Edistynyt teknologia auttaa kasvattamaan satoa kaupungeissa

Alkuperäinen artikkeli: Natalie Mouyal, e-tech Issue 5/2018
Suomennos: Ina Pekki, SESKO

Ledeistä saa valoa, jota kasvit tarvitsevat kasvaakseen. Sensorit mittaavat lämpötilaa ja kosteustasoja. Robotit korjaavat sadon ja pakkaavat sen. Edellä esitetty voisi kuvastaa hedelmien ja kasvisten kasvattamisen tulevaisuutta niin sanotun vertikaaliviljelyn eli monikerrosviljelyn kapealla markkina-alueella.

Ränsistyneitä varastorakennuksia ja tehtaita voidaan muuttaa urbaaneiksi viljelytiloiksi, joissa kasvatetaan salaattia ja muita lehtivihanneksia tahtiin, joka lyö perinteiset maanviljelytekniikat laudalta. Yhdellä japanilaisella monikerrosmaatilalla lehtisalaatin sato voidaan korjata 40 päivän sisällä siementen kylväämisestä. Tehdas voi tuottaa jopa 21 000 salaattia joka päivä kahdella 900 neliömetrin tornillaan (varsinainen perinteinen viljelyalue 10 800 m² ja 14 400 m²).

Sisätiloissa tapahtuva viljely ei ole kenellekään uutta, mistä kasvihuoneet ovat hyvänä osoituksena. Sisäviljelyä on ollut olemassa jo Rooman aikakaudelta ja sitä harjoitetaan eri puolilla maailmaa. Kasvihuoneita on kuvattu jo historiallisessa, korealaisessa maanviljelyksestä kertovassa tekstissä 1400-luvulta. Lisäksi kasvihuoneet olivat suosittuja myös Euroopassa 1600-luvulla. Nykyaikana ne ovat mahdollistaneet sen, että Alankomaat on maailman toiseksi suurin ruoan vientimaa.

Vertikaaliviljely tuo esiin uuden näkemyksen sisäviljelystä. Akateemikko Dickson Despommierin kansantajuistaman vertikaaliviljelyn kannattajat uskovat, että sen avulla voidaan ruokkia miljoonia ihmisiä. Samalla voidaan vähentää joitain negatiivisia ominaisuuksia, jotka yhdistetään nykyisiin maatalouden käytäntöihin: kuljetusten hiilidioksidipäästöt, metsien hävittäminen ja liika turvautuminen kemiallisiin lannoitteisiin.

Vertikaaliviljely on ruoan tuottamista pystysuoraan kasatuilla tasoilla kaupungissa sijaitsevassa rakennuksessa, kuten pilvenpiirtäjässä tai varastorakennuksessa, ilman luonnonvalon tai maaperän käyttämistä. Sato kasvaa kontrolloidussa ympäristössä, missä valoa, kosteutta ja lämpötilaa valvotaan tarkasti. Lopputuloksena kaupungin asukkailla on saatavilla tuoreita kasviksia ympäri vuoden, sillä niitä voidaan kasvattaa säässä kuin säässä, ilman tuholaistorjunta-aineita. Kasviksilla on myös hyvin lyhyt matka kasvupaikalta lautaselle.

Alunperin Despommier kehitti korkeakouluopiskelijoidensa kanssa vertikaaliviljelyn helpottamaan New Yorkin kaupungin asukkaiden ruoansaantia. Sittemmin monikerrosviljely on ottanut tuulta alleen eri puolilla maailmaa, etenkin Yhdysvalloissa ja Japanissa. Vertikaaliviljelyn markkinoiden arvioidaan olevan 6,4 miljardin yhdysvaltain dollarin arvoiset vuoteen 2023 mennessä.

