مزارع عمودی جدید؛ فرصتی برای کاهش هزینه در کشت کنترل‌شده

نمای بیرونی ساختمان یک باغ مصنوعی تازه‌ساخت، شبیه به انبار غله‌ای با پوشش فلزی است؛ اما وقتی به درون آن قدم می‌‌گذارید، پس از عبور از هوابند (که به‌‌منظور جلوگیری ورود حشرات طراحی شده) با یک منظره‌‌ی جالب‌‌توجه مواجه می‌‌شوید؛ یک راهروی مرکزی که توسط دو برج احاطه شده و درون هر یک از برج‌‌ها، بیش از ۱۰ سینی برای پرورش توت فرنگی، کلم پیچ، کاهو و گشنیز قرار گرفته است. هر یک از این سینی‌‌ها نیز زیر نور لامپ‌‌هایی با رنگ‌‌های متفاوت هستند که بیشترشان شامل طیف رنگ‌‌های آب و ارغوانی می‌‌شوند.

مسئول نگه‌داری این باغ مصنوعی، داگلاس الدر نام دارد. او دستوراتی را درون اپلیکیشن گوشی هوشمند خود وارد می‌‌کند. بلافاصله پس از آن، صدای قیژقیژ دستگاهی به گوش می‌‌رسد و ناگهان یک سینی پر از ریحان تازه با حرکت روی ریل از جایگاه خود بیرون می‌‌آید تا وی بتواند وضعیت محصول را از نزدیک بررسی کند. الدر، مدیر محصول شرکت راهکارهای رشد هوشمند (IGS) است؛ شرکتی در اینورگوری اسکاتلند که در زمینه‌‌ی «کشاورزی عمودی» فعالیت دارد.

هر یک از برج‌‌های ۹ متری درون ساختمان شرکت، فضایی حدود ۴۰ مترمربع روی زمین اشغال می‌‌کنند؛ اما با چیدن سینی‌‌های درون این برج‌‌ها، فضایی به‌‌اندازه‌‌ی ۳۵۰ مترمربع برای کشت فراهم خواهد شد. الدر با کمک گوشی هوشمند، رنگ و شدت تابش ساطع‌‌شده از هزار LED نصب‌شده روی سینی‌‌ها را تغییر می‌‌دهد. این اپلیکیشن می‌‌تواند دما، رطوبت، تهویه‌‌ و مشخصات دیگر سیستم هیدروپونیک (آب‌کشت) را نیز کنترل کند. هیدروپونیک، نوعی سیستم کشت گیاه بدون نیاز به خاک است که می‌‌تواند محصولات را در بستری غیرخاکی و تنها باکمک آب و مواد مغذی پرورش دهد. الدر در حالی که با گوشی خود روی سیستم کار می‌‌کند، می‌‌گوید اکنون می‌‌تواند تمام مزرعه را تنها با حرکات انگشتانش کنترل کند.

البته کشت عمودی با این شکل و شمایل، ایده‌‌ی چندان تازه‌‌ای نیست. این اصطلاح اولین‌بار در سال ۱۹۱۵ ابداع شد ولی حدود یک قرن طول کشید تا اولین نمونه‌‌ی تجاری از این مزارع عمودی ساخته شود. حال این کسب‌‌وکار در حال رونق‌‌گرفتن است. شرکت ژاپنی سافت بانک به‌‌همراه اریک اشمیت (رئیس سابق گوگل) و جف بزوس (بنیان‌‌گذار و مدیرعامل آمازون) اقدام به یک سرمایه‌‌گذاری ۲۰۰ میلیون دلاری در یک شرکت کشاورزی عمودی با نام Plenty در سانفرانسیسکو کرده‌‌اند. در ماه ژوئن گذشته نیز یک شرکت بریتانیایی فعال در عرضه‌‌ی آنلاین خواروبار با نام Ocado یک سرمایه‌‌گذاری ۲۱.۳ میلیون دلاری را در کسب‌‌وکار کشت عمودی انجام داد تا بدین‌‌ترتیب بتواند محصولات غذایی تازه را در سیستم توزیع خودکار مخازنی عمودی کشت کند.

