Smart Agrar: Agricultura vertical e interior – Espacios interiores para el cultivo de productos agrícolas – Sistema automatizado de cultivo de plantas

La agricultura está experimentando una transformación fundamental. Innovaciones tecnológicas como la agricultura de interior y vertical están revolucionando la forma en que producimos alimentos. Estas técnicas no solo prometen mayor eficiencia y sostenibilidad, sino que también podrían ofrecer una solución a los desafíos apremiantes del siglo XXI, en particular la alimentación de una población mundial en crecimiento.

🌆🌿 El futuro de la agricultura urbana

La agricultura de interior y vertical, el cultivo de plantas en espacios cerrados y en capas verticales, ha pasado de ser un nicho de mercado a un sector importante en los últimos años. Según las previsiones, el mercado de la agricultura vertical podría alcanzar un volumen de hasta 24 000 millones de dólares para 2030. Esta proyección de crecimiento subraya el potencial de estas tecnologías para contribuir significativamente a la producción mundial de alimentos.

🏙️🍽️ Urbanización e inseguridad alimentaria

Para 2050, se prevé que alrededor de dos tercios de la población mundial viva en zonas urbanas. Este desarrollo plantea importantes desafíos para la agricultura mundial: ¿Cómo podemos alimentar de forma sostenible a una población urbana tan numerosa? La agricultura vertical podría ofrecer una solución al reducir la necesidad de tierras agrícolas y acortar la distancia entre la producción y el consumo. «La agricultura vertical podría ofrecer una forma sostenible de alimentar a esta creciente población urbana», afirman los expertos.

¿Es posible resolver la urbanización y la inseguridad alimentaria con la agricultura vertical e interior? – Imagen simbólica: Xpert.Digital

Acortar las cadenas de suministro mediante la agricultura urbana ofrece numerosas ventajas: los productos frescos pueden viajar casi directamente del productor al consumidor, lo que no solo mejora la calidad, sino que también reduce significativamente la huella de carbono de la producción alimentaria. Además, la integración de estos métodos agrícolas en la infraestructura de las ciudades modernas podría generar una nueva dimensión de calidad de vida urbana.

🌳🔋 Enfoque en la sostenibilidad: Eficiencia energética y conservación de recursos

A pesar de todas sus ventajas, la eficiencia energética sigue siendo un reto importante para la agricultura vertical. El funcionamiento de los sistemas de iluminación y climatización necesarios consume mucha energía. Sin embargo, estos costes energéticos podrían compensarse con diversos factores: la eliminación de agroquímicos, la reducción de los costes de transporte y la minimización del deterioro y los residuos contribuyen a la viabilidad económica de la agricultura vertical.

En la actual crisis energética, la generación sostenible de electricidad se está convirtiendo en un factor clave para el éxito de la agricultura vertical. El uso de energías renovables, como la solar o la eólica, podría reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mantener estables los costes energéticos. Los avances en la tecnología de baterías y la mejora de la eficiencia de la iluminación LED también desempeñan un papel crucial. «La generación sostenible de electricidad y la mejora del almacenamiento de energía serán cruciales para la viabilidad económica de la agricultura vertical», afirman los analistas del sector.

🤖📈 Automatización y digitalización: el futuro del mejoramiento vegetal

Otro aspecto importante de la agricultura moderna es la creciente automatización y digitalización de los procesos de producción. Los sistemas automatizados de cultivo de plantas, que monitorizan y controlan el cultivo, el cuidado y la cosecha, permiten un uso preciso y eficiente de los recursos. Estos sistemas no solo optimizan el consumo de agua y fertilizantes, sino que también reducen los costos de mano de obra y maximizan la producción.

Mediante el uso de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático, estos sistemas pueden analizar datos continuamente y ajustar sus parámetros operativos para garantizar condiciones óptimas de cultivo. «La integración de la IA en la agricultura permitirá lograr una producción más precisa y eficiente», afirma un estudio. Este desarrollo podría ayudar a reducir la dependencia de la mano de obra humana y, al mismo tiempo, aumentar la producción.