High-tech-viljelyä

Yhdistyneiden kansakuntien (YK) elintarvike- ja maatalousjärjestön arvion mukaan ruoan tuotannon tulee maailmanlaajuisesti nousta 70 % vuoteen 2050 mennessä, jotta maapallon 9,1 miljardia ihmistä voidaan ruokkia. Vertikaaliviljely pyrkii tarttumaan kahdensuuntaisiin haasteisiin, joita kaupunkien keskuksissa kasvavien väestöjen ruokkiminen tuo lisääntyvässä määrin mukanaan.

Ottamalla varastorakennuksia ja pilvenpiirtäjiä uuteen käyttöön nämä korkean teknologian kasvihuoneet uudelleenkäyttävät olemassa olevia infrastruktuureja maksimoidakseen kasvien tiheyden ja tuotannon. Eräs monikerrosviljelystila Yhdysvalloissa väittää, että se saa jopa 350-kertaisia satoja verrattuna avopeltoihin, käyttäen kuitenkin vain yhden prosentin vettä siitä määrästä, mitä perinteiset viljelytekniikat vaativat.

Vertikaaliviljelyssä käytetään yleensä kahta menetelmää: aeroponista ja hydroponista. Molemmat menetelmät ovat vesipohjaisia. Niissä kasveja joko suihkutetaan vedellä ja ravintoaineilla (aeroponinen menetelmä) tai kasvatetaan ravintorikkaassa vesialtaassa (hydroponinen menetelmä). Molemmat tukeutuvat edistyneeseen teknologiaan varmistaakseen, että kasvatusolosuhteet ovat ideaalisia tuotannon maksimoimiseksi.

Jotta satoa voidaan tuottaa joka kuukausi, monikerrosmaatilojen tulee kontrolloida kasvien kasvuun vaikuttavia elementtejä. Näitä ovat lämpötila, tarvittavat ravintoaineet, kosteus, happitaso, ilmavirta ja vesi. Ledivalojen intensiteettiä ja tiheyttä voidaan muuttaa kasvin tarpeiden mukaan.

Anturien ja kameroiden verkosto kerää yksityiskohtaista dataa kasveista niiden tietyissä elinkaaren vaiheissa ja myös niiden kasvuympäristöstä. Tätä dataa ei vain valvota, vaan myös analysoidaan, jotta kasvien terveyttä, kasvua ja satoa voidaan parantaa. Kasvuympäristöstä vastuussa oleville tieteilijöille lähetetty tieto mahdollistaa reaaliaikaisen päätöksenteon, olivat he sitten paikan päällä tai kauempana.

Automaatio voi huolehtia esimerkiksi taimien kasvattamisesta, uudelleenistuttamisesta ja sadonkorjuusta. Automaatiolla voidaan myös säätää reaaliaikaisesti kasvien hoitoa. Eräs tehdas suunnittelee automatisoivansa analyyttisen prosessin koneiden oppimisalgoritmeillä, jotta reaaliaikaisessa laadunvalvonnassa voidaan ottaa huomioon useanlaista dataa.

Vaikka yksittäiset viljelytilat omaksuvat erilaisia teknologian tasoja, voidaan olettaa, että näiden teknologioiden käyttöönotto kasvaa sitä mukaa kuin ne leviävät laajemmalle.  Tekoälyn käyttö ja pilvessä toimiva tietojenkäsittely ei ole vielä laajamittaista, mutta ne ovat jatkossa yhä tärkeämmässä roolissa suurien satojen tuotannon varmistajana.

Turvautuminen IEC-standardeihin

IEC-standardit ovat keskeisiä vertikaalitiloilla käytettävässä teknologiassa.

IEC:n ja ISOn yhteinen tekninen komitea ISO/IEC JTC 1 Information Technology ja sen moni  alakomitea valmistelevat kansainvälisiä standardeja, jotka antavat panoksensa tekoälyyn. Tekoälyteknologiassa on otettu viime aikoina suuria harppauksia monilla aloilla, mistä syystä  2017 perustettiin tekoälyä käsittelevä alakomitea ISO/IEC JTC 1/SC 42, joka tekee standardointityötä tekoälyn parissa ja ohjaa muita komiteoita, jotka kehittävät tekoälysovelluksia.

