Вертикальные фермы и городские теплицы: новые решения для бизнеса на овощах и зелени

Городские вертикальные фермы (сити-фермы), это большой потенциал в выращивании овощей. При помощи сити-ферм можно вырастить овощи практически в любой точке России. 

Рассмотрим самые передовые и перспективные решения, применяемые в нашей стране уже сегодня и являющиеся ноу-хау отечественных инженеров, программистов и агрономов. Нужно учитывать, что, скорее всего, такая сцепка – это будущее овощеводства.

Какая польза от сити-ферм

Помимо увеличения доли и численности городского населения, перемены в классическом земледелии также вызваны изменением климата, истощением природных ресурсов и углеродным следом от производства и транспортировки продуктов питания (один томат в среднем проезжает 1 500 км, чтобы попасть на прилавок магазина).

Стоит задуматься также и о том, что большая часть всех потребляемых в развитых странах овощей и зелени ими импортируется. В России этот показатель от 30 до 80% в зависимости от вида овощей. (*В последние годы самообеспеченность овощами возросла: по огурцу почти до 90%, До 65 по томату. Чего нельзя сказать о семенах. Многие производители продолжают "по привычке" выращивать овощи из семян голландского производства, не смотря на то, что семена российской селекции, в частности «Гавриш», по качеству превосходят зарубежные аналоги, а по стоимости выгоднее. *прим. ред.)

При доставке до 40% урожаев превращаются в отходы, а то, что доезжает до нас с вами, теряет около 45% питательных веществ

Вертикальные фермы позволяют значительно снизить потери овощеводства, снизить нагрузку на окружающую среду за счёт сокращения логистики, потребления воды и удобрений, обеспечить максимально натуральную салатную и овощную продукцию в любом уголке России.

Новые и выгодные направления в производстве овощей

Мировая продовольственная система в том виде, как она организована сейчас, очень неустойчива. В 2020 году из-за пандемии коронавируса проблемы в сельском хозяйстве обострились. Закрытие границ, санкции, эмбарго привели к срыву поставок продовольствия. 

После потерь, ощутимых как в экономическом, так и производственном плане, агропромышленный сектор задумался о полном импортозамещении продукции

Как это сделать и чем могут помочь новые технологии хорошо видно на примере компании iFarm, которая создает автоматизированные вертикальные фермы для локального выращивания овощей, ягод и зелени.

Автоматизация выращивания овощей: от биовегетария к вертикальной ферме

Компания iFarm начала работу осенью 2017 года. Тогда в планах коллектива было создание так называемых биовегетариев — светопроницаемых теплиц. 

Однако контролировать температуру внутри подобной конструкции оказалось сложно: солнечный свет либо моментально нагревал помещение, либо же все тепло уходило за счет инфракрасного излучения и тонких стенок конструкций. Управлять почвой в биовегетарии также было непросто: каждая часть грядки имела свой состав, температуру и влажность. 

Необходимо было найти решение с полной автоматизацией этих параметров, чтобы получать стабильно вкусный и гарантированный урожай овощей, ягод и зелени на протяжении всего года.

Кроме того, направление биовегетариев не предполагало быстрого масштабирования и не подходило для реализации более глобальной цели — создать автоматизированную технологию локального выращивания, которая могла бы обеспечить продовольственную безопасность в условиях, когда население мира быстро растет и урбанизируется.

В 2018 году команда iFarm представила собственную разработку промышленной технологии выращивания салатов и пряных трав на вертикальных фермах, которые можно располагать в закрытых помещениях в городах и начала эксперименты с различными культурами.

Вертикальные фермы — выбор для городского овощеводства

Сегодня в открытых источниках появляется большое количество информации о вертикальных фермах. Хотя до сих пор вокруг сити-фермерства возникают многочисленные споры, само по себе вертикальное земледелие как подход не ново, просто оно стало активно развиваться несколько лет назад, когда был совершен прорыв в светодиодах (они стали и эффективнее, и дешевле).

Однако каждый раз скептики пытаются переубедить инноваторов, заверяя их в том, что сити-фермерство — это дорогое и неперспективное производство

Но так ли это на самом деле? Давайте разбираться.