🏔️🚧 Desafíos y perspectivas

A pesar del enorme potencial de la agricultura de interior y vertical, persisten varios desafíos. Las elevadas inversiones iniciales y los costos operativos continuos representan una barrera para muchas empresas. Además, la aceptación social de estas nuevas tecnologías aún no es completa. Se necesita más investigación y educación para superar los prejuicios y las preocupaciones en torno a estos métodos de cultivo.

La colaboración entre los gobiernos, el sector privado y la academia será crucial para impulsar el desarrollo y la adopción generalizada de la agricultura vertical. Los programas de apoyo y los marcos de políticas que promueven la agricultura sostenible podrían allanar el camino para estas tecnologías.

La agricultura vertical es una forma prometedora de abordar los desafíos globales de la producción de alimentos en el siglo XXI. Con el apoyo tecnológico y político adecuado, este innovador método de cultivo podría no solo contribuir a alimentar a la creciente población mundial, sino también contribuir significativamente a la protección del clima y al desarrollo sostenible.

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Agricultura vertical: una forma de asegurar el suministro de proteínas para la creciente población mundial

Los desafíos globales en materia de seguridad alimentaria se ven exacerbados por el cambio climático, el aumento de la contaminación ambiental y los patrones climáticos impredecibles. Ante estas amenazas, los científicos buscan soluciones innovadoras para garantizar el suministro futuro de proteínas alimentarias. Una tecnología particularmente prometedora es la agricultura vertical, que permite la producción de alimentos en entornos urbanos interiores controlados. En el marco del proyecto insignia de Fraunhofer, " FutureProteins", seis Institutos Fraunhofer trabajan en el desarrollo y la optimización de sistemas de agricultura interior capaces de cultivar fuentes alternativas de proteínas como el pasto de trigo, la alfalfa y la patata. La pregunta central es: ¿cómo pueden cultivarse estas plantas de forma eficiente sin suelo y bajo iluminación artificial para garantizar no solo la sostenibilidad ecológica, sino también la viabilidad económica?

🌆🌿 La importancia de la agricultura vertical para la agricultura urbana

La agricultura vertical ofrece un método revolucionario para trasladar la producción agrícola de los campos tradicionales a espacios urbanos verticales. Esta tecnología permite cultivar plantas en entornos controlados y multicapa, independientemente de las condiciones climáticas externas. Un excelente ejemplo de esta tecnología es el sistema automatizado de cultivo de plantas OrbiPlant®, desarrollado en el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Mecánica (IME). Con su innovador sistema de cinta transportadora ondulada, OrbiPlant® maximiza el uso de terrenos limitados en entornos urbanos, permitiendo el cultivo de una amplia variedad de especies vegetales en un espacio muy reducido, independientemente de la estación del año o la hora del día.

💰⚡ Perspectivas económicas y eficiencia energética en la agricultura vertical

A pesar de las enormes ventajas que ofrece la agricultura vertical, la viabilidad económica de esta tecnología sigue siendo uno de sus mayores retos. Las previsiones indican que el mercado de la agricultura vertical podría alcanzar un volumen de hasta 24 000 millones de dólares para 2030. Para materializar este potencial, es crucial reducir los elevados costes operativos, en particular los de climatización e iluminación. Si bien estos sistemas permiten una producción continua e independiente de las condiciones climáticas, también generan importantes emisiones de CO2 y costes energéticos. Por lo tanto, la selección del emplazamiento y el diseño del sistema de suministro de energía son decisivos para la viabilidad económica de estas instalaciones.

Fraunhofer IWU aporta su amplia experiencia en producción energéticamente eficiente e integración de energías renovables al proyecto «FutureProteins». Mediante el desarrollo de soluciones de suministro de energía personalizadas para diferentes ubicaciones, el proyecto garantiza que la agricultura vertical sea ecológicamente sostenible y económicamente viable.