هم‌زمان با پیشرفت فناوری در عرصه‌‌ی کشت مؤثر محصولات در مزارع عمودی و تبدیل این ساختگاه‌‌ها به کارخانجات گیاهی، تمایل سرمایه‌‌گذاران برای ورود به این بازار فزونی یافته است. استفاده از LEDهای پیشرفته در دستگاه IGS تضمین می‌‌کند که حداکثر بهره‌‌برداری از انرژی فوتون‌‌های نور انجام خواهد شد. استفاده از سیستم هیدروپونیک به‌‌همراه بازیافت آب بدان معنی خواهد بود که تمامی آب مصرفی سیستم، تنها به مصرف خود گیاه می‌‌رسد. با کمک برج‌‌ها می‌‌توان سیستم را به‌‌صورت ماژولار پیاده‌‌سازی کرد و در نتیجه به‌‌آسانی سیستم را افزایش مقیاس داد. IGS امیدوار است که اکثر سیستم‌‌هایی که قرار است در سال آینده تحویل مشتریان خود دهد، مجهز به حداقل ۱۰ برج باشند.

با این حال، هنوز بسیاری از افراد درمورد میزان برتری مزارع عمودی نسبت‌‌به انواع رایج گلخانه‌‌های سنتی تردیدهایی دارند. مزارع عمودی به‌‌قطع یقین جمع‌‌وجورتر هستند؛ مزیتی مهم که برای مکان‌‌هایی نظیر شهرها اهمیت بسیاری خواهد داشت. البته تولید محصولات تازه داخل مناطق شهری به‌‌عنوان یکی از بزرگ‌‌ترین برتری‌‌های مزارع عمودی به‌‌شمار می‌‌آید؛ اما باید توجه داشت که یک گلخانه‌‌ی سنتی به‌‌لطف بهره‌‌گیری از انرژی خورشیدی می‌تواند نور و بخشی از حرارت موردنیاز گیاهان خود را به‌‌صورت رایگان به‌‌دست آورد. 

ویراجی پوری، از بنیان‌‌گذاران شرکت گاتهام گرینز است که سابقه‌‌ی فعالیت در راه‌‌اندازی گلخانه‌‌های مدرن روی پشت‌‌بام شهرهایی نظیر نیویورک و شیکاگو را در کارنامه‌ دارد. او می‌‌گوید گلخانه‌‌های مدرن می‌‌توانند از انرژی پنل‌‌های خورشیدی و انواع نورپردازی LED کمکی برای افزایش دوره‌ی رشد و نیز از سیستم هیدروپونیک برای صرفه‌‌جویی در مصرف آب بهره ببرند. یکی از این گلخانه‌‌ها روی پشت‌‌بام شرکت گاتهام گرینز پیاده‌‌سازی شده؛ در حالی که در طبقات زیرین آن، یک بازار کلی‌‌فروشی محصولات غذایی واقع شده است. این شیوه‌‌ی اجرا، به‌‌خاطر برخورداری از کمترین فاصله‌‌ی میان محل تولید و عرضه، بسیار بهینه خواهد بود.

اما احتمالا بزرگ‌‌ترین عیب مزارع عمودی، هزینه‌‌‌‌ی بالای برق مصرفی برای روشن نگاه‌‌داشتن تعداد زیادی LED خواهد بود. لذا چنین سیستمی، بیشتر برای کشت گیاهان پرارزش و با سرعت فسادپذیری بالا، توجیه اقتصادی خواهد داشت؛ نظیر گیاهان سالادی و گونه‌‌های دارویی. از این رو می‌‌توان گفت، کشت عمودی برای پرورش بخش بزرگی از سبد محصولات غذایی جهان بسیار پرهزینه تمام خواهد شد. در سال ۲۰۰۴، یک پروفسور بازنشسته‌‌ی مهندسی محیط‌‌زیست از دانشگاه کورنل آمریکا با نام لوئیس آلبرایت طی محاسباتی نشان داد که هزینه‌‌ی تولید تنها یک قرص نان باکمک آرد حاصل از گندم کشت‌‌شده در یک مزرعه‌‌ی عمودی حدود ۲۳ دلار تمام خواهد شد.

