Wie Experten im CEA mehr Lebensmittel mit weniger Ressourcen anbauen

Bluelab's Future of Controlled Agriculture Webinar-Reihe bringt die besten Köpfe der CEA zusammen, um über die Grenzen des Gartenbaus zu diskutieren.

Unsere Gastgeberin, Caroline Nordahl, Chief Sales and Marketing Officer hier bei Bluelab, spricht mit Pflanzenwissenschaftlern, Spitzenforschern der CEA und Ingenieuren, um einen einzigartigen Blick auf die Zukunft der CEA zu werfen.

In dieser Webinar-Folge sprachen wir mit Dr. Matt Mickens, Chief Science Officer von Elevate Farms und Derek Smith, Executive Director des Resource Innovation Institute darüber, wie Indoor-Farmen mit weniger Wasser und Energie mehr Pflanzen anbauen können.

Laden du sich das vollständige Gespräch hier herunter, aber lesen du ansonsten weiter, um die wichtigsten Erkenntnisse zu gewinnen.

Kernaussagen 

Um die Kosten zu senken, muss der Wasser- und Energieverbrauch gemessen und reduziert werden

Die Landwirte sehen sich heute täglich mit dem Klimarisiko konfrontiert und versuchen herauszufinden, wie du Technologien einsetzen können, um produktiver und effizienter anzubauen - und das alles unter Beibehaltung einer hervorragenden Erntequalität.

Wenn es um die Landwirtschaft mit kontrollierter Umgebung (Controlled Environment Agriculture, CEA) geht, bringt die Entscheidung für die vertikale Landwirtschaft die Vorteile der Wassereinsparung, des Verzichts auf Pestizide, der Rückverfolgbarkeit und der Energieeffizienz mit sich.

Die CEA ist natürlich nicht ohne Herausforderungen. Die größte Herausforderung bei CEA ist wohl die Senkung der Energiekosten, weshalb Matt sich zunächst darauf konzentriert, die Effizienz des Energie- und Wasserverbrauchs von Elevate Farm zu verbessern.

"Wir versuchen alle herauszufinden, wie viel Energie in diesen Innenanbauumgebungen verbraucht wird, wie diese Energie genutzt wird, wie effizient du genutzt wird und was die KPIs zur Messung der Effizienz sind"

- Dr. Matt Mickens, Chief Science Officer von Elevate Farms

Wie Elevate Farms im Südwesten der USA 97 % mehr Wasser einspart als traditionelle Landwirte

Die meisten traditionellen Landwirte im Südwesten der USA verbrauchen 250 Liter Wasser pro Kilogramm Produkt pro Jahr. Elevate Farms verbraucht nur 8 Liter (2 Gallonen) pro Kilogramm pro Jahr, mit dem Ziel, diesen Wert auf nur 6 kg (1,5 Gallonen) pro Jahr zu senken. Angesichts der zunehmenden Dürreperioden wächst der Wunsch, den Wasserverbrauch zu reduzieren, um die Ernährungssicherheit zu erhalten.

Das Geheimnis liegt in ihrem geschlossenen Wassersystem. Die NFT-Technik (Nutrient Film Technique), die durch Schwerkraft gespeist wird, bringt nährstoffhaltiges Wasser herüber und bewässert die Pflanzenschichten nach einem vorprogrammierten Zeitplan. Das Wasser wird dann abgelassen und durch das Nährstoffsystem zurückgefiltert. 90-95 Prozent des von der Pflanze aufgenommenen Wassers wird durch Evapotranspiration verdunstet, und dieses Wasser kann durch Entfeuchtung wieder aufgefangen werden. Dieses Wasser wird dann aufbereitet, gefiltert und als Nachspeisewasser für Nährstoffe zurückgeführt.

Mit der Technologie des geschlossenen Wasser- und Luftkreislaufs werden jährlich 36 Millionen Liter Wasser eingespart. Diese Methode ist skalierbar - du verbraucht 3 Prozent des Wassers, das im Vergleich zur traditionellen Landwirtschaft benötigt wird, ohne Kompromisse bei einem nährstoffreichen Endprodukt.

