How China Leads the World in Indoor Farming ARTICLE IN ENGLISH AND GREEK China is thinking big on indoor farming. China is investing significant amounts of effort into developing vertical farming systems to feed its burgeoning urban population. It aims to become a world leader in industrial scale applications of these systems. But isn’t China a large country that only recently was composed of peasants? Why does it need vertical farming (VF) and urban agriculture (UA)? Just look at the figures. Its population is projected to reach 1.5 billion in 2030, and agricultural land is diminishing due to natural disasters and poor land management at a shocking rate of 300km2/year. Cultivated land is down to only 0.08ha/person, nationwide, a figure which is just 40% of the world average. Meanwhile the demand for food is increasing, particularly from a growing, affluent middle class which demands different types of food. 80% of the population will live in cities by 2050, representing an incredible shift in 100 years. Furthermore the urban population is demanding pesticide-free, clean and fresh food. There’s also an aging agricultural worker population, with young people reluctant to work the land. 60% of farmers are over 50 years old and young people don’t want to farm. For all these reasons, partly-automated indoor farming is an essential feature of the future, and not just in China, because the same pattern is being repeated throughout the world. But in China they plan ahead and can move fast. Professor and Dr Qichang Yang works at the Research Centre for Protected Agriculture & Environmental Engineering (CPAE), part of the Chinese Academy of Agricultural Sciences, in Beijing. Speaking at the International Conference on Vertical Farming and Urban Agriculture last week, he explained that the Centre possesses no fewer than 40 research institutes –part of the Ministry of Agriculture – looking into aspects of indoor and vertical urban farming, greenhouse engineering, plant factories, hydroponics and energy efficiency. Yang told the conference last Wednesday that because of the climate variabilities in China their VFs need to be capable of producing food in winter in temperatures as low as -55oC. Climate control technologies being developed to achieve this include hydroponics and LED lighting, heat pumps and Active Heat Storage (AHS) such that when the temperature outside is -12 oC, inside it is 17oC. “Planned production, fast growing, automation and labour saving, no pesticide use, space optimization, and less climate effects are all benefits of VF,” said Yang. “Compared to conventional farming, a plant factory with natural solar light can increase productivity per unit area by between two and ten times. With artificial light this rises to 40 times and by adding vertical farming this goes to 1000 times,” Yang added. A 800m2 VF demonstration plant is planned in the centre of Beijing at the National Agricultural School. “On the second floor and in the cellar will be a plant factory, and on the first floor we will grow mushrooms,” he said. Commercial plant factories in China are mushrooming and catching up with the number in Japan. In 2013 they numbered 75, of which 25 used artificial light, and are distributed thoughout eastern China. Technical details of the indoor farms Leafy vegetables grow in 30 days, when LED lighting is used. The overhead lights are moved back and forth over neighboring plant arrays to reduce energy