Вертикальные фермы задают новые стандарты в производстве еды

Вертикальные сити-фермы для выращивания овощей популярны благодаря многим факторам: такие фермы быстро строятся, находятся рядом с потребителем, позволяют сэкономить природные ресурсы (вода, почва), экологичны, позволяют круглый год получать качественные урожаи практически в любом уголке России, независимо от климата.

Один из главных плюсов вертикального фермерства — автоматизация и возможность управлять большинством процессов, включая микроклимат

Внутри ферм избегают перепадов температуры, перепадов влажности, нехватки или избытка солнечного света, как это бывает в живой природе. В оптимальных условиях растения получают сбалансированное питание и максимально раскрывают свой потенциал. Это позволяет получать больше урожаев и сокращает сроки созревания как минимум на 10-15 дней даже по сравнению с обычными теплицами, а уж тем более с выращиванием овощей открытом грунте, где контролировать рост и развитие растения сложнее.

К примеру, на вертикальной ферме срок созревания листового салата до состояния готовой товарной продукции составляет в среднем 25-30 дней

Сотрудники iFarm комплексно подходят к решению главной задачи — обеспечить доступ населения к качественным продуктам питания. Можно ли на этом открыть полноценный агробизнес в городе и не прогореть? 

Команда iFarm создала автоматизированную технологию под ключ, на базе которой любой сити-фермер может построить свою ферму и выращивать салаты, пряные травы, съедобные цветы, а в ближайшее время даже садовую землянику, редис, черри-томаты и сладкие перцы.

Вертикальные фермы: сочетание новых технологий агропроизводства

Сегодня технология iFarm представляет собой систему, которая включает в себя три основных блока: программное обеспечение (software), агротехнологии, оборудование (hardware).

Благодаря комплексной работе, запустить вертикальную ферму под силу любому человеку, даже если у него нет специализированных знаний в вопросах автоматизации производства, управления и агрономии.

Ключевой элемент — SaaS-платформа iFarm Growtune. Она отвечает за автоматизацию процессов, обеспечивает связь между владельцем или управляющим фермы с производством, помогает растениеводам выполнять базовые задачи по уходу за посадками.

— Наше облачное решение напрямую взаимодействует со всеми датчиками и контроллерами, управляет параметрами температуры, влажности, CO2, составом раствора и графиком полива, расписанием включения и отключения света, а также выдает четкие инструкции по действиям с посадками для персонала ферм, 

— рассказывает директор по продукту iFarm Growtune Олег Костенко.

Благодаря такому уровню автоматизации сити-фермеру не требуется самому подбирать и настраивать параметры, а также мониторить процессы, чтобы получить качественный урожай в прогнозируемые сроки — система все сделает самостоятельно. Для этого необходимо выбрать культуру из каталога, который сейчас содержит более 120 «рецептов» выращивания, запланировать посадку, подтвердить заказ и наблюдать за производством.

Надежность — главное требование, которое предъявляют сотрудники компании к системе автоматизации

Сбой системы на несколько часов может привести к гибели урожая, который рос несколько недель

 Искусственный интеллект отслеживает состояние растений на вертикальных фермах и обучается на основе данных loT-устройств, автоматических отчетов производства, компьютерного зрения и данных по продажам, а также сообщает обо всех нарушениях при помощи системы уведомлений. Чтобы избежать влияния человеческого фактора, в Growtune предусмотрен функционал чек-листов — автоматически генерируемых задач с четким перечнем действий для каждого этапа роста, каждой культуры.

Программы выращивания для автоматизированных теплиц

Агрономы и специалисты по питанию растений провели огромное количество экспериментов в восьми собственных лабораториях, проверяя семена, оптимальный микроклимат, освещение и питание для каждой культуры. 

Управление этими параметрами позволяет добиваться максимальной урожайности с 1 м2 посадок и получать яркие вкусовые характеристики салатов, пряных трав, овощей и ягод, сохраняя их полезные свойства

Подобные исследования помогают повысить качественные и экономические показатели продукции. Полученные данные оцифровываются и превращаются в «рецепты» выращивания, каждый из которых содержит библиотеку всех необходимых микроклиматических параметров, а также агротехнических и технических процедур по уходу за конкретной культурой. Эта информация загружается в базу данных iFarmGrowtune и становится доступной сити-фермеру.