🔋🌍 Optimización energética mediante escenarios personalizados para diferentes ubicaciones

Las condiciones del terreno para la agricultura vertical pueden variar considerablemente según la región, lo que requiere una adaptación flexible de la tecnología. En Fraunhofer IWU, se desarrollaron escenarios energéticos para diversas ubicaciones, como Berlín, Islandia, Burkina Faso e India. Estas ubicaciones presentan una amplia gama de desafíos climáticos: desde los largos y oscuros inviernos en Dalvík (Islandia), hasta las condiciones cálidas y secas en Kongoussi (Burkina Faso), y la escasez de agua en Chennai (India).

Cada uno de estos escenarios requiere soluciones de suministro energético específicas. En Berlín, una combinación de energía solar y almacenamiento en baterías podría ser la solución más eficiente, mientras que en Islandia, el uso de energía geotérmica sería una solución sensata. En regiones con redes eléctricas inestables, como Burkina Faso, el almacenamiento de energía en forma de hidrógeno ofrece una solución prometedora. En este caso, el exceso de energía se convierte en hidrógeno mediante electrólisis, que posteriormente puede reutilizarse en sistemas de pilas de combustible cuando sea necesario.

Avances tecnológicos en la planta de Chemnitz: La central eléctrica de H2

Un excelente ejemplo de la implementación exitosa de estas tecnologías es la central eléctrica de hidrógeno de Chemnitz. Esta compacta central eléctrica de hidrógeno permite almacenar hasta 2,5 MWh de energía verde, suficiente para abastecer de electricidad continua una instalación de cultivo vertical de 1500 m² durante un día entero. Este tipo de tecnología es especialmente importante en regiones con precios de la energía elevados o redes eléctricas inestables, y podría ser clave para la optimización económica y ambiental de las instalaciones de cultivo vertical.

Perspectivas futuras e importancia global de la agricultura vertical

El desarrollo y la optimización continuos de las tecnologías de agricultura vertical, respaldados por proyectos como "FutureProteins", tienen el potencial de revolucionar la agricultura global. Al utilizar tecnologías energéticamente eficientes y adaptarse a las condiciones locales, la agricultura vertical no solo puede contribuir a asegurar el suministro global de proteínas, sino también a abordar los desafíos ecológicos y económicos de la agricultura moderna. La integración de energías renovables y sistemas de almacenamiento innovadores, como los que se están desarrollando en el Fraunhofer IWU, es crucial en este sentido.

La agricultura vertical no solo es una respuesta a los desafíos del cambio climático y el crecimiento de la población mundial, sino que también abre nuevas posibilidades para la agricultura urbana sostenible. Con el avance de la tecnología y la creciente aceptación social, la agricultura vertical podría convertirse en un componente central de nuestra seguridad alimentaria global en un futuro próximo.

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💡¿Qué pasaría si cultiváramos plantas verticalmente?

Se estima que para 2050, dos tercios de la población mundial vivirá en zonas urbanas. La agricultura vertical podría ofrecer una forma sostenible de alimentar a esta creciente población urbana, reduciendo la necesidad de tierras agrícolas y acortando la distancia entre la producción y el consumo de alimentos.

La agricultura vertical se refiere a la práctica de producir alimentos en capas apiladas verticalmente o superficies inclinadas sin tierra ni luz solar. Los alimentos cultivados consisten principalmente en verduras de hoja verde, frutas y hierbas aromáticas, como lechuga, espinaca, col rizada, tomates, pimientos, fresas y albahaca, pero no en granos ni legumbres como trigo, arroz, maíz o soja. Las plantas se cultivan en sistemas hidropónicos o aeropónicos, lo que significa que están suspendidas en agua o aire/neblina y reciben todos los nutrientes a través de este medio. Los sistemas acuapónicos combinan la hidroponía y la acuicultura. Los métodos de agricultura en ambiente controlado (ACE) se utilizan para gestionar la humedad, la temperatura, los gases, la luz (cantidad y longitud de onda), los nutrientes, el pH, el dióxido de carbono, el agua y los patógenos.