استفاده از رنگ آبی

یکی از راهکارهای موجود برای کاهش هزینه‌‌ی برق، استفاده از LEDهایی است که به‌‌جای تولید طیف کامل نور سفید، تنها طیف نور رنگی موردنیاز گیاهان را تولید می‌‌کنند. علت رنگ سبز گیاهان این است که در برگ‌‌های آن‌‌ها رنگ‌‌دانه‌‌ای با نام کلروفیل وجود دارد؛ این رنگ‌‌دانه تنها رنگ سبز را از میان طیف نور بازتاب می‌‌کند؛ در حالی که تمامی رنگ‌‌های منتج به آبی و قرمز را (در دو طرف طیف نور مرئی) جذب می‌‌کند.

مزرعه‌‌ی عمودی واقع در روستای اینورگوری، حتی یک گام دیگر نیز به جلو برداشته است. دیوید فارکوهر، مدیر اجرایی شرکت IGS می‌‌گوید این مزرعه از LEDهایی بهره می‌‌برد که قابلیت‌ تنظیم بسیار بالایی دارند. گرچه این لامپ‌‌ها، بیشتر مواقع طول موج آبی و قرمز تولید می‌‌کنند اما تجربه‌‌ی پژوهشگران حاکی از آن است که رنگ‌‌های دیگر نیز نقش مهمی در مراحل مختلف رشد گیاه دارند. یک دوز از نور سبز در زمانی مناسب می‌‌تواند بازدهی تولید محصول را افزایش دهد. میزانی زمان‌‌بندی‌‌شده از تابش فروسرخ می‌‌تواند کیفیت شاخ‌‌وبرگ محصول را بهبود دهد. از این رو، لامپ‌‌ها به‌‌گونه‌‌ای طراحی شده‌‌اند که بتوانند ترکیبات مختلفی از نور قرمز و آبی را تولید کنند.

برای آنکه بتوان از این LEDها به‌‌شکل بهینه‌‌ای بهره‌‌برداری کرد، شرکت اقدام به توسعه‌‌ی یک سیستم ولتاژ پایین توزیع توان کرده است. فارکوهر می‌‌گوید این سازوکار می‌‌تواند هزینه‌‌ی برق مصرفی را در مزارع عمودی فعلی به نصف برساند. در نتیجه، چهار برج نصب‌‌شده می‌‌توانند سالانه ۱۵ تا ۲۵ تن گیاه دارویی، سبزی سالادی، میوه و سایر سبزیجات را تولید کنند. شرکت سازنده ادعا می‌‌کند که مقادیر یادشده بین دو تا سه برابر، ظرفیت تولید یک گلخانه‌‌ی معمولی با سطح کشت برابر و در عین حال مجهز به سیستم روشنایی و گرمایش کمکی است. جالب اینکه، سیستم فعلی می‌‌تواند با هزینه‌‌ی تمام‌‌شده‌‌ی برابر (در ازای هر کیلوگرم تولید) محصولات را به‌‌عمل آورد.

یکی از مأموریت‌‌های واحد فعلی آن است که بتواند یک رژیم روشنایی مخصوص برای پرورش گیاهانی خاص ابداع کند. هدف بعدی آن است که الگوریتم‌‌هایی برای کنترل شرایط اقلیمی موردنیاز گونه‌‌های گیاهی مختلف تولید کنند.

ایده‌‌ی اصلی این است که نسخه‌‌های آب‌‌وهوایی مختص به گونه‌‌های زراعی خاص طراحی شود تا میزان تولید و کیفیت محصولات مزارع عمودی بهبود پیدا کند. تمامی فرایندهای درون مزارع برای داشتن بیشترین بازدهی مهندسی می‌‌شوند. برای مثال، آبیاری مجموعه با کمک آب باران جمع‌‌آوری‌‌شده انجام می‌‌گیرد. این آب پس از پاکسازی و بازیافت، دوباره استفاده می‌‌شود و تنها ۵ درصد آن طی هر مرحله‌‌ی برداشت مصرف می‌‌شود. سیستم تهویه نیز به‌‌شکل یک حلقه‌‌ی بسته عمل می‌‌کند و ضمن کنترل سطح رطوبت و اکسیژن، حرارت مازاد ناشی از LEDها را دفع می‌‌کند.