costs. The distance of the plants from the light can also be adjusted for the same reason, being increased as they grow from 10cm to 30cm. “Stereoscopic culture and nutrient solution management with control systems are deployed to supply nutrients. Plants are bathed in light continuously in the days before harvesting to reduce the nitrate content in the leaves,” said Yang. “We’re also researching column cultivation in natural light using modular units that slot together. Water and nutrients are fed down the center of the columns. Another technique is vertical pipe cultivation, where the nutrients are fed through pipes by gravity. A third technique is three layers stacked in the greenhouse in shelves. “Wall cultivation is also being researched, both for the inside and outside of walls, with pipes slotted into the walls containing the soil. These can be taken out of their slots for harvesting. Two layered systems can grow tomatoes and bell peppers.” In some indoor spaces they are even experimenting with growing fruit trees. And the price of the produce? “Now the price is very high,” he said, “but we’re in the R&D stage. But remember food in China is 1/5 to 1/10 of the cost in Europe and USA.” The teams are producing impressive results. Yang caused a gasp of astonishment in the audience with an image of a pumpkin weighing in at 500kg (above). They are even growing tuber vegetables in the air, their roots dangling from racks above ground, in a process invented by CPAEE in 2005. Sweet potatoes in this system can be harvested individually and repeatedly from the plant without lifting the entire plant. The team has succeeded in doing this with one soilless plant that is 10 years old and has produced a scarcely believable 500 potatoes. As for applications on the street, Yang illustrated his talk with an eco-restaurant in a greenhouse with wall cultivation so people can harvest a plant and then eat it, and an eco-hotel with the same approach that also grows food on the roof. Yang finished off by demonstrating the concept of a low carbon intelligent system that may grow vegetables in your kitchen: a domestic plant factory which is being developed; and an ‘angel garden’, hydroponic or e-garden, a pleasantly decorative addition to a domestic living room, whose the LED lights also illuminate your home. It may even include fish that can be grown and eaten. A model of a domestic aquaculture unit that grows fish for consumption (or pleasure) and vegetables, on sale now and displayed at thre conference. This is less sophisticated than the one displayed by Yang, which included lighting and was very stylish. While much research is being conducted also in the USA on indoor farming, for example at MIT Media Lab, there is little doubt that with the high level of resources that the Chinese state is putting into this, China will soon possess more indoor farms per head of population in cities than any other nation. Whatever you may think of indoor farming, it’s on the horizon, big time. Πώς η Κίνα οδηγεί τον κόσμο στην καλλιέργεια εσωτερικών χώρων Η Κίνα σκέφτεται πολύ τη γεωργία σε εσωτερικούς χώρους. Η Κίνα επενδύει σημαντικές προσπάθειες για την ανάπτυξη συστημάτων κάθετης γεωργίας για να τροφοδοτήσει τον αναπτυσσόμενο αστικό πληθυσμό της. Στόχος της είναι να γίνει παγκόσμιος ηγέτης στις εφαρμογές βιομηχανικής κλίμακας αυτών των συστημάτων. Αλλά δεν είναι η Κίνα μια μεγάλη χώρα που μόλις πρόσφατα αποτελείται από αγρότες; Γιατί