— Возможности, которые мы заложили в систему по удаленному управлению всеми процессами, начиная от планирования посадок до организации сбыта, позволяют минимум на 20% сократить расходы на оплату труда и максимально облегчить работу на ферме, снижать стоимость каждого килограмма овощей, ягод и зелени, 

— рассказывает коммерческий директор компании Майя Городова. 

— Все высокооплачиваемые специалисты работают внутри iFarm, а результаты их труда доступны клиентам в виде каталога культур и универсальных онлайн-инструментов для управления производством.

Какие культуры поступают на проработку в лабораторию определяется спросом на рынке и трендами в HoReCA

 Выбор сортов не обуславливается одним лишь желанием. Во-первых, нужно учитывать экономическую выгоду, то есть, сколько владельцы вертикальных ферм смогут заработать на данной культуре. Во-вторых, большую роль играет сам вкус растения, но его определяют запросы. Так, например, рестораторы заказывают руколу с ярко выраженными вкусовыми характеристиками, а для магазинов выращивается рукола с более классическим, привычным вкусом. В каталоге Growtune есть оба «рецепта».

На стадии экспериментов находятся гибриды компании «Гавриш»: F1 Бонбон, укроп «Изумруд», базилик «Лучано», редис F1 Рембо и рукола «Эврика».

Сейчас эксперименты проводятся по следующим направлениям: зеленные культуры (новые виды и сорта салатов, пряных трав, микрозелени), ягоды (земляника садовая), съедобные цветы, овощи (томаты черри, сладкий перец, огурцы, редис).

Применение новых агротехнологий на реальном производстве

На вертикальных фермах по технологиям iFarm для выращивания овощей, ягод и зеленных культур используется метод проточной гидропоники: корни растений получают питание из специального сбалансированного раствора, который содержит все необходимые макро- и микроэлементы. 

Этот метод экологичен, надежен в эксплуатации, экономически выгоден и позволяет размещать фермы на любом этаже здания, благодаря легкости конструкций. Кроме того, он подходит для выращивания большого числа растений.

В светопрозрачных теплицах более старого поколения овощи выращиваются в основном на почвогрунте, в современных теплицах — это малообъемная гидропоника с использованием органического (кокосового и торфяного) субстрата, либо минеральной ваты. 

Данные технологии сопряжены с тем, что в определенный момент (в конце вегетации растений или нескольких циклов вегетации) возникает вопрос утилизации отработанного почвогрунта и субстратов, которые используются в малообъемной гидропонике.

— На вертикальных фермах мы почти ушли от субстрата. Его используется немного — для закрепления корней рассады. Таким образом, мы исключили загрязнение внешней среды и непредсказуемость условий, в которых формируется корневая система растений. 

Большой плюс в том, что мы в любой момент можем проводить осмотр корней и фиксировать изменения их состояния, а значит — работаем на опережение, если наблюдаем малейшие отклонения в развитии. Это почти невозможно при выращивании культур в почве или большом объеме субстрата, 

— говорит Наталья Смирнова, кандидат биологических наук, специалист по питанию растений, старший научный сотрудник лаборатории агрохимии Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Метод проточной гидропоники позволяет работать с разными видами субстрата (чаще всего — торф и минеральная вата).

Однако агрономы в ходе лабораторных исследований выявили, что у некоторых культур корневая система лучше развивается в поролоне. В качестве одного из субстратов его использовали при выращивании микрозелени. 

Во время проверки урожайности нескольких культур (редис, горчица, кресс-салат и др.) он показал наилучшие результаты: поролон обладает хорошей воздухоемкостью, что положительно влияет на урожайность. Также у него низкая себестоимость.

Оборудование для вертикальных ферм

В работе iFarm использует ряд собственных инновационных решений для городских вертикальных ферм, часть из которых запатентована. Это мировая тенденция на рынке умных теплиц, когда компании сами разрабатывают для себя нужные технологии. Однако инновации приходят и из других секторов, например, искусственный интеллект, дроны или солнечные батареи.

Инженеры iFarm проделали большую работу над созданием собственных систем LED-освещения. 