Lichtintensität - eine wichtige Kennzahl für die Energieeinsparung

LED-Beleuchtung in kontrollierten Umgebungen führt dazu, dass Pflanzen sehr schnell wachsen. Matt und Derek empfehlen daher dringend, die Lichtintensität zu messen, um sicherzustellen, dass die Pflanzen nicht zu viel oder zu wenig Licht erhalten, was sich direkt auf den Ertrag und den Energieverbrauch auswirkt.

Das Balkendiagramm oben zeigt reale Daten aus der Energiebilanz von Betrieben, die verschiedene Beleuchtungslösungen einsetzen. Betriebe mit LED-Anzeigen verbessern nicht nur ihre Energieeinsparungen (Kilowattstunden), sondern verzeichnen auch eine 80-prozentige Produktivitätssteigerung pro verbrauchter Stromeinheit.  

Neben der Lichtintensität betonen sowohl Matt als auch Derek, dass der Sauerstoffgehalt und die Krankheitserreger im Wasser weitere wichtige Messgrößen sind, die für ein optimales Wachstum analysiert werden müssen.

"Wir haben KPIs für Energie, Emissionen, Wasser und Abfall. Wir arbeiten tagtäglich mit Herstellern, Regierungen und Versorgungsunternehmen zusammen, um Benchmarks und Grundlinien festzulegen, die den Menschen helfen, die effizientesten Praktiken anzuwenden. Dies geschieht durch die Förderung bewährter Verfahren, die Entwicklung von Normen, die Schulung des Marktes, die Unterstützung der Politik, die Entwicklung und die Unterstützung der Entwicklung von Versorgungsprogrammen" 

- Derek Smith, Geschäftsführender Direktor des Resource Innovation Institute 

Wie Automatisierung und effizienzbasiertes Design die CEA verändern 

Matt bestätigt, dass die Automatisierung in ihren CEA-Praktiken der Schlüssel zum Erfolg von Elevate Farm ist.

Die positiven Aspekte der Automatisierung: 

• Die Algorithmen bestimmen die perfekten Anbaubedingungen für eine breite Palette nährstoffreicher Pflanzen
• Die Daten werden während des Wachstumszyklus kontinuierlich überwacht und analysiert
• Beleuchtung und Klimaanpassung erfolgen automatisch
• Innerhalb von 20-30 Tagen werden die Pflanzen per Roboter in den Erntebereich gebracht
• Genaue Kenntnis des Zeitpunkts, zu dem die Pflanzen die Exponentialität erreichen, durch Versuche mit mehreren Sämlingen und Tests mit Pflanzterminen für optimale Ergebnisse

Die Herausforderungen der Automatisierung:

• Bestimmen, wann und wo Prozesse automatisiert werden sollen
• Energiekosten in den Griff bekommen
• Die richtigen Leute an Bord haben
• Geschultes Personal mit einem guten Gespür für die Kommunikation mit Datenteams
• Konstantes Benchmarking

Wir können lokale Ernährungssicherheit im globalen Maßstab erreichen

Das Leitbild von Elevate Farm lautet Lokale Lebensmittelsicherheit im globalen Maßstab. 

Ihre automatisierte Anlage in Welland, Ontario, leistet Pionierarbeit in der CEA-Technologie und verschiebt die Grenzen dessen, was in der Lebensmittelproduktion möglich ist.

Das oben gezeigte Grow-Tunnel-System bietet die Möglichkeit, die Umgebung zu kontrollieren, die vom Lager getrennt ist. Es wurde von Grund auf neu gebaut und benötigt nur 5000 Quadratmeter, so dass der Rest des Lagers für andere Verarbeitungsaktivitäten zur Verfügung steht.