Las promesas de la agricultura vertical son múltiples: producción predecible durante todo el año, independiente del clima, la estación o el tiempo (y, por lo tanto, del cambio climático), y, en consecuencia, sin grandes fluctuaciones estacionales de precios. Una cadena de suministro corta entre el productor y el consumidor reduciría drásticamente el kilometraje de los alimentos y daría lugar a productos más frescos y ricos en nutrientes. La agricultura vertical podría lograr mayores rendimientos con un consumo de agua significativamente menor y menos pesticidas o herbicidas. Incluso es posible modificar el contenido nutricional y el sabor de las plantas controlando el sustrato de cultivo.

Los obstáculos que frenan la adopción generalizada de las granjas verticales son su elevado consumo energético y las consiguientes preocupaciones ambientales, la eficiencia del uso de la luz por parte de las plantas y los elevados costes de puesta en marcha y ampliación. ¿Se convertirá el cultivo vertical de alimentos en un elemento destacado de la arquitectura urbana del futuro?

🌍Posibles impactos y desarrollos

La agricultura vertical está vinculada a las iniciativas de agricultura urbana. La idea de cultivar alimentos en capas apiladas se está probando en todo el mundo, desde Nueva Jersey (EE. UU.) hasta Bélgica, Dubái y Japón. Los investigadores también están estudiando la eficiencia de la agricultura vertical. Los desarrollos futuros podrían dar lugar a granjas verticales del tamaño de una despensa para jardineros domésticos o a secciones de agricultura vertical en supermercados locales. A mayor escala, la agricultura vertical podría contribuir a la reutilización de zonas industriales mediante la reutilización de almacenes, fábricas e instalaciones vacías, aunque esto podría requerir primero la remediación de terrenos contaminados.

Aunque teóricamente es posible cultivar prácticamente cualquier planta verticalmente, los cultivos de rápido crecimiento con pocas o ninguna parte no comestible, como raíces y tallos, y con un alto valor de mercado, son los más rentables. Las tecnologías que permiten este cultivo sin suelo en entornos estrictamente controlados incluyen sistemas de iluminación, riego y gestión de residuos; el uso de energías renovables; sensores de todo tipo; y otros dispositivos inteligentes para el control autónomo y el ajuste preciso de los parámetros ambientales. El aprendizaje automático y la automatización se utilizan para optimizar las condiciones de cultivo y gestionar las instalaciones. Por ejemplo, Infarm, una empresa parcialmente financiada por la UE, ha conectado sus granjas de punto de venta, ampliamente distribuidas, a una plataforma central que aprende de los datos de crecimiento de cada granja para ajustar las condiciones y optimizar el crecimiento.

Las granjas verticales consumen mucha energía. Algunos de estos costos energéticos pueden compensarse con el ahorro derivado de la no utilización de agroquímicos, costos de transporte, almacenamiento y distribución significativamente menores, y una menor descomposición y desperdicios. Sin embargo, la actual crisis energética podría tener graves consecuencias para el sector. La generación sostenible de electricidad, las mejoras en el almacenamiento de baterías y la eficiencia de la iluminación LED serán cruciales para la sostenibilidad y la viabilidad económica de la agricultura vertical.

🌆 Formulación de políticas anticipatorias

La agricultura urbana, incluida la agricultura vertical, tiene el potencial de contribuir a la producción sostenible de alimentos, la gestión sostenible de los recursos naturales, la acción climática y un desarrollo territorial equilibrado. En marzo de 2020, la Comisión Europea adoptó un nuevo Plan de Acción para la Economía Circular, en el que los alimentos, el agua y los nutrientes representan una de las cadenas de valor clave. La agricultura vertical podría contribuir a estos objetivos reduciendo el uso de agroquímicos y agua en la agricultura y contrarrestando la degradación del suelo, la deforestación y la eutrofización del agua (aumento de la carga de nutrientes).

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