Прорыв последних лет на рынке светодиодных фонарей позволил сделать искусственный свет идентичным солнечному! 

Лампы мало весят и не нагреваются в сравнении с предыдущими вариантами, сегодня их изготавливают в рамках контрактного производства для всех вертикальных ферм по технологиям iFarm и даже сторонних заказчиков (не так давно большая партия уехала в Австралию).

Компания iFarm получила патенты на разные компоненты вертикальной фермы по своим технологиям. В их числе поддоны, профессиональный растворный узел (замешивает большое число растворов питания), система кондиционирования и осушения, которая позволяет повторно использовать испаряемую растениями воду.

Микрозелень — популярность растет

Мировой тренд на здоровое питание ставит микрозелень на лидирующие позиции в общем списке полезных продуктов. 

Поэтому многие компании делают ставку именно на нее. Тем более, что микрозелень — самостоятельное направление, основные покупатели которого — рестораны. 

Мы писали об этом в нашем материале на сайте нашего официального интернет-магазина профессиональных семян «Гавриш», где микрозелень выделена отдельной линией, как быстрорастущий тренд.

— Микрозелень очень важна для здоровья. Молодые росточки содержат рекордное количество необходимых человеку полезных веществ — до 40 раз больше, чем во взрослых растениях тех же культур. Тренд на употребление микрозелени растет, в результате чего это направление становится популярно и у производителей,

 — рассказывает Майя Городова.

Для выращивания микрозелени используются специальные семена от проверенных производителей. А одно из главных условий качественного урожая — хорошая циркуляция воздуха в помещении. 

Побеги микрозелени срезают после появления одного-двух листиков: горох вырастает за 12-15 дней, амарант — за 6 дней, редиска — за 5-8 дней, подсолнечник — за 12 дней. 

За это время растения максимально наполняются витаминами, но еще не успевают «затвердеть». На промышленных вертикальных фермах микрозелень выращивают на стеллажах, аналогичных тем, на которых растут «взрослые» салаты и пряные травы. В настоящее время готовится финансовая модель с экономикой фермы для такого ассортимента.

Также в разработке находится решение для ресторанов. Далеко не всегда есть возможность установить вертикальный стеллаж прямо в зале. Нужно адаптировать его под условия кухни, где обычно жарко и влажно. Именно этим сейчас занимается отдел опытного производства iFarm.

Сити-фермерство: экономически обоснованная альтернатива теплицам

Культивирование в закрытых помещениях дает огромное преимущество перед традиционным земледелием. Например, если фермер или агроном потеряли урожай, то зачастую им приходится ждать следующего сезона или оборота. 

На вертикальной ферме можно выращивать культуры круглый год, а благодаря замкнутому циклу на производстве — не использовать средства для защиты растений от вредных насекомых.

Главная задача вертикальных ферм — накормить растущее население мегаполисов.

Овощная продукция должна быть свежей, полезной, вкусной

 У продукции с городских ферм есть большое преимущество по сравнению с «собратьями», выращенными в тепличных комбинатах. Это, конечно, в первую очередь — производство, не требующее серьезных затрат на логистику. Овощи, фрукты, ягоды и зелень, которые везут издалека, падают в качестве.

— В тепличных комбинатах томаты срываются зелеными и поспевают по дороге. Не все гибриды хорошо переносят длительную транспортировку, могут испортиться по пути. А это напрямую сказывается на их вкусе, цвете, внешнем виде. То же самое с клубникой, зеленью и другой продукцией, которая относится к сегменту fresh и ultrafresh, 

— делится Майя Городова.

Окупаемость вертикальных ферм

Вертикальные фермы — инструмент, который помогает решать все эти проблемы. Такие экологически чистые производства удовлетворяют еще один запрос — растущий мировой тренд на эко-продукцию и осознанное, здоровое питание.

Один из главных вопросов со стороны потенциальных клиентов — это сроки окупаемости. По словам Городовой, окупаемость коррелирует с площадью помещения: чем больше ферма, тем быстрее она окупается. Специалисты компании предоставляют обоснование финансовых моделей на примере салатных линий.

-----

Авторы: Елена Шкарубо, Екатерина Ананьева

фото: Ника Селезнева, Елена Альшимари