Tekoäly on riippuvainen eri sovellusten ja ulkoisten palveluntarjoajien välillä vaihdetusta suuren tietomäärän keräämisestä, analysoinnista ja jakamisesta. ISO/IEC JTC 1/SC 41 kehittää kansainvälisiä esineiden internetiä koskevia standardeja, jotka tekevät yhteenliitettävyyden mahdolliseksi. ISO/IEC JTC 1/SC 38 puolestaan käsittelee pilvessä tapahtuvaa tietojenkäsittelyä, joka varastoi ja palauttaa tietoa.

Lamppujen, sähköisen valon ja valaistusratkaisujen kansainväliset standardit kehitetään IEC:n teknisessä komiteassa TC 34 ja sen alakomiteoissa. Puolijohteiden, mukaan lukien antureiden, suunnittelun ja käytön standardeja valmistelee komitea IEC TC 47.

Lisäksi useat tekniset komiteat valmistelevat teollista automaatiota koskevia standardeja. Näihin kuuluvat IEC TC 65, joka käsittelee prosessin mittausta, säätöä ja automaatiota, IEC TC 17, joka kehittää kojeisto- ja ohjauslaitteiden standardeja sekä IEC TC 22, joka standardoi tehoelektroniikkajärjestelmiä ja -laitteita. IEC TC 44 tekee standardeja koneiden turvallisuudesta. Näiden teknisten komiteoiden kehittämien standardien vaatimusten täyttyminen voidaan varmistaa IEC:n vaatimustenmukaisuuden arviointijärjestelmän, IECEE:n, avulla.

Monikerrosviljelytilojen käyttämää vettä pumpataan komitean IEC TC 2 standardoimilla moottoreilla. Vertikaalitilojen siirtyessä uusiutuviin energialähteisiin, kuten aurinko-, tuuli- ja vesivoimaan, ne tulevat käyttämään komiteoiden IEC TC 82 (aurinkoenergia), IEC TC 88 (tuulienergia) ja IEC TC 114 (vesienergia) kehittämiä standardeja.

Kasvukipuja

Vertikaaliviljelyn aiheuttamasta innostuksesta huolimatta sen liiketoimintamallia ei ole vielä toteen näytetty. Vertikaaliviljelystilan perustamiseen tarvittava alkupääoma ja kellon ympäri päällä oleviin valaisimiin tarvittava sähkömäärä sekä anturit ja muu teknologia voivat olla hinnakkaita.

Se, onko vertikaalinen viljely ympäristöystävällisempää perinteisiin maanviljelytekniikoihin verrattuna, riippuu laitteiden pyörittämiseen käytetyn sähkön lähteestä. Siirtyminen uusiutuviin energialähteisiin voisi tukea vertikaaliviljelystilojen myönteistä vaikutusta ympäristöön.

Tässä vaiheessa vertikaalisia viljelystiloja käytetään pääasiassa sellaisten viljelyskasvien kasvattamiseen, joista saadaan korkeita markkinahintoja. Näitä ovat esim. yrtit, lääkekasvit ja babykasvikset. Vertikaaliviljelystiloja ei ole vielä käytetty kasvattamaan vehnää, papuja, maissia tai riisiä, joista suurin osa maapallolla saa ruokansa. Monikerrosviljely ei pysty vielä vastaamaan ruoan kysyntään.

Vertikaaliviljely on vielä orastava ala. Tähän mennessä ei ole saatu valmiiksi laajoja tutkimuksia, joiden avulla vertikaaliviljelyä voitaisiin verrata perinteisiin viljelytekniikoihin. Tästä huolimatta se on kuitenkin saanut aikaan paljon innostusta. Monikerrosviljely on saanut hiljattain merkittävää taloudellista tukea, mikä voi auttaa sitä luomaan kapean markkina-alueen tuoreen sadon toimittamisesta kaupunkien asukkaille.

Lisää suosikiksi