Wie Grow Tunnels lokale Lebensmittel auf globaler Ebene ermöglichen

• Kann 450.000 Kilogramm (992.080 Pfund) Blattgemüse pro Jahr in jedem Klima anbauen
• Künstliche Intelligenz-gesteuerte Lichtrezepte, die individuelle Größe, Geschmack und Nährstoffwerte bestimmen
• Minimieren du den Platzbedarf
• Bieten du eine kontrollierte Umgebung mit einer hohen Pflanzendichte und einer kleinen Anbaufläche
• Jede Anlage kann bis zu 18 Lagen Blattgemüse anbauen
• Vollständig skalierbar mit minimalem menschlichen Eingriff

Daten spielen eine entscheidende Rolle bei der Energieeinsparung

Um den Erzeugern zu helfen, Entscheidungen beim Anbau zu treffen und zu effizienteren Produktionsmodellen überzugehen, sind Datenberichte, Metriken und Anlagenbenchmarking erforderlich.

Das Anlagenbenchmarking ist für alle gewerblichen Gebäude relevant und relativ. Der Vergleich mit anderen Gebäuden hilft den Eigentümern und Nutzern, Energieeinsparungen zu erzielen, was eine Herausforderung bei der vertikalen Landwirtschaft darstellt.

"Der Weg zu Effizienz, Produktivität und Rentabilität beginnt wirklich mit Benchmarking und Leistungsverfolgung. Wenn du wissen wollen, wie effizient du sind, wenn du Ihre Leistung mit der anderer Betriebe vergleichen wollen, sind wir für du da." 

- Derek Smith

Die Resource Innovative Institution unterstützt Produzenten dabei, herauszufinden, wie wettbewerbsfähig ihre Anlage auf dem CEA-Markt ist. Ein Gebäudebewertungssystem hilft dabei, die Leistung in Bezug auf Effizienz und Produktivität zu überprüfen.

Mit dem kostenlosen Validierungstool des Resource Innovation Institute können du Ihre Leistung im Jahresvergleich überprüfen.  

  "Durch das Benchmarking vieler Anlagen und die Einbeziehung vertraulicher Daten sind wir in der Lage, einen Datensatz zu erstellen, aus dem sich KPIs und Benchmarks für die einzelnen Kulturen, Regionen und Klimazonen ableiten lassen, die uns auf dem Weg zu mehr Effizienz unterstützen."

- Derek Smith

Messen, überprüfen und berichten, damit du: 

• Verstehen, was mit den Pflanzen im Laufe eines Ernte- oder jährlichen Produktionszyklus geschieht
• Einblicke in den Ressourcenverbrauch der Anlage im Verhältnis zur Produktionsmenge gewinnen
• Vorhersagen über die Erträge
• Vorhersage des optimalen Erntezeitpunkts

Standardisierung und gemeinsame Nutzung der Daten, damit wir alle bessere Entscheidungen treffen können

Wie können wir überprüfen, ob CEA die widerstandsfähige Zukunft ist, die wir uns alle wünschen? Derek ist der Meinung, dass es viele Behauptungen über ökologische und soziale Vorteile gibt, aber es ist wichtig, sich auf die Governance zu konzentrieren, die sich stark auf Daten stützt. Deshalb müssen die Daten standardisiert, validiert, vergleichbar und vertrauenswürdig sein.

"Was ich vermitteln möchte, ist, dass sich im Moment jeder für ESG interessiert, und das ist großartig, und es gibt Zugang zu neuem Kapital.Es gibt eine Menge Investoren, die daran interessiert sind, einschließlich einiger der hier abgebildeten, die in unserem Beirat sitzen." 

-Derek Smith

Gute Fragen für standardisierte Daten in CEA sind:

• Wie ist die Leistung meiner Operation im Vergleich zum Vorjahr?
• Wie ist die Leistung im Vergleich zu anderen Betrieben?
• Ist diese Information in diesem Betrieb vorhanden
• Ist diese Information überprüfbar?
• Ist du mit anderen Betrieben vergleichbar?

Bewährte Methoden, die effiziente Nutzung natürlicher Ressourcen und die Verbindung von Technologie und Anbauumgebung prägen die Zukunft des kommerziellen Anbaus, ohne dass dabei Kompromisse bei frischen und nahrhaften Produkten eingegangen werden müssen.

Matt und Derek sind sich einig, dass wir durch Zusammenarbeit, Daten und Transparenz mehr Lebensmittel mit weniger Ressourcen anbauen können.

Laden du das vollständige Webinar als On-Demand-Version herunter, indem du auf das Bild unten klicken.