智能农业：垂直和室内农业 – 种植农产品的室内空间 – 自动化植物育种系统

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发布日期： 2024 年 8 月 30 日 / 更新日期： 2024 年 8 月 30 日 - 作者： Konrad Wolfenstein

Smart Agrar：室内和垂直农业 – 种植农产品的室内空间 – 自动化植物育种系统 – 图片：Xpert.Digital

🏢🌿 室内农业生产的未来

🌱🚜🤖农业经济面临根本性转型。室内和垂直农业等技术创新正在彻底改变我们生产食物的方式。这些技术不仅有望提高效率和可持续性，而且还可以为 21 世纪的紧迫挑战提供解决方案，特别是在养活不断增长的全球人口方面。

🌆🌿都市农业的未来

室内和垂直农业，即在封闭空间和垂直排列的层中种植植物，近年来已从一个利基市场发展成为一个重要的领域。据预测，到2030年，垂直农业市场规模可能高达240亿美元。这一增长预测凸显了这些技术为全球粮食生产做出重大贡献的潜力。

🏙️🍽️ 城市化和粮食不安全

到 2050 年，预计世界上约三分之二的人口将居住在城市地区。这一发展给全球农业带来了重大挑战：我们如何可持续地养活如此多的城市人口？垂直农业可以通过减少对农业用地的需求并缩短生产点和消费者之间的距离来提供答案。专家表示：“垂直农业可以提供一种可持续的方式来养活不断增长的城市人口。”

通过垂直和室内农业解决城市化和粮食不安全问题？ – 符号图像：Xpert.Digital

通过在城市地区种植来缩短供应链有很多好处：新鲜农产品几乎可以直接从农场到达消费者手中，这不仅提高了质量，还大大减少了食品生产的碳足迹。将这些耕作方法融入现代城市的基础设施中也可以创造城市生活质量的新维度。

🌳🔋关注可持续发展：能源效率和资源节约

尽管具有所有优势，能源效率问题仍然是垂直农业的主要挑战。运行必要的照明和空调系统是能源密集型的。然而，这些基于能源的成本可以被几个因素抵消：消除农用化学品、降低运输成本以及最大限度地减少腐败和浪费，所有这些都有助于确保垂直农业在经济上仍然可行。

在当前的能源危机中，可持续发电正在成为垂直农业成功的关键因素。使用太阳能或风能等可再生能源可以减少对化石燃料的依赖并保持能源供应成本稳定。电池技术的进步和 LED 灯效率的提高也发挥着至关重要的作用。行业分析师表示：“可持续发电和改进的能源存储对于垂直农业的经济可行性至关重要。”

🤖📈 自动化和数字化：植物育种的未来

现代农业的另一个重要方面是生产过程的自动化和数字化程度不断提高。自动化植物育种系统可监测和控制植物的种植、护理和收获，从而实现资源的精确有效利用。这些系统不仅可以优化水和肥料的使用，还可以降低劳动力成本并最大限度地提高产量。

通过使用人工智能 (AI) 和机器学习，这些系统可以持续分析数据并调整其运行参数，以确保最佳的生长条件。一项研究称：“将人工智能融入农业将能够实现更精准、更高效的生产。”这一发展有助于减少对人力的依赖，同时增加产量。

🏔️🚧 挑战和观点

尽管室内和垂直农业潜力巨大，但仍存在一些挑战需要克服。此外，高昂的初始投资和持续运营成本对许多公司来说也是一个障碍。社会尚未完全接受这些新技术。需要更多的研究和教育来克服对这些耕作方法的偏见和担忧。

政府、私营部门和学术界之间的合作对于推动垂直农业的发展和传播至关重要。支持可持续农业的资助计划和政策框架可以为这些技术铺平道路。

垂直农业是应对 21 世纪全球粮食生产挑战的一种有前景的方法。在适当的技术和政治支持下，这种创新的耕作方法不仅可以帮助养活不断增长的世界人口，还可以为气候保护和可持续发展做出重要贡献。

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🥦 FutureProteins：未来的可持续蛋白质来源