با کاهش هزینه‌‌ها، سیستم خواهد توانست کشت عمودی محصولات را توجیه‌‌پذیر کند. همچنین شرکت توانسته در عمل‌‌آوری برخی از سبزیجات ریشه‌‌ای مانند تربچه و شلغم موفق عمل کند. البته ممکن است محصولاتی با کشت بزرگ‌مقیاس نظیر گندم و برنج هرگز نتوانند توجیه اقتصادی مناسب برای کشت عمودی را بیابند و همچنین کشت گیاهان بزرگ‌‌تر و حجیم‌‌تر نیز در این نوع سیستم‌‌ها با مشکلات زیادی همراه خواهد بود. این بدان معنی است که حداقل با سطح فناوری فعلی نمی‌‌توان انتظار کشت محصولاتی نظیر سیب‌‌زمینی‌‌های معمولی را در مزارع عمودی داشت.

کالین کمپل، رئیس مؤسسه‌‌ی جیمز هاتون، یک مرکز پژوهشی علوم گیاهی است که با حمایت دولت اسکاتلند اداره می‌‌شود. او می‌‌گوید روش کشت عمودی می‌‌تواند برای پرورش سیب‌‌زمینی با هدف تکثیر مناسب باشد. این مؤسسه در کنار شرکت IGS مستقر شده است و همکاری نزدیکی با آن دارد. دکتر کمپل بر این باور است که بسیاری از مزارع جهان با مشکل فزاینده‌ی آفات و بیماری مواجه هستند. در فضاهای کنترل‌‌شده‌‌ای نظیر مزارع عمودی می‌‌توان به‌‌سادگی از نفوذ آفات و بیماری‌‌ها جلوگیری کرد. در نتیجه، تکثیر و قلمه‌‌زنی گیاهانی مانند سیب‌‌زمینی در آن‌‌ها با بازدهی بیشتری نسبت‌‌به مزارع عادی انجام می‌‌شود و گیاه تکثیرشده پس از انتقال به خاک، شانس بهتری برای رشد و محصول‌‌دهی خواهد داشت.

پژوهشگران مؤسسه مشغول تحقیق درمورد گونه‌‌هایی هستند که درصورت کشت در محیط بسته احتمالا بازدهی بهتری خواهند داشت. این گونه‌‌ها حتی شامل گیاهانی می‌‌شوند که به‌‌خاطر عدم تحمل‌‌پذیری شرایط آب‌‌وهوایی نامساعد در تحقیقات پیشین کنار گذاشته شده‌‌اند. دکتر کمپل با بررسی بانک ژنتیک گیاهان مؤسسه به این نتیجه رسیده است که احتمالا برخی از انواع گیاهان و سبزیجات قدیمی‌‌تر وجود دارند که می‌‌توانند به‌‌لطف مزایای سیستم جدید کشت در مزارع عمودی، شانس دوباره‌‌ای برای تولید و عرضه به بازار بیابند. این موضوع می‌‌تواند درباره‌‌ی کشت انواع مواد غذایی مختلف با طعم‌‌های فراموش‌‌شده (و حتی جدید) صادق باشد.

در آینده مشتریان ممکن است شاهد پرورش برخی از گونه‌‌های عجیب، حتی در سالن سوپرمارکت‌‌ها نیز باشند. شرکتی با نام Infarm در برلین مشغول تولید قفسه‌‌هایی با هدف کشت کنترل‌‌شده‌‌ی گیاهان درون فروشگاه‌‌ها، انبارها و رستوران‌‌ها است. این شرکت حتی بذر گیاهان دارویی و سبزیجات سالادی شامل انواع نادری نظیر ریحان ژنووسه و نعنای پرویی را در اختیار مشتریان خود قرار می‌‌دهد.

شاید مزارع عمودی نتوانند غذای موردنیاز کل جهان را تأمین کنند؛ ولی قطعا می‌‌توانند محصول تازه‌‌ی بیشتری برای تعداد بیشتری از مردم فراهم کنند. حتی ممکن است با پیشرفت بیشتر سیستم‌‌های کشت عمودی، به‌‌مرور نسخه‌‌های مینیاتوری از این نوع تجهیزات به منازل ما نیز راه پیدا کنند. آن روز، شاید تفاوت چندانی برای کشت گیاهان زیر نور طبیعی خورشید یا نور مصنوعی LEDها وجود نداشته باشد.