему представляют угрозу.
Сохранение[править]
До 20 единиц открытых сельхозугодий на единицу VF может вернуться к своему естественному состоянию, из-за повышения производительности VF.
Вертикальное земледелие, таким образом, уменьшило бы количество сельскохозяйственных угодий, тем самым экономя многие природные ресурсы. можно было бы избежать обезлесения и опустынивания, вызванных сельскохозяйственным посягательством на природные биомы. Производство продуктов питания в помещении уменьшает или устраняет обычную вспашку, посадку и сбор урожая сельскохозяйственной техникой, защищая почву и уменьшая выбросы.
Дефицит ресурсов[править]
Дефицит таких компонентов удобрений, как фосфор , представляет угрозу для промышленного сельского хозяйства. Конструкция замкнутого цикла вертикальных систем фермы уменьшает потерю питательных веществ, пока традиционное земледелие поля теряет питательные вещества к стоку и leeching.
Массовое вымирание[править]
Для решения проблемы массового антропогенного вымирания может потребоваться прекращение деятельности человека на больших площадях земной поверхности .
Традиционное сельское хозяйство разрушает дикие популяции и может быть неэтичным, учитывая жизнеспособную альтернативу. Одно исследование показало, что популяция древесных мышей после сбора урожая снизилась с 25 до 5 га, оценивая 10 животных, убитых на гектар каждый год при традиционном земледелии. в сравнении, вертикальное сельское хозяйство нанесло бы номинальный вред дикой природе.
Здоровье человека[править]
Традиционное сельское хозяйство является опасным занятием, которое часто влияет на здоровье фермеров. Такие риски включают: воздействие инфекционных агентов , таких как малярия и шистосомы, а также почвенные микробы, воздействие токсичных пестицидов и фунгицидов, столкновения с дикой природой, такими как ядовитые змеи, и травмы, которые могут возникнуть при использовании крупного промышленного сельскохозяйственного оборудования. VF снижает некоторые из этих рисков.Современная промышленная продовольственная система делает нездоровую пищу дешевой, в то время как свежие продукты дороже, поощряя плохие привычки в еде . Эти привычки приводят к проблемам со здоровьем, таким как ожирение, болезни сердца и диабет .
Бедность и культура[править]
Отсутствие продовольственной безопасности является одним из основных факторов, ведущих к абсолютной нищете . Строительство ферм позволит обеспечить непрерывный рост культурно значимых продовольственных товаров без ущерба для устойчивости или основных потребностей, что может иметь важное значение для восстановления общества от нищеты.
Городской рост[править]
Вертикальное сельское хозяйство, используемое в сочетании с другими технологиями и социально-экономическими практиками, может позволить городам расширяться, оставаясь при этом в значительной степени самодостаточными в продовольствии. Это позволит крупным городским центрам расти без продовольственных ограничений.
Энергетическая устойчивость[править]
Вертикальные фермы могут использовать метановые реакторы для выработки энергии. Метановые реакторы могут быть построены на месте для преобразования органических отходов, образующихся на ферме, в биогаз, который обычно состоит из 65% метана вместе с другими газами. Этот биогаз мог тогда быть сожжен, чтобы произвести электричество для оранжереи.[66]]
Технологии и устройства[править]
Вертикальное сельское хозяйство опирается на использование различных физических методов, чтобы стать эффективным. Объединение этих технологий и устройств в единое целое необходимо для того, чтобы вертикальное земледелие стало реальностью. Предлагаются и исследуются различные методы. Наиболее распространенные предлагаемые технологии:
- Теплицы
- Folkewall и другие вертикальные растущие архитектуры [67]
- Аэропоника
- Сельскохозяйственный робот
- Аквапоника
- Компостирование
- Сельское хозяйство с контролируемой окружающей средой
- Цветочный горшок
- Растут огни
- Гидропоника
- Фиторемедиация
- Точное земледелие
- Небоскребы
- Террафарм
Планы[править]
Застройщики и местные органы власти в нескольких городах выразили заинтересованность в создании вертикальных ферм: Инчхон (Южная Корея), Абу-Даби (Объединенные Арабские Эмираты), Донгтан (Китай), Нью-Йорк, Портленд, Орегон, Лос-Анджелес, Лас-Вегас,[69] Сиэтл, Суррей, до н. э., Торонто, Париж, Бангалор, Дубай, Шанхай и Пекин.
В 2009 году в Экологическом парке Paignton Zoo в Великобритании была установлена первая в мире пилотная производственная система. Проект продемонстрировал вертикальное сельское хозяйство и обеспечил физическую базу для проведения исследований в области устойчивого городского производства продовольствия. Продукция используется, чтобы накормить животных зоопарка, в то время как проект позволяет оценку систем и обеспечивает образовательный ресурс, чтобы защитить для изменения в неустойчивых методах землепользования, которые влияют на глобальное биоразнообразие и экосистемные услуги]
В 2010 году Зеленый Сионистский Альянс предложил на 36-м Всемирном Сионистском конгрессе резолюцию, призывающую Керена Кайемета Л'Исраэля ( Еврейский Национальный фонд в Израиле) развивать Вертикальные фермы в Израиле .
В 2012 году в Сингапуре была открыта первая в мире коммерческая вертикальная ферма, разработанная Sky Greens Farms, высотой в три этажа. в настоящее время у них более 100 девятиметровых башен.
В 2013 году Ассоциация вертикального земледелия (AVF) была основана в Мюнхене (Германия). К маю 2015 года АВФ расширился за счет региональных отделений по всей Европе, Азии, США, Канаде и Соединенному Королевству.Эта организация объединяет производителей и изобретателей, чтобы улучшить продовольственную безопасность и устойчивое развитие. AVF фокусируется на продвижении вертикальных сельскохозяйственных технологий, проектов и бизнеса путем проведения международных информационных дней, семинаров и саммитов.