: 弗劳恩霍夫 IME 的 OrbiPlant® 测试设施上的小麦草 – 图片：Andreas Reimann |弗劳恩霍夫输入法

: 弗劳恩霍夫 IWU 研究工厂的氢气发电厂。可再生能源的供应，包括“绿色”存储技术，是气候中和生产的重要组成部分。氢气发电厂由电解槽、氢气储存装置、燃料电池和附加电池储存装置组成。 – 图片：弗劳恩霍夫 IME

🌱🌍垂直农业——为不断增长的世界人口确保蛋白质供应的一种方式

气候变化、日益增长的环境压力和不可预测的天气条件进一步加剧了粮食供应领域的全球挑战。鉴于这些威胁，科学家们正在寻找创新的解决方案，以确保未来食品蛋白质的供应。垂直农业是一项特别有前途的技术，它使得在受控的城市室内空间生产食物成为可能。作为弗劳恩霍夫旗舰项目“ FutureProteins”的一部分，六个弗劳恩霍夫研究所正在致力于开发和优化室内农业系统，该系统可以种植小麦草、苜蓿和土豆等替代蛋白质来源。核心问题是：如何在没有土壤和人工照明的情况下有效种植这些植物，以确保生态可持续性和经济可行性？

🌆🌿垂直农业对都市农业的重要性

垂直农业提供了一种革命性的方法，将农业生产从传统农业地区转移到垂直的城市空间。这项技术使得在多层、受控环境中种植植物成为可能，无论外部天气条件如何。该技术应用的一个典型例子是弗劳恩霍夫 IME 开发的自动化植物育种系统 OrbiPlant®。 OrbiPlant® 使用创新的波状传送带系统，最大限度地利用城市环境中有限的地面空间，使得无论季节或一天中的时间如何，都可以在狭小的空间内种植各种植物物种。

💰⚡ 垂直农业的经济前景和能源效率

尽管垂直农业具有巨大的优势，但该技术的经济可行性仍然是最大的挑战之一。预测表明，到 2030 年，垂直农业市场规模可能高达 240 亿美元。为了实现这一潜力，降低高昂的运营成本，特别是空调和照明成本至关重要。尽管这些系统能够实现连续且不受天气影响的生产，但它们也会造成大量的二氧化碳排放和能源成本。因此，能源供应系统的位置选择和设计对于系统的经济可行性起着至关重要的作用。

弗劳恩霍夫 IWU 将其在节能生产和可再生能源整合方面的丰富专业知识引入“FutureProteins”项目。为不同地点开发量身定制的能源供应解决方案，确保垂直农业既具有环境可持续性，又具有经济可行性。

🔋🌍通过针对不同地点量身定制的场景进行能源优化

垂直农业的选址条件因地区而异，需要灵活适应技术。弗劳恩霍夫 IWU 为不同地点制定了能源方案，包括柏林、冰岛、布基纳法索和印度。这些地点代表了广泛的气候挑战：从冰岛达尔维克漫长、黑暗的冬季，到布基纳法索孔古西的炎热、干燥条件，以及印度金奈的缺水。

这些场景中的每一种都需要单独的能源供应解决方案。在柏林，太阳能和电池存储的结合可能是最有效的解决方案，而在冰岛，使用地热能是有意义的。在布基纳法索等电网不稳定的地区，以氢的形式储存能量提供了一个有前途的解决方案。多余的能量通过电解转化为氢气，如有必要，可以在燃料电池系统中重复使用。

🏭🌬️ 开姆尼茨工厂的技术进步：氢气发电厂

成功实施此类技术的一个突出例子是开姆尼茨的氢气发电厂。这座紧凑型氢发电厂可存储高达 2.5 MWh 的绿色能源，足以为 1,500 平方米的垂直农业设施提供一整天的持续供电。此类技术在能源价格高或电网不可靠的地区尤其重要，可能是垂直农业系统经济和环境优化的关键。

