Изменение климата и суровые погодные условия создают серьезные проблемы для круглогодичного производства ягод в Канаде. В ответ на это профессор Западного университета Джошуа Пирс и исследовательская группа Free Approach Sustainable Technology (FAST) разработали инновационное решение: ферму с нулевым потреблением энергии.
Эта инновационная инициатива направлена на продление периода выращивания ягод и существенное повышение урожайности, что позволит решить проблемы продовольственной безопасности, усугубляемые глобальными климатическими угрозами.
Технологический прорыв в сельском хозяйстве
Проект, реализуемый под руководством Western и расположенный на западной полевой станции Environmental Sciences, объединяет открытую ферму с фотоэлектрическим экранированием (солнечными панелями) и агротуннелем. Агротуннель — это усовершенствованная система выращивания растений в помещении, в которой используются вертикальные аэропонные (выращивание растений в воздухе) и гидропонные (выращивание растений в воде) гибридные системы высокой плотности. Эти системы освещаются высокоэффективными светодиодными лампами с оптимизированным спектральным диапазоном, обеспечивающими оптимальные условия для выращивания круглый год.
Проект поддерживается грантом в размере 1 миллиона долларов, предоставленным Фондом семьи Уэстон в рамках программы «Отечественные инновации», а также отраслевыми партнерами — структурами продовольственной безопасности Канады. Это финансирование позволило создать электрическую ферму, которая сочетает в себе солнечную энергию и растениеводство, что повышает как энергоэффективность, так и урожайность сельскохозяйственных культур.
Преимущества фермы с нулевым потреблением энергии
“Наше решение обеспечивает чрезвычайно высокую плотность и долговечность, что позволяет круглый год получать полезные фрукты и овощи с минимальными затратами на производство”, — сказал Пирс, заведующий кафедрой информационных технологий и инноваций Джона М. Томпсона в Западной инженерной и бизнес-школе Айви. “Система полностью модульная, масштабируемая и адаптируемая к различным местоположениям и экстремальным климатическим условиям”.
Эта круглогодичная сельскохозяйственная система может быть установлена в местах розничной торговли, таких как продуктовые магазины, обеспечивая бесперебойное снабжение продуктами практически в любой точке Канады. Такая близость к торговым точкам обеспечивает свежесть продукции при минимальных затратах на транспортировку и сокращает выбросы углекислого газа.
После года испытаний Пирс и его команда продемонстрировали, что агротуннель физически способен производить ягоды в течение всего года. Однако экономическая ситуация может быть сложной из-за различий в стоимости электроэнергии в разных регионах.
“Каждую неделю в Агротуннеле наступает сезон сбора урожая, и будущее канадского фермерства наполнено возможностями”, — сказал Пирс.
Чтобы снизить затраты на электроэнергию, агротуннель и прилегающая к нему территория на полевой станции покрыты регулируемыми, частично прозрачными солнечными фотоэлектрическими решетками. Эти решетки, разработанные Пирсом и его командой, являются частью экспериментального стенда Western Innovation for Renewable Energy Deployment (WIRED).
Решетки служат двум целям: они используют солнечную энергию и защищают растения на открытом воздухе от экстремальных погодных условий, создавая микроклимат, который позволяет экономить воду и вырабатывать всю электроэнергию, необходимую для освещения агротуннеля, водяных и тепловых насосов.
Высокотехнологичный мониторинг и оптимальные условия для роста.
За ягодами — клубникой, голубикой, малиной—медоносом, крыжовником, брусникой и другими — следят с помощью искусственного интеллекта. Системы компьютерного зрения отслеживают уровень влажности и углекислого газа, что обеспечивает высокую энергоэффективность. Кроме того, ягоды проходят испытания на солнечных батареях различной мощности, чтобы найти наилучшие условия для выращивания как в открытом, так и в закрытом грунте.
Оптимизируя использование солнечного света, этот проект направлен на значительное повышение продуктивности пищевых продуктов и энергоэффективности, что является важнейшей проблемой в Канаде и за ее пределами. В случае успеха это может оказать преобразующее воздействие на глобальную продовольственную безопасность.
“Наш передвижной агротуннель, улучшенное освещение для выращивания и аэропонная / гидропонная система выращивания в сочетании с уникальной системой agrivoltaics доктора Пирса создают энергоэффективное пространство для выращивания растений с контролируемым климатом, которое выдерживает суровые климатические условия Канады”, — сказал Ким Паркер, президент и исполнительный директор Food Security Structures Canada. — Этот проект направлен на решение проблемы отсутствия продовольственной безопасности, предоставляя отдельным лицам и сообществам возможность выращивать собственные продукты питания на месте круглый год, независимо от климата или местоположения”.
В рамках начатого в 2022 году этапа Shepherd Homegrown Innovation Challenge 11 исследовательским группам было выделено по 1 миллиону долларов на разработку концепций продления периода выращивания ягод. У этих команд есть 18 месяцев, чтобы разработать и протестировать свои концептуальные идеи перед следующим этапом конкурса, в ходе которого группа будет сокращена до четырех команд.
“В основе этого конкурса лежит вера в то, что сочетание сотрудничества и широкого опыта является ключом к решению сложных задач в сельском хозяйстве”, — сказал Гарфилд Митчелл, председатель Фонда семьи Уэстон. — Наши грантополучатели предлагают нестандартные, но в то же время выполнимые идеи, и мы рады видеть инновации, которые являются результатом их общей страсти и сотрудничества”.
Сочетая инновационные методы выращивания с использованием возобновляемых источников энергии, инициатива не только продлевает сезон выращивания ягод, но и решает более широкие проблемы продовольственной безопасности и устойчивости к изменению климата. По мере реализации проекта мы обещаем изменить методы производства продуктов питания, превратив круглогодичное местное производство в реальную возможность даже в суровых климатических условиях.