χρειάζεται κάθετη γεωργία (VF) και αστική γεωργία (UA); Απλά κοιτάξτε τα στοιχεία. Ο πληθυσμός της προβλέπεται να φτάσει το 1,5 δισεκατομμύριο το 2030 και η γεωργική γη μειώνεται λόγω φυσικών καταστροφών και κακής διαχείρισης της γης με συγκλονιστικό ρυθμό 300 km2/έτος. Η καλλιεργούμενη γη μειώνεται μόνο σε 0,08 εκτάρια/άτομο, σε εθνικό επίπεδο, ποσοστό που είναι μόλις το 40% του παγκόσμιου μέσου όρου. Εν τω μεταξύ, η ζήτηση για τρόφιμα αυξάνεται, ιδιαίτερα από μια αναπτυσσόμενη, εύπορη μεσαία τάξη που απαιτεί διαφορετικούς τύπους τροφίμων. Το 80% του πληθυσμού θα ζει σε πόλεις μέχρι το 2050, αντιπροσωπεύοντας μια απίστευτη αλλαγή σε 100 χρόνια. Επιπλέον, ο αστικός πληθυσμός απαιτεί τρόφιμα χωρίς φυτοφάρμακα, καθαρά και φρέσκα. Υπάρχει επίσης ένας γηράσκων πληθυσμός εργατών στη γεωργία, με τους νέους να διστάζουν να δουλέψουν τη γη. Το 60% των αγροτών είναι άνω των 50 ετών και οι νέοι δεν θέλουν να καλλιεργήσουν. Για όλους αυτούς τους λόγους, η εν μέρει αυτοματοποιημένη καλλιέργεια σε εσωτερικούς χώρους είναι ένα ουσιαστικό χαρακτηριστικό του μέλλοντος, και όχι μόνο στην Κίνα, επειδή το ίδιο μοτίβο επαναλαμβάνεται σε όλο τον κόσμο. Αλλά στην Κίνα σχεδιάζουν μπροστά και μπορούν να προχωρήσουν γρήγορα. Ο καθηγητής και Δρ Qichang Yang εργάζεται στο Ερευνητικό Κέντρο για Προστατευμένη Γεωργία & Μηχανική Περιβάλλοντος (CPAE), μέρος της Κινεζικής Ακαδημίας Γεωργικών Επιστημών, στο Πεκίνο. Μιλώντας στο Διεθνές Συνέδριο για την Κάθετη Γεωργία και την Αστική Γεωργία την περασμένη εβδομάδα, εξήγησε ότι το Κέντρο διαθέτει όχι λιγότερα από 40 ερευνητικά ινστιτούτα –μέρος του Υπουργείου Γεωργίας– που εξετάζουν πτυχές της εσωτερικής και κάθετης αστικής γεωργίας, της μηχανικής θερμοκηπίων, των εργοστασίων φυτών, υδροπονία και ενεργειακή απόδοση. Ο Yang είπε στο συνέδριο την περασμένη Τετάρτη ότι λόγω των κλιματικών μεταβλητών στην Κίνα τα VF τους πρέπει να είναι ικανά να παράγουν τροφή το χειμώνα σε θερμοκρασίες έως και -55oC. Οι τεχνολογίες ελέγχου του κλίματος που αναπτύσσονται για να επιτευχθεί αυτό περιλαμβάνουν υδροπονία και φωτισμό LED, αντλίες θερμότητας και Ενεργή Αποθήκευση Θερμότητας (AHS) έτσι ώστε όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι -12 oC, στο εσωτερικό της είναι 17 oC. «Η προγραμματισμένη παραγωγή, η ταχεία ανάπτυξη, η αυτοματοποίηση και η εξοικονόμηση εργασίας, η μη χρήση φυτοφαρμάκων, η βελτιστοποίηση του χώρου και οι λιγότερες κλιματικές επιπτώσεις είναι όλα τα οφέλη της VF», είπε ο Yang. «Σε σύγκριση με τη συμβατική γεωργία, ένα εργοστάσιο φυτών με φυσικό ηλιακό φως μπορεί να αυξήσει την παραγωγικότητα ανά μονάδα επιφάνειας από δύο έως δέκα φορές. Με το τεχνητό φως αυτό αυξάνεται σε 40 φορές και με την προσθήκη κάθετης γεωργίας φτάνει τις 1000 φορές», πρόσθεσε ο Yang. Ένα εργοστάσιο επίδειξης VF 800m2 σχεδιάζεται στο κέντρο του Πεκίνου στην Εθνική Γεωργική Σχολή. «Στον δεύτερο όροφο και στο κελάρι θα υπάρχει εργοστάσιο φυτών και στον πρώτο όροφο θα καλλιεργούμε μανιτάρια», είπε. Τα εργοστάσια εμπορικών φυτών στην Κίνα ξεφυτρώνουν σαν μανιτάρια και πλησιάζουν τον αριθμό στην Ιαπωνία. Το 2013 αριθμούσαν 75, εκ των οποίων οι 25 χρησιμοποιούσαν τεχνητό φως, και διανέμονται σε όλη την ανατολική Κίνα. Τεχνικές λεπτομέρειες των εσωτερικών αγροκτημάτων Τα φυλλώδη λαχανικά μεγαλώνουν σε 30 ημέρες, όταν χρησιμοποιείται φωτισμός LED. Τα εναέρια φώτα μετακινούνται εμπρός και πίσω πάνω από τις συστοιχίες γειτονικών εγκαταστάσεων για μείωση του ενεργειακού κόστους. Η απόσταση των φυτών από το φως μπορεί επίσης να ρυθμιστεί για τον ίδιο λόγο, καθώς αυξάνεται καθώς μεγαλώνουν από 10cm σε 30cm. «Η στερεοσκοπική καλλιέργεια και η διαχείριση θρεπτικών διαλυμάτων με συστήματα ελέγχου αναπτύσσονται για την παροχή θρεπτικών ουσιών. Τα φυτά λούζονται στο φως συνεχώς τις ημέρες πριν από τη συγκομιδή για να μειωθεί η περιεκτικότητα σε νιτρικά άλατα στα φύλλα», είπε ο Yang. «Ερευνούμε επίσης την καλλιέργεια στηλών σε φυσικό φως χρησιμοποιώντας αρθρωτές μονάδες που χωρίζονται μεταξύ τους. Το νερό και τα θρεπτικά συστατικά τροφοδοτούνται στο κέντρο των στηλών. Μια άλλη τεχνική είναι η κάθετη καλλιέργεια σωλήνων, όπου τα θρεπτικά συστατικά τροφοδοτούνται μέσω σωλήνων με τη βαρύτητα. Μια τρίτη τεχνική είναι τρία στρώματα στοιβαγμένα στο θερμοκήπιο σε ράφια. «Γίνεται επίσης έρευνα για την καλλιέργεια τοίχων, τόσο για το εσωτερικό όσο και για το εξωτερικό των τοίχων, με σωλήνες που έχουν εγκοπεί στους τοίχους που περιέχουν το χώμα. Αυτά μπορούν να αφαιρεθούν από τις υποδοχές τους για συγκομιδή. Τα συστήματα δύο στρώσεων μπορούν να καλλιεργήσουν ντομάτες και πιπεριές». Σε ορισμένους εσωτερικούς χώρους πειραματίζονται ακόμη και με την καλλιέργεια οπωροφόρων δέντρων. Και η τιμή του προϊόντος; «Τώρα η τιμή είναι πολύ υψηλή», είπε, «αλλά βρισκόμαστε στο στάδιο Ε&Α. Αλλά να θυμάστε ότι το φαγητό στην Κίνα είναι το 1/5 έως το 1/10 του κόστους στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ». Οι ομάδες βγάζουν εντυπωσιακά αποτελέσματα. Ο Yang προκάλεσε έκπληξη στο κοινό με μια εικόνα μιας κολοκύθας που ζύγιζε 500 κιλά (πάνω). Καλλιεργούν ακόμη και λαχανικά κονδύλου στον αέρα, με τις ρίζες τους να κρέμονται από σχάρες πάνω από το έδαφος, σε μια διαδικασία που εφευρέθηκε από την CPAEE το 2005. Οι γλυκοπατάτες σε αυτό το σύστημα μπορούν να συλλεχθούν μεμονωμένα και επανειλημμένα από το φυτό χωρίς να σηκωθεί ολόκληρο το φυτό. Η ομάδα πέτυχε να το κάνει αυτό με ένα φυτό χωρίς χώμα, ηλικίας 10 ετών και έχει βγάλει 500 πατάτες ελάχιστα πιστευτές. Όσον αφορά τις εφαρμογές στο δρόμο, ο Yang παρουσίασε την ομιλία του με ένα οικολογικό εστιατόριο σε ένα θερμοκήπιο με καλλιέργεια τοίχου, ώστε οι άνθρωποι να μπορούν να μαζέψουν ένα φυτό και μετά να το φάνε, και ένα οικολογικό ξενοδοχείο με την ίδια προσέγγιση που καλλιεργεί επίσης τρόφιμα στην οροφή. Ο Yang ολοκλήρωσε επιδεικνύοντας την ιδέα ενός ευφυούς συστήματος χαμηλών εκπομπών άνθρακα που μπορεί να καλλιεργεί λαχανικά στην κουζίνα σας: ένα εργοστάσιο οικιακών φυτών που αναπτύσσεται. και έναν «κήπο αγγέλων», υδροπονικό ή ηλεκτρονικό κήπο, μια ευχάριστα διακοσμητική προσθήκη σε ένα οικιακό σαλόνι, του οποίου τα φώτα LED φωτίζουν και το σπίτι σας. Μπορεί να περιλαμβάνει ακόμη και ψάρια που μπορούν να καλλιεργηθούν και να καταναλωθούν. Ένα μοντέλο εγχώριας μονάδας υδατοκαλλιέργειας που καλλιεργεί ψάρια για κατανάλωση (ή για ευχαρίστηση) και λαχανικά, πωλείται τώρα και παρουσιάζεται σε τρία συνέδρια. Αυτό είναι λιγότερο εξελιγμένο από αυτό που εμφανίστηκε από τον Yang, το οποίο περιλάμβανε φωτισμό και ήταν πολύ κομψό. Ενώ διεξάγεται πολλή έρευνα και στις ΗΠΑ σχετικά με τη γεωργία εσωτερικού χώρου, για παράδειγμα στο MIT Media Lab, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι με το υψηλό επίπεδο πόρων που διαθέτει το κινεζικό κράτος σε αυτό, η Κίνα θα έχει σύντομα περισσότερα κατά κεφαλήν αγροκτήματα εσωτερικού χώρου. πληθυσμού στις πόλεις από οποιοδήποτε άλλο έθνος. Ό,τι κι αν σκεφτείτε για την καλλιέργεια σε εσωτερικούς χώρους, είναι στον ορίζοντα, πολύ καιρό.