🌱📈 垂直农业的未来前景和全球意义

在 FutureProteins 等项目的支持下，垂直农业技术的不断开发和优化有可能彻底改变全球农业。通过使用节能技术并因地制宜，垂直农业不仅可以帮助确保全球蛋白质供应，还可以解决现代农业的生态和经济挑战。可再生能源和创新存储系统（例如弗劳恩霍夫 IWU 正在开发的系统）的整合至关重要。

垂直农业不仅是对气候变化和全球人口增长挑战的回应，而且为可持续的城市农业开辟了新的机遇。随着技术的进步和社会的接受度越来越高，垂直农业可能在不久的将来成为全球粮食安全的核心部分。

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🌿 智能农业：垂直和室内农业 🌿

💡如果我们垂直种植植物会怎么样？

到 2050 年，预计世界三分之二的人口将居住在城市地区。垂直农业可以通过减少对农业用地的需求并缩短粮食生产和消费之间的距离，提供一种可持续的方式来养活不断增长的城市人口。

垂直农业是指在没有土壤或阳光的情况下，在垂直堆叠的层或倾斜的表面上生产食物的做法。种植的食物主要包括叶类蔬菜、水果和香草，例如： B. 生菜、菠菜、羽衣甘蓝、西红柿、辣椒、草莓和罗勒，但不得来自谷物或豆类，如小麦、大米、玉米或大豆。这些植物生长在水培或气培系统中，这意味着它们悬浮在水或空气/雾中，并通过这种介质吸收所有营养。鱼菜共生系统结合了水培和水产养殖。受控环境农业 (CEA) 方法用于控制湿度、温度、气体、光（数量和波长）、营养物、酸度、二氧化碳、水和病原体。

垂直农业的前景是多方面的：全年生产可预测，不受天气、季节或气候（以及气候变化）的影响，因此不会出现重大的季节性价格波动。生产者和消费者之间的短链将大大减少食品里程并带来更新鲜、更有营养的产品。垂直农业可以通过显着减少用水量和减少农药或除草剂来实现更高的产量。甚至可以通过控制生长介质来改变植物的营养成分和风味。

阻碍垂直农场全面采用的瓶颈是高能源需求和相关的环境问题、工厂的光利用效率以及高昂的启动和扩展成本。垂直种植粮食会成为未来城市建筑的显着特征吗？

🌍 潜在影响和发展

垂直农业与城市农业举措相关。从新泽西州（美国）到比利时，再到迪拜和日本，世界各地正在测试层叠种植粮食的想法。研究人员还在研究垂直农业的效率。未来的发展可能会为家庭园丁或当地超市的垂直种植部门带来厨柜大小的垂直农场。在更大范围内，垂直农业可以通过重新利用空仓库、工厂和厂房，在重新利用工业区方面发挥作用，也许首先需要修复受污染的土地。

尽管理论上垂直种植几乎任何植物都是可能的，但快速生长且几乎没有或没有根和茎等不可食用部分且市场价值高的作物是最具成本效益的。在严格控制的环境中实现无土栽培的技术包括照明、灌溉和废物管理系统、可再生能源的使用、各种传感器以及其他用于自主控制和微调环境参数的智能设备。机器学习和自动化用于优化生长条件和管理设施。例如，欧盟部分资助的 Infarm 公司已将其广泛的“销售点”农场连接到一个中央平台，该平台可以从每个农场的生长数据中学习，以调整条件并优化生长。

垂直农场是能源密集型的。一些能源成本可以通过不使用农用化学品、显着降低运输、储存和分销成本以及减少腐败和浪费来抵消。但当前的能源危机可能会给该行业带来严重后果。可持续发电、电池存储和 LED 照明效率的改进对于垂直农业的可持续性和经济可行性至关重要。

🌆 预期政策制定

都市农业，包括垂直农业，有潜力为可持续粮食生产、可持续自然资源管理、气候行动和平衡领土发展做出贡献。 2020年3月，欧盟委员会通过了新的循环经济行动计划，将食品、水和营养素作为关键价值链之一。垂直农业可以通过减少农业中农用化学品和水的使用以及抵消土壤退化、森林砍伐和水体富营养化（增加养分负荷）来